AVC簡介及其對電廠的影響 附AVC系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中淺析及應(yīng)用

AVC簡介及其對電廠的影響

自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）作為一種在線的電網(wǎng)無功調(diào)度系統(tǒng)，近幾年得到快

速的應(yīng)用與發(fā)展。它對優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)的無功潮流，改善電網(wǎng)供電水平起到了積極

作用。

一、AVC系統(tǒng)簡介

1、定義：

自動電壓控制（AVC）是以系統(tǒng)中各條母線的電壓合格為約束條件，進(jìn)行無

功-電壓優(yōu)化，并向設(shè)備下發(fā)控制命令的調(diào)節(jié)過程。

2、AVC基木結(jié)構(gòu)

AVC系統(tǒng)一般由主站和子站組成。主站安裝在區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)度中心，子站

安裝在發(fā)電廠側(cè)。AVC主站根據(jù)系統(tǒng)無功優(yōu)化潮流的計算，將節(jié)點電壓控制命

令發(fā)送到子站，并接收子站反饋的狀態(tài)信息。AVC子站在功能邏輯上又可分為

上位機(jī)和下位機(jī)。上位機(jī)接收主站的控制命令，向下位機(jī)下達(dá)各機(jī)組的目標(biāo)無功。

圖1AVC系統(tǒng)示意圖

3、AVC目標(biāo)控制模型

電廠側(cè)子站接受到主站的目標(biāo)控制值（節(jié)點電壓）后，進(jìn)行全廠無功計算,

給各機(jī)組分配目標(biāo)無功。機(jī)組的無功調(diào)節(jié)控制量唯一取決于主站的目標(biāo)控制值,

各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)量（如機(jī)端電壓、廠用母線電壓、機(jī)組的有功和尢功等）只用

作判斷是否允許AVC調(diào)節(jié)的安全閉鎖條件。

目標(biāo)控制值

在允許調(diào)行的機(jī)組間分配無功

#1G*2G

圖2AVC目標(biāo)控制模型示意圖

這種控制模式，與傳統(tǒng)的單機(jī)型AVR控制模式有很大區(qū)別。各電廠由于所

處的無功環(huán)境的差異，在AVC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下呈現(xiàn)出不同的問題。

二、對電廠的影響

1、對負(fù)荷中心附近電廠的影響

由于負(fù)荷中心消耗的無功較多，當(dāng)電網(wǎng)配套的無功調(diào)節(jié)手段不足時，AVC

系統(tǒng)必然會要求附近的電廠增發(fā)無功，以滿足電網(wǎng)維持電壓水平的要求。如果電

網(wǎng)無功缺口較大，AVC就會不斷地調(diào)高這些電廠的無功出力，直到發(fā)電機(jī)組的

相關(guān)參數(shù)（電壓、電流、無功等）達(dá)到閉鎖值。經(jīng)常處于這種運(yùn)行狀態(tài)，必然會

對電廠造成很大的影響。

（1）加速絕緣老化。發(fā)電機(jī)組經(jīng)常發(fā)出大量的無功，其廠內(nèi)電壓將長期偏

高，必然加速電氣設(shè)備絕緣的老化。

（2）絕緣損壞的風(fēng)險。在電網(wǎng)負(fù)荷的高峰期間，電廠發(fā)出的有功、無功都

處于高限，「用母線電壓也會處在高位運(yùn)行。轉(zhuǎn)入負(fù)荷低谷運(yùn)行后，電網(wǎng)的有功、

無功需求都會下降。此時，電廠有功出力減少，廠用負(fù)荷隨之降低。

如果AVC下發(fā)的無功調(diào)節(jié)指令不變或減無功的調(diào)整力度不夠，那么發(fā)電機(jī)

的廠用母線電壓必然上升，甚至超過電氣設(shè)備允許運(yùn)行電壓的極限值。可能造成

個別甚至大面積的電氣設(shè)備絕緣損壞，危及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

2、對遠(yuǎn)離負(fù)荷中心電廠的影響

遠(yuǎn)離負(fù)荷中心電廠發(fā)出的電能常要經(jīng)過很長的高壓線路來輸送。這些輸電線

路長則幾百千米，短的也有幾十千米。長長的高壓輸電線，成了電網(wǎng)的大容量無

功源。地處線路末端的發(fā)電廠，無功富裕，表現(xiàn)為升壓站母線和廠用母線電壓長

期偏局。

當(dāng)電網(wǎng)電壓偏高時，AVC系統(tǒng)肯定要求電廠吸收無功，因此，就會不斷給

發(fā)電機(jī)組的AVR下達(dá)減磁指令，直至實現(xiàn)AVC設(shè)定的目標(biāo)控制值或觸發(fā)某一安

全閉鎖條件。廠用母線處于發(fā)電廠的負(fù)荷末端，因此，率先閉鎖AVC調(diào)節(jié)的基

本都是廠用母線電壓低限。

AVC子站的廠用母線電壓低限定值一般整定在電氣設(shè)備允許長期運(yùn)行電壓

的下限。廠用母線電壓經(jīng)常運(yùn)行在低限定值附近,對機(jī)組安全運(yùn)行存在很大風(fēng)險。

如果廠用母線電壓在AVC調(diào)整下己運(yùn)行在整定值的下限，當(dāng)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)

行狀態(tài)由負(fù)荷低谷時的低有功、低無功向負(fù)荷高峰時的高有功，低無功轉(zhuǎn)變時，

廠用負(fù)荷相應(yīng)會上升，其廠用母線電壓必然下降。

電壓的這種下降，不是由AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)的，而是因負(fù)荷的變動自然導(dǎo)致的,

AVC系統(tǒng)無法進(jìn)行閉鎖。如果廠用母線電壓下降過低，可能導(dǎo)致某些對電壓敏

感的設(shè)備跳閘，危及機(jī)組的安全。

結(jié)束語

AVC系統(tǒng)是一種新型的全局性的控制系統(tǒng)，對優(yōu)化電網(wǎng)無功分布，改善系

統(tǒng)電壓水平起到了積極作用。但是，由于其控制模式與傳統(tǒng)的單機(jī)控制模式存在

很大區(qū)別，給發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行帶來了一定的安全隱患。發(fā)電廠可有針對性的

采取應(yīng)對措施，消除AVC系統(tǒng)對電廠的影響。

AVC系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中淺析及應(yīng)用

AVC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

用敖宏網(wǎng)

中3S單元號

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［摘要］自動電壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，以下簡稱“AVC”系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及

組網(wǎng)形式.

［關(guān)鍵詞］AVC;勵磁調(diào)節(jié)器;無功功率;自動控制;潮流

1、引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展、計算機(jī)自旬化設(shè)備的普遍應(yīng)用以及高電壓

等級、大容量和跨區(qū)電網(wǎng)的迅速發(fā)展，用戶對電壓質(zhì)量的要求越來越高，在現(xiàn)代

超高壓電網(wǎng)中，對系統(tǒng)電壓和無功的要求越來越高，這就必須需要一種裝置對這

個系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一、合理的調(diào)整，來滿足月戶對電壓的需求，系統(tǒng)無功的

儲備，潮流的合理分配等。

2、電網(wǎng)運(yùn)行中對無功功率的具體要求：

1）系統(tǒng)電壓必須大于某一最低數(shù)值，以保證電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)的運(yùn)行穩(wěn)

定性，以及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭的運(yùn)行范圍和廠用電的運(yùn)行；

2）正常情況下，電網(wǎng)必須具有規(guī)定的無功功率儲備，以保證事故后的系統(tǒng)

電壓不低于規(guī)定的數(shù)值，防止出現(xiàn)電壓崩潰事故和同步穩(wěn)定破壞；

3）保證系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的最大數(shù)值，以適應(yīng)電力設(shè)備的絕緣水平和避免

變壓器過飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓；

4）大機(jī)組無功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機(jī)無功必須滿足P-Q

曲線，保證機(jī)組安全運(yùn)行；

5）滿足.上述電壓條件下，盡可能降低電網(wǎng)的有功功率損耗，以取得經(jīng)濟(jì)效

益。發(fā)電機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中最重要的無功電壓控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度

快，可控制量大，無論是正常運(yùn)行時保證電壓水平和緊急控制時防止電壓崩潰，

都起著重要的作用。

發(fā)電機(jī)無功出力與機(jī)端電壓受其勵磁電流的影響，當(dāng)勵磁電流發(fā)生改變時，

發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線

電壓的高低，勵磁電流的增減可通過改變勵磁調(diào)節(jié)器（AVR）給定值實現(xiàn)。

3、AVC功能簡介

AVC系統(tǒng)通過監(jiān)視本地區(qū)關(guān)口的無功和變電站的母線電壓，在保證關(guān)口無

功和母線電壓合格的條件下進(jìn)行無功電壓的優(yōu)化計算。通過改變電網(wǎng)中可控?zé)o功

電源的出力、無功補(bǔ)償設(shè)備的投切、變壓器分接頭的調(diào)整來滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條

件，提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)為：關(guān)口無功合格、母線電壓合

格、優(yōu)化網(wǎng)損，可計算出在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷水平下，滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

時全網(wǎng)各有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、各并聯(lián)補(bǔ)償電容器的投切狀態(tài)。

3.1AVC系統(tǒng)的控制模式

AVC系統(tǒng)具有2種控制模式：優(yōu)化控制模式和分區(qū)控制模式。

3.1.1優(yōu)化控制模式。在估計運(yùn)行狀態(tài)正常且量測合格率大于95%時，AVC

系統(tǒng)使用優(yōu)化控制模式。利用潮流計算的靈敏度分析功能，得到控制設(shè)備對母線

電壓、關(guān)口功率因數(shù)、網(wǎng)損的影響，同時考慮設(shè)備的操作費用，得到控制設(shè)備的

調(diào)整綜合指標(biāo)，將調(diào)整綜合指標(biāo)進(jìn)行排序來選擇控制設(shè)備。通過對控制費用和控

制綜合指標(biāo)模型的修改來決定無功電壓優(yōu)化控制設(shè)備的優(yōu)先級和控制頻度，實現(xiàn)

無功電壓的優(yōu)化控制。

（1）母線電壓的校正控制。對監(jiān)視點的電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)電壓越限時，

根據(jù)優(yōu)化計算的結(jié)果產(chǎn)生校正控制方案，通過并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的投切和變壓器分接

頭的調(diào)整來保證監(jiān)控點的電壓在規(guī)定的運(yùn)行區(qū)間內(nèi)。

（2）功率因數(shù)的改正控制。對地區(qū)總加功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)超過規(guī)定的

運(yùn)行范圍時，根據(jù)優(yōu)化計算的結(jié)果選擇投切某些并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備來控制功率因數(shù)，

保證電壓變化不大，網(wǎng)損增加最少或減少最多。通過執(zhí)行上級調(diào)度下發(fā)的功率因

數(shù)指標(biāo)來配合主網(wǎng)進(jìn)行電壓和無功的分層控制，提高主網(wǎng)發(fā)電機(jī)等設(shè)備的快速無

功備用和主網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。

（3）網(wǎng)損的優(yōu)化控制。在電壓和功率因數(shù)都合格的情況下，通過對設(shè)備的

電壓、網(wǎng)損、關(guān)口功率因數(shù)的靈敏度分析和綜合調(diào)整指標(biāo)來選擇控制設(shè)備。

3.1.2分區(qū)控制模式。當(dāng)狀態(tài)估計合格率不高或系統(tǒng)量測不能滿足計算要求

時，切換到基于規(guī)則的分區(qū)控制模式。在分區(qū)控制模式下，用電壓、功率因數(shù)（無

功）的上下限值將控制區(qū)域分為16區(qū)。

3.2AVC系統(tǒng)的運(yùn)夕亍環(huán)境

AVC系統(tǒng)的運(yùn)行要求調(diào)度自動化應(yīng)用軟件PAS基木模塊已經(jīng)安裝并運(yùn)行良

好，狀態(tài)估計合格率保持在較高水平，具有合理的外部網(wǎng)絡(luò)等值，變電站具有四

遙功能。

3.3AVC系統(tǒng)的軟硬件要求

AVC系統(tǒng)的硬件配置為一臺AVC服務(wù)器，一臺AVC工作站，它是利用計

算機(jī)和通信技術(shù)，對電網(wǎng)中的無功資源以及調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行自動控制，以達(dá)到保證

電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。軟件所需的圖形畫面和電網(wǎng)參數(shù)通過SCADA

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口和圖形轉(zhuǎn)換接口直接轉(zhuǎn)換，控制環(huán)節(jié)的最終控制命令依靠SCADA

下行通道命令執(zhí)行。

4、電廠中AVC系統(tǒng)的構(gòu)成

1）中控單元：考慮220kV及500kV兩套AVC控制系統(tǒng)，主機(jī)即中控單元,

分為220kVAVC子站、500kVAVC子站，分別通過光纜或網(wǎng)線至省調(diào)專用數(shù)據(jù)網(wǎng)

交換機(jī)連接，接受省調(diào)下達(dá)的調(diào)控指令和子站狀態(tài)的反饋信息。中控單元根據(jù)主

站的增減磁命令，分析當(dāng)時各臺機(jī)組的運(yùn)行工況，合理進(jìn)行無功功率分配。

2）RTU：負(fù)責(zé)的任務(wù)是采集主控母線電壓，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送至省調(diào)AVC

主站，此數(shù)據(jù)是主站調(diào)控我廠機(jī)組增減磁的依據(jù)，使得此電壓在當(dāng)時系統(tǒng)運(yùn)行工

況下最優(yōu)化。

3）執(zhí)行終端：各單元保護(hù)室的執(zhí)行終端，