江苏电网电厂侧AVC系统应用

江苏电网电厂侧ＡＶＣ系统应用陆玉军，李澄，李群（江苏省电力试验研究院有限公司，江苏南京２１００３６）摘要：介绍了发电厂自动电压控制（ＡＶＣ）在江苏电网多个电厂实施和投运情况，总结了发电厂ＡＶＣ的控制策略及运行条件，现场实施中信号接入方式，并简述了系统功能框图，给出了调控效果，总结了现场实施中的问题。

关键词：江苏电网；电厂侧；ＡＶＣ中图分类号：ＴＭ７６文献标识码：Ｂ文章编号：１００９－０６６５（２００８）０１－００２７－０４收稿日期：２００７－０８－２８；修回日期：２００７－０９－２８ＪｉａｎｇｓｕＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２００８年１月江苏电机工程第２７卷第１期实现电网中节点电压的控制是一种常用有效的控制手段［１］，国内多个调度中心已建立了实时电网自动电压控制（ＡＶＣ）系统。

在正常运行情况下，通过实时监视电网无功电压，进行在线优化计算，分层调节控制电网无功电源及变压器分接头，调度自动化主站对接入同一电压等级电网的各节点无功补偿可控设备实行实时最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流运行［２－４］。

电厂侧高压母线是受调度控制的节点，电厂高压母线电压控制的手段是实现电厂发电机组无功的实时闭环控制，实现方式分为独立式电厂ＡＶＣ子站和非独立式电厂ＡＶＣ子站。

因独立式ＡＶＣ子站装置功能明确，接口独立，维护试验方便，不需要改造其他接口设备，实现相对容易，可适应多个现场的控制，因此得到了推广应用，本文仅叙述独立式电厂ＡＶＣ子站装置相关内容。

１江苏电网ＡＶＣ系统结构ＡＶＣ主站系统与电厂侧ＡＶＣ子系统实现电厂高压母线电压调控，高压母线电压的调控手段是调节机组励磁改变机组无功出力。

江苏电网ＡＶＣ系统见图１。

图１中能量管理系统（ＥＭＳ）部分为调度主站系统，子站部分为发电厂ＡＶＣ子系统，ＬＯＣＡＬ为发电厂ＡＶＣ控制主机、ＶＱＲ为单元机组控制器。

ＬＯＣＡＬ可接收主站目标电压或本地目标电压，完成电厂母线电压的闭环调控，在ＶＱＲ侧实现机组无功闭环。

２电厂侧ＡＶＣ子站结构原理、策略、考虑因素２．１结构原理电厂侧ＡＶＣ系统采用分散式控制系统（ＤＣＳ），沿用上下位机结构。

上位机（控制主机）运行的监控软件基本原理：集中采集母线电压值、注入高压母线的无功及机组侧数据、励磁调节器当前状态等信息，根据设定的高压母线目标电压值（来自调度主站或本地设置），通过相应无功电压算法，计算出需注入高压母线的无功总量，然后按优化的无功分配策略将目标无功总量分配给各机组的控制下位机（机组控制器），并监视各机组无功调节。

各机组下位机送出增减励磁指令，调节机组无功至目标值，完成机组无功闭环调控，从而使高压母线电压达到系统给定值的调控要求，电厂ＡＶＣ系统及接口如图２所示。

２．２控制策略电厂侧ＡＶＣ子系统自动控制发电厂机组无功功率，无功分配策略应保证母线上每台可调机组机端电压合格且每台机组无功有相似的调整裕度，以避免某台机组无功负荷过重，这就要求在不同的目图１江苏电网ＡＶＣ系统框图（发电厂部分）图２电厂侧ＡＶＣ系统及接口２７江苏电机工程标电压运行情况下采用不同的控制策略：（１）当高压母线电压低于系统给定目标值时，各控制发电机增加无功功率；（２）当高压母线电压高于系统给定目标值时，各控制发电机减少无功功率；（３）某个控制发电机发出的无功功率已经达到极限，作为无功不可调节机组考虑；（４）当母线电压走高／走低，而所有机组无功达上限／下限时，将机组无功限制在限值内，而母线电压表现为不受控。

２．３考虑因素根据实施电厂调试及运行经验看，发电厂ＡＶＣ系统通过调节发电机励磁改变无功时，考虑以下主要因素，可保证ＡＶＣ子站及机组正常运行与调节。

（１）无功、机端电压调节幅度。

在调控中机端电压变化幅度与通过厂高变、低变连接到发电机出口的厂用电电压，变化比例相似，对于辅机设备电压偏高或偏低均影响其长期运行。

机组无功调节幅度大可能使机组无功运行至进相区域，致使机组稳定性降低。

（２）信号量程偏差。

采集信号存在误差，应保证采集信号的准确，一般要求电压、电流信号精度应在０．２级，无功、有功信号的精度应在０．５级。

（３）死区控制。

由于信号采集误差存在，设置母线电压调控死区、机组无功死区，以避免电压频繁变化、机组无功波动造成不必要的励磁调节，使调节有效性得到提高，同时避免励磁调节器频繁调节造成励磁系统故障。

（４）励磁调节器限制。

励磁调节器只能在自动方式（恒电压调节方式）来自励磁调节器的告警、动作信号可作为闭锁条件。

（５）发电机。

负调差特性可保证机端电压随无功电流而增大、满足母线电压正调差特性控制需要。

（６）电压设置值。

电压设定值变化率大，或设定值低于运行允许下限／高于允许运行上限均作为闭锁条件，防止误调、误操作。

（７）实时系统阻抗计算。

系统阻抗计算作为ＡＶＣ系统计算一个必要条件，将影响机组目标无功计算及分配准确性；（８）无功环流禁止。

禁止无功在受控机组之间环流。

（９）其他约束条件。

接入信号异常，装置自检异常，其他外部控制信号也可作为运行闭锁或限制条件。

３接口信号及接入方式电厂侧ＡＶＣ接口信号按设备划分有自ＲＴＵ／ＮＣＳ提供的主站控制信号、升压站的母线侧信号、发电机侧机组数据信号、励磁调节器（励磁系统）侧状态信号以及ＤＣＳ侧控制信号与状态。

按接口信号类型划分如下。

（１）模拟量输入信号包括主站控制遥调指令，母线电压、无功功率，机组电压、电流、有功功率、无功功率、励磁电压、励磁电流。

（２）开关量输入信号包括主站遥控，机组主开关，励磁调节器工作方式、告警、动作信号，ＤＣＳ控制投退信号。

（３）开关量输出信号包括主站遥信、增减励控制输出、ＡＶＣ装置状态输出。

（４）模拟量输出信号可以根据现场需要设计提供。

ＡＶＣ接入信号尽管数量不多，但特点是分布在多个设备中，一般各接口设备均为不同厂家提供，且设备间相距远、信号接入方式差别较大。

由于各发电厂机组分别在不同时期投入运行，因而各个现场信号接入差别非常明显，有些现场硬接线容易，而有些现场通信接入相对简单，根据现场不同需求灵活采用信号接入方式。

常见的信号接入方式有：（１）硬接线接入，模拟量输入信号来自变送器、电压互感器／电流互感器（ＴＶ／ＴＡ），开关量信号由信号电缆接入；（２）通信接入，通过ＲＴＵ／ＮＣＳ通信接入模拟量信号、开关量信号，通信介质可采用通信电缆或光纤；（３）混合接入，即使新建电厂的ＲＴＵ／ＮＣＳ较以往接入了很多机组信号，但往往还是不能提供励磁调节器信号，仍无法满足ＡＶＣ所需全部信号、状态。

尽管通信有许多接入优势，但现阶段信号接入仍以硬接线为主，辅以通信接入方式。

４控制手段及功能实现电厂侧ＡＶＣ子站控制模式有手动优化设置目标、本地预设目标曲线、远方控制、退出设置等４种常用模式，即远方控制模式、本地控制模式。

设有ＤＣＳ投退控制、下位机操作投退控制、上位机投退控制、调度主站投退等多级投退控制手段。

目前远方控制模式为通过上位机软件选中“远方控制”后投入，由调度在监测主站控制状态的遥信信号变位后下发调节指令，控制指令采用目标电压增量，当目标电压超时或主站退出控制后，将自动退出远方控制并转至本地运行。

目标电压增量即新目标电压，其值为目标电压与增量之和，增量小于１ｋＶ，该控制方式有以下好处：电压调节幅度小；目标电压指令易识别；控制精度准确；控制效率相对较高；可实现信号中断识别和２８诊断。

装置软件系统主要实现下述功能。

（１）输入信号自动检测。

可自动判别机组是否检修，母线是否检修，正常工作下信号异常自动闭锁输出，信号恢复后自动投入调节。

（２）机组运行边界计算。

机组无功调节到限，机端电压调节到限，机端电流、励磁电压与电流到限，或励磁调节器告警信号产生后作为相关限制或闭锁条件。

（３）获取目标电压，计算系统阻抗，计算母线目标无功。

（４）目标无功只分配给在线无功可调节机组，按功率因数、无功分配权系数、比例分配等优化算法进行分配。

（５）机组无功目标、调节指令下发下位机。

（６）下位机检测判别条件，机组无功闭环调节。

ＡＶＣ子站具备一些辅助功能，包括历史事件记录和保存、状态监视、历史数据保存及查看、数据统计分析曲线浏览。

ＡＶＣ子站系统软件功能见图３，软件控制流程见图４。

５调控效果至２００７年６月底，江苏电网ＡＶＣ子站系统调试及投运已达２０套，调控机组数量超过５０台，调节机组容量超过１００００ＭＷ，达江苏电网装机容量１／４，在江苏电网无功调控中初见成效。

最先投运电厂子站为江苏徐塘电厂ＡＶＣ子站，调控机组为４、５号机组，容量２×３００ＭＷ，投运时间已超过３年，现设备调控性能良好，单台机组无功调节幅度最大达１００Ｍｖａｒ。

图５中为华能南通电厂（２００４年６月实施）在安装ＡＶＣ子站后母线电压运行于远方调控方式时的曲线。

从图５中可以看出，母线电压能较好地跟踪目标值。

目前江苏电网电厂侧ＡＶＣ子系统调节速率，在主站电压控制时的跟踪时间大约１．５ｍｉｎ，该速率基本可以满足主站控制、现场调节需要。

如果需要调整调节速率，可以根据现场以及调度要求进行整定（目前的调节速率使得机组无功变化较平稳，无剧烈波动）。

６电厂侧ＡＶＣ子站应用现存问题与改进方法６．１装置自身不足（１）功能有待完善，关于电厂自适应无功优化控制研究的较少；（２）一般需针对现场进行相应的设计，不同现场对接口要求不一，需更改部分接口；（３）装置通信以串口为主，光纤接口一般都通过加装转换实现；（４）与不同励磁调节器的接口，需现场整定控制参数；（５）现有装置会使得电厂实施接入成本较高。

６．２实施运行问题（１）不同电压等级、不同电厂、不同机组容量、陆玉军等：江苏电网电厂侧ＡＶＣ系统应用图４电厂侧ＡＶＣ子站控制流程模拟量输入开关量输入一次信号、运行边界计算历史记录开关量输出节点总目标无功计算机组间可调无功的分配ＰＩＤ调节综合投退条件图３电厂侧ＡＶＣ子站功能系统ＡＶＣ装置自检正常数据库配置正确本地目标输入信号正确、在可调节范围内各运行限制条件均不存在获取新目标电压计算系统阻抗Ｘ计算母线目标无功Ｑｔ确定可调机组、不可调机组可调机组总目标（母线侧）Ｑｔ１＝Ｑｔ，不可调机组无功部分可调机组总目标（机组侧）Ｑｇ＝Ｑｔ１＋∑Ｑｘｆ＋∑ＱΔ可配生成可调机组目标无功Ｑｇ１发送下位机控制指令、目标无功远方目标控制模式选择不满足无目标无可调图５华能南通电厂侧ＡＶＣ子站控制跟踪２９不同励磁接口均增加了实施难度；（２）通信接入信号的可靠性、精度均使调控效果打折扣；（３）与调度主站交换的信号通过ＲＴＵ，且信号较少，主站控制时仍以电话通知为主，由于子站可自动退出远方控制，而退出原因子站仅记录主站信号中断，较难查找信号中断原因；（４）同一母线上运行机组如同时存在可调机组、不可调机组，则由于可调机组无功受ＡＶＣ调节后，而使不可调机组机端电压变化，导致励磁反向调节不可调机组无功，会对母线电压／无功的控制产生一定影响；（５）运行管理人员对新设备的不熟悉导致设备投运率不高，控制效果不理想。