发电侧电压无功自动调控装置原理与应用
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发电侧电压无功自动调控装 置原理与应用
引言
• 有效的电压与无功控制不仅能保证电压质量，提高电力系 统运行的稳定性和安全性，而且能降低网损，充分发挥电 网的经济效益。
• 发电机组励磁调节系统是电力系统中重要的电压无功控制 系统，响应速度快，可控容量大，无论是正常运行时保证 电压水平和紧急控制时防止电压崩溃，都起着重要的作用。
各机组无功分配
• 机组无功分配时，应保证各机组机端电压在安全极限内， 同时尽可能同步变化，保持相似的调控裕度。
• 等功率因数法：各台机组在无功功率的上下极限范围内按 照功率因数相同的原则进行分配，分配量与有功出力相关 性大。达到极限后不再参与调节。
• 等偏移量法：各台机组在无功功率的上下极限范围内按照 偏移量相同的原则进行分配，在各自的可调范围内总是具 有相同额度（百分比）的调控容量，分配量与有功出力相 关性小，基本上可同时达到上下极限。
设备功能与联结
• 通讯数据处理平台（或上位机）作为发电侧主控单元，兼有通讯、数 据库、计算分配、人机界面、参数编辑、运行状态监视等功能，一般 布置在远动机房，通过通讯电缆与RTU联结。每个电厂配置一套。
• 调控装置（或下位机）：各机组AVC控制的数据采集及控制信号输出， 一般配置在保护小室或励磁调节器附近，通过通讯电缆与上位机联结。 每台机组配置一台。
• 下位机与励磁调节器间通过控制电缆联结，控制信号经电缆输入调节 器。
• 下位机与DCS间通过控制电缆联结，状态信号可经电缆送至DCS供运行 监视，DCS也可通过电缆进行装置的投切操作。
• 下位机与RTU间通过控制电缆联结，状态信号可送至RTU，并通过通讯 方式将装置的状态发送至省调AVC主站。
信号采集输入
– 需增加硬件设备，与主站数据存在差异， – 刷新速度快，可有效提高调控速度和调控精度。
估测全厂总无功功率
• X = (Unow - Ulast) / (ΣQnow/ U now –ΣQlast/ U last )
• ΣQtarget = (Utarget - Unow) * Utarget / X + ΣQ now* Utarget/ Unow
• 省调AVC主站根据系统电压及无功分布，实时计算各受控 机组的无功出力，通过远动下行通道将无功或电压指令下 发到电厂侧数据处理平台。
• 处理平台将接收到的无功或电压指令转发到各机组。机组 的无功自动调控装置以下达的无功指令作为目标值，以机 组的实时数据和状态信号作为参考量，动态调节AVR给定 值，从而实现对目标指令的自动跟踪和控制。
控制信号输出
• 分别使用增磁/减磁两路信号来增加/减少发电机无功出力。 • 信号类型为无源节点开关量，触点闭合时间根据无功调控
量的大小变化，无功目标与实时值偏差大时，触点闭合时 间长，无功变化快；偏差小时闭合时间短，无功变化慢。 • 控制信号可直接接入励磁调节器手操控制回路。 • 对于使用DCS画面软操的机组，AVC控制信号也可通过 DCS转接。
• 不直接采集信号，使用远动终端设备，通过通讯 方式接收RTU采集的模拟量与状态量。
– 无需硬件设备，无变送器安装和维护工作量； – 与主站数据完全相同，无任何差异； – 刷新速度慢，可靠性受RTU影响； – RTU信号采集方式（包括定义）改变后需做相应参数修
改，可能出现因数据错误导致误调节的情况
• 使用独立的输入系统，信号采集不通过现有设备
ΣQtarget、ΣQlast、 ΣQnow：总无功目标、上次总无功、当前总
无功
Utarget、Ulast、 Unow：母线电压目标、上次母线电压、当前母线
电压
估测全厂总无功功率
• 因估测时做了简化与假设，计算结果受运行方式及母线变 化情况影响，且具有一定时效性。
• 若母线电压发生小幅波动，却无法准确估测出总无功功率 时，因无功的变化趋势与母线电压总是相同，可采用小幅 调节，逐次逼近的方式来实现跟踪。
电压无功自动调控的实现方式 （2）
• 在DCS中增加功能模块。
– 无DCS的机组无法实现，应用范围小；
– 需与DCS配套，通用性差；
– 对DCS依赖性大，调节精度和速度受DCS系统 进程和资源影响明显。
– DCS通讯网络阻塞时可能会出现数据传递障碍。
电压无功自动调控的实现方式
（3）
• 使用专用自动调控装置。
– 装置与现有系统相对独立，只通过输入/输出接 口与外部相联系，现有系统只需作微小改动； 具有良好的兼容性，各种微机或模拟式AVR均 可适用，且不影响AVR的性能；可随时进行维 护，对机组正常运行不会产生干扰。
实现方案
• 在电厂每台机组加装一台电压无功自动调控装置，与省调 共同组成AVC系统，以主站－子站星型网络方式运行，主 站和子站系统之间通过现有数据采集系统及数据通信网互 连并完成信息交换。
• 目前大多数发电企业的电压无功仍然采用人工手工调控方 式，实时性和准确性均有所不足，无法适应电力系统发展 的要求，因此，有必要采用新的控制方式，实现电厂母线 电压和无功功率的自动协调控制。
Baidu Nhomakorabea
电压无功自动调控的基本原理
• 发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励 磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随 之增减，并通过主变压器进一步影响到母线电压。励磁 电流的增减则可通过改变励磁调节器(AVR)电压给定值 实现。
系统拓扑（无功）
– AVC主站直接 控制到单台机 组，指令为每 台受控机组的 无功目标
– 发电侧接收 AVC主站无功 指令，跟踪调 控励磁调节器 电压给定值
系统拓扑（电压与无功）
– AVC主站控制 到电厂，指令 为电厂的高压 母线电压或全 厂总无功目标
– 发电侧接收 AVC主站指令 ，由上位机根 据母线电压目 标估测出全厂 总无功目标， 再自行分配到 厂内各受控机 组
• 基本原理是发电侧远程接收主站端AVC控制指令，通过 动态调节励磁调节器的电压给定值，改变发电机励磁电 流来实现电压无功自动调控。
电压无功自动调控的实现方式 （1）
• 修改AVR内部程序，增加远程通讯与控制 功能模块。
– 在线修改调整困难，灵活性差；
– 需与AVR配套，兼容性差；
– 可能导致AVR自身程序紊乱，安全可靠性差。
引言
• 有效的电压与无功控制不仅能保证电压质量，提高电力系 统运行的稳定性和安全性，而且能降低网损，充分发挥电 网的经济效益。
• 发电机组励磁调节系统是电力系统中重要的电压无功控制 系统，响应速度快，可控容量大，无论是正常运行时保证 电压水平和紧急控制时防止电压崩溃，都起着重要的作用。
各机组无功分配
• 机组无功分配时，应保证各机组机端电压在安全极限内， 同时尽可能同步变化，保持相似的调控裕度。
• 等功率因数法：各台机组在无功功率的上下极限范围内按 照功率因数相同的原则进行分配，分配量与有功出力相关 性大。达到极限后不再参与调节。
• 等偏移量法：各台机组在无功功率的上下极限范围内按照 偏移量相同的原则进行分配，在各自的可调范围内总是具 有相同额度（百分比）的调控容量，分配量与有功出力相 关性小，基本上可同时达到上下极限。
设备功能与联结
• 通讯数据处理平台（或上位机）作为发电侧主控单元，兼有通讯、数 据库、计算分配、人机界面、参数编辑、运行状态监视等功能，一般 布置在远动机房，通过通讯电缆与RTU联结。每个电厂配置一套。
• 调控装置（或下位机）：各机组AVC控制的数据采集及控制信号输出， 一般配置在保护小室或励磁调节器附近，通过通讯电缆与上位机联结。 每台机组配置一台。
• 下位机与励磁调节器间通过控制电缆联结，控制信号经电缆输入调节 器。
• 下位机与DCS间通过控制电缆联结，状态信号可经电缆送至DCS供运行 监视，DCS也可通过电缆进行装置的投切操作。
• 下位机与RTU间通过控制电缆联结，状态信号可送至RTU，并通过通讯 方式将装置的状态发送至省调AVC主站。
信号采集输入
– 需增加硬件设备，与主站数据存在差异， – 刷新速度快，可有效提高调控速度和调控精度。
估测全厂总无功功率
• X = (Unow - Ulast) / (ΣQnow/ U now –ΣQlast/ U last )
• ΣQtarget = (Utarget - Unow) * Utarget / X + ΣQ now* Utarget/ Unow
• 省调AVC主站根据系统电压及无功分布，实时计算各受控 机组的无功出力，通过远动下行通道将无功或电压指令下 发到电厂侧数据处理平台。
• 处理平台将接收到的无功或电压指令转发到各机组。机组 的无功自动调控装置以下达的无功指令作为目标值，以机 组的实时数据和状态信号作为参考量，动态调节AVR给定 值，从而实现对目标指令的自动跟踪和控制。
控制信号输出
• 分别使用增磁/减磁两路信号来增加/减少发电机无功出力。 • 信号类型为无源节点开关量，触点闭合时间根据无功调控
量的大小变化，无功目标与实时值偏差大时，触点闭合时 间长，无功变化快；偏差小时闭合时间短，无功变化慢。 • 控制信号可直接接入励磁调节器手操控制回路。 • 对于使用DCS画面软操的机组，AVC控制信号也可通过 DCS转接。
• 不直接采集信号，使用远动终端设备，通过通讯 方式接收RTU采集的模拟量与状态量。
– 无需硬件设备，无变送器安装和维护工作量； – 与主站数据完全相同，无任何差异； – 刷新速度慢，可靠性受RTU影响； – RTU信号采集方式（包括定义）改变后需做相应参数修
改，可能出现因数据错误导致误调节的情况
• 使用独立的输入系统，信号采集不通过现有设备
ΣQtarget、ΣQlast、 ΣQnow：总无功目标、上次总无功、当前总
无功
Utarget、Ulast、 Unow：母线电压目标、上次母线电压、当前母线
电压
估测全厂总无功功率
• 因估测时做了简化与假设，计算结果受运行方式及母线变 化情况影响，且具有一定时效性。
• 若母线电压发生小幅波动，却无法准确估测出总无功功率 时，因无功的变化趋势与母线电压总是相同，可采用小幅 调节，逐次逼近的方式来实现跟踪。
电压无功自动调控的实现方式 （2）
• 在DCS中增加功能模块。
– 无DCS的机组无法实现，应用范围小；
– 需与DCS配套，通用性差；
– 对DCS依赖性大，调节精度和速度受DCS系统 进程和资源影响明显。
– DCS通讯网络阻塞时可能会出现数据传递障碍。
电压无功自动调控的实现方式
（3）
• 使用专用自动调控装置。
– 装置与现有系统相对独立，只通过输入/输出接 口与外部相联系，现有系统只需作微小改动； 具有良好的兼容性，各种微机或模拟式AVR均 可适用，且不影响AVR的性能；可随时进行维 护，对机组正常运行不会产生干扰。
实现方案
• 在电厂每台机组加装一台电压无功自动调控装置，与省调 共同组成AVC系统，以主站－子站星型网络方式运行，主 站和子站系统之间通过现有数据采集系统及数据通信网互 连并完成信息交换。
• 目前大多数发电企业的电压无功仍然采用人工手工调控方 式，实时性和准确性均有所不足，无法适应电力系统发展 的要求，因此，有必要采用新的控制方式，实现电厂母线 电压和无功功率的自动协调控制。
Baidu Nhomakorabea
电压无功自动调控的基本原理
• 发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励 磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随 之增减，并通过主变压器进一步影响到母线电压。励磁 电流的增减则可通过改变励磁调节器(AVR)电压给定值 实现。
系统拓扑（无功）
– AVC主站直接 控制到单台机 组，指令为每 台受控机组的 无功目标
– 发电侧接收 AVC主站无功 指令，跟踪调 控励磁调节器 电压给定值
系统拓扑（电压与无功）
– AVC主站控制 到电厂，指令 为电厂的高压 母线电压或全 厂总无功目标
– 发电侧接收 AVC主站指令 ，由上位机根 据母线电压目 标估测出全厂 总无功目标， 再自行分配到 厂内各受控机 组
• 基本原理是发电侧远程接收主站端AVC控制指令，通过 动态调节励磁调节器的电压给定值，改变发电机励磁电 流来实现电压无功自动调控。
电压无功自动调控的实现方式 （1）
• 修改AVR内部程序，增加远程通讯与控制 功能模块。
– 在线修改调整困难，灵活性差；
– 需与AVR配套，兼容性差；
– 可能导致AVR自身程序紊乱，安全可靠性差。