自動(dòng)電壓控制AVC系統(tǒng)發(fā)電側(cè)子站介紹

自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)

發(fā)電側(cè)子站介紹

安徽省電力科學(xué)研究院引言有效的電壓與無功控制不僅能保證電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，而且能降低網(wǎng)損，充分發(fā)揮電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中重要的電壓無功控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，可控容量大，無論是正常運(yùn)行時(shí)保證電壓水平和緊急控制時(shí)防止電壓崩潰，都起著重要的作用。目前大多數(shù)發(fā)電企業(yè)的電壓無功仍然采用人工手動(dòng)調(diào)控方式，實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性均有所不足，無法適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，因此，有必要采用新的控制方式，實(shí)現(xiàn)電廠母線電壓和無功功率的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制。電壓無功自動(dòng)調(diào)控的基本原理發(fā)電機(jī)無功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過主變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓。勵(lì)磁電流的增減則可通過改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)電壓給定值實(shí)現(xiàn)?；驹硎前l(fā)電側(cè)遠(yuǎn)程接收主站端AVC控制指令，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電壓給定值，改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)電壓無功自動(dòng)調(diào)控。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值設(shè)定雖然AVR給定值可以影響到發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和無功出力，并且三者具有相同的變化趨勢，但由于受勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)性能差異及運(yùn)行方式變化的影響，它們之間并沒有非常明確的量化關(guān)系，各機(jī)組差別較大。因此，要建立AVR給定值與機(jī)組無功出力的精確計(jì)算模型比較困難。采用漸次逼近的方案，動(dòng)態(tài)改變給定值的調(diào)節(jié)幅度，最終達(dá)到并維持目標(biāo)值。使用自學(xué)習(xí)過程，根據(jù)以前的調(diào)控結(jié)果，動(dòng)態(tài)修正輸出信號(hào)的觸點(diǎn)閉合時(shí)間。AVC實(shí)現(xiàn)方案電廠子站與省調(diào)主站共同組成AVC系統(tǒng)，以主站－子站星型網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行，主站和子站系統(tǒng)之間通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)互連并完成信息交換。子站：中控單元（上位機(jī)）+執(zhí)行終端（下位機(jī)）術(shù)語解釋主站：用于協(xié)調(diào)全網(wǎng)AVC系統(tǒng)。子站：用于接收主站指令，協(xié)調(diào)控制發(fā)電廠內(nèi)各發(fā)電機(jī)組，以達(dá)到主站下達(dá)的指令目標(biāo)。中控單元：用于數(shù)據(jù)采集分析和計(jì)算，每套AVC子站中包含一臺(tái)中控單元。執(zhí)行終端：發(fā)電側(cè)AVC子站執(zhí)行終端，用于接收中控單元指令，信號(hào)采集和輸出。

AVC控制方式電廠側(cè)子站中控單元接收AVC主站系統(tǒng)下達(dá)的母線電壓指標(biāo)，在充分考慮各種約束條件后，經(jīng)過分析計(jì)算后，估測出全廠總無功出力需求，再合理分配給各機(jī)組，最后發(fā)送指令給各子站執(zhí)行終端，由執(zhí)行終端發(fā)出增減磁信號(hào)至勵(lì)磁系統(tǒng)，以改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電壓給定值。勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)新的電壓給定值調(diào)節(jié)機(jī)組，從而達(dá)到并維持母線電壓指令。估測全廠總無功功率X=(Unow-Ulast)/(ΣQnow/Unow–ΣQlast/Ulast)ΣQtarget=(Utarget-Unow)*Utarget/X+ΣQnow*Utarget/UnowΣQtarget、ΣQlast、ΣQnow：總無功目標(biāo)、上次總無功、當(dāng)前總無功Utarget、Ulast、Unow：母線電壓目標(biāo)、上次母線電壓、當(dāng)前母線電壓估測全廠總無功功率因估測時(shí)做了簡化與假設(shè)，計(jì)算結(jié)果受運(yùn)行方式及母線變化情況影響，且具有一定時(shí)效性。若母線電壓發(fā)生小幅波動(dòng)，無法準(zhǔn)確估測出總無功功率時(shí)，因無功的變化趨勢與母線電壓總是相同，可采用小幅調(diào)節(jié)，逐次逼近的方式來實(shí)現(xiàn)跟蹤。各機(jī)組無功分配無功分配時(shí)，應(yīng)保證各機(jī)組機(jī)端電壓在安全極限內(nèi)，同時(shí)盡可能同步變化，保持相似的調(diào)控裕度。等功率因數(shù)法：各臺(tái)機(jī)組在無功功率上下極限范圍內(nèi)按照功率因數(shù)相同原則進(jìn)行分配，分配量與有功出力相關(guān)大。達(dá)到極限后不再參與調(diào)節(jié)。等偏移量法：各臺(tái)機(jī)組在無功功率的上下極限范圍內(nèi)按照偏移量相同的原則進(jìn)行分配，在各自的可調(diào)范圍內(nèi)總是具有相同額度（百分比）的調(diào)控容量，分配量與有功出力相關(guān)性小，基本上可同時(shí)達(dá)到上下極限。典型拓?fù)洌妷号c無功）AVC主站控制到電廠，指令為電廠的高壓母線電壓或全廠總無功目標(biāo)發(fā)電側(cè)接收AVC主站指令，由上位機(jī)根據(jù)母線電壓目標(biāo)估測出全廠總無功目標(biāo)，再自行分配到廠內(nèi)各受控機(jī)組主站指令下發(fā)主站每隔一段時(shí)間以通訊方式下發(fā)電廠母線電壓指令/單臺(tái)機(jī)組的無功目標(biāo)值。通訊方案：調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換機(jī)/RTU通訊協(xié)議：104規(guī)約/部頒CDT通訊方式：以太網(wǎng)/串口通信傳輸媒質(zhì)：網(wǎng)線、光纜、電纜實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集采集量：母線電壓，機(jī)組有功、無功出力，定子電壓，定子電流采集方式：（1）通過電廠現(xiàn)有RTU/監(jiān)控系統(tǒng)，以截取通訊報(bào)文的方式采集，串口通信，部頒CDT規(guī)約。（2）通過變送器將需采集量由接線方式引入執(zhí)行終端，由AVC自帶輸入模塊自行采集。上下位機(jī)之間通訊中控單元與執(zhí)行終端接口采用通訊方式。傳輸媒質(zhì)：視距離遠(yuǎn)近采用光纜或電纜。通訊方式：串口通信通訊鏈路：Profibus通訊規(guī)約：企業(yè)內(nèi)部規(guī)約子站上傳信號(hào)子站可將各機(jī)組的AVC運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以遙信方式上傳至主站。中控單元：自檢正常、閉環(huán)運(yùn)行執(zhí)行終端：可根據(jù)用戶需要選擇，一般上傳投入返回、閉環(huán)運(yùn)行、增磁閉鎖、減磁閉鎖。傳輸媒質(zhì)：控制電纜與公用信號(hào)系統(tǒng)接口輸出：控制信號(hào)——增磁、減磁狀態(tài)信號(hào)——2組正常信號(hào)，1組異常信號(hào)輸入：AVC投入AVC退出AVR自動(dòng)——AVC運(yùn)行判據(jù)之一狀態(tài)信號(hào)狀態(tài)量：（1）正常量：自檢正常、投入返回、閉環(huán)運(yùn)行、通信正常、增磁閉鎖、減磁閉鎖、電源正常（2）異常量：與正常量相對應(yīng)，可合并為一總異常信號(hào)傳輸媒質(zhì)：控制電纜控制信號(hào)增磁、減磁：可直接接入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器手操控制回路；對于使用DCS畫面軟操的機(jī)組，也可通過DCS轉(zhuǎn)接。脈沖寬度：0~2500ms（可調(diào)）時(shí)間誤差：≤10ms傳輸媒質(zhì)：控制電纜投退方式軟操：可在中控單元，通過畫面操作，對AVC子站進(jìn)行投退。硬操：控制臺(tái)安裝投入/退出切換開關(guān)，可在前臺(tái)對AVC子站進(jìn)行投退一般設(shè)計(jì)基本配置：一般為一臺(tái)上位機(jī)、若干臺(tái)執(zhí)行終端（與機(jī)組一一對應(yīng)）。組屏方案：根據(jù)電廠具體情況。技術(shù)參數(shù)單機(jī)組無功調(diào)控精度：≤3MVar單機(jī)組無功調(diào)控速率：≥10MVar/min整體響應(yīng)速度：≤1min母線電壓調(diào)控精度：≤400V兼容性電廠使用的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器種類繁多，型號(hào)各異，為保證兼容性，盡可能使各電廠現(xiàn)有設(shè)備無需作大的改動(dòng)便可以實(shí)現(xiàn)無功電壓自動(dòng)調(diào)控：軟件：控制模型和參數(shù)設(shè)置靈活硬件：采用可拼裝的模塊化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同發(fā)電廠、不同發(fā)電機(jī)和不同勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的實(shí)際運(yùn)行需要。同時(shí)與現(xiàn)有系統(tǒng)相對獨(dú)立，不產(chǎn)生相互干擾或影響，不影響發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)控制模式退出：只能工作在研究方式下。開環(huán)：周期運(yùn)行方式下，系統(tǒng)的控制模式為開環(huán)，遙控命令需要人工干預(yù)。閉環(huán)：周期運(yùn)行方式下，系統(tǒng)的控制模式為閉環(huán)，遙控命令不需要人工干預(yù)。安全機(jī)制約束條件成立時(shí)，計(jì)算模塊退出，閉鎖增減磁出口，停止調(diào)控。當(dāng)AVC信號(hào)偏差大（與當(dāng)前運(yùn)行工況比較）或持續(xù)時(shí)間長（長期控制無效果）。AVR自動(dòng)信號(hào)消失通信中斷機(jī)組有功越上、下限機(jī)組無功越上、下限機(jī)組機(jī)端電壓越上、下限機(jī)組機(jī)端電流越上、下限實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)波動(dòng)過于劇烈，超過設(shè)定值。無功上下限選取兩種方式可選按機(jī)組的P-Q曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前無功上下限；設(shè)置固定上下限值。通訊故障時(shí)的應(yīng)對措施通訊故障通常表現(xiàn)在主站與電廠間、RTU與數(shù)據(jù)處理平臺(tái)（或上位機(jī)）以及平臺(tái)與調(diào)控裝置（或上位機(jī)與下位機(jī)）間。因電壓無功自動(dòng)調(diào)控屬于二、三次調(diào)節(jié)，為相對較慢變化過程，因此，與AVC主站的短時(shí)間通訊中斷是可以接受的，可以控制在幾分鐘甚至十幾分鐘后才閉鎖出口，也可以選擇中斷后維持預(yù)先設(shè)定的母線電壓曲線的方式。與RTU通訊中斷會(huì)造成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣錯(cuò)誤，并導(dǎo)致誤調(diào)節(jié)，因此應(yīng)在盡可能短時(shí)間內(nèi)（數(shù)秒鐘，不超過1分鐘）閉鎖出口并給出告警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員切換到人工就地控制。上位機(jī)與下位機(jī)通訊中斷后，導(dǎo)致控制信號(hào)不能輸出，但不會(huì)造成誤調(diào)節(jié)，因此只要能及時(shí)做出反應(yīng)即可（上位機(jī)、下位機(jī)分別發(fā)告警信號(hào)）容錯(cuò)機(jī)制對主站無功指令應(yīng)具備容錯(cuò)機(jī)制。指令錯(cuò)誤通常包括調(diào)節(jié)過于頻繁、過于劇烈及超出安全穩(wěn)定極限，對錯(cuò)誤的指令應(yīng)能識(shí)別并拒絕執(zhí)行。為防止控制出口繼電器觸點(diǎn)粘死，導(dǎo)致信號(hào)輸出后不能及時(shí)返回，設(shè)計(jì)了保護(hù)回路，有效降低故障概率。為防止程序走飛，使用實(shí)時(shí)看門狗，可在1秒內(nèi)監(jiān)測到軟件故障并斷開所有出口，同時(shí)重啟裝置。為防止過于頻繁的調(diào)節(jié)，設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)，在死區(qū)內(nèi)裝置不做調(diào)控，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，各機(jī)組無功死區(qū)設(shè)置為3Mvar時(shí)，比較死區(qū)為1Mvar時(shí)，調(diào)控次數(shù)可降低到的10%以下。裝置開發(fā)簡介

2001年初，開始可行性研究與資料收集、新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)試驗(yàn)等階段工作。2001年11月，完成第一臺(tái)原型樣機(jī)“YC-01型母線電壓調(diào)控裝置”。2002年4月，裝置在合肥電廠#4機(jī)上安裝試運(yùn)行。試運(yùn)行期間的記錄數(shù)據(jù)表明，在發(fā)電機(jī)能力允許的情況下，220KV母線電壓能夠控制在合格的曲線范圍內(nèi)。2002年9月，配合省調(diào)實(shí)施全省聯(lián)網(wǎng)，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)電壓自動(dòng)調(diào)控，合理協(xié)調(diào)電廠內(nèi)的各機(jī)組的無功出力，而且可進(jìn)一步優(yōu)化電廠之間的無功分配問題。裝置開發(fā)簡介

2002年至今，開始研制定型產(chǎn)品YC-02型、YC-03型、YC-04型。裝置在調(diào)控策略、可靠性、易用性、安裝維護(hù)性以及外觀方面做了大量的優(yōu)化工作。從2003年10月至今，基本完成了安徽全省受控機(jī)組的裝置安裝調(diào)試工作。YC-04型主要針對省外電壓控制模式，同時(shí)兼容無功控制模式。裝置運(yùn)行曲線

YC-01運(yùn)行截圖YC-02運(yùn)行截圖（2002年7月5日-2002年7月6日）裝置運(yùn)行曲線YC-03試驗(yàn)截圖（