（电气工程专业论文）自动电压调控技术在电厂中的应用研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 近年来，由于电力系统的快速发展，电网的电压等级不断提高，同时新建发电 厂的投产，使发电厂的密度不断增大，系统内各发电厂之间的电气距离越来越小， 使通过调节个别机组或个别发电厂的无功出力来改善系统及地区电压水平变得十 分困难，甚至使用单个发电机组或单电厂已不能有效控制系统的电压。因此只有在 中调的统一调度的前提下，同时改变多台发电机组( 或多个发电厂) 的无功出力才 能使系统及地区的电压处在一个较好的水平。本文结合实际2 6 0 0 m w 机组和河北 南部电网情况，对自动电压调控技术的基本原理进行研究。并通过对系统增加自动 电压调控设备前后的电网电压稳定性和电能质量进行对比分析得出，系统增设自动 电压调控设备后，中调通过对各发电厂的发电机组的无功功率进行远方控制，提高 各发电厂高压母线的电压水平，可达到提高本地区的供电电压水平，改善地区电网 的电能质量的目的。 关键词：自动电压调控，电厂，电网，电压稳定性，电能质量 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a 瑙，d u et 0m er 印i dd e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e m s ，m el l n c e a l s i n 酉y 号i l l l 趾c e dv o l t a g el e v e lo fm ep o w e r 鲥d s ，锄dn l ec o m p l 舐o n 如dc o 删嘶s s i o i l i n go fm o r e a n dm o r ep o w e rp l 趾t s ，t l l ep o w e rp l a n td e i l s i t ) r 锄l m c eu n c e a s i i l 百y 锄d 也em e re l e c t r i c d i s t 觚c eb e t w e e np o w e rp l a n t si sg e t t i n gs m a l l e r 龇l ds m a l l e r b e c a u s eo fs u i c hs i t i l a t i o 玛i ti s v e 巧d i 伍饥l tt 0i i n p r 0 v ev o l t a g el e v e lo fm e 、) l i r h 0 1 ep o w e r 鲥do r t l l er e 百0 nb ym e 删u s 蜘1 e n to fi n d i v i d l i a lg e n e r a t o r s0 ri i l d i v i d l l a lp o w c rp l 锄t s ，跹de v e nm e l l s eo fas i n 酉e g e n e r 撕n gu i l i to ras i i l 酉ep o w e fp l a n tc a i ln o te 丘跏v e l yc o m r o lm es y s t 锄v 0 1 t a g e t h e r e f o r e ，i tc 觚b eo l l l ym l d e r l ep r 锄i s eo fu n i t ) rs c h e d u l i i l gt oc h a n g em er e a c t i v e p o w e ro fm o r e t 1 1 a no n eg e i l e r a ：t i n gu i l i t s ( o rm o r ep o w e r p l 姐t s ) t om a k em er e 百o nv o l t a g e a t a 筋d yg o o dl c v e l r e 向c ct on l ca c t i l a ls i t u a t i o no f2 爿c 6 0 0 m wu i l i t s 锄dt l l es o u m e mp a r t p o w 盯班do fh e b e i ，廿l i st h e s i sr c s e a r c h e dt l l e b a s i cp 血c i p l 懿o fa u t o m a t i cv o l t a g e r e g u l 撕0 nt e c h n o l o g y 觚d 觚a 1 ) ，z e db yt h ef a c tm a tn l ev o l t a g es t a b i l i t y 锄dt l l ep o w e rq u a l i t ) ， a r ei np r 0 伊懿st 0t l l ep o w e r 鲥db e f o r e 锄da r e rn l ei 船t a l la _ t i o no f l ea u t o m a t i c 、厂0 l t a g e c o i l 仃o l ( a v c ) e q u i p m e n t f i n a l l yn l i sm e s i sd r a w s 廿l ec o n c l u s i o nt l l a t ，a r e rt l l es ) r s t e m a d d i t i o n a l l yb u i l d sm ea v ce q u i p m e 鸭t l l ep r o v i n c ed i s p a t c hc e n t e r r e c u rm es c h e d u l eo fn l e p o w e rp l a i l tg e n e r a t i l l gu i l i t sf o rr c a c t i v ep o w e rr e m o t ec o n t r o le 1 1 h 锄c et h eh i 曲一v o l t a g eb l i s v o l t a g el e v e lo fp o w e rp l a n t s ，t l l e r e b yt oe n h a i l c et h er e 酉o n sp o w e rs u p p l yv o l t a g el e v e lt o i m p r o v em er e 垂o n sp o w e r 酣dq u a l i t y z h a n gz h o n g y i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gg u i s h ua n d s e n i o re n g i n e e rz h a n gl i g a n g k e yw o r d s ：a v c ，p o w e rp l a n t ，p o w e rg r i d ，v o l t a g es t a b i l i t y ，p o w e rq u a l i t y 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 近年来，由于电力系统的快速发展，电网的电压等级不断提高，同时新建发电 厂的投产，使发电厂的密度不断增大，系统内各发电厂之间的电气距离越来越小， 使通过调节个别机组或个别发电厂的无功出力来改善系统及地区电压水平变得十 分困难，甚至使用单个发电机组或单电厂已不能有效控制系统的电压。因此只有在 中调的统一调度的前提下，同时改变多台发电机组( 或多个发电厂) 的无功出力才 能使系统及地区的电压处在一个较好的水平。本文结合实际2 6 0 0 m w 机组和河北 南部电网情况，对自动电压调控技术的基本原理进行研究。并通过对系统增加自动 电压调控设备前后的电网电压稳定性和电能质量进行对比分析得出，系统增设自动 电压调控设备后，中调通过对各发电厂的发电机组的无功功率进行远方控制，提高 各发电厂高压母线的电压水平，可达到提高本地区的供电电压水平，改善地区电网 的电能质量的目的。 关键词：自动电压调控，电厂，电网，电压稳定性，电能质量 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a 瑙，d u et 0m er 印i dd e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e m s ，m el l n c e a l s i n 酉y 号i l l l 趾c e dv o l t a g el e v e lo fm ep o w e r 鲥d s ，锄dn l ec o m p l 舐o n 如dc o 删嘶s s i o i l i n go fm o r e a n dm o r ep o w e rp l 趾t s ，t l l ep o w e rp l a n td e i l s i t ) r 锄l m c eu n c e a s i i l 百y 锄d 也em e re l e c t r i c d i s t 觚c eb e t w e e np o w e rp l a n t si sg e t t i n gs m a l l e r 龇l ds m a l l e r b e c a u s eo fs u i c hs i t i l a t i o 玛i ti s v e 巧d i 伍饥l tt 0i i n p r 0 v ev o l t a g el e v e lo fm e 、) l i r h 0 1 ep o w e r 鲥do r t l l er e 百0 nb ym e 删u s 蜘1 e n to fi n d i v i d l i a lg e n e r a t o r s0 ri i l d i v i d l l a lp o w c rp l 锄t s ，跹de v e nm e l l s eo fas i n 酉e g e n e r 撕n gu i l i to ras i i l 酉ep o w e fp l a n tc a i ln o te 丘跏v e l yc o m r o lm es y s t 锄v 0 1 t a g e t h e r e f o r e ，i tc 觚b eo l l l ym l d e r l ep r 锄i s eo fu n i t ) rs c h e d u l i i l gt oc h a n g em er e a c t i v e p o w e ro fm o r e t 1 1 a no n eg e i l e r a ：t i n gu i l i t s ( o rm o r ep o w e r p l 姐t s ) t om a k em er e 百o nv o l t a g e a t a 筋d yg o o dl c v e l r e 向c ct on l ca c t i l a ls i t u a t i o no f2 爿c 6 0 0 m wu i l i t s 锄dt l l es o u m e mp a r t p o w 盯班do fh e b e i ，廿l i st h e s i sr c s e a r c h e dt l l e b a s i cp 血c i p l 懿o fa u t o m a t i cv o l t a g e r e g u l 撕0 nt e c h n o l o g y 觚d 觚a 1 ) ，z e db yt h ef a c tm a tn l ev o l t a g es t a b i l i t y 锄dt l l ep o w e rq u a l i t ) ， a r ei np r 0 伊懿st 0t l l ep o w e r 鲥db e f o r e 锄da r e rn l ei 船t a l la _ t i o no f l ea u t o m a t i c 、厂0 l t a g e c o i l 仃o l ( a v c ) e q u i p m e n t f i n a l l yn l i sm e s i sd r a w s 廿l ec o n c l u s i o nt l l a t ，a r e rt l l es ) r s t e m a d d i t i o n a l l yb u i l d sm ea v ce q u i p m e 鸭t l l ep r o v i n c ed i s p a t c hc e n t e r r e c u rm es c h e d u l eo fn l e p o w e rp l a i l tg e n e r a t i l l gu i l i t sf o rr c a c t i v ep o w e rr e m o t ec o n t r o le 1 1 h 锄c et h eh i 曲一v o l t a g eb l i s v o l t a g el e v e lo fp o w e rp l a n t s ，t l l e r e b yt oe n h a i l c et h er e 酉o n sp o w e rs u p p l yv o l t a g el e v e lt o i m p r o v em er e 垂o n sp o w e r 酣dq u a l i t y z h a n gz h o n g y i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gg u i s h ua n d s e n i o re n g i n e e rz h a n gl i g a n g k e yw o r d s ：a v c ，p o w e rp l a n t ，p o w e rg r i d ，v o l t a g es t a b i l i t y ，p o w e rq u a l i t y 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文自动电压调控技术在电厂中的应 用研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弛期：础2 9 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：趔 日期：2 2 金：竺：乡 导师签名：辫膨桎 导师签名：么垒：翌 日期：玉坚：竺知 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1 自动电压调控技术( a v c ) 介绍 自动电压调控技术( a u t o m a t i cv 0 1 t a g ec o n t r o l ，简称a v c ) 的全称为发电厂 无功电压远方自动控制。即中调通过对各发电厂的发电机组的无功功率进行远方控 制，提高各发电厂高压母线的电压水平，从而达到提高本地区的供电电压水平，改 善地区电网的电能质量的目的。 随着大机组、超高压电网的形成，电压不仅是电网电能质量的一项重要指标， 而且是保证大电网安全稳定运行和经济运行的重要因素。在现代超高压电网中，需 要对系统电压和无功实现如下控制： ( 1 ) 系统电压必须大于某一最低数值，以保证电力系统静态和暂态的运行稳定 性，以及变压器带负荷调压分接头的运行范围和厂用电的运行； ( 2 ) 正常情况下，电网必须具有规定的无功功率储备，以保证事故后的系统电 压不低于规定的数值，防止出现电压崩溃事故和同步稳定破坏； ( 3 ) 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； ( 4 ) 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，保证机组安全运行； ( 5 ) 满足上述电压条件下，尽可能降低电网的有功功率损耗，以取得经济效益。 近年来电力系统为提高电能质量，特别是为改善用户的用电压水平，做了大量 的工件。但由于电力系统的快速发展，电网的电压等级不断提高，同时新建发电厂 的投产，使发电厂的密度不断增大，系统内各发电厂之间的电气距离越来越小，使 通过调节个别机组或个别发电厂的无功出力来改善系统及地区电压水平变得十分 困难，甚至使用单个发电机组或单电厂已不能有效控制系统的电压。如淮北地区的 二个大型火电厂，在部分时段的一个厂无功进相至力率范围的极限时，而地区的电 压仍然较偏高。因此只有在中调的统一调度的前提下，同时改变多台发电机组( 或 多个发电厂) 的无功出力才能使系统及地区的电压处在一个较好的水平。 在自动装置的作用下，电厂发电机的励磁，变电站和用户的无功补偿装置的出 力以及变压器的分接头等都能自动进行调整，使每个发电厂、变电站和用户注入电 网的无功实时值( q 实) ，逐渐接近在给定电压约束条件下电网要求的无功最优值( q 优) ，从而使全网随时都有接近最优的无功电压潮流，达到电压质量高和网损低的 华北电力大学工程硕士学位论文 目的，称为电网电压自动控制( a v c ) 。 随着高电压等级、大容量和跨区电网的迅速发展，为保证电网安全、优质和经 济运行，对电压质量提出了更高标准和更严格的要求。电网的电压质量是电能质量 的一项重要指标。 目前我国电力行业对电压的控制只是每日分为几个典型时段进行比较粗的控 制，调度人员在发现电压越限时凭经验进行简单的调整，不但劳动强度大，而且不 能及时发现电压越限，造成电压质量的降低。现代信息电子设备对电压的质量提出 了很高的要求，因此必须采用自动电压控制来满足对电压质量的更高需求。 电网的经济调度中一个非常重要的方面是无功的经济调度，做好无功调度工作 不但可以提高电压质量，同时可以降低网络损耗。目前的电网无功调度只是根据典 型的负荷数据进行离线分析计算，电网无功潮流分布没有实时优化，因此不能及时 降低无功潮流不合理带来的有功损耗i l l 。 为进一步提高电网主网的电压质量，降低主网网损，实现电网运行在线控制的 目标，减轻值班人员人工调整电压的劳动强度，开发并研制电网的自动电压控制系 统显得十分必要，它为现代电网安全稳定控制提供了先进的技术手段。 1 2 自动电压调控技术( a v c ) 在国内外的发展 1 2 1 自动电压调控技术( a v c ) 的三种控制模式 从上世纪七、八十年代开始，世界各国开始重视a v c 在电网中应用的开发，各 国a v c 工程实践证明，在技术层面上，控制模式的研究和选择是a v c 工程实施成败 的决定性因素，迄今为止，主要有3 种控制模式1 2 i 。 ( 1 ) 两层模式：两层模式主要是由德国r w e 公司开发的。从1 9 8 4 年开始， w e 在控制中心利用最优潮流对于电网的无功分布情况进行调整，在状态估计的基 础上，优化每小时启动一次( 或者由调度员手工启动) ，给出对控制变量的调节策 略在这种控制模式下，系统一级的控制策略仍然是通过发电机的a v r 等本地控制 设备完成的，因此严格的说这也属于一种分级电压控制，本文称其为两层电压控制 模式两层电压控制模式可以看作是最优潮流的在线闭环应用。这种控制模式比较 简单，投资也小但完全依赖o p f ，因此存在可靠性不高、电压稳定性低以及a v c 响应速度慢等方面的不足1 2 i 。 ( 2 ) 基于硬分区的三层控制模式：法国e d f 的三级电压控制模式的研究和实 施始于上世纪7 0 年代，经历了3 0 余年的研究、开发和应用。在1 9 7 2 年国际大电 网会议上，来自e d f ( 法国电力公司) 的工程师提出了在系统范围内实现协调性电压 控制的必要性。法国e d f 以“中枢母线”、“控制区域”为基础的电压控制方案的结 2 华北电力大学工程硕士学位论文 构。三层电压控制模式在法国、意大利、比利时都得到了较好的应用。和两层电 压控制方案相比，三层电压控制模式最大的变化在于利用无功电压的区域特陛将电 网划分成了若干彼此解耦的控制区域，并在此基础上实现分级分区电压控制，整个 控制系统由一级电压控制( p v c ) 、二级电压控制( s v c ) 、三级电压控制( t v c ) 组成1 2 | 。 ( 3 ) 基于“软分区 的三层控制模式：国内电网目前处在一个快速发展的阶 段，网架结构变化频繁，因此类似于e d f 的“硬分区 模式难以适应中国电网的实 际情况针对国内电网的特殊需求，基于“软分区 的三层电压控制模式被提出， 并在国内江苏省级电网得到了实际应用，取得了较好的控制效果整个控制系统由 运行在控制中心的主站部分和运行在电厂侧的子站部分构成，二者通过高速电力数 据网通信1 2 l 。 1 2 2 国外的研究现状 少数著名的电力公司，如德国的r w e 、美国的p g e 、法国的e d f 和意大利 的e n e l 等正在或准备进行在线实施全局无功最优控制的研究工作1 3 l 。在实施过程中， 根据电力系统的实际情况，所采用的实现方式也各不相同，欧洲的电力系统一般将 电力控制分为三个等级。这个模式符合电压无功优化的区域性和电力系统分级分 区调度体制的要求，已在国外电力系统得以实施，如法国等l 。 1 2 3 国内的研究现状 湖南省提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想，即以每条线路的电压降 落纵分量最小为目标求解最优潮流，计算出各发电厂和变电站注入系统的无功功 率，而各发电厂和变电站通过安装电力系统型电压无功调整装置自动调节无功出力 和变压器的分接头，使其实际输出无功功率为计算出的无功优化值1 4 i 。 河南省以河南电力系统为对象，进行了全局无功最优控制的仿真研究【4 1 ，针对 发电机、并联电容器( 电抗器) 、变压器有载分接头等无功可控设备的特点及调节性 能进行了分析，确定了将发电机作为唯一控制手段的仿真研究方法。实践上，在电 厂端装设a v c 装置，根据发电厂高压母线电压或总无功功率目标值调节各发电机的 无功出力i 棚。 江苏省泰洲市供电局开发的电网无功电压优化集中控制系统【4 1 ，是通过采集调 度自动化s c a d a 系统的实时数据，包括各变电所的节点电压、有功功率、无功功 率等，以地区电网网损最小为目标，以各节点电压合格为约束条件，进行综合优化 处理后，形成变压器有载分接开关档位调节、无功补偿设备投切集中控制指令，运 用调度自动化“四遥”功能，实现整个泰洲市电网无功电压优化运行1 4 l 。 另外山东、福建等省也准备进行自动电压控制方面的研究，从总体来看，目前 华北电力大学r t 程硕士学位论文 从全局的角度进行无功电压的自动控制处于一定深入阶段，但是电压的调控仍主 要依赖于管理上的手段和现场运行人员的责任心和自觉性，电压质量也难尽人意。 因此全面加装a v c 设备已迫在眉睫1 4 1 。 1 3 自动电压调控技术( a v c ) 在电力系统中的作用 1 3 1 自动电压调控技术( a v c ) 对电网的作用 自动电压调控技术( a v c ) 在电网中应用主要起到无功优化作用，优化算法发 展到今天已经有较多的成熟算法：如清华大学开发的有功无功交叉逼近算法1 4 l 、东 南大学的基于二次规划方法的算法1 4 l ，还有在理论上比较活跃的遗传算法川等。无功 优化的目标函数主要是网损，由于电网电压只能运行在一个非常窄的区间内，其目 标函数变化很小，所以在一定的收敛精度下( 比如最小网损控制死区) ，各种算法 得出的结果没有实质性差别，基于线性规划和二次规划的算法，由于计算速度快且 稳定得到了更好的应用。电压无功自动控制中，最困难的问题是优化状态的稳定问 题，在电网控制中优化稳定表现为在达到相近目标时尽量减少控制，提高优化状态 的稳定性。 1 3 。2 自动电压调控技术( a v c ) 对发电厂的作用 通过数据采集和处理，系统可以采集r t u 转发的数据，并通过变送器直接采集 4 2 0 m a 直流电流信号，对各台机组的机端电压、定子电流、厂用电母线电压、转子 电流、机组的有功和无功等重要遥测量采集并可以分别独立作为闭锁条件。a v c 设 备可以代替人工控制模式，实现自动控制，进而实现优化控制。同时在线接收上级 调度a v c 系统的高压母线目标电压值，并应用合理的分配策略，实现各机组的协调 控制。根据选定的优化策略，可以根据各台机组的实际运行情况和上级调度下发的 命令值自动调节各台机组的无功。可以根据目标值对电厂的各台机组统一调节，也 可以根据接收到的指令值分别对各台机组进行独立调节1 4 i 。 4 华北电力= 学工程硕士学位论文 第二章自动电压调控技术( a v c ) 基本原理的研究 21a v c 系统在电网中的三级控制结构一 a v c 系统在电网中般是由三级控制结构来实现电压调控的。图21 为电网 v c 系统三级控制结构圉。 皤匪磷 图2 1电网 v c 系统三级控制结构图 211a v c 系统一级控制 级控制由控制速度快( ( 3 0 s ) 的发电厂组成，他们根据高压母线电压设定值进 行闭环控制。电厂a v c 主要由两种方式，一种是电厂监控系统具有全厂a v c 控制功能， 一种是在电内增加a v c 装置，实现全厂机组的电压无功综合自动控制。电厂a v c 助 能可根据中调下发的定值进行控制，也可自动精确跟踪根据逆调压原剧制定的母线 电压计划。由于发电机的电压无功控制足连续的、快速的、最安全的，且具有较大 的调整范围，园此主要用来控制全网的电压水、f 和实现屯j 1 、的快速校j 下控制。一级 控制的周期般为10 秒1 分钟左右，高压母线控制死区大于等于0j k v ( 负荷变化 引起的随机扰动幅度大致为o3 4 k v 左右) 。 212a v c 系统二级控制 二级撺制由地区a v c 系统组成，地区a v c 系统根据省调度中心下发的功率因数考 核指标和低压母线电压( 1 lo k v 、10 k v ) 考核自动控制地区范阡j 内的2 2 0 k v 、1 1 0 k v 变电站内主变分接头和并联补偿设备，保证地区电压质量和降低惘损，叫协调省 局a v c 系统进行全网的无功电压控制。根据功率因数的考核进行并联补偿设备的控 寥p 华北电力大学工程硕士学位论文 制，保证省局主力电厂由足够的无功备用来控制全网的电压水平和提高电压的稳定 性，对功率因数的控制由原来的宽带控制变为窄带控制。二级控制的周期一般为1 5 分钟，功率因数的控制死区大于等于o 0 0 5 ( 对负荷为8 0 0 m w 的地区系统，功率因 数在o 9 5 0 9 9 之间时，相应的无功控制死区大约为1 5 3 4 m v a r ) l 酬。 2 1 3a v c 系统三级控制 三级控制由省调度中心的a v c 系统组成，通过全网的优化计算得到电厂高压母 线电压、5 0 0 k v 变电站变压器分接头和并联补偿设备的投切状态以及地区功率因数 考核指标，通过通信网络将优化控制指标下发到电厂a v c ，5 0 0 k v 变电站监控系统 a v c ，地区a v c 系统去执行。由于5 0 0 k v 网络和2 2 0 k v 网络是电磁环网，5 0 0 k v 变电站 的控制目前不宜通过在变电站安装a v c 装置来实现，应纳入三级优化控制中进行综 合协调控制。三级控制的周期对发电厂一般为1 5 3 0 分钟，对5 0 0 k v 变电站为日2 5 次，网损的控制死区一般大于等于0 2 m w ( 不考虑运行方式的变化，按全网用电 负荷8 0 0 0 m w 、潮流计算高压网损率2 、无功优化平均降低网损2 计算，网损控制 死区大约等价为负荷变化5 0 0 m w ) 1 7 1 。 由电厂组成的一级控制利用快速和安全的控制来保证全网的优化电压水平，使 高压输电网近似在优化状态运行。地区a v c 作为二级控制不但要提高地区电压水平 和降低网损，同时通过控制功率因数保证一级控制有足够的备用容量保证全网的电 压优化控制和电压稳定。三级控制通过全网的优化进行总体的协调控制，通过控制 5 0 0 k v 主变分接头保证2 2 0 k v 和5 0 0 k v 的总体电压水平，通过投切3 5 k v 并联电容器和 电抗器来保证2 2 0 k v 和5 0 0 k v 无功的分层平衡，通过对二级控制下发功率因数指标保 证一级控制的顺利实施。 2 2 电网调度中心a v c 控制原理研究 电网调度中心a v c 系统作为三层控制的最高层起着指挥协调其他两层工作的任 务，同时控制5 0 0 k v 变电站主变分接头和3 5 k v 并联电容器和电抗器。省调中心a v c 系统的控制设备主要为发电机，其次为5 0 0 k v 变电站的3 5 k v 并联电容器和电抗器， 由于安全上的考虑5 0 0 k v 主变较少参与控制。 2 2 1 电网调度中心a v c 的计算模型 2 2 1 1 越限优先调整计算模型1 8 i 各台机组经升压变连接到2 2 0 k v 高压母线上，其无功功率输出的大小和裕度可 由机端电压反映。因此，当2 2 0 k v 母线电压越下限时( 低于目标电压) ，选择机端 电压最低的一台机组作为控制机组。当2 2 0 k v 母线电压越上限时( 高于目标电压) ， 6 华北电力大学工程硕士学位论文 选择机端电压最高的一台机组作为控制机组。按电压越限的严重程度，2 2 0 k v 母线 电压每越限0 0 0 5 ( 标幺值) 为一档。超过5 档的一律限制为5 档。控制机组的机端 电压相应的向上或向下的调整量为越限档位乘以o 0 0 1 。 采取上述的限制后，每次对机端电压的调整最多不超过o 0 0 5 ，保证调整后的 运行点不会偏离原运行点太远而又有所改善。例如，高压母线当前的电压为2 2 8 k v ， 目标电压为2 2 9 8 k v 。各台机组的运行状况如表2 1 所示。 表2 1 机组的运行状况表 机组有功出力( m w )无功出力( m v a r )机端电压( k v ) l 号机 3 4 7 08 3 o 2 1 9 0 2 号机 3 3 8 07 2 02 1 8 6 3 号机 3 4 l - 03 0 o2 0 6 1 4 号机 3 4 5 02 3 0 2 0 5 计算过程： ( 1 ) 计算高压母线电压越限档位 2 2 0 k v 母线的基准电压为2 3 0 k v 。当前电压与目标电压的差值为1 8 k v ，其标幺 值为：矿= ( 2 2 9 8 2 2 8 ) 2 3 0 = 0 0 0 7 8 p 泓，越限档位为2 档。 ( 2 ) 选取机端电压标幺值最小的机组作为调整机组 1 号机组：u = 2 1 9 2 3 1 = 0 9 4 8 0 5 ： 2 号机组：以= 2 1 8 6 2 3 1 - o 9 4 6 32 3 号机组：阢= 2 0 6 l 2 2 0 5 = o 9 3 4 6 9 ： 4 号机组：乩= 2 0 5 2 2 0 5 = o 9 2 9 7 ： 4 号机组的机端电压标幺值最低。因此，将4 号机组作为调整机组。 ( 3 ) 4 号机组的调整量为2 o 0 0 1 2 2 0 5 = o 0 4 4 l k v 。高压母线电压会向目标值 逼近。而不会偏离目标值太远。 ( 4 ) 判断高压母线电压是否达到目标电压的控制死区内，如果没有达到，继续 上面3 步。 优点：保证机组的a v c 信号与当前工况比较，偏差不会太大。每一次调整后， 高压母线电压都有所改善。 缺点：调整次数可能较多，主要取决于每一次调整量的大小。 在只有一台机组做动态实验的情况下，建议采用此种策略。只调整3 号机组。 华北电力大学：f 程硕士学位论文 2 2 1 2 其他调整计算模型 2 2 1 2 1 计算全厂无功 a v c 按实际母线电压与系统给定电压偏差对无功进行分配。 g 陀。q 实= 巧矿 其中，q 实为全厂实发无功，y 代表实际母线电压与系统给定电压的偏差，q a v c 表 示全厂设定无功，墨为调压系数。 2 2 1 2 2a v c 分配原则 ( 1 ) 相似的功率因数 如果高压母线电压高于中调下发的目标值，即要求各控制发电机减少无功功率， 其减少值也应根据各控制发电机的功率因数进行分配。其分配的无功大小为 q i ：+ 姿监( q 2 窆；，) ( ( i ) - q m h ( i = l ，2 ，n ) 其中，g 为第i 个机组分配的无功出力；，为第i 个机组的无功出力最小值； 为第i 个机组的无功出力最大值；缆比为全厂设定无功( 不参与控制的机组不考虑) 。 ( 2 ) 相似的调整裕度 高压母线电压低于中调下发的目标值，即要求各控制发电机增加无功功率。调 节无功功率的大小根据各控制发电机的无功裕量大小进行分配。各个参与控制的发 电机分配的无功大小为： 饼2 赫q a v c 如果高压母线电压高于中调下发的目标值，即要求各控制发电机减少无功功率， 其减少值也应根据各控制发电机的无功裕量大小进行分配。其分配的无功大小为 9 2 般级v c 其中鲸一，q g j m ；。和q g f 分别为发电机的无功上限、下限和实际发出的无功。 如果某个控制发电机k 发出的无功已经达到上限或下限，计算时排除无功越限的 控制发电机；同时该控制发电机的无功出力大小变为 饼= q g 一q g k 或者绞5 q g k q g 州。 这样，无功功率已达到上限或下限的发电机收到限制无功出力的信号后，可将 其无功功率控制在极限范围内。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 与容量成比例 q ：g 比粤 q 一( i ：l ，2 ，n ) 二j - i i l m i 】21 z n ) 其中，刀为参加a v c 的机组数：q i ，懈为参加a v c 的第i 台机组的最大无功容量；q 为 a v c 分配到第i 台参加a v c 机组的无功。 2 2 1 2 3 计算机端电压 由于机端电压的变化与机组无功出力的变化成正比，根据c 厂q = k 。可以 计算各台机组的机端电压定值。 2 2 1 2 4a v c 电压死区 当系统给定电压值与当前母线电压值之差小于y ，a v c 停止进行无功分配，以 避免频繁变化电压值，y 为系统调压死区。 2 2 1 2 5 举例 下面以相似的调整裕度为例，说明如下： 高压母线电压为2 2 8 9 8 k v ，系统目标电压为2 3 1 k v 。各台机组的运行工况如表 2 2 所示。 表2 2 机组的运行状况表 机组有功出力( m w )无功出力( m v a r )机端电压( k v ) 1 号机 3 4 6 57 0 82 1 7 4 2 号机 3 4 4 46 9 72 0 9 6 3 号机 3 0 3 36 0 52 0 6 9 4 号机3 4 8 0 7 2 42 0 7 2 1 号、2 号机组的无功上下限为一1 5 1 9 0 m v a r 。3 号、4 号机组的无功上下限为 一4 0 1 9 0 m v a r 。 计算过程如下： 1 ) 计算全厂的设定无功值 系统的调压系数设置为4 0 。根据公式： 奶肾一q 妾= 尺- ，矿 计算全厂设定无功。其中，u 为高压母线电压，u = 2 2 8 9 8 k v ，为系统目标电压， = 2 3 1 k v ；纹为当前系统总的无功出力， 缆= 7 0 8 + 6 0 5 + 7 2 4 = 1 9 1 0 8 m v a r 。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 贝0q 比= ( 2 3 1 2 2 8 9 8 ) 4 0 + 1 9 1 8 = 2 7 2 6 m v a r 。 系统总的无功增量为：2 7 2 6 1 9 1 8 = 8 0 8 m v a r 。 2 ) 分配各个机组的无功出力 假定4 号机组不参与控制，1 号和3 号机组参与控制。根据公式： 饼2 敲级v c 可将无功分配给l 号和3 号机组。 1 号机增加的无功出力为： ( 1 9 0 一7 0 8 ) 【( 1 9 0 7 0 8 ) + ( 1 9 0 6 0 5 ) 】8 0 0 = 3 8 7 3 m v a r ， 分配的无功出力为：7 0 8 + 3 8 7 3 = 1 0 9 5 3 m v a r 。 3 号机组增加的无功出力为： 8 0 8 3 8 7 3 = 4 2 0 7 m v 龃， 分配的无功出力为：6 0 5 4 2 0 7 = 1 0 2 5 7 m v a r 。 3 ) 计算机端电压 根据机端电压的变化与机组无功出力的变化成正比，系数为k 。因此，可以根 据各台机组增加的无功出力计算机端电压大小。 根据实验测得3 号机组的系数k = o 0 0 8 ，则3 号机组的机端电压为： u + u = 2 0 6 9 + 4 2 0 7 o 0 0 8 = 2 1 0 2 6 k v 同理，1 号机组的机端电压为： + = 2 1 7 4 + 3 8 7 3 o 0 0 8 = 2 2 0 5 k v 其他的分配策略依次类推，也可以计算出来。 2 2 1 3 计算模型的优化 优化计算中考虑的电网运行和设备安全约束主要有：5 0 0 k v 全部母线的考核上 下限和2 2 0 k v 考核母线的考核上下限。线路和主变的安全和稳定功率或电流约束。 发电机的无功出力约束，对上下限进行了压缩留有部分备用。变压器、电容器、电 抗器的操作时间间隔和只操作次数限制。 2 2 1 4 优化计算中考虑的控制设备和控制指标 优化计算中考虑的控制设备和控制指标有：2 2 0 k v 和5 0 0 k v 的所有发电厂的全部 运行机组，对火电机组只有当有功出力大于技术出力低限时才参与计算。5 0 0 k v 变 电站的主变和3 5 k v 电容器和电抗器，它们只在几个日典型时段才参与控制。2 2 0 k v 变电站是省调度中心与地区调度中心的关口，作为可补偿无功的负荷参与计算，其 华北电力大学工程硕士学位论文 无功补偿上下限由地区a v c 系统提供。 2 2 2 电网调度中心a v c 的控制模型 2 2 2 1 发电厂的优化控制 通过优化潮流计算得到发电厂高压母线电压的优化值，将此优化值下发到发电 厂的监控系统或a v c 装置，由它们对电厂内的多台机组进行协调控制达到优化值。 现代水电厂的监控系统基本都具有全厂a v c 功能，只需将优化定值下发到水电厂监 控系统即可，调试工作比较简单。火电厂由于其复杂性一般只有单机监控系统，安 装a v c 装置进行多台机组的无功电压协调控制是比较复杂的工作，由于安全上的考 虑一般必须等机组检修时才可进行必须的设备和电缆的施工，调试周期也比较长。 但a v c 一旦投运可实现电厂调压的自动化，对电厂执行调度的电压调节，也是很有 益的。 2 2 2 25 0 0 k v 变电站的优化控制 由于安全上的考虑对5 0 0 k v 变电站的设备没有直接的遥控和遥调，在当地监控 系统内嵌入一个通信控制模块，当它接收到省调下发的控制命令后立即声响提示并 显示控制方案，值班员可根据现场情况确认或取消执行，并将执行状况反送省调。 如无特殊情况，值班人员必须严格执行省调下发的控制方案。 2 2 2 3 地区功率因数的优化控制 下发到地区调度的功率因数指标必须满足基本的功率因数考核指标，地区a v c 系统必须严格按照此指标进行控制，合适的功率因数控制死区，是控制稳定的主要 因素。 2 2 2 4 控制稳定性 a v c 的控制稳定性是一个非常重要的问题，其中主要涉及到发电厂的控制稳定 性。单纯以网损最小为优化目标当负荷变化很小时也会导致发电厂母线电压的跳 变，这是在电压无功优化计算中必须解决的一个问题，当前在工程上通过设置网损 优化控制死区来解决。另外母线电压以测量值进行考核，而分析计算以状态估计提 供的数据为基础，其中的误差扰动也是影响控制稳定性的一个因素，工程上必须采 取相应的误差校正控制。 2 3 地区调度中心a v c 控制原理研究 地区a v c 的控制设备主要是2 2 0 k v 、1 1 0 k v 变电站的主变分接头和1 0 k v 并联电容器， 在优化控制时减少控制次数提高控制的安全性是考虑的主要问题。图2 2 为地区a v c 系 统结构图。 l l 华北电力大学l 。程硕 学位论文 蠢： l i 譬菩 l ； 1lj，罐；襄 幕l 苎。墅 ； tt户t j ；” 毯礴姆 图2 2 地区 v c 系统结构图 随着s c a d a 系统r 渐完善、成熟，遥信、遥测数据准确性的不断提局，遥控操 作的更加可靠，以及状态估计模块对i h 嘲量测在线监视的实现，使得基j s c a d a p a s 系统的自动电压控制系统得以实现。 地医a v c 系统通过监视天口( 或地区关口总加) 的功率凼数和变电站母线f 乜压， 在保证功率因数和母线电压合格的条件下进行无功电压优化计算，通过政变电州中 可控无功电源的出力，无功补偿设备的投切，变i 措分接头的调整柬协调上级调度 完成电压无功的分层控制，在满足安伞运行条件的前提下，提高电压质量，降低网 损提高电网运行的经济性。 地区电网自动电压控制系统其自两种控制模式：优化控制和分区控制。