电厂的电压无功控制策略和实现方式

1、电厂的电压无功控制策略和实现方式 邱军，梁才浩 （华中科技大学，武汉430074）摘要：阐述了电厂电压无功控制的手段、目标、策略和实现方式；分析了约束条件；比较了目前几种主要的电压无功控制实现方式。提出了一种新型的具有独立输入系统的电压无功控制实现方式，该方式具有很高的实用价值。关键词：电厂；电压；无功；励磁调节器；计算机监控系统Straateggiessannd IImpllemeentaatioon MModeesoof VVolttagee anndReeacttivee Poowerr Coontrrolforr Poowerr PllanttQIUJJun，LIAANGCCaihao

2、o（Colllegge oof EElecctriicallEllecttronnic Enggineeeriing，Huaazhoong Uniiverrsittyoof SScieenceeTeechnnoloogy，Wuhhan 43000744，Chhinaa）Absttracct：TThe meaans andd obbjeccts of volltagge aand reaactiive powwer conntrool ffor powwer plaant，as welll aas tthesstraateggiess annd iimpllemeentaatioon mmode

3、es aare disscusssedd，annd aanallysees ssomee reestrrictted conndittionnsSSeveerall cuurreentvvolttageevaar cconttrollimpplemmenttatiion moddes aree allso commparredFurrtheermoore a nnew volltaggevvarcconttrollmodde oofinndeppenddentted inpputssysttem is proopossedIt is bellievved it willlhaave higgh

4、 aapplliedd vaalueeKeyy woordss：poowerr pllantt；vooltaage；reaactiive powwer；exccitaatioon rreguulattor；commputter monnitoorinng ssysttem11引言言电压是是衡量电电能质量量的重要要指标，电压的的运行水水平与无无功功率率的平衡衡密切相相关。为为了确保保系统的的运行电电压具有有正常水水平，系系统必须须拥有足足够的无无功电源源来满足足系统负负荷和网网络对无无功功率率的需求求以及补补偿无功功功率的的损耗。发电机机是系统统的主要要无功电电源，因因此电厂厂电压无无功控制制已

5、成为为保证电电压质量量和无功功平衡，提高电电网可靠靠性和经经济性必必不可少少的措施施。从控制制手段上上讲，电电厂的电电压无功功控制主主要通过过励磁调调节器改改变发电电机的励励磁电流流，改变变无功功功率的分分布。从从发电机机无功出出力的约约束条件件上讲，主要有有5个方方面：（1）各各发电机机组定子子绕组容容许电流流；（22）各发发电机组组转子绕绕组容许许电流；（3）正常运运行时机机端电压压容许的的上下限限值；（4）机机组并联联运行时时静态稳稳定性；（5）在线各各机组当当前允许许发出的的无功上上下限值值。从控控制目标标上讲，主要有有3个方方面：（1） 维持发发电机的的机端电电压或高高压母线线电压为

6、为设定值值；（22）最优优分配受受控机组组之间的的无功功功率；（3）降降低厂内内网络功功率损耗耗。目前，我国电电厂原有有的主要要靠人工工手动调调节的电电压无功功控制方方法已不不能适应应电力系系统发展展的要求求，需要要有新的的控制方方法和方方式。22电压压无功的的控制策策略电厂的的电压无无功控制制通过发发电机励励磁控制制实现，通过调调节励磁磁调节器器改变发发电机的的励磁电电流，改改变发电电机的无无功出力力，维持持电压稳稳定。基基于对电电厂励磁磁调节器器励磁电电流的调调节，国国内外提提出了一一些自动动控制方方法，较较典型的的有以下下几种。211直接接给定励励磁调节节器的设设定值根据据电压曲曲线或运

7、运行经验验给定励励磁调节节器的电电压设定定值，使使机端电电压维持持在设定定值。通通过单一一的励磁磁调节装装置，检检测发电电机的实实际端电电压与设设定值偏偏差，将将此偏差差信号输输入发电电机的励励磁调节节器，调调节发电电机的励励磁电流流，控制制机端电电压为设设定值。这种方方法接线线简单，操作方方便，易易行，投投资小，但没有有考虑机机组间的的协调，不能把把电站的的总无功功功率最最优分配配给各运运行机组组，只能能实现每每台机组组各自的的无功调调节。控控制原理理如图11所示。为了了克服这这些不足足，进一一步增强强电力系系统稳定定性，近近年来研研究开发发了多种种励磁系系统附加加控制器器，其功功能由软软件

8、或硬硬件（独独立装置置）实现现，即自自动电压压控制（AVCC）实现现。其中中，有高高压侧电电压控制制器（HHSVCC），利利用高压压侧电压压作为反反馈信号号的电力力系统电电压调节节器（PPSVRR）等。它们与与励磁调调节器共共同控制制电厂的的电压无无功。本本文把励励磁系统统附加控控制器统统称为AAVC。222高压压母线侧侧电压信信号引入入控制系系统发电厂厂与系统统的连接接点是发发电厂升升压变压压器的高高压侧，无论从从技术还还是从商商业的角角度上看看，都更更应该关关注发电电厂高压压侧母线线的电压压控制（higghsiide volltagge cconttroll，HSSVC）和整个个发电厂厂与

9、系统统的无功功交换1。从技术术角度看看，与控控制机端端电压相相比，控控制发电电厂高压压侧母线线的电压压可以更更好地控控制系统统电压，还可提提高系统统的稳定定性22。从从商业角角度看，发输电电分开后后，发电电厂与输输电公司司成为独独立的利利益主体体，输电电公司需需要购买买发电厂厂的无功功服务来来满足系系统无功功电压控控制的要要求，发发电厂高高压侧母母线是发发电厂和和输电公公司理所所当然的的商业界界面，即即责任和和权利的的界面。因此，引入高高压母线线电压信信号对稳稳定电压压具有一一定的意意义。2221高高压母线线电压控控制器（HSVVC）HSSVC通通过对传传统的发发电机励励磁系统统加补偿偿控制，

10、可以提提高电力力系统电电压稳定定性。它它能够控控制升压压变压器器高压侧侧电压为为设定值值，并且且维持高高电压水水平。它它的实现现不需要要从升压压变压器器高压侧侧反馈任任何信号号，直接接利用机机端电压压与高压压侧母线线电压之之间的数数学模型型，通过过函数转转换把实实际运行行机组的的机端电电压转变变为对应应的实际际母线电电压，然然后将其其与给定定母线电电压的偏偏差信号号输入补补偿控制制器中进进行调节节，保证证高压侧侧母线电电压为设设定值。控制原原理图如如图2示示。文献3介介绍了高高压侧电电压控制制器的基基本原理理和特性性，分析析了它在在增强电电力系统统稳定性性方面的的作用。通过无无功电流流补偿函函

11、数和升升压变压压器分接接头位置置变化引引起的电电压下降降率补偿偿函数实实现机端端电压与与母线电电压的函函数转换换，为了了改善振振荡稳定定性增加加了相位位补偿函函数校正正HSVVC控制制环的相相应特性性。222利利用高压压侧电压压作为反反馈信号号的电压压调节器器（PSSVR）PPSVRR控制通通过检测测高压侧侧母线实实际电压压与设定定值的偏偏差，估估算出为为消除母母线电压压偏差所所需注入入的总无无功功率率，通常常采用灵灵敏度法法计算出出每条出出线负荷荷的无功功功率对对电压的的灵敏度度系数，再根据据母线电电压的偏偏差，求求出所有有负荷因因电压变变化而产产生的无无功变化化量。同同时在线线计算由由各种

12、约约束条件件确定的的各台发发电机组组的无功功功率上上、下限限值，然然后调节节各台发发电机的的励磁调调节器，将此总总无功功功率最优优分配给给运行的的各台机机组。它它要求在在高压母母线电压压变化时时，能迅迅速调整整各发电电机的励励磁系统统，使高高压母线线电压保保持在当当前设定定值，同同时使全全站的网网络有功功损耗最最小化，并使调调整满足足各类运运行安全全约束条条件。AAVC控控制的实实现功能能是随着着电站运运行方式式和运行行工况的的变化，能自动动平稳地地维持各各段母线线电压的的实际运运行值为为其当前前设定值值；能够够合理分分配受控控机组之之间的无无功功率率，降低低厂内网网络的功功率损耗耗；根据据各

13、台发发电机的的各种约约束条件件计算当当前各机机组允许许发出的的无功上上、下限限值，使使分配给给各机组组承担的的无功功功率在其其上、下下限值之之内。控控制原理理图如图图3示。文文献44提出出了一种种具有自自辨识功功能的模模糊自动动电压控控制装置置，用于于发电厂厂2200 kVV母线电电压自动动控制。其控制制策略是是根据母母线电压压目标值值求发电电厂总无无功功率率目标值值，对于于系统阻阻抗采用用自学习习方法进进行辨识识。由于于引入了了自辨识识技术和和模糊控控制技术术，装置置能在按按电压曲曲线或远远方指令令运行的的同时，有效地地控制发发电机的的运行参参数，使使发电机机组工作作在额定定范围内内。23基

14、于模模糊控制制理论的的电压无无功调节节模模糊控制制是模拟拟人的模模糊推理理和决策策过程的的一种实实用控制制方法。它根据据已知的的控制规规则和数数据，由由模糊输输入量推推导出模模糊控制制输出，主要包包括模糊糊化、模模糊推理理与模糊糊判决三三部分，善于处处理具有有不确定定和难以以用传统统非线性性控制理理论处理理的问题题。电压压无功控控制受电电力系统统时变性性、运行行条件和和网络参参数经常常变化以以及在许许多条件件下无功功负荷不不能精确确给定，具有很很多不确确定因素素，因此此国内很很多学者者研究电电压无功功控制引引入了模模糊控制制理论。文文献55介绍绍一种用用模糊理理论进行行无功控控制和提提高电压压

15、安全性性的方法法。节点点电压的的越限以以及控制制设备的的控制能能力用隶隶属函数数表示，先用模模糊集的的最小运运算得到到一个较较为灵活活的解空空间，然然后再用用模糊集集的最大大运算得得到优化化方案，最后根根据最优优解修正正控制变变量值，直到所所有节点点电压值值都达到到理想的的水平为为止。该该文建立立一个简简单而有有效的无无功控制制模型，利用灵灵敏度系系数矩阵阵，通过过三层模模糊最大大和模糊糊最小运运算，得得出最佳佳无功补补偿点。这这种模糊糊控制理理论在变变电站的的电压无无功控制制中应用用较多，但至今今尚无成成熟的适适用于我我国电厂厂的电压压无功控控制系统统。3电压无无功控制制（AVVC）的的实现

16、方方式31电电厂计算算机监控控系统后后台软件件AVCC很很多发电电厂采用用计算机机监控系系统与常常规系统统并行运运行的方方式。计计算机监监控系统统具有监监视控制制和数据据采集（SCAADA）、最优优控制等等功能，并具有有完善系系统结构构和软硬硬件配置置，其中中现地控控制单元元（LCCU）可可以实现现对各生生产对象象的监控控，完成成对现场场设备和和系统信信号的数数据采集集和处理理、闭环环控制和和调节、现地操操作的人人机接口口。也包包括对电电压、无无功信号号的采集集，因此此添加相相应的电电压无功功控制模模块到计计算机监监控系统统软件中中，对系系统采集集到的信信息进行行计算、分析，输出控控制命令令给

17、被控控对象，即可实实现AVVC控制制的目的的。目前国国内电厂厂的电压压无功控控制大多多通过计计算机监监控系统统的AVVC运行行软件实实现，其其特点是是AVCC运行软软件安装装在电厂厂计算机机监控系系统上，成为后后台监控控系统的的一个子子模块，计算机机监控系系统运行行时，设设置投入入AVCC功能即即可工作作。AVVC根据据预定的的全厂无无功功率率或高压压母线的的电压给给定值，对系统统采集的的信号进进行调节节控制，使机组组励磁调调节和主主变压器器分接头头调节实实现最优优组合。这种方方法人机机界面友友好，参参数设置置简单，调试方方便，省省去了专专用硬件件设备，降低了了成本。但是AAVC实实现功能能对

18、计算算机监控控系统的的依赖性性很大，可靠性性完全取取决于网网络的通通信水平平、IO单元元和后台台监控计计算机的的运行状状况。当当计算机机监控系系统的某某个进程程因资源源等原因因处于等等待或休休眠状态态时，进进程间数数据传递递障碍，画面数数据不刷刷新，若若此时AAVC处处于远方方控制，中调下下发的负负荷值要要经过一一段时间间才被AAVC接接受，而而此时新新的负荷荷设定值值已改变变，AVVC分配配的负荷荷值不能能快速跟跟踪中调调下发值值，导致致AVCC调节滞滞后。文文献66介绍绍了漫湾湾水电厂厂的计算算机监控控系统由由于采样样回路无无法判断断变送器器故障，采集错错误值，打破了了计算机机系统的的闭环

19、控控制，形形成无反反馈的开开环控制制，AGGC、AAVC程程序为维维持实时时控制，拼命将将有功、无功功功率往上上加至设设定值，从而引引起发电电机过负负荷跳闸闸的情况况。乌江江渡发电电厂、漫漫湾发电电厂、棉棉花滩水水电站、映秀湾湾发电厂厂、白山山发电厂厂、宝钢钢电厂、张家口口发电厂厂等都是是采用这这种方法法实现电电压无功功控制的的。32电电厂AVVC专用用的独立立装置专门门用于实实现电厂厂AVCC功能的的独立装装置在电电力系统统中应用用很少。它作为为电厂端端设备，是十分分有效的的，能使使发电厂厂的无功功出力与与母线电电压在保保证满足足系统要要求的同同时，又又能有效效地保障障发电机机组自身身的安全

20、全和运行行的稳定定性。调调度端发发出的电电压或无无功设定定值通过过此装置置分配，执行系系统指令令。这种种控制方方式不受受监控系系统中计计算机运运行情况况的影响响，不会会因为计计算机运运行故障障影响电电压无功功控制，可靠性性高；也也不会因因计算机机数据传传递影响响控制系系统的响响应速度度。但增增加了硬硬件的投投资和成成本。文文献44介绍绍一种具具有自辨辨识功能能的模糊糊自动电电压无功功控制装装置就属属于电厂厂AVCC专用的的独立装装置。它它已经在在河南新新乡电厂厂投入使使用，效效果明显显。33新新型AVVC控制制方式这种种控制方方式具有有独立的的输入系系统，电电压或无无功信号号的采集集不通过过计

21、算机机监控系系统，而而是变送送器采样样后直接接送入AAVC独独立装置置中，并并对变送送器失电电或短时时失电故故障报警警，以免免采集错错误数据据。其输输出部分分可以基基于计算算机监控控系统装装置，也也可以自自带输出出。由于于具有独独立的输输入系统统，因此此不受系系统网络络通信的的影响，增加了了可靠性性，克服服了通信信延时、及时性性不够的的缺点；采样信信号直接接送入AAVC独独立装置置中，不不受监控控系统中中计算机机运行情情况的影影响，又又可以大大大增加加系统可可靠性。使其能能够安全全、有效效、方便便、快速速地对电电压无功功进行控控制。这这种AVVC控制制方式既既适用于于已安装装计算机机监控系系统

22、的电电厂，也也适用于于没有安安装计算算机监控控系统的的电厂。该方式式安全、方便，有很高高的实用用价值。如图44所示，具有独独立的输输入和输输出系统统，称为为独立的的AVCC控制。如图55所示，没有独独立的输输出，仍仍然依赖赖于计算算机监控控系统， 称为为半独立立的AVVC控制制。4电厂厂电压无无功控制制的技术术关键（11）励磁磁系统附附加控制制器的完完善。发发电机励励磁控制制是电力力系统稳稳定控制制最重要要和基本本的手段段。励磁磁附加控控制器与与励磁调调节器共共同作用用时，可可以增加加电力系系统稳定定性。附附加控制制器的完完善，可可以更好好地实现现电厂的的电压无无功控制制，快速速地实现现控制目

23、目标。（22）发电电机的无无功出力力极限分分析。发发电机的的无功出出力是指指发电机机进相运运行时能能吸收的的最大无无功量，从而降降低系统统的电压压。大型型发电机机采用进进相运行行方式，可以节节省无功功和电压压的调节节设备，充分发发挥发电电机运行行效能，有较大大的经济济意义，使发电电机不仅仅承担电电能生产产还能承承担系统统无功功功率和电电压调整整的任务务。因此此，提高高发电机机的进相相运行能能力，合合理地让让机组进进行深度度的电压压调节，是发电电厂无功功电压调调整的技技术关键键和保证证。5结语目前前，国内内电厂的的电压无无功控制制大部分分是通过过软件AAVC实实现的，硬件AAVC实实现的很很少。不不论通过过软件AAVC还还是硬件件AVCC实现，都必须须考虑系系统运行行安全可可靠性和和经济性性。随着着自动化化和计算算机应用用的提高高，如何何开发符符合国内内电力系系统实际际运行水水平的无无功优化化AVCC软件，使之达达到全网网的最优优控制是是一个重重要的课课题，有有待进一一步研究究。参考文献献 1TTayllor C WWLiine droop ccomppenssatiion，hidde ssideevolltagge cco