狄振锋1 马伯乐2 王文卓2
（1. 北车风电有限公司 济南 250101；2.国电南瑞科技股份有限公司 南京 211106）
摘要：自动电压控制（AVC）的基本原则是控制无功的“分层分区，就地平衡”。针对国网公司在换流站中加装大功率调相机参与换流失败时对电网无功的补偿，AVC功能需基于分散控制系统(DCS)采集的电网实时运行数据，根据电力系统人工智能的发展趋势，全面深入细化的定义和设计AVC功能块，在确保安全稳定运行的前提下，对调相机无功输出、换流站可投切无功补偿装置(SVC/SVG)等无功电源设备进行在线优化闭环控制，从而保证电网电压质量合格，实现无功分层分区平衡。
关键词：自动电压控制；无功补偿；大功率调相机
0 引言
调相机是运行于不带机械负载的电动机状态，只向电力系统提供无功功率的同步电机，又称同步补偿机。换流站加装大功率调相机的主要用途是在系统大扰动时为系统提供动态无功支撑，规划设计时不纳入静态无功平衡系统下。系统稳定情况下，调相机运行应保证有较大的无功调节裕度，当系统发生故障时，调相机应能根据升压变高压侧母线电压变化情况快速调节其无功输出。这一功能的实现，应建立在DCS系统的硬件平台上，DCS系统通过内部交流采样模件采集实时电压电流数据，一旦静态无功补偿装置故障切出， DCS系统则立即发出增减磁信号给励磁设备，从而调节调相机无功输出，形成闭环控制。
1 控制模式
基于DCS系统硬件平台的AVC功能采用协调控制模式，需满足两点要求：
第一，站内电压控制由DCS系统中的AVC功能实现，即由DCS系统中相应的采样模件采集交流电压和电流数据，根据控制闭环从而实现电压调节和控制的功能；第二，电压控制要具备决策功能，通过协调控制换流站内的无功补偿设备（例如SVC、SVG等），给出各无功设备的控制指令，其目标是将中枢母线电压控制在设定值上，保证分区内母线电压合格和无功储备充足，控制周期可由用户根据需要自行设置。
2 控制建模
自动电压控制（AVC）的模型首先应允许用户自行设定一定周期内中枢母线电压的默认目标曲线，然后对于参与控制的母线电压，用户可设定多条默认的电压目标曲线，一旦第一目标曲线的电压控制失败，DCS系统中的AVC功能模件将自动顺次采用设定的默认曲线值给励磁系统发增减磁的脉冲信号，从而进行机端电压控制。
此外，AVC功能的建模应具备采用和修改所有参与控制的母线电压上下限的功能，所有限值以曲线方式描述，可满足全天高峰、低谷、平峰不同时段的电压控制，以及不同季节不同负荷水平的电压控制等要求；同时AVC功能的建模还应具有采用和修改所有无功电源设备的调节范围、动作次数、动作时间间隔、无功上下限等参数、无功储备和关口功率因数等约束数据的功能。
3 数据监视与控制
3.1 实时数据处理
基于DCS系统硬件平台的AVC功能应具备对AVC控制相关的实时数据进行处理的功能，首先能准确判别和屏蔽明显的故障遥测和遥信数据，其次能综合考虑采集的多个周期的数据，滤除数据突变和高频的电压和无功波动，并对冲击负荷进行滤波和处理。除主测点外，AVC功能模件还应从其它冗余量测点获得一个或多个后备量测值，一旦主测点无效时，程序自动选用后备量测值。最后，AVC功能模件应可以对明显不合理的无功电压数据进行报警。
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3.2 运行监视
在运行过程中，AVC功能应能实时统计和监视无功补偿设备的无功备用，并根据需求调整备用，必要时可以按照无功补偿设备的投入或切出情况分别统计。当各分区的无功备用无法满足无功补偿需求是，AVC功能模件要及时发出告警。
3.3 控制决策
在运行监视之后，AVC功能则进入控制决策步骤，目标是将中枢母线电压和重要支线的无功数值控制在设定区域内，保证分区内电压合格，满足分区内无功裕度约束，减小电网传输损耗，满足全天高峰、低谷等不同时段的无功电压控制要求，满足不同季节不同负荷水平的无功电压控制要求。
AVC功能块应支持分散控制和集中控制两种模式，在分散控制模式下，AVC功能块通过接口传输给换流站AVC子站的控制策略为变电站母线电压或主变关口无功的设定目标值或调整量；在集中控制模式下，AVC功能块可根据电厂或电站当前的电压和无功信息，直接生成遥控遥调指令，控制手段包括无功补偿设备的投切、调相机的无功输出控制等，同时保证现场设备安全，实行站内无功补偿设备的循环投切，从而避免无功补偿设备投切振荡。
当电网电压超出设定限值时，AVC功能应优先对调整代价最小的电压进行校正控制，并可在线修改中枢母线电压和支线无功的设定值曲线，对控制决策进行人工干预。另外，基于超短期负荷预测功能，AVC功能应实现无功电压的预先调节，以满足负荷陡增或陡降阶段的调压需要。
在控制策略计算失败的情况下，AVC功能块应提供相应的后备措施（简化的启发式算法或人工经验策略），保证控制指令不间断下发。在电网出现事故或异常，功能块应自动闭锁AVC控制，并发出警报。
3.4 控制执行
AVC功能具有开环控制和闭环控制两种模式，其控制命令的下发应采用可靠数据通道和成熟通信规约，可通过现有遥控或遥调通道下发，对于控制失败的情况，AVC功能应给出报警，并闭锁相应设备。
3.5 闭锁设置
AVC功能闭锁可分为三个级别：系统级闭锁、厂站级闭锁和设备级闭锁。
当处于系统级闭锁状态时，AVC主站将整个AVC控制应用闭锁，主站不再下发闭环控制控制指令，全部厂站转入人工控制或者就地控制。
当处于厂站级闭锁状态时，AVC主站对单个厂站进行闭锁，不对该厂站下发闭环控制指令，该厂站转入人工控制或者就地控制。
当某设备处于设备级闭锁时，AVC主站对该设备进行闭锁，闭环控制中不考虑对此设备的调节，不再下发对此设备的闭环控制指令。
3.6协调控制
AVC功能在设计初始，应预留与省调电网协调的电压控制，保证整个互联电网的电压安全和质量，实现无功的分层分区平衡，降低网损，满足多级互联电网的运行要求，具体的配合策略应遵循如下原则：
1)在上下级协调控制中，上级调度机构通过全局优化计算给出协调目标，下级调度机构通过闭环控制跟踪上级下发的协调目标。
2)协调目标可以采用上下级电网的关口母线电压和无功交换的设定值或合格范围。
3)上级调度机构在计算协调目标时，应考虑下级调度机构的调节能力，保证协调目标的可行性。
4)下级调度机构在跟踪协调目标时，应考虑与所辖电网内无功电压控制目标之间的关系，可设置上级协调目标和本级控制目标的优先级，一般以上级协调目标优先。
5)与上、下级电网AVC主站失去联系时，能自动切换至相应的独立控制模式运行。
3.7界面要求
AVC功能的实现，可由基于DCS系统的硬件平台提供人机接口，在控制室设置工作站通过光纤进行通信连接，便于用户控制和查询系统的运行、计算和控制情况，设置计算参数，并查询历史统计数据。同时，工作站还具有相关的人机界面，包括控制建模界面、运行监视界面、算法控制参数设置界面、报警界面、控制记录查看界面和历史统计数据报表等。
4结束语
上文重点阐述了基于DCS系统硬件平台的AVC功能的设计内容，主要从功能的控制模式、模型的搭建要点和系统运行与监控要素等方面着手，旨在提高对大功率调相机的无功输出控制的智能化和准确性，进而保证系统的安全运行、提高电网的电能质量。
作者简介
狄振锋(1982.10-)男，硕士研究生，从事发电设备电气系统、并网，防雷，继电保护等技术研究。
论文作者:狄振锋1,马伯乐2,王文卓2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/24
标签：电压论文; 功能论文; 系统论文; 电网论文; 母线论文; 闭环论文; 设备论文; 《电力设备》2016年第11期论文;