芜湖电网自动电压控制AVC系统的功能与应用
王星
[摘 要]随着电网的快速发展，电网规模的日益扩大，面向整个电网的无功电压控制矛盾日益突出。本文介绍了基于SCADA的AVC自动电压控制系统的框架结构和该控制系统中的系统阻抗动态辨识、大扰动鉴识、AVC智能优化计算。
[关键词]自动电压控制；SCADA；系统阻抗；大扰动
中图分类号：TU543 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0027-01
引言
自动电压控制系统AVC是电力系统安全、经济运行的重要保障。电厂AVC系统是以系统电压为参考量，以调节机组的无功功率为技术手段的闭环控制系统。电厂系统接收调度主站系统下发的电厂变高侧母线电压目标值后，根据一定的控制策略，计算得出电厂需要承担的总无功功率，在充分考虑各种约束条件后将总无功功率合理分配给每台机组，AVC系统直
接或通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增磁或减磁信号，调节发电机的无功功率，使电厂变高侧母线电压达到调度设定目标值。
1 系统结构
电站采用SCADA监控系统对整个电站进行实时监控，SCADA是一款面向中、高端市场的高端SCADA产品，具有集成化管理、模式化开发、可视化操作、智能化诊断及控制、使用简单方便、运行安全可靠等特点。对于远离监控室的现场设备，操作人员可以通过SCADA系统进行实时通讯和过程可视化管理，采集全厂和各个机组的实时数据，对发电机组进行开机、停机控制，对机组有功功率和无功功率调节，以及辅助设备进行自动控制等。
AVC自动电压控制系统框架主要包括AVC数据库、数据库访问接口、AVC策略分配、AVC算法接口、监控系统与AVC系统数据交互和AVC参数配置。该系统控制流程为参数初始化、实时数据交互、系统阻抗动态辨识、拓扑关系识别、大扰动鉴识、闭锁判断、AVC允许判断、AVC智能优化计算和机组无功调控，实现了和SCADA系统的数据交互，以及对现场实时数据进行分析、处理和调控。
AVC数据库（avc.mdb）采用access数据库，主要用来保存参数、实时数据、闭锁和开关量约束的定义，包括全厂数据、母线数据和各个机组数据，并与监控系统进行实时数据交互。
数据库访问接口（avcdb.dll）用来对数据库avc.mdb进行读写访问，供AVC其他应用程序使用。AVC策略分配（AVCManage.exe）主要对全厂、母线和各个机组进行实时监控，在各项参数和数据都正常的情况下，进行优化计算和机组的无功分配设定，以达到母线电压满足调度设定目标值。
AVC算法接口（avcAllocate.dll）定义了各类算法，包括电压优化算法，无功智能分配算法，系统阻抗辨识算法，无功自适应调整算法和大扰动鉴识算法。
电站监控系统与AVC数据交互（KsAVC.exe）主要是用来进行电站监控系统与AVC系统数据交互，实时采集电站全厂、母线和机组的数据，并向监控系统反馈各种AVC系统运行、告警和閉锁信息。
AVC参数配置（ParamBuilder.exe）主要是用来配置AVC的各种参数和数据，包括参数整定值和电站的数据。
2 系统阻抗动态辨识
在AVC系统开始运行时，计算一个系统阻抗值作为初始值。在系统运行过程中，采用动态方式辨识系统阻抗，一般宜用5次左右的调整值来计算阻抗。
系统阻抗计算公式为：
2.1 系统阻抗初辨识
通过实验来辨识系统阻抗，实验步骤为：记录下母线实时电压和全厂机组总无功功率，将多台机组的无功定值设定为比当前实发值大或小X（如1Mvar，设定的全厂无功功率变化值能确保母线电压变化超过死区值），再同时将机组的恒无功投人，当机组的无功功率达到设定值时，再记录下母线实时电压和全厂机组总无功；经过多次实验，将数据代入式（1），计算出阻抗值，再选择在正常范围内的阻抗值，进行平均计算，得出阻抗初始值。
2.2 系统阻抗动态辨识
通过容器实时记录下母线电压值和全厂无功功率，当母线电压值变化超过一定的限值，计算前后两次变化的阻抗值；当容器中阻抗值达到一定的数量，则进行筛选，优化计算出阻抗实时值，实现动态修正系统的实时阻抗，供电压优化计算使用。
3 大扰动鉴识
大扰动鉴识包括母线电压和机组无功功率的大扰动识别。当母线电压发生大扰动时，则闭锁连接到母线上的机组的AVC控制输出；当机组无功功率发生大扰动时，则闭锁机组的AVC控制输出。如果持续不断的大扰动，则持续闭锁，当闭锁持续一定的时间，AVC退出控制。
在AVC系统中设定一个时间窗，从母线和机组实时数据列表中获取相关的实时数据，并存储在容器中，当存储时间达到时间限制时，开始判断是否大扰动。判断方法有：
（1）取相邻两个数据，当差值的幅度超过一定的门限值时，则计数，当超过的次数达到限值时，则判定为大扰动。
（2）获取容器中的最大值和最小值，如果两者的差值超过设定的门限值，则判定为大扰动。
4 AVC智能优化计算
（1）电压优化算法。
根据每台机组是否投人AVC和闭锁条件，计算每台机组单次可增加和减少的最大无功功率值，并将单次全厂可调的最大无功功率值转换为单次母线可调最大电压值。然后计算母线电压目标值与实发值的差值，差值大于单次母线可调最大电压值时，按照可调最大电压值进行调整，否则按照差值进行调整。
（2）机组无功功率分配合理性约束判断。
当母线电压目标值与实时值没有差异时，如果每个机组之间无功功率分配与AVC系统设定的分配方式不一致时，则需要按照设定的分配方式重新进行计算和分配。
当母线电压目标值与母线电压实时值差别较小时，若将计算得到的全厂总无功功率分配到各个机组，可能出现无功功率的设定值与实时值的差值在死区范围内的情况，导致所有机组都不能执行调控，则需要进行处理，即挑选其中与无功功率实时值最接近的一台机组，将其无功功率增减量平均分配到其他机组。若分配后还是没有任何机组可调控，则采用同样的方法继续分配，直至有机组可调控无功功率。
5 结束语
总而言之，自SCADA的AVC系统在电站正式投运以来，运行状况良好，使母线电压值维持在调度目标值O.5kV范围内，有效地提高了母线电压和电能的质量，减轻了运行值班人员工作强度，保证了电网安全经济优质运行。
参考文献
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