淺談發(fā)電廠AVC系統(tǒng)在網(wǎng)源協(xié)調(diào)中的應(yīng)用

王子龍　吳雨薇

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，浙江杭州 311000；2.浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江紹興 311200）

淺談發(fā)電廠AVC系統(tǒng)在網(wǎng)源協(xié)調(diào)中的應(yīng)用

王子龍1吳雨薇2

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，浙江杭州 311000；2.浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江紹興 311200）

“網(wǎng)源協(xié)調(diào)”是指發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)管理，通過對(duì)發(fā)電機(jī)組、升壓站等與電網(wǎng)密切相關(guān)的設(shè)備管理，保證發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。AVC通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓/無功達(dá)到主站控制目標(biāo)，進(jìn)行實(shí)時(shí)最優(yōu)閉環(huán)控制，滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流，從而使電網(wǎng)盡可能地保持在最優(yōu)無功運(yùn)行狀態(tài)或附近，以達(dá)到提高電壓合格率，降低電網(wǎng)能量損耗的目的。

AVC 網(wǎng)源協(xié)調(diào) 勵(lì)磁

近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，社會(huì)用電需求旺盛，越來越多的發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)以滿足生產(chǎn)生活中的各類用電設(shè)備。在這種條件下，電網(wǎng)本身對(duì)其安全性、穩(wěn)定性，抗擾性也提出了更高的要求。面對(duì)這樣的要求，如果僅僅依靠人工調(diào)節(jié)，那么無論精度和速度都難以滿足電網(wǎng)的調(diào)節(jié)需要。若要電網(wǎng)運(yùn)行在安全穩(wěn)定的狀態(tài)，就要優(yōu)化電壓和無功的控制能力，以達(dá)到網(wǎng)源協(xié)調(diào)，AVC系統(tǒng)的介入正是解決此問題的理想方式之一。

1　發(fā)電廠AVC的發(fā)展與現(xiàn)狀

AVC最早在20世紀(jì)80年代初開始用于電網(wǎng)，稱為二次電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)，目標(biāo)是在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)無功功率及電壓的區(qū)域性集中控制。隨著技術(shù)的提高，AVC控制系統(tǒng)也在功能上不斷完善，控制層次也更加細(xì)致。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行及控制需求一般可分為一次、二次和三次調(diào)節(jié)。

一次電壓控制（基層電壓控制）:機(jī)端電壓或主變高壓側(cè)電壓的快速無規(guī)則變化由發(fā)電機(jī)組機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）實(shí)現(xiàn)快速控制（毫秒、秒級(jí)），一次電壓控制必須是自動(dòng)的（類似機(jī)組一次調(diào)頻）。 二次電壓控制（區(qū)域電壓控制）:主要面向電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性，一個(gè)區(qū)域內(nèi)某個(gè)或某些樞紐母線電壓的慢速變化（分鐘級(jí)）對(duì)該區(qū)域具有較大影響意義的一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)合控制。三次電壓控制（全系統(tǒng)協(xié)調(diào)電壓控制）:以全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，采用最小化網(wǎng)損的最優(yōu)潮流實(shí)現(xiàn)，以狀態(tài)估計(jì)和無功電壓優(yōu)化算法為基礎(chǔ)，給出各區(qū)域中樞節(jié)點(diǎn)電壓的最優(yōu)設(shè)定值，控制周期一般為分鐘級(jí)或小時(shí)級(jí)，是區(qū)域間的電壓協(xié)調(diào)控制。

以浙江電網(wǎng)為例，下面是一個(gè)典型的發(fā)電廠子站邏輯結(jié)構(gòu)圖（圖1）。

當(dāng)AVC子站收到主站下發(fā)的命令后，可以合理利用發(fā)電機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力，以等功率因數(shù)，相似裕度，等無功容量等控制策略，通過勵(lì)磁AVR的增減磁，維持同一系統(tǒng)母線下，發(fā)電機(jī)組間的無功分配合理化，并可滿足特殊工況的運(yùn)行要求。

2　發(fā)電廠AVC的調(diào)節(jié)方式

目前，國內(nèi)大多數(shù)電網(wǎng)中的AVC系統(tǒng)都是以系統(tǒng)電壓為控制目標(biāo)的，主站每隔一段時(shí)間會(huì)下發(fā)給子站一個(gè)系統(tǒng)電壓目標(biāo)值，正常工況下每次調(diào)節(jié)電壓變化量很小。而AVC系統(tǒng)會(huì)將目標(biāo)電壓與當(dāng)前電壓的差值，轉(zhuǎn)換成為目標(biāo)電廠向系統(tǒng)送出的無功功率，也就是把母線的電壓目標(biāo)值轉(zhuǎn)化為全廠無功目標(biāo)。然后再將這個(gè)無功目標(biāo)經(jīng)優(yōu)化分配給各臺(tái)機(jī)組作為單機(jī)無功目標(biāo)。通常由公式將電壓目標(biāo)值轉(zhuǎn)化為全廠無功目標(biāo)。其中: Ui為當(dāng)前母線電壓，Uj為目標(biāo)電壓；Qi為當(dāng)前電廠送入系統(tǒng)的無功；Qj為為使母線電壓達(dá)到Uj需向系統(tǒng)送出的無功功率；X為系統(tǒng)阻抗。

在AVC運(yùn)行的大部分時(shí)間里，從電廠端看出去，系統(tǒng)阻抗的變化是不大的，因此系統(tǒng)阻抗往往可優(yōu)選為一個(gè)定值。但是，隨著電網(wǎng)不斷的發(fā)展壯大，電網(wǎng)運(yùn)行方式也有可能會(huì)發(fā)生改變。這種變化可能還會(huì)引起系統(tǒng)阻抗的變化，與此伴隨的是發(fā)電廠出口電壓的改變。如果此時(shí)要進(jìn)行電廠出口電壓的調(diào)節(jié)，公式中的系統(tǒng)阻抗勢必要做相應(yīng)的調(diào)整，否則主站目標(biāo)指令將無法實(shí)現(xiàn)。在某些情況下，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，AVC將無法及時(shí)調(diào)節(jié)。因此，發(fā)電廠AVC系統(tǒng)的阻抗自適應(yīng)必須作為一個(gè)必備功能來要求。系統(tǒng)阻抗辨識(shí)就是根據(jù)電壓調(diào)節(jié)前后的電壓、無功值，根據(jù)公式:

3　發(fā)電廠AVC在電網(wǎng)中穩(wěn)定運(yùn)行要求

發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要前提，所以發(fā)電廠AVC的控制策略應(yīng)以保障安全為主，在任何時(shí)候都不能有違機(jī)組安全運(yùn)行，其定值的設(shè)定要綜合考慮發(fā)電機(jī)保護(hù)和勵(lì)磁保護(hù)，在合理的范圍和裕度內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。

在AVC定值的整定過程中，對(duì)各種安全條件的約束應(yīng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況區(qū)別對(duì)待，將保障機(jī)組安全穩(wěn)定的參數(shù)（極端電壓，無功，廠用電等）列為控制優(yōu)先等級(jí)，將提高機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量的參數(shù)（母線電壓，低頻振蕩，電網(wǎng)故障）列為一般等級(jí)。機(jī)組在運(yùn)行時(shí)應(yīng)提高AVC對(duì)優(yōu)先級(jí)別的響應(yīng)速度，使機(jī)組第一時(shí)間滿足優(yōu)先級(jí)別的約束條件。同時(shí)，要注意發(fā)電機(jī)在不同工況下的運(yùn)行要求，如AVC投入控制一臺(tái)機(jī)組、多臺(tái)機(jī)組，或發(fā)電機(jī)在進(jìn)相、滯相等運(yùn)行方式下，發(fā)電廠AVC應(yīng)區(qū)分控制策略，合理利用發(fā)電機(jī)的無功資源。

4　結(jié)語

通過AVC來協(xié)調(diào)全網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的無功資源，不僅可以提高發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)無功需求的響應(yīng)速度，減少運(yùn)行人員的主觀判斷和操作，還可以優(yōu)化同一系統(tǒng)母線下各發(fā)電機(jī)組間的無功分配。隨著控制技術(shù)的發(fā)展及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的增加，更多的變量將參與到相鄰機(jī)組間無功分配的策略中來，使AVC在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，靈活性，合理性等方面更進(jìn)一步。