关于对发电厂无功调压自动控制系统的理解
摘 要：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不断缩小，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个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）的无功出力方能使系统及地区的电压处在一个较好的水平。
关键词：无功调压、电压质量、发电厂、自动控制。
Abstract：Due to the fast development of power system, voltage grade rises ceaselessly, at the same time the new power plant, the power plant density increases ceaselessly, system of the power plant electrical distance between narrow ceaselessly, make through adjusting the individual unit or individual power plant to improve the system reactive power voltage level and the area became very difficult, even with the use of a single generator set or individual plant already can not effectively control the voltage of the power system. Therefore, only in the tone of the unified dispatching under the premise, at the same time change more generating units ( or a plurality of power plant ) of reactive power can make the system and the area of the voltage at a good level.
Key words：Reactive power voltage, voltage quality, power plant, automatic control
0 引言
发电厂无功电压远方自动控制简称为AVC，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。近年来电力系统为提高电能质量，特别是为改善用户的电压水平，做了大量的工作，进行了大量的投资。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不断缩小，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个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）的无功出力方能使系统及地区的电压处在一个较好的水平。
一、AVC系统方案的介绍说明
AVC自动控制的流程为：从中调所下达无功指令开始，到各发电厂所对应机组无功功率的闭环自动调节为止的整个控制过程。在这个控制过程中主要涉及无功指令（计划）的下达和接收、实时数据的采集、闭环控制的设备及方式、无功的控制方式及无功功率的调节范围等几个方面。
在这几个功能模块中，只需考虑无功指令（计划）的下达和接收、实时数据的采集、闭环控制的设备及方式这三个功能模块的模式及作用。
1、无功指令（计划）的下达和接收方式
根据电力系统的要求和具体情况，可将无功指令（计划）的下达和接收分为以下几种方式：
(1)、下行通道下达全厂总无功计划至AVC上位机
中调定时通过远动下行通道将全厂的无功功率计划下达到发电厂的AVC上位机，AVC上位机根据各机组的开停、所带有功功率情况及原定的无功功率分配原则，来分配各机组的无功发电计划，并将各机组的无功发电计划发送到该机组的AVC调节装置中，AVC调节装置闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
(2)、下行通道下达单机无功指令至当地实时监控系统中
中调定时通过远动下行通道将单机的无功功率指令下达到发电厂的当地功能系统中，当地功能系统将无功指令转发到各机组的AVC调节装置中，AVC调节装置闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
(3)、下行通道下达单机组无功指令至AVC上位机
中调定时通过远动下行通道将单机的无功功率指令下达到发电厂的AVC上位机，AVC上位机将无功指令转发到各机组的AVC调节装置中，AVC调节装置闭环控制励磁调节装置来调节机组的无功出力。
以上三种指令下达/接收方式均能满足AVC调节的功能和可靠性的要求，其中方式3 的费用及设备较其它方式少。
2、实时数据的采集方式
AVC控制系统运行的前提是保持电力系统中的各发电机均应运行在额定功率、功率因数、电压、电流的范围内，并保持发电厂高压母线电压在允许范围内。
(1)、实时数据采集范围
在AVC调节系统中必须采集所有参与AVC调节的各机组的有功功率、无功功率、发电机定子电压、发电机定子电流及发电厂高压母线电压（正常是采集I母线电压，在I母线电压不正常时，自动切换为II母线电压）。
(2)、实时数据的采集方法
a、DCS采集的实时数据：当AVC调节方式为使用DCS来闭环控制机组的无功出力时，可使用DCS采集机组的实时数据。
b、励磁调节装置采集的实时数据：当AVC调节方式为使用励磁调节系统来闭环控制机组的无功出力时，励磁调节系统应具有实时数据采集能力。
c、AVC调节装置采集机组的实时数据：AVC调节装置本身具有模数转换能力，为采集这些信息需要在电压电流回路中接入变送器，将需要采集的实时信息变为直流信号送入AVC调节器装置中。
d、共享远动装置已采集的实时数据：由于AVC调节所需的信息远动装置均已采集，可在AVC接收指令的前置机中增加一个串口，这台前置机既接收AVC调节指令，又接收远动装置发出的实时数据。
以上4种实时数据采集方式，方式4所采集的数据与中调的数据一致，对发电厂的考核比较有利。
3、AVC闭环自动控制模式
对发电机组的无功功率的闭环控制是AVC的最重要的环节，它是通过对采集实发功率与接收到的计划（指令）进行比较，根据比较的结果来调节机组无功的出力，使机组的无功出力运行在中调要求的范围内。目前现有的可用于闭环控制无功出力的设备有：励磁调节系统、DCS系统、增加一台专用AVC调节装置。
(1)、励磁调节系统：由于目前系统内的多数机组的励磁调节系统不具备对计划指令的接收功能，只能接收功率调节的加、减信号，对无功功率的控制多采用手动或由DCS闭环控制的方式。
(2)、DCS系统：使用DCS来控制机组的无功出力是一种较可靠的控制方法，DCS本身的功能较强，增加AVC功能较方便。
(3)、AVC调节装置：增加外部设备来对机组无功出力运行闭环控制。它具有不改变原有的系统的配置和功能，系统具有相对独立、对原有的系统影响小，可靠性高的特点。
根据以上要求和系统中的运行现状，使用AVC调节装置是一种较理想的方式。
二、AVC方案的确定
1、控制模式
由于系统中的部分发电机组尚未进行DCS改造。为使全省具有相同AVC模式，应不考虑使DCS来参于AVC的闭环控制。
由于各发电机组的励磁调节系统的性能和方式不同，部分励磁调节系统不能接收外部的计划指令，所以应在励磁调节系统之前加装一台AVC调节装置，用于数据采集、计划的接收、和闭环控制。即选择外部AVC调节装置来用作AVC闭环控制。
2、实时数据采集模式
为使实时数据与中调所收到的数据相一致，AVC调节采用远动装置所采集的实时数据作为调节的依据，这样就不需要增加变送器来进行实时数据采集，使系统简单，减少费用、施工和维护的工作量。
3、控制指令的下达和接收模式
为使系统简单，更好、更直接的控制发电厂各母线的电压，同时为以后参与AVC的机组接入方便，中调应选择直接下达单机组的无功计划/指令，即直接对单机组的无功功率进行控制。由于中调对各发电机直接下达AVC调节指令，AVC前置部分只是将AVC指令转发到AVC调节装置，功能实现简单，易于实现。
4、无功电压自动调节（AVC）系统的最终方案
综上所述，比较各种方式的优点和缺点，最终汇总方案是中调所根据系统电压的情况通过远动下行通道向发电厂的远动当地功能下达参加AVC调节机组的无功指令。远动当地功能将中调下达参加AVC调节机组的无功指令及将远动装置RTU采集到的机组实时数据转发到对应机组的AVC无功调节装置中。AVC无功调节装置利用收到的指令及实时无功功率等数据对发电机组无功功率进行计算、处理，来闭环控制励磁调节系统，调节机组的无功出力，以达到调节系统电压的目的。
三、对选择方案的相关部分解释
1、AVC系统的通信
(1)、调度中心至发电厂下行通信（中调至发电厂的当地功能）
采用专用通道或网络通信，下达AVC指令，并返送各发电厂参与AVC调节的各发电机组的无功功率，用来与当地功能采集到的实时数据相比较，当两者不一致时判断为通信故障，规约为省调下行规约。
(2)、AVC调节装置与当地功能前置机通信
AVC调节装置与当地功能前置机通信采用RS-232方式，对于距离较远者可在中间采用光离长线收发器以提高驱动和抗干扰功能。为减轻当地功能的负担，简化当地功能的程序，对具有多套AVC调节装置的系统，当地功能将所有的AVC信息集中，向各个AVC调节装置发送，即向各AVC调节装置发送的信息相同，各AVC调节装置根据规约从这信息中选出需要部分。
(3)、AVC调节装置与励磁调节装置的通信
由于各励磁调节装置接收调节指令的方式不同，因而AVC调节装置向励磁调节下达的无功增、减指令的方法也不完全相同。由于系统内多数机组采用增、减脉冲信号控制的方式，即采用四线结构，一对为正脉冲信号即加负荷信号，另一对为负脉冲信号即减负荷信号，励磁调节装置根据AVC调节装置的脉冲信号指令调节机组的无功功率。
2、AVC实时数据采集的技术要求
(1)、数据量
AVC自动调节的数据量为：参与AVC调节的机组的有、无功功率，发电机的定子电压、电流及220KV母线电压。这些数据量由远动的专用电量变送器将其变为4～20mA（或0～5A）的直流信号，此信号被送入远动装置，由远动装置（RTU）采集，变为数字信号，并将其发送到中调及远动的当地功能中去，作为AVC调节的依据。
(2)、信号量
a、AVC投停信号。此信号是由励磁调节系统提供。意义为机组的无功处于远方还是就地控制。此信号为两对常开接点信号，分别提供给AVC调节装置和远动装置。此接点闭合为设备处于远方控制状态。
b、AVC装置异常信号：此信号由AVC调节装置向远动装置提供，信号为常开接点信号，此接点闭合为AVC装置工作异常。如DCS能实现自动切换，此接点信号同时送往励磁调节系统（或DCS）。
四、结束语
AVC自动调节与现有的实时监控系统有机的结合起来，充分发挥了原有的实时监控系统功能强大的优势，减少了现场硬件设备的数量，提高了现有设备的利用率，降低了现场运行人员的劳动强度，使得厂站端的自动化水平迈上了新的台阶。重要的是无功调压自动控制系统的使用提高了系统电压质量，而电压质量又直接影响电网稳定及电力设备安全、经济运行和电网电能损耗，对保证用户安全生产、产品质量、经济效益以及电器设备的安全与寿命起了重要作用，充分发挥了电网的经济效益。
重要参考文献
[1] 滕福生，发电厂和变电站的调度与运行通信技术，四川联合大学出版，1998
[2] 韩祯祥，电力系统自动监视与控制，水利电力版社，1989
[3]励刚, 尤海波, 陈陈. 面向对象技术在电力系统中的应用[J]. 微型计算机应用,1988.
