张河湾蓄能电厂AVC子站建设必要性及其应用设计

李世昌，钱 力，张 坤

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050000；2.国网新源控股有限公司，北京 100053）

张河湾蓄能电厂AVC子站建设必要性及其应用设计

李世昌1，钱 力1，张 坤2

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050000；2.国网新源控股有限公司，北京 100053）

随着调度自动化的不断发展以及对电压质量要求的提高，河北南部电网无功资源分布不均衡，电压动态调控能力不足，因此需要加强电网的电压/无功控制能力。本文根据河北南部电网自动电压控制建设的要求，详细介绍了张河湾蓄能电厂增设自动电压控制（AVC）子站的必要性以及其基本结构。

自动电压控制（AVC）；蓄能电厂；河北南部电网

0 引言

随着调度自动化的不断发展以及对电压质量要求的提高，河北南部电网无功资源分布不均衡，电压动态调控能力不足，需要加强电网的电压/无功控制能力。

张河湾蓄能电厂4台机组，总装机容量1 000 MW，于2009年全部投入商业运行。但监控系统未配置独立的电压无功自动控制装置，而是通过机组现地控制单元组态逻辑将调度下发的无功设定值转换为励磁电压调节脉冲，调节速率和控制精度很不理想，无法满足调度调节品质要求。

而电厂侧自动电压控制（AVC）子站是电网自动电压控制的子系统，专门用于接受调度下达的实时电压曲线，按预定条件和要求快速调节电厂侧母线电压无功功率，从而使母线电压稳定在一个合理范围，达到提高电能质量的目的。

1 AVC子站增设必要性分析

1.1 电网侧需求

电压是衡量电力系统电能质量的重要指标之一，而无功是影响电压水平的一个重要因素。河北南部电网是一个典型的受端大电网，需要大量的无功调节，电压控制逐渐成为影响电能质量的重要技术缺口，河北南部电网内部无功资源分布不均衡，电压动态调控能力不足，不能完全实现无功分层分区平衡。为进一步提高河北南部电网的电压质量，就需要加强无功的控制能力，尽快进行自动电压控制（AVC）子站的建设，保障电能质量，提高输电效率，降低网损，实现电网的稳定运行和经济运行。

1.2 电厂侧效益

（1）依据《国家电网公司水力发电厂安全性评价标准》中第1.7.2条中规定“机组须具备执行AVC功能的能力，能根据电网调度机构下达的高压侧母线电压控制目标或全厂无功总功率，协调控制机组的无功功率；机组AVC装置应具备与电网调度机构EMS系统实现联合闭环控制的功能；电厂AVC机组的电网调节参数应按照所属电网调度机构“机组自动电压控制（AVC）”的规定运行；AVC机组调整性能与运行参数满足所属电网调度机构规定的要求”可知，蓄能电厂应有完善的AVC装置能接受调度下达的无功指令，实现无功电压的闭环控制，满足电网侧调节精度和速率的要求。

（2）依据《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》第十六条自动电压控制（AVC）服务补偿，装设AVC装置的机组，若AVC投运率达到98%以上，且AVC调节合格率达到99%以上，按机组容量和投用时间补偿：

补偿费用=（λ调节-99%）（100%-99%）×PN× YAVC×tAVC

式中，λ调节为机组AVC调节合格率；

PN为机组容量（MW）；

YAVC为AVC补偿标准，取0.1元/MW·h；

tAVC为机组AVC投用时间，单位为小时

可知，机组自动电压控制（AVC）子站投用后一年的最大经济效益87.6万元。

综上所述，无论是对于电网侧还是电厂侧，增设自动电压控制（AVC）子站都能带来巨大的效益，更好的保障河北南部电网和张河湾电厂的安全、稳定、经济运行。

2 AVC子站系统概述

AVC子站用于接收调度主站的目标指令，根据电网的实时状态计算全厂的无功目标值，并根据无功分配策略将全厂目标无功直接分配到各个运行机组的励磁系统上，各机组励磁系统根据分配到的机组目标无功进行无功调节，从而达到根据主站指令调控母线电压和全厂无功的目的。

图1 张河湾蓄能电厂自动电压控制系统框图

2.1 上位机

2.1.1 上位机的作用

上位机与RTU接口，接收发自省调的遥调指令，并分离出有关的调节电压命令，在遥调方式下工作时，根据调度的设置，合理的分配各机组的无功目标值或电压目标值，转换成为PLC下位机的通信规约，通过RS422串行通信接口传给下位机。由于直接接收的是省调发来的数字信息，因此准确度要高于取自RTU D/A转换板再经过A/D转换而得到的调节无功目标值。

2.1.2 上位机软件

上位机的软件由VISUAL BASIC 6.0开发软件编制，一共有8个模块，包括系统设置模块、数据采集模块、状态显示模块、数据记录模块、图表显示模块、控制模块和帮助模块、目标设定模块。

上位机软件部分模块介绍如下：

（1）系统设置模块

系统设置模块主要是对一些系统的工作模式、基本参数、机组的保护参数进行相关设置。主要包含3个子模块：机组保护设置模块、运行设置模块、初始设置模块。

初始设置包括台数的描述、机组名称、系统的初始阻抗、机组配置、通信规约和通信模式以及无功、电压遥调目标在RTU上的板点号和满刻度值、主界面的元件位置设置。该设置一般在设备调试安装完后一次设定。

运行设置包含无功调节方式设置、无功分配方式和功率因数上下限。

（2）数据采集模块

数据采集模块包含从上级调度机构指令中解析出电压、无功遥调目标值和采集机组实时数据的功能。

在RTU通信协议的前提下，上位机直接接收主站下发给RTU的数据，并按照与RTU相同的方法校验数据，解析出相关的遥调目标值。采用这种方法，所得的目标值精度和抗干扰性要远远高于从RTU D/A转换板得到模拟量，再传送到下位机，由下位机进行A/D转换，再送给上位机这种常规方式得到的目标值精度。

每台机组的实时数据由下位机经A/D转换后经RS232口传送给上位机，这些数据为：母线电压、无功、机端电压、转子电流、定子电流，以及下位机无功调节的投退状态和各种超限保护信号。数据采集每秒刷新一次数据。

（3）数据记录模块

数据记录模块主要用于单台机组各类数据和调功装置总体的记录，查阅和显示历史记录。记录的数据每15 min显示一组。

（4）控制模块

控制模块是调节程序的核心部件，它实现AVC、数学模型的计算机程序化，完成了无功目标的分配，AVC模糊控制、系统阻抗等参数的辩识、超限保护等功能。

2.2 下位机

2.2.1 下位机硬件结构

（1）中央处理器

主要用于PLC数学逻辑运算，存贮PLC控制程序、以及数据运算的中间结果和系统参数。也为其他模块提供各种数据缓冲。

将控制流程相应控制命令和上位机的指令发出到各个模块，同时接收各个模块返送的各种现场信息和数据，然后计算控制相应模块，再完成相应的功能。

（2）开关量输入模块

它提供16路的开关量输入。输入信号来自DCS对AVC装置的控制。

（3）开关量输出模块

PLC控制系统有两块输出模块一共提供16路的开关量输出。按照控制对象可分为两类：①输出到中控室操作员站上，如：AVC装置投、退信号、保护信号。②通过中间继电器控制发送给控制无功电压的励磁系统，达到控制无功电压的目的。

（4）模拟量输入模块

它提供8路模拟量输入，12位的A/D转换器，4～20 mA的输入信号，其信号来自电压、电流变送器，如：无功功率、机端电压、转子电流、定子电流、母线电压、厂用电。

（5）模拟量输出模块

它提供8路模拟量输出，12位的D/A转换器，4～20 mA的输出信号，输出有功、无功目标指令到DCS或其他控制系统。

（6）通讯模块

上位机的多串口卡与通讯模块进行实时通讯，交换有关数据。主要数据有：母线电压、无功功率、机端电压、无功电压停调死区、定子电流以及转子电流上、下限。

（7）母板

此母板可安装5个PLC模块底座。

（8）电源

为PLC提供24 V直流电源。

2.2.2 下位机PLC软件功能

（1）PLC控制系统能自动接收来自上位机的信息1）控制参数

主要有：无功功率，母线电压，机端电压，定子电流，转子电流，上、下限值，有功、无功电压停调死区，目标值等。

2）控制指令

主要有：有、无功投退。

3）实时传输PLC控制系统的信息

主要有：母线电压、无功功率、机端电压、转子电流、定子电流、实测数值；系统无功投退状态以及各种参数超下、上限的报警信息。

（2）自动投入

根据上位机下发调无功指令，控制系统自动将无功控制投入运行，自动模拟人工调节，以改变步长的控制方式逐步靠近目标设定值，当无功进入控制死区时，系统调节将停止运行。当被调节无功值大于死区范围时，控制系统立即重新启动将其重新调节到死区范围以内。

3 结束语

本项目的实施，既满足调度AVC调节的需求，加强了河北南部电网的无功/电压调节能力，也提高了张河湾蓄能电厂机组运行的经济性，最终保证电网的安全稳定运行。

[1]郭庆来，孙宏斌，张博明，等.自动电压控制系统的公共信息模型扩展[J].电力系统自动化，2006，30（21）：11-15

[2]孙阳盛，郁惟镛，倪向萍.改进的变尺度法在自动电压控制（AVC）中的应用[J].继电器，2004，32（6）：27-30.

[3]林晓春.电网自动电压控制系统在地县级调度的应用和实现[J].自动化技术与应用，2007，26（11）:108-109,104.

TM761

A

1672-5387（2016）12-0029-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.011

2016-09-23

李世昌（1989-），男，助理工程师，从事抽水蓄能电站生产运行维护管理工作。