3.5.1.1 系统概述
电厂侧自动电压控制系统是电网自动电压控制系统的前置部分，安装于电厂控制室，通过优化控制各机组的无功出力，达到实时调节电厂高压侧母线电压的目的。
系统由上位机和下位机两部分构成。每个节点有一台上位机，该节点上挂接的每台发电机各有一台相应的下位机。上位机通过RTU通道与设于调通中心的主站通信，向主站系统上传所需的实时信息，接受主站端的控制指令，并与多个下位机（VQR）间实现闭环运行，优化分配各机组实时输出的无功；或根据预置的高压侧母线的电压曲线，离线完成厂站端无功/电压的优化控制。下位机接受上位机下传的控制指令，通过调节发电机励磁电流，实现发电机的自动电压控制。
图3-9 电厂侧AVC系统图
系统结构如图3-9所示。
3.5.1.2 电厂侧自动电压控制原理
根据上级调度下发的高压母线目标电压指令和机组的运行状态，通过计算得到需注入高压母线的无功总量，然后根据一定的分配策略，在各个机组间合理分配，并计算出机组电压设定值，调整机组无功出力或机端电压，使高压母线电压达到系统给定值。在计算过程中充分考虑到机组各种约束和限制条件。
系统基本原理图如图3-10所示。
图3-10 系统基本原理图
1.控制量测
控制量测是AVC实现闭环控制的判断依据。这些数据包括发电厂高压母线的电压、发电机组的有功、无功和发电机机端电压以及其运行状态等。
母线的电压或者无功是由省级调度中心直接下发，为了防止电厂AVC控制命令的误动作，必须对母线控制电压或者无功进行校验。同时控制电压或者无功，与当前实际电压和无功值比较，如果控制幅值比较小，则无需动作。
发电机组遥测、遥信量则取至受控装置，作为控制判断依据。
2.控制特点
电压控制技术中很重要的一点是能够获得良好的外网模型和电厂中各机组运行的动态特性，模型准确就能够进行很好的控制。电厂侧优化计算中采用了模型自动辨识技术（所谓模型自动辨识技术，指的是根据实时采集的外网数据，包括负荷情况、电压水平等，对外网阻抗做自辨识计算），根据外网情况的变化自动调整计算模型，近似得到小范围扰动下的外网模型和机组模型，并能够进行实际控制，达到了实用的要求。
3.数据流程
电厂AVC的数据流程包括两个方面：
1）省级调度中心下发的无功或者电压控制值，经过前端装置分析和处理，传入后端装置，然后发给机组励磁或者DCS进行控制。
2）电厂自身受控端装置，主要是机端电压和发电机的无功功率，用于分析电压和无功功率的控制量。
3.5.1.3 电厂侧自动电压控制系统的硬件结构
为直观地说明，我们绘制了如图3-11所示的电厂侧自动电压控制系统的硬件结构图。
图3-11 电厂侧自动电压控制系统的硬件结构图
1.信号输入输出
（1）模拟量输入模块
1）高压侧母线电压；
2）机组高压侧无功；
3）每台发电机的机端电压、机端电流、机端有功和机端无功；
4）发电机励磁电压，发电机励磁电流；
5）厂用电无功。
（2）开关量输入模块
1）调度端主站投/退AVC系统；
2）调度端主站设定AVC系统无功/电压就地/远方控制；
3）DCS投退AVC系统；
4）机组主开关的位置信号；
5）励磁系统异常；
6）励磁系统保护启动/动作；
7）励磁系统运行/停止（投入/退出）信号；
8）励磁系统自动运行信号；
9）励磁系统手动运行信号。
（3）开关量输出模块
1）增励磁、减励磁输出；
2）信号指示；
3）AVC系统投/退状态输出；
4）AVC系统就地/远方控制状态输出；
5）AVC系统异常状态输出。
2.上位机功能
1）经RTU向主站系统上传所需的实时信息。(www.xing528.com)
2）接收RTU下传的控制指令。
3）厂站端高压侧信号输入功能。
4）与多个下位机间实现闭环运行。
5）基于Windows的多功能软件平台，能方便地进行厂站端AVC控制系统参数设置。
6）根据调度端主站系统下传的控制指令，完成多台机组间控制量的优化分配，且能根据需要，实现多种目的的优化分配方案。
7）能根据预置的高压侧母线电压曲线，离线实现厂站端无功/电压的优化控制。
8）必要的数据显示功能。
①显示各机组的实时相关运行参数；
②显示高压侧母线电压的变化曲线，包括计划值、实际值以及偏离程度；
③显示运行参数的越限报警和事故报警；
④显示历史数据。
9）数据存储和记录功能。
①定时存储运行参数；
②超限量和越限时间记录。
10）具有完善的人机接口功能。
3.下位机功能
1）具有模拟量输入。
2）有多个开关量的输入。
3）开关量输出，主要用于增减励磁，状态输出、报警等。
4）完备的通信能力，实时上传上位机所需的信号量、测量值。
5）PID调节输出励磁的增减信号。
3.5.1.4 主要功能规范和技术要求
1.通信功能
AVC子站应能提供用于连接省调AVC主站、电厂远动系统及电厂其他系统的通信接口，以实现测控信息的传输和装置维护等功能。
1）AVC子站的CPU板（或程序）要求具有DOG功能。当出现故障后，AVC子站可通过硬件DOG重新启动系统，自动恢复正常运行。
2）AVC子站的电源要求稳定性强，应选用高可靠性的工业开关电源。
3）设备机箱要求结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强，适用于发电厂的运行环境，应采用工业级工控机箱（针对专用装置）。
4）通信接口应采用具备高速率的多串口卡，兼容性好，支持RS232/422/485等通信方式。通信功能强大，接口扩展方便。
①采用串口通信和总线网络的方式连接综合自动调压装置（或功能）。
通过专线通道和经电力调度数据网，分别采用IEC60870-5-101规约和IEC60870-5-104规约与省调AVC主站系统通信，电厂AVC装置（通过原有AVC装置）接入省调AVC主站系统。
②通过专线通道与电厂远动系统通信，能向调度传送全部设备测控信息，并在集控室值班长工作站发出警报并显示各种信息。
③通过串行接口通信与监视终端通信，显示运行和报警等信息。
5）具有接收当地GPS时间信号的功能，也可以接受AVC主站的对时，能定时向综合自动调压装置对时。
2.计算和存储功能
1）计算发电机的有功、无功、机端电压、机端电流、励磁电流和励磁电压。
2）根据外部输入信号和外部指令，决定自动控制的投退。并上报本无功控制点的当前状态信息，同时接受上级发送的无功设置和装置投退指令。
3）计算发电机的运行边界、励磁限制、机端电流等的允许边界，根据计算决定用于控制的无功设定值。
4）操作指令历史记录及历史数据保存功能，用于系统故障分析和诊断。
5）具有很好的用户操作界面，直观的状态信息显示和方便的操作命令更改等功能。
3.自动无功控制功能
1）根据省调AVC主站下发的电厂升压站母线目标控制电压值，并考虑发电机的各种极限指标，通过电压/无功优化计算，计算参与控制机组的无功出力和机端电压。然后向各机组对应的综合自动调压装置发出无功升、降命令或无功定值，实现全厂多机组的电压/无功自动控制，使电厂升压站母线电压定值符合省调下达的目标。
2）能与机组DCS系统（或计算机监控系统）进行通信，监视机组无功调节过程，实现无扰动切换（针对专用装置），PID能调节输出励磁的增或减。
3）无功分配策略要求有功率因素控制、相似视在功率、相似调整裕度等。
4）要求具有安全保护装置，在AVC子站掉电的情况下保障各个机组安全运行，不发生较大的电压波动。
5）要求定子电流、机端电压、厂用电等与控制关系紧密的信号由AVC装置直接采集。
6）作为电压/无功控制的一级控制，必须要求控制系统能快速响应电压的快速和随机变化。
3.5.1.5 电厂和无功补偿设备的联调策略
电厂作为电网中的一个非常重要的无功源，它的无功调节能力对电网电压的稳定起着重要的作用。而无功补偿设备作为变电站无功就地补偿的重要手段也是保证电网电压和无功平衡的重要手段。电厂和无功补偿设备的联调主要是考虑不同设备动作的先后顺序，在负荷的不同时段调节设备的优先级不同。在高峰时段，优先考虑投入无功补偿设备，然后考虑增加电厂无功功率；在负荷腰荷阶段优先考虑电厂的无功功率；在负荷低谷时段，则优先考虑切除无功补偿设备，然后考虑减小电厂无功功率。无功补偿设备和电厂调节设备还有一个明显的不同点，无功补偿设备作为离散设备存在动作限制的问题，比如电容器每天都有动作次数的限制，到了规定的动作次数则不能再动作。而电厂作为连续调节设备则不存在调节限制的问题，所以在联调的时候还需要考虑离散设备的动作次数，在负荷爬坡或下降，以及负荷波动比较大的时候，应合理地安排电容器的投切次数。而在负荷波动比较小的情况下则通过调节连续设备来达到无功调节的目的。
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