關鍵詞：自動電壓控制及無功優化 勵磁系統 自動
摘要：發電側AVC子站通過遠動專線接收內蒙省調AVC主站下發的電廠側220KV母線指令。中控單元在充分考慮各種約束條件后，計算出對應的控制脈沖寬度，以通訊方式下發至AVC執行終端，由執行終端輸出增減磁信號給勵磁系統（或輸出至DCS），調節機組無功功率，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。
一、 選題背景及其意義
近年來，隨著我國電力工業的迅速發展，電網規模的不斷擴大，電力系統的安全、經濟運行已成為電力生產的重大課題。必須不斷采用新技術在保證電力系統安全運行的前提下，提高電能質量、降低網絡元件中的電能損耗，從而獲得滿足安全運行條件下的最大經濟性和最好的電能質量。其中電網的自動電壓控制及無功優化(簡稱AVC)就是電力生產中提高電能質量，降低網損的重要手段。國家電力調度中心已經把這一項目列入了“十一五規劃”。
自動電壓無功調控系統AVC系統將發電廠母線電壓的調整由人工監控改為自動調控，具有以下意義：
1.提高穩定水平：網內電廠全部投入裝置后，通過合理分配無功，可將系統電壓和無功儲備保持在較高的水平，從而大大提高電網安全穩定水平和機組運行穩定水平。
2.改善電壓質量：電壓監督電壓合格率得到大幅度提高。
3.消除了人為因素引起誤調節的情況，有效降低了運行人員的工作強度。
二、國內無功電壓控制現狀
國內目前對發電廠無功電壓的管理考核方式，主要是由調度中心按照高峰、平谷和低谷等不同時段劃分母線電壓控制范圍，按季度向各發電廠下達曲線指標，發電廠則根據曲線要求，實行人工24小時連續監視盤表，及時調節發電機無功出力，以維持母線電壓在合格范圍內。這種沿用了多年的就地分散控制管理模式，在當前電網結構日益復雜的形勢下逐漸暴露出了一些弊端，存在的主要問題是：
1.事先給定的電壓曲線和無功設備運行計劃是離線確定的，并不能反映電網的實際情況，按照這種方式進行調節往往帶來安全隱患。
2.電網運行人員需要時刻監視系統電壓無功情況，并進行人工調整，工作強度大，而且往往會造成電網電壓波動大;
3.電廠之間，無功調節對相互母線電壓影響大，無功調節矛盾突出。由于各電廠只關注自身母線電壓，沒有從全局角度協調無功分配，電網無功功率無謂搬運現象突出，經常出現無功環流現象，造成不必要的有功損耗。各廠、站無功電壓控制沒有進行協調，造成電網運行不經濟。
上述問題的存在，既增加機組進相深度，影響機組和電網安全穩定運行，也使網損增加，影響經濟性。因此，有必要發展AVC(自動電壓控制)系統，從全局對電網無功潮流和發電機組無功功率進行協調控制，實現電廠母線電壓和無功功率的自動調控，合理協調電網無功分布，以保證電網安全穩定運行，提高電壓質量和減少網損，降低運行人員勞動強度。近幾年來國際上幾次重大的電網事故如美加大停電，都有無功電壓的問題造成電壓崩潰，致使電網癱瘓。無功電壓自動控制技術越來越引起重視，在華北電網，基于分層分區控制技術的二/三次電壓控制技術在某些電廠逐步進入應用，而本論文依據包頭第二熱電廠現場改造的實際情況，將重點講述電廠側無功電壓控制方案在包頭第二熱電廠的應用。
三、課題研究的主要內容：
發電廠側AVC實施方案
信息來源:http:/1. 自動電壓無功調控系統控制方案
在發電側增設一套電壓無功自動調控系統，與調度中心共同組成AVC系統，以主站-子站星型網絡方式運行，主站和子站系統之間通過現有數據采集系統及數據通信網互連并完成信息交換。 發電側AVC子站通過遠動專線接收內蒙省調AVC主站下發的電廠側220KV母線指令。中控單元在充分考慮各種約束條件后，計算出對應的控制脈沖寬度，以通訊方式下發至AVC執行終端，由執行終端輸出增減磁信號給勵磁系統（或輸出至DCS），調節機組無功功率，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。所以系統的無功電壓控制通過勵磁系統來實現。自動電壓調控系統AVC是通過改變發電機AVR的給定值來改變機端電壓和發電機輸出無功的。
包頭第二熱電廠300MW機組自動電壓控制(AVC)系統框圖
2.合理的設備配置方案
2.1.安全可靠的硬件配置
本工程采用中控單元/執行終端配置方式，共安裝兩套獨立的系統，每套設備配置臺中控單元（主/備）和2臺AVC執行終端，終端與機組一對一配置。AVC子站中控單元接收內蒙省調AVC主站下達的電廠側高壓母線電壓指令，在充分考慮各種約束條件后，計算出對應的控制脈沖寬度，下發至AVC執行終端，執行終端輸出增減磁信號給勵磁系統，由勵磁系統調節機組無功功率。
中控單元有主備功能，主中控單元故障時，可切換至備用中控單元，保證系統正常運行。主中控單元恢復后，自動切回主中控單元控制。
本工程共有中控單元2臺，執行終端2臺。
2.2.人性化的發電廠AVC子站軟件配置方案
2.2.1.包括完整的數據采集、處理、通信和診斷等各種軟件，應具有告警、具體故障內容的中文提示及事故記錄功能。軟件配置滿足功能規范的要求，具有良好的實時性和可維護性。
2.2.2軟件遵循國際標準，滿足開放的要求。
2.1.3.便于用戶的二次開發和在線安裝、生成、修改新的應用功能。
2.1.4.配備一套完整的、可運行的軟件備份。
2.2.5.系統有較強的防計算機病毒、反入侵能力，提供硬件防火墻或其它安全設施的接入能力。
2.2.6.具備較強的數據存儲功能，能夠長時間存儲運行數據、運行事件、系統參數和離線電壓設定曲線等數據。
3.對功能模塊的要求
3.1計算模塊應具有下列功能：
根據高壓母線電壓調整量目標值計算電廠對應機組發出無功功率目標值。
按照給定的無功分配策略，將總的無功目標值分配給各臺機組。
選擇需要調整的機組，給出合適的調整指令。
自動識別母線檢修，雙母線結構一條母線檢修，控制母線自動切換至另一條母線。
3.2.運行約束條件：
AVC主站下發的調節信號突變限值；
AVC主站控制無效時間限值；
發電機參與調節的有功功率限值。
發電機在不同的有功出力下對應的無功功率上下限；
發電機的機端電壓上下限；
發電機的機端電流上下限；
高壓側母線電壓上下限；
AVR自動信號消失；
實時數據波動過于劇烈，超過設定值；
實時數據不刷新；
省調通信中斷；
RTU通信故障；
機組有功越閉鎖值；
機組無功越閉鎖值；
機組機端電壓越閉鎖值；
機組機端電流越閉鎖值；
母線電壓越閉鎖值。
機端電流耦合校驗
AVC子站在滿足以上運行約束條件時，裝置閉鎖輸出并發出增減閉鎖信號，一旦運行條件正常，增減閉鎖信號消失，裝置自動恢復正常運行。
3.3AVC子站的控制模式
退出：只能工作在研究方式下。
閉環：AVC主站與子站閉環運行。
開環：AVC子站系統根據本地設定電壓運行
3.4防誤措施
中控單元計算錯誤時有保護措施，能可靠保證不誤輸出。
執行終端掉電時不會誤輸出。
任一硬件模塊或連線損壞，均不會造成設備誤輸出。
防止輸出控制節點粘死措施，當輸出節點粘死導致輸出控制脈沖過長時，應自動切斷控制輸出信號保證機組安全。
4.GPS對時接口
子站系統提供RS485串口（RS232口備用），可與廠內衛星定時系統GPS實現精確對時（對時誤差不大于1ms）。
5.自動電壓無功調控系統調試中注意問題。
自動電壓調控系統的各種限制功能必須與發電機勵磁系統AVR的各種限制以及和發變組保護很好的配合。根據發電機勵磁系各種限制數據以及發電機P-Q曲線、發變組保護定值對自動電壓調控系統定值進合理整定，杜絕配合不好帶來的不良后果。
試驗時，調度及電廠運行加強監視控制點參數，必要時，無條件退出AVC運行，并恢復參數。 調試中注意和發電廠側進相數據的配合，調整中要保證6KV廠用電系統的穩定運行，如果調整中6KV電壓過低，有必要調整發電機電壓定值。
在無功調控設備中采取措施防止增磁和減磁出口繼電器接點粘連。
四、 研究的難點和重點
�。�1） 本文著重闡述該系統如何通過合理的硬件配置實現安全可靠運行、如何實現人性化、可視化、智能化的軟件系統配置。
�。�2） 在參數設定中，既要保證電網電壓及無功優化問題、又要考慮到本廠汽輪發電機組在調節過程中的安全穩定問題，因此AVR執行終端的無功功率調節死區、脈沖計算斜率、最大脈沖寬度的定值是AVR成功運行的關鍵因素，也是本文的重點和難點。
�。�3）自動電壓調控系統的各種限制功能必須與發電機勵磁系統AVR的各種限制以及和發變組保護很好的配合。根據發電機勵磁系各種限制數據以及發電機P-Q曲線、發變組保護定值對自動電壓調控系統定值進合理整定，杜絕配合不好帶來的不良后果。
五、預期成果
本課題研究成功投入使用后，將發電廠母線電壓的調整由人工監控改為自動調控，消除了人為因素引起誤調節的情況，有效降低了運行人員的工作強度，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; 信息來自:www.tede.cn 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，保證了機組安全運行，盡可能地降低了電網的有功功率損耗，取得較好的經濟效益。
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