300MW机组自动电压控制及无功优化（AVC）系统改造
发布时间：2015-07-08 09:22
论文 关键词：自动电压控制及无功优化励磁系统自动
论文摘要：发电侧avc子站通过远动专线接收内蒙省调avc主站下发的电厂侧220kv母线指令。中控单元在充分考虑各种约束条件后， 计算 出对应的控制脉冲宽度，以通讯方式下发至avc执行终端，由执行终端输出增减磁信号给励磁系统（或输出至dcs），调节机组无功功率，发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随之增减，并通过机端变压器进一步影响到母线电压的高低，励磁电流的增减可通过改变励磁调节器(avr)给定值实现。
一、选题背景及其意义
近年来，随着我国电力 工业 的迅速 发展 ，电网规模的不断扩大，电力系统的安全、 经济 运行已成为电力生产的重大课题。必须不断采用新技术在保证电力系统安全运行的前提下，提高电能质量、降低 网络 元件中的电能损耗，从而获得满足安全运行条件下的最大经济性和最好的电能质量。其中电网的自动电压控制及无功优化(简称avc)就是电力生产中提高电能质量，降低网损的重要手段。国家电力调度中心已经把这一项目列入了“十一五规划”。
自动电压无功调控系统avc系统将发电厂母线电压的调整由人工监控改为自动调控，具有以下意义：
1.提高稳定水平：网内电厂全部投入装置后，通过合理分配无功，可将系统电压和无功储备保持在较高的水平，从而大大提高电网安全稳定水平和机组运行稳定水平。
2.改善电压质量：电压监督电压合格率得到大幅度提高。
3.消除了人为因素引起误调节的情况，有效降低了运行人员的工作强度。
二、国内无功电压控制现状
国内目前对发电厂无功电压的管理考核方式，主要是由调度中心按照高峰、平谷和低谷等不同时段划分母线电压控制范围，按季度向各发电厂下达曲线指标，发电厂则根据曲线要求，实行人工24小时连续监视盘表，及时调节发电机无功出力，以维持母线电压在合格范围内。这种沿用了多年的就地分散控制管理模式，在当前电网结构日益复杂的形势下逐渐暴露出了一些弊端，存在的主要问题是：
1.事先给定的电压曲线和无功设备运行计划是离线确定的，并不能反映电网的实际情况，按照这种方式进行调节往往带来安全隐患。
2.电网运行人员需要时刻监视系统电压无功情况，并进行人工调整，工作强度大，而且往往会造成电网电压波动大;
3.电厂之间，无功调节对相互母线电压影响大，无功调节矛盾突出。由于各电厂只关注自身母线电压，没有从全局角度协调无功分配，电网无功功率无谓搬运现象突出，经常出现无功环流现象，造成不必要的有功损耗。各厂、站无功电压控制没有进行协调，造成电网运行不经济。
上述问题的存在，既增加机组进相深度，影响机组和电网安全稳定运行，也使网损增加，影响经济性。因此，有必要发展avc(自动电压控制)系统，从全局对电网无功潮流和发电机组无功功率进行协调控制，实现电厂母线电压和无功功率的自动调控，合理协调电网无功分布，以保证电网安全稳定运行，提高电压质量和减少网损，降低运行人员劳动强度。近几年来国际上几次重大的电网事故如美加大停电，都有无功电压的问题造成电压崩溃，致使电网瘫痪。无功电压自动控制技术越来越引起重视，在华北电网，基于分层分区控制技术的二/三次电压控制技术在某些电厂逐步进入应用，而本论文依据包头第二热电厂现场改造的实际情况，将重点讲述电厂侧无功电压控制方案在包头第二热电厂的应用。
三、课题研究的主要内容：
发电厂侧avc实施方案
信息来源:http:/1.自动电压无功调控系统控制方案
在发电侧增设一套电压无功自动调控系统，与调度中心共同组成avc系统，以主站-子站星型网络方式运行，主站和子站系统之间通过现有数据采集系统及数据通信网互连并完成信息交换。发电侧avc子站通过远动专线接收内蒙省调avc主站下发的电厂侧220kv母线指令。中控单元在充分考虑各种约束条件后，计算出对应的控制脉冲宽度，以通讯方式下发至avc执行终端，由执行终端输出增减磁信号给励磁系统（或输出至dcs），调节机组无功功率，发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随之增减，并通过机端变压器进一步影响到母线电压的高低，励磁电流的增减可通过改变励磁调节器(avr)给定值实现。所以系统的无功电压控制通过励磁系统来实现。自动电压调控系统avc是通过改变发电机avr的给定值来改变机端电压和发电机输出无功的。信息来自:输配电设备网
包头第二热电厂300mw机组自动电压控制(avc)系统框图
2.合理的设备配置方案
2.1.安全可靠的硬件配置
本工程采用中控单元/执行终端配置方式，共安装两套独立的系统，每套设备配置台中控单元（主/备）和2台avc执行终端，终端与机组一对一配置。avc子站中控单元接收内蒙省调avc主站下达的电厂侧高压母线电压指令，在充分考虑各种约束条件后，计算出对应的控制脉冲宽度，下发至avc执行终端，执行终端输出增减磁信号给励磁系统，由励磁系统调节机组无功功率。
中控单元有主备功能，主中控单元故障时，可切换至备用中控单元，保证系统正常运行。主中控单元恢复后，自动切回主中控单元控制。
本工程共有中控单元2台，执行终端2台。
2.2.人性化的发电厂avc子站软件配置方案
2.2.1.包括完整的数据采集、处理、通信和诊断等各种软件，应具有告警、具体故障内容的中文提示及事故记录功能。软件配置满足功能规范的要求，具有良好的实时性和可维护性。
2.2.2软件遵循国际标准，满足开放的要求。
2.1.3.便于用户的二次开发和在线安装、生成、修改新的应用功能。
2.1.4.配备一套完整的、可运行的软件备份。
2.2.5.系统有较强的防计算机病毒、反入侵能力，提供硬件防火墙或其它安全设施的接入能力。
2.2.6.具备较强的数据存储功能，能够长时间存储运行数据、运行事件、系统参数和离线电压设定曲线等数据。
3.对功能模块的要求
3.1计算模块应具有下列功能：
ü根据高压母线电压调整量目标值计算电厂对应机组发出无功功率目标值。
ü按照给定的无功分配策略，将总的无功目标值分配给各台机组。
ü选择需要调整的机组，给出合适的调整指令。
ü自动识别母线检修，双母线结构一条母线检修，控制母线自动切换至另一条母线。
3.2.运行约束条件：
üavc主站下发的调节信号突变限值；
üavc主站控制无效时间限值；
ü发电机参与调节的有功功率限值。
ü发电机在不同的有功出力下对应的无功功率上下限；
ü发电机的机端电压上下限；
ü发电机的机端电流上下限；
ü高压侧母线电压上下限；
üavr自动信号消失；
ü实时数据波动过于剧烈，超过设定值；
ü实时数据不刷新；
ü省调通信中断；
ürtu通信故障；
ü机组有功越闭锁值；
ü机组无功越闭锁值；
ü机组机端电压越闭锁值；
ü机组机端电流越闭锁值；
ü母线电压越闭锁值。
ü机端电流耦合校验
avc子站在满足以上运行约束条件时，装置闭锁输出并发出增减闭锁信号，一旦运行条件正常，增减闭锁信号消失，装置自动恢复正常运行。
3.3avc子站的控制模式
ü退出：只能工作在研究方式下。
ü闭环：avc主站与子站闭环运行。
ü开环：avc子站系统根据本地设定电压运行
3.4防误措施
ü中控单元 计算 错误时有保护措施，能可靠保证不误输出。
ü执行终端掉电时不会误输出。
ü任一硬件模块或连线损坏，均不会造成设备误输出。
ü防止输出控制节点粘死措施，当输出节点粘死导致输出控制脉冲过长时，应自动切断控制输出信号保证机组安全。
对时接口
子站系统提供rs485串口（rs232口备用），可与厂内卫星定时系统gps实现精确对时（对时误差不大于1ms）。
5.自动电压无功调控系统调试中注意问题。
自动电压调控系统的各种限制功能必须与发电机励磁系统avr的各种限制以及和发变组保护很好的配合。根据发电机励磁系各种限制数据以及发电机p-q曲线、发变组保护定值对自动电压调控系统定值进合理整定，杜绝配合不好带来的不良后果。
试验时，调度及电厂运行加强监视控制点参数，必要时，无条件退出avc运行，并恢复参数。调试中注意和发电厂侧进相数据的配合，调整中要保证6kv厂用电系统的稳定运行，如果调整中6kv电压过低，有必要调整发电机电压定值。
在无功调控设备中采取措施防止增磁和减磁出口继电器接点粘连。
四、研究的难点和重点
（1）本文着重阐述该系统如何通过合理的硬件配置实现安全可靠运行、如何实现人性化、可视化、智能化的软件系统配置。
（2）在参数设定中，既要保证电网电压及无功优化问题、又要考虑到本厂汽轮发电机组在调节过程中的安全稳定问题，因此avr执行终端的无功功率调节死区、脉冲计算斜率、最大脉冲宽度的定值是avr成功运行的关键因素，也是本文的重点和难点。
（3）自动电压调控系统的各种限制功能必须与发电机励磁系统avr的各种限制以及和发变组保护很好的配合。根据发电机励磁系各种限制数据以及发电机p-q曲线、发变组保护定值对自动电压调控系统定值进合理整定，杜绝配合不好带来的不良后果。
五、预期成果
本课题研究成功投入使用后，将发电厂母线电压的调整由人工监控改为自动调控，消除了人为因素引起误调节的情况，有效降低了运行人员的工作强度，保证系统电压低于规定的最大数值，以适应电力设备的绝缘水平和避免变压器过饱和，并向用户提供合理的最高水平电压;信息来自:大机组无功出力分配必须满足系统稳定的要求，单机无功必须满足p-q曲线，保证了机组安全运行，尽可能地降低了电网的有功功率损耗，取得较好的 经济 效益。
参考 文献
1.唐茂林.庞晓艳.李曼.刘柏私.尹晓澜.张蓓.李建.郭庆来.孙宏斌计及梯级电站的省地一体化avc系统研究及实现方案[期刊 论文 ]-电力自动化设备2009(6)
2.惠建峰.焦莉.张世学自动电压控制系统建设与应用分析[期刊论文]-陕西电力2009(2)
3.李钦.温柏坚广东电网电厂avc子站建设研究[期刊论文]-电力系统保护与控制2008(21)
4.郭庆来.孙宏斌.张伯明.吴文传.王彬.李柱华.汤磊.王蓓.宁文元.郑燕涛.袁平自动电压控制中连续变量与离散变量的协调方法(一)变电站内协调电压控制[期刊论文]-电力系统自动化2008(08)
5.郭庆来.孙宏斌.张伯明.吴文传.王彬.李柱华.汤磊自动电压控制中连续变量与离散变量的协调方法(二)厂站协调控制[期刊论文]-电力系统自动化2008(09)
6.孙鸣.吴兆文.李家仁电厂侧avc子站系统控制策略的研究[期刊论文]-仪器仪表用户2008(03)
7.杨银国.崔丽华.李扬絮.李力.向丽玲.杨雄平广东电网2007春节电压调控存在问题与对策[期刊论文]-广东电力2008(04)
8.郭庆来.张伯明.孙宏斌.吴文传电网无功电压控制模式的演化分析[期刊论文]-清华大学学报（ 自然 科学 版）2008(01)
dezjlsecondaryvoltagecontrol:analysissolutionsandsimulationresultsforthespanishtransmissionsystem1996(2)
canimprovedvoltagecontrolonlarge-scalepowersystem1996(3)
onjysecondarycoordinatedvoltagecontrolsystem:feedbackofedf2000
dezjlsecondaryvoltagecontrol:analysissolutionsandsimulationresultsforthespanishtransmissionsystem1996(2)
canimprovedvoltagecontrolonlarge-scalepowersystem1996(3)onjysecondarycoordinatedvoltagecontrolsystem:feedbackofedf2000信息来源:
论文摘要：发电侧avc子站通过远动专线接收内蒙省调avc主站下发的电厂侧220kv母线指令。中控单元在充分考虑各种约束条件后， 计算 出对应的控制脉冲宽度，以通讯方式下发至avc执行终端，由执行终端输出增减磁信号给励磁系统（或输出至dcs），调节机组无功功率，发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随之增减，并通过机端变压器进一步影响到母线电压的高低，励磁电流的增减可通过改变励磁调节器(avr)给定值实现。
一、选题背景及其意义
近年来，随着我国电力 工业 的迅速 发展 ，电网规模的不断扩大，电力系统的安全、 经济 运行已成为电力生产的重大课题。必须不断采用新技术在保证电力系统安全运行的前提下，提高电能质量、降低 网络 元件中的电能损耗，从而获得满足安全运行条件下的最大经济性和最好的电能质量。其中电网的自动电压控制及无功优化(简称avc)就是电力生产中提高电能质量，降低网损的重要手段。国家电力调度中心已经把这一项目列入了“十一五规划”。
自动电压无功调控系统avc系统将发电厂母线电压的调整由人工监控改为自动调控，具有以下意义：
1.提高稳定水平：网内电厂全部投入装置后，通过合理分配无功，可将系统电压和无功储备保持在较高的水平，从而大大提高电网安全稳定水平和机组运行稳定水平。
2.改善电压质量：电压监督电压合格率得到大幅度提高。
3.消除了人为因素引起误调节的情况，有效降低了运行人员的工作强度。
二、国内无功电压控制现状
国内目前对发电厂无功电压的管理考核方式，主要是由调度中心按照高峰、平谷和低谷等不同时段划分母线电压控制范围，按季度向各发电厂下达曲线指标，发电厂则根据曲线要求，实行人工24小时连续监视盘表，及时调节发电机无功出力，以维持母线电压在合格范围内。这种沿用了多年的就地分散控制管理模式，在当前电网结构日益复杂的形势下逐渐暴露出了一些弊端，存在的主要问题是：
1.事先给定的电压曲线和无功设备运行计划是离线确定的，并不能反映电网的实际情况，按照这种方式进行调节往往带来安全隐患。
2.电网运行人员需要时刻监视系统电压无功情况，并进行人工调整，工作强度大，而且往往会造成电网电压波动大;
3.电厂之间，无功调节对相互母线电压影响大，无功调节矛盾突出。由于各电厂只关注自身母线电压，没有从全局角度协调无功分配，电网无功功率无谓搬运现象突出，经常出现无功环流现象，造成不必要的有功损耗。各厂、站无功电压控制没有进行协调，造成电网运行不经济。
上述问题的存在，既增加机组进相深度，影响机组和电网安全稳定运行，也使网损增加，影响经济性。因此，有必要发展avc(自动电压控制)系统，从全局对电网无功潮流和发电机组无功功率进行协调控制，实现电厂母线电压和无功功率的自动调控，合理协调电网无功分布，以保证电网安全稳定运行，提高电压质量和减少网损，降低运行人员劳动强度。近几年来国际上几次重大的电网事故如美加大停电，都有无功电压的问题造成电压崩溃，致使电网瘫痪。无功电压自动控制技术越来越引起重视，在华北电网，基于分层分区控制技术的二/三次电压控制技术在某些电厂逐步进入应用，而本论文依据包头第二热电厂现场改造的实际情况，将重点讲述电厂侧无功电压控制方案在包头第二热电厂的应用。
三、课题研究的主要内容：
发电厂侧avc实施方案
信息来源:http:/1.自动电压无功调控系统控制方案
在发电侧增设一套电压无功自动调控系统，与调度中心共同组成avc系统，以主站-子站星型网络方式运行，主站和子站系统之间通过现有数据采集系统及数据通信网互连并完成信息交换。发电侧avc子站通过远动专线接收内蒙省调avc主站下发的电厂侧220kv母线指令。中控单元在充分考虑各种约束条件后，计算出对应的控制脉冲宽度，以通讯方式下发至avc执行终端，由执行终端输出增减磁信号给励磁系统（或输出至dcs），调节机组无功功率，发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随之增减，并通过机端变压器进一步影响到母线电压的高低，励磁电流的增减可通过改变励磁调节器(avr)给定值实现。所以系统的无功电压控制通过励磁系统来实现。自动电压调控系统avc是通过改变发电机avr的给定值来改变机端电压和发电机输出无功的。信息来自:输配电设备网
包头第二热电厂300mw机组自动电压控制(avc)系统框图
2.合理的设备配置方案
2.1.安全可靠的硬件配置
本工程采用中控单元/执行终端配置方式，共安装两套独立的系统，每套设备配置台中控单元（主/备）和2台avc执行终端，终端与机组一对一配置。avc子站中控单元接收内蒙省调avc主站下达的电厂侧高压母线电压指令，在充分考虑各种约束条件后，计算出对应的控制脉冲宽度，下发至avc执行终端，执行终端输出增减磁信号给励磁系统，由励磁系统调节机组无功功率。
中控单元有主备功能，主中控单元故障时，可切换至备用中控单元，保证系统正常运行。主中控单元恢复后，自动切回主中控单元控制。
本工程共有中控单元2台，执行终端2台。
2.2.人性化的发电厂avc子站软件配置方案
2.2.1.包括完整的数据采集、处理、通信和诊断等各种软件，应具有告警、具体故障内容的中文提示及事故记录功能。软件配置满足功能规范的要求，具有良好的实时性和可维护性。
2.2.2软件遵循国际标准，满足开放的要求。
2.1.3.便于用户的二次开发和在线安装、生成、修改新的应用功能。
2.1.4.配备一套完整的、可运行的软件备份。
2.2.5.系统有较强的防计算机病毒、反入侵能力，提供硬件防火墙或其它安全设施的接入能力。
2.2.6.具备较强的数据存储功能，能够长时间存储运行数据、运行事件、系统参数和离线电压设定曲线等数据。
3.对功能模块的要求
3.1计算模块应具有下列功能：
ü根据高压母线电压调整量目标值计算电厂对应机组发出无功功率目标值。
ü按照给定的无功分配策略，将总的无功目标值分配给各台机组。
ü选择需要调整的机组，给出合适的调整指令。
ü自动识别母线检修，双母线结构一条母线检修，控制母线自动切换至另一条母线。
3.2.运行约束条件：
üavc主站下发的调节信号突变限值；
üavc主站控制无效时间限值；
ü发电机参与调节的有功功率限值。
ü发电机在不同的有功出力下对应的无功功率上下限；
ü发电机的机端电压上下限；
ü发电机的机端电流上下限；
ü高压侧母线电压上下限；
üavr自动信号消失；
ü实时数据波动过于剧烈，超过设定值；
ü实时数据不刷新；
ü省调通信中断；
ürtu通信故障；
ü机组有功越闭锁值；
ü机组无功越闭锁值；
ü机组机端电压越闭锁值；
ü机组机端电流越闭锁值；
ü母线电压越闭锁值。
ü机端电流耦合校验
avc子站在满足以上运行约束条件时，装置闭锁输出并发出增减闭锁信号，一旦运行条件正常，增减闭锁信号消失，装置自动恢复正常运行。
ü退出：只能工作在研究方式下。
ü闭环：avc主站与子站闭环运行。
ü开环：avc子站系统根据本地设定电压运行
3.4防误措施
ü中控单元 计算 错误时有保护措施，能可靠保证不误输出。
ü执行终端掉电时不会误输出。
ü任一硬件模块或连线损坏，均不会造成设备误输出。
ü防止输出控制节点粘死措施，当输出节点粘死导致输出控制脉冲过长时，应自动切断控制输出信号保证机组安全。
对时接口
子站系统提供rs485串口（rs232口备用），可与厂内卫星定时系统gps实现精确对时（对时误差不大于1ms）。
5.自动电压无功调控系统调试中注意问题。
自动电压调控系统的各种限制功能必须与发电机励磁系统avr的各种限制以及和发变组保护很好的配合。根据发电机励磁系各种限制数据以及发电机p-q曲线、发变组保护定值对自动电压调控系统定值进合理整定，杜绝配合不好带来的不良后果。
试验时，调度及电厂运行加强监视控制点参数，必要时，无条件退出avc运行，并恢复参数。调试中注意和发电厂侧进相数据的配合，调整中要保证6kv厂用电系统的稳定运行，如果调整中6kv电压过低，有必要调整发电机电压定值。
在无功调控设备中采取措施防止增磁和减磁出口继电器接点粘连。
四、研究的难点和重点
（1）本文着重阐述该系统如何通过合理的硬件配置实现安全可靠运行、如何实现人性化、可视化、智能化的软件系统配置。
（2）在参数设定中，既要保证电网电压及无功优化问题、又要考虑到本厂汽轮发电机组在调节过程中的安全稳定问题，因此avr执行终端的无功功率调节死区、脉冲计算斜率、最大脉冲宽度的定值是avr成功运行的关键因素，也是本文的重点和难点。
（3）自动电压调控系统的各种限制功能必须与发电机励磁系统avr的各种限制以及和发变组保护很好的配合。根据发电机励磁系各种限制数据以及发电机p-q曲线、发变组保护定值对自动电压调控系统定值进合理整定，杜绝配合不好带来的不良后果。
五、预期成果
本课题研究成功投入使用后，将发电厂母线电压的调整由人工监控改为自动调控，消除了人为因素引起误调节的情况，有效降低了运行人员的工作强度，保证系统电压低于规定的最大数值，以适应电力设备的绝缘水平和避免变压器过饱和，并向用户提供合理的最高水平电压;信息来自:大机组无功出力分配必须满足系统稳定的要求，单机无功必须满足p-q曲线，保证了机组安全运行，尽可能地降低了电网的有功功率损耗，取得较好的 经济 效益。
参考 文献
1.唐茂林.庞晓艳.李曼.刘柏私.尹晓澜.张蓓.李建.郭庆来.孙宏斌计及梯级电站的省地一体化avc系统研究及实现方案[期刊 论文 ]-电力自动化设备2009(6)
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3.李钦.温柏坚广东电网电厂avc子站建设研究[期刊论文]-电力系统保护与控制2008(21)
4.郭庆来.孙宏斌.张伯明.吴文传.王彬.李柱华.汤磊.王蓓.宁文元.郑燕涛.袁平自动电压控制中连续变量与离散变量的协调方法(一)变电站内协调电压控制[期刊论文]-电力系统自动化2008(08)
5.郭庆来.孙宏斌.张伯明.吴文传.王彬.李柱华.汤磊自动电压控制中连续变量与离散变量的协调方法(二)厂站协调控制[期刊论文]-电力系统自动化2008(09)
6.孙鸣.吴兆文.李家仁电厂侧avc子站系统控制策略的研究[期刊论文]-仪器仪表用户2008(03)
7.杨银国.崔丽华.李扬絮.李力.向丽玲.杨雄平广东电网2007春节电压调控存在问题与对策[期刊论文]-广东电力2008(04)
8.郭庆来.张伯明.孙宏斌.吴文传电网无功电压控制模式的演化分析[期刊论文]-清华大学学报（ 自然 科学 版）2008(01)
dezjlsecondaryvoltagecontrol:analysissolutionsandsimulationresultsforthespanishtransmissionsystem1996(2)
canimprovedvoltagecontrolonlarge-scalepowersystem1996(3)
onjysecondarycoordinatedvoltagecontrolsystem:feedbackofedf2000
dezjlsecondaryvoltagecontrol:analysissolutionsandsimulationresultsforthespanishtransmissionsystem1996(2)
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