AVC系統在電力系統中淺析及應用

劉志輝 張建山

[摘要]自動電壓調節器系統，以下簡稱“AVC”系統，在電力系統中的應用及組網形式.

[關鍵詞]AVC;勵磁調節器;無功功率;自動控制;潮流

1、引言

近年來，隨著經濟和科技的發展、計算機自動化設備的普遍應用以及高電壓等級、大容量和跨區電網的迅速發展，用戶對電壓質量的要求越來越高，在現代超高壓電網中，對系統電壓和無功的要求越來越高，這就必須需要一種裝置對這個系統內的機組進行統一、合理的調整，來滿足用戶對電壓的需求，系統無功的儲備，潮流的合理分配等。

2、電網運行中對無功功率的具體要求：

1）系統電壓必須大于某一最低數值，以保證電力系統靜態和暫態的運行穩定性，以及變壓器帶負荷調壓分接頭的運行范圍和廠用電的運行;2）正常情況下，電網必須具有規定的無功功率儲備，以保證事故后的系統電壓不低于規定的數值，防止出現電壓崩潰事故和同步穩定破壞;3）保證系統電壓低于規定的最大數值，以適應電力設備的絕緣水平和避免變壓器過飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓;4）大機組無功出力分配必須滿足系統穩定的要求，單機無功必須滿足P-Q曲線，保證機組安全運行;5）滿足上述電壓條件下，盡可能降低電網的有功功率損耗，以取得經濟效益。發電機組勵磁調節系統是電力系統中最重要的無功電壓控制系統，響應速度快，可控制量大，無論是正常運行時保證電壓水平和緊急控制時防止電壓崩潰，都起著重要的作用。發電機無功出力與機端電壓受其勵磁電流的影響，當勵磁電流發生改變時，發電機的無功出力與機端電壓也隨之增減，并通過機端變壓器進一步影響到母線電壓的高低，勵磁電流的增減可通過改變勵磁調節器（AVR）給定值實現。

3、AVC功能簡介

AVC系統通過監視本地區關口的無功和變電站的母線電壓，在保證關口無功和母線電壓合格的條件下進行無功電壓的優化計算。通過改變電網中可控無功電源的出力、無功補償設備的投切、變壓器分接頭的調整來滿足安全經濟運行條件，提高電壓質量，降低網損。系統優化的目標為：關口無功合格、母線電壓合格、優化網損，可計算出在當前電網運行狀態和負荷水平下，滿足安全經濟運行時全網各有載調壓變壓器分接頭的位置、各并聯補償電容器的投切狀態。

3.1AVC系統的控制模式

AVC系統具有2種控制模式：優化控制模式和分區控制模式。3.1.1優化控制模式。在估計運行狀態正常且量測合格率大于95%時，AVC系統使用優化控制模式。利用潮流計算的靈敏度分析功能，得到控制設備對母線電壓、關口功率因數、網損的影響，同時考慮設備的操作費用，得到控制設備的調整綜合指標，將調整綜合指標進行排序來選擇控制設備。通過對控制費用和控制綜合指標模型的修改來決定無功電壓優化控制設備的優先級和控制頻度，實現無功電壓的優化控制。（1）母線電壓的校正控制。對監視點的電壓進行監視，當出現電壓越限時，根據優化計算的結果產生校正控制方案，通過并聯補償設備的投切和變壓器分接頭的調整來保證監控點的電壓在規定的運行區間內。（2）功率因數的校正控制。對地區總加功率因數進行監視，當超過規定的運行范圍時，根據優化計算的結果選擇投切某些并聯補償設備來控制功率因數，保證電壓變化不大，網損增加最少或減少最多。通過執行上級調度下發的功率因數指標來配合主網進行電壓和無功的分層控制，提高主網發電機等設備的快速無功備用和主網的電壓穩定性。（3）網損的優化控制。在電壓和功率因數都合格的情況下，通過對設備的電壓、網損、關口功率因數的靈敏度分析和綜合調整指標來選擇控制設備。3.1.2分區控制模式。當狀態估計合格率不高或系統量測不能滿足計算要求時，切換到基于規則的分區控制模式。在分區控制模式下，用電壓、功率因數（無功）的上下限值將控制區域分為16區。

3.2AVC系統的運行環境

AVC系統的運行要求調度自動化應用軟件PAS基本模塊已經安裝并運行良好，狀態估計合格率保持在較高水平，具有合理的外部網絡等值，變電站具有四遙功能。

3.3AVC系統的軟硬件要求

AVC系統的硬件配置為一臺AVC服務器，一臺AVC工作站，它是利用計算機和通信技術，對電網中的無功資源以及調壓設備進行自動控制，以達到保證電網安全、優質和經濟運行的目的。軟件所需的圖形畫面和電網參數通過SCADA數據轉換接口和圖形轉換接口直接轉換，控制環節的最終控制命令依靠SCADA下行通道命令執行。

4、電廠中AVC系統的構成

1）中控單元：考慮220kV及500kV兩套AVC控制系統，主機即中控單元，分為220kVAVC子站、500kVAVC子站，分別通過光纜或網線至省調專用數據網交換機連接，接受省調下達的調控指令和子站狀態的反饋信息。中控單元根據主站的增減磁命令，分析當時各臺機組的運行工況，合理進行無功功率分配。2）RTU：負責的任務是采集主控母線電壓，通過調度數據網傳送至省調AVC主站，此數據是主站調控我廠機組增減磁的依據，使得此電壓在當時系統運行工況下最優化。3）執行終端：各單元保護室的執行終端，通過光纜連接至中控單元，接受中控單元的調節指令再執行至AVR（勵磁調節器）進行增減磁，同時執行終端也反饋AVR的運行狀態至中控單元。

5、結束語

隨著電網規模不斷擴大，電廠AVC系統的投入及普及，必將發揮出越來越大的作用。該系統拓展了SCADA系統的功能，實現了在調度自動化系統的主站端對母線電壓和關口無功的自動控制，相比單個變電所的電壓自動調節裝置，具有投資小、效益高的優點，適應電網自動化發展的趨勢。