风电场AVC系统用户手册.docx

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风电场AVC系统用户手册

风电场自动电压控制（AVC）系统

技术使用说明书

（资料版本号：

3.2）

安徽立卓智能电网科技有限公司

LZ-AVC6000系统技术使用说明书

编制：

姚琦、陈超、计圣凯、张平刚、周峰、王雨

*技术支持电话：

（0551）3708709

传真：

（0551）3708712

*版权所有：

安徽立卓智能电网科技有限公司

*注：

本公司保留对说明书的修改权，如有变动，恕不另行通知。

产品与说明书不符之处，请以实际产品为准。

重要提示

感谢您使用安徽立卓智能电网科技有限公司的产品，为了安全、正确、高效的使用本装置，请您务必注意以下重要提示。

1）本说明书仅适用于LZ-AVC6000系列产品。

2）请仔细阅读此说明书，并按照说明书的规定调整、测试和操作。

如有随机资料，请以随机资料为准。

3）为防止装置损坏，严禁带电插拔装置各插件、拆卸工控装置、触摸印制电路板上的芯片和器件。

4）请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。

5）装置如出现异常或有所疑问，请及时与本公司技术部门联系。

前言

安徽立卓智能电网科技有限公司是科技创新型智能电网技术应用企业，其前身为安徽新力电网技术发展有限责任公司AVC项目部（初创于2005年）。

为适应企业发展需要，2010年项目部按照现代法人制度改制创建了安徽立卓智能电网科技有限公司，并独立运营。

公司依托于安徽省电力公司和安徽省电力科学研究院，与中国电科院、内蒙电科院、华东电科院、清华大学、合肥工业大学、河海大学等科研机构和高校展开各领域的紧密合作，同时和华北、华东、南方、河北、内蒙古等网、省电力公司以及各大发电企业建立了长期业务合作关系，形成了以市场需求为导向，自主创新为核心的研发体系。

公司研发、生产与智能电网技术相关的产品，涉及发电系统、输配电系统的设备集成、软硬件开发、制造与应用，以及相关的贸易和服务。

公司秉承以人为本、科技创新、用户至上、追求卓越的企业理念，尽心尽力服务电业，持续为客户创造效益和进步，为电网技术发展贡献力量。

在新能源当中，风力发电最具商业开发价值，我国蕴藏丰富的风力资源，广泛分布在新疆、甘肃、内蒙、河北和东南沿海等地区，近年来，我国风电发展速度越来越快，随着风电场容量越来越大，对电力系统的影响也越来越明显，风电的随机性使风电场输入系统的有功功率不易控制，相应地风电场吸收的无功功率也处在变化当中，在系统重负荷或者临近功率极限运行时，风速的突然变化将扰动系统电压。

风电场大多处于供电电网末端，需要消耗感性无功，系统的电压稳定问题更加突出。

风电也给发电和运行计划的制定带来很多困难，我们需要研究新的无功调度及电压控制策略以保证风电场和整个系统的电压水平及无功平衡，以及提高孤立系统的稳定性。

本说明书所描述的软件和文字的版权由安徽立卓智能电网科技有限公司拥有，在没有安徽立卓智能电网科技有限公司书面许可的前提下，除购买者自己使用外，不得以任何目的、任何使用方法（包括复印和录制在内的电子或机械手段）对本手册的任何部分进行复制和传播，安徽立卓智能电网科技有限公司对侵权行为将保留诉讼的权利。

编写目的：

为了使各单位能够准确、方便的使用该系统对发电机无功出力或高压侧母线电压进行实时跟踪调控，特编写了《风电场自动电压控制（AVC）系统技术使用说明书》。

该说明书适用于各单位具体操作人员和系统管理人员。

感谢您使用LZ-AVC6000自动电压控制（AVC）系统。

1系统概述

1.1概述

作为一种经济、清洁的可再生新能源，风力发电越来越受到广泛应用。

据相关数据统计，2008年我国当年新增风电装机容量超过600万千瓦，累计装机容量达到1200万千瓦以上，2009年新增装机容量达到1300万千瓦，累计装机容量达到2500万千瓦以上。

预计我国每年新增装机容量将保持在500～800万千瓦。

由于风电场安装地点都离负荷中心较远，一般都是通过220kV或500kV超高压线路与系统相连，加之风力发电的输出功率的随机性较强，因此其公共连接点的无功、电压和网损的控制就显得比较困难。

目前风电场为控制高压母线电压在一定波动范围内并对风场所消耗的无功进行补偿，装有补偿设备，种类有：

电容器组，SVC（TCR或MCR类型）和SVG。

目前各省网公司正在实施所辖电网内风电场的AVC控制，为达到较好的控制效果，减少电压波动，提高电压合格率，希望对装机容量占全网发电容量比重越来越大的风电场进行无功和电压控制，即在系统需要的时候既可发出无功功率，又可以吸收网上过剩的无功功率，以达到减少电压波动，控制电压和降低网损的目的。

1.2风电场一般概况

风机输出电压一般为690V，每台风机有一箱式变压器将电压升至35kV，几台箱式变并联接入35kV母线。

35kV母线装设无功补偿设备。

主变压器为有载调压变压器。

风电场系统一般图示：

图表1

无功补偿装置一般为SVC和SVG。

其中SVC主要是TCR+FC和MCR+FC。

无功补偿装置为场内闭环控制，控制策略一般为主变高压侧功率因数恒定，或高压母线电压恒定，无功或电压控制给定值在无功补偿设备控制器中设定。

SVC和SVG均可通过对控制器下发无功或电压指令实现无功的平滑调节。

少量风电场只有电容器组，可通过AVC系统实现对电容器组的直接投切，实现无功电压的控制。

风电场的主变均为有载调压变压器，可通过调节主变分头实现对高压母线电压的控制。

以上所述可见风电场的自动电压控制系统，可调节的无功设备包括：

风力发电机、无功补偿装置、主变分接头；

1.3LZ-AVC6000系统说明

根据国网《风电场接入电网技术规定》2009年2月的修订版规定，风电场应配置无功电压控制系统，根据电网调度部门指令控制并网点电压。

风电场应能在其容量范围内，控制风电场并网点电压在额定电压的-3%～+7%。

风电场在任何运行方式下，应保证其无功功率有一定的调节容量，该容量为风电场额定运行时功率因数0.98（超前）～0.9滞后所确定的无功功率容量范围，风电场的无功功率能够实现动态连续调节，保证风电场在系统事故情况下能够调节并网点电压恢复至正常水平的足够无功容量。

百万千瓦级及以上风电基地，其单个风电场无功功率调节容量为风电场额定运行时功率因数0.97（超前）～0.97滞后确定的无功功率容量范围。

LZ-AVC6000系统应能在现有无功补偿设备容量范围内（包括风电机组和无功补偿装置）调节，实现动态的连续调节以控制并网点电压，其调节速度应能满足电网电压调节的要求。

风电场参与电压调节的手段：

调节风机的无功出力、调节动态无功补偿装置的无功出力、调节风电场有载变压器分接头，根据电网调度部门的指令进行调整。

LZ-AVC6000系统软件采用经典的三层软件体系结构和分布组件式架构，其整体结构如图所示。

可视化层

可视化界面

控制层

风电场AVC

风电场AGC（保留）

电能质量监测（保留）

业务接口

无功决策

数据采集

无功分配

平台层

数据库服务

监控服务

日志

用户管理

图表2

表现层是用户与系统交换的前端，面对需要批量录入和频繁交互的业务处理，系统以图形化界面为主。

控制层主要承担系统的业务逻辑处理。

系统对外提供统一的业务接口服务，无论是文件交换，通过串口、专网等请求风机SCADA系统,升压站SCADA系统或其他第三方系统（如EMS）服务，都通过统一的业务接口进入系统，经过系统分析和计算，结合各种约束条件，合理分配，给出风电场内各无功电源的调节目标和逻辑，实现自动闭环。

AVC系统还保留集成风电场自动发电系统（AGC）功能，协调控制风场内所有有功、无功调节设备以满足风场并网综合需求的监控管理系统（AGC模块功能暂保留）。

根据《风电场接入电网技术规定》有关电能质量的规定，可在风电场AVC系统中集成电能质量实时检测，长期监测风电场电能质量情况。

平台层为系统运行的支撑平台，主要包括数据库服务，监控服务，日志服务以及用户管理。

在各层次上的组件均能单独更新、替换或增加、拆除。

因此，可适应不断的变化和新的业务需求。

而且使的系统维护更方便，代价相对更低。

因各组件互相独立，更换组件就好比更换组合音响的一个部件，对系统其它部分并无影响，所以更新维护更加安全可靠。

1.4LZ-AVC6000系统功能及特点

1.4.1系统功能

Ø通信功能。

能够与升压站监控系统、风机服务器、无功补偿装置、风电通信管理终端和调度主站系统通信，支持多种通讯方式，包括专线通信方式和网络通信方式，支持MODBUS、CDT、DL/T634.5.101-2002、DL/T634.5.104-2002等常用标准规约。

Ø采集功能。

实时采集场内各类模拟量（电压、电流、有功、无功、谐波等）和风机机组运行（如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作）以及其他设备开关状态量，通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况。

Ø控制功能。

具备以通信、无源开出接点、4-20mA模拟量等方式输出风机无功、无功补偿装置、有载主变分头的调节指令。

Ø就地功能。

系统软件界面支持风场运行人员输入变高侧母线（或节点）电压目标值，变高侧母线（或节点）电压计划曲线。

具有投入/退出AVC子站系统功能。

Ø计算分析功能。

采用常用的成熟的基本算法（包括等功率因数、等无功、相似调整裕度等）对目标值进行计算分析，按照分配策略给出各风机和无功补偿装置的无功出力以及主变分接头档位。

Ø存储、监视功能。

能方便地监视AVC子站系统的运行工况、母线电压、风机有功功率/无功功率、开关状态、设备运行状态、与其他设备的通信状态等。

数据形成历史数据库，并用于绘制趋势曲线和形成报表，历史数据存储一年以上。

Ø报警处理功能。

AVC子站系统运行异常或故障时能自动报警，停止分配结果输出，并形成事件记录。

Ø事件记录功能。

可对AVC子站告警、闭锁原因、人员操作等形成事件记录。

Ø系统管理和参数设置功能。

分等级的密码管理功能，不同等级的密码的操作权限不同，防止误操作。

Ø满足相关的安全防护要求。

1.4.2系统特点

★高可靠的嵌入式、低功耗平台，可实现所有设备及通道的冗余设计；

★支持全厂母线电压、多段母线电压、全厂总无功、多段总无功、单机组无功等多种控制目标；

★完善的分配算法和保护措施，可适用各种复杂结构；

★调节策略采用渐次逼近方案，控制单次计算周期调节无功量，最终达到目标值。

为提高调节速率，采用自适应模糊逼近器，可根据实际工况动态改变给定值的调节幅度。

★系统输入输出安全隔离技术；

★为满足发电机、主变压器及系统的安全稳定运行要求，设计了严格的安全措施。

AVC软件具有多项安全保护功能，例如：

指令超过偏差限制、数据波动限制、母线电压越限、功率因数限制、无功补偿装置故障保护、通信故障保护等。

保护安全逻辑设计合理，动作正确。

★强大的数据分析、处理和海量存储；

★良好的标准性、开放性、集成性、安全性、扩展性和维护性；

智能化：

自学习控制技术和模糊渐进控制技术保证了系统的调节平稳度和精确度。

扩展性：

灵活的模块化设计方便配置双机、双网、双电源系统网络，强大的组态设计具备灵活的在线参数配置功能。

系统具备可根据现场不同的接口设备扩充规约库，已配置标准规约：

CDT、MODBUS、DL/T634.5.101-2002、DL/T634.5.104-2002等。

安全性：

与原有系统相对独立，无相互干扰或影响，投入/退出均不影响原有系统的稳定运行。

多重闭锁、限制功能，可有效防止误调节、频繁调节、振荡调节。

输入/输出点、通讯端口均经过光电隔离，有效阻止干扰信号的窜入。

身份验证功能，可防止程序和参数被无意中错误修改。

友好性：

全汉化图形界面。

详细的提示信息，全程引导用户操作。

系统工况、调控结果均实时刷新。

除文字表格外，还以实时变化曲线的形式提供更直观的监视效果。

1.5技术参数

1.5.1应用的标准及规范

ØJB/T9568-2000电力系统继电器、保护及自动装置通用技术条件

ØDL478-92静态继电保护及安全自动装置通用技术条件

ØGB50062-1992电力系统的继电保护和自动装置设计规范

ØGB50171-1992电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施及验收规范

ØDL/T630-1997交流采样远动终端技术条件

ØGB/T14598.10-1996快速瞬变干扰试验

ØGB/T14598.13-19981兆赫脉冲群干扰试验

ØGB/T14598.14-1998静电放电试验

ØGB/T14598.9-1995辐射静电试验

ØGBT17626.5-1999浪涌（冲击）抗扰度试验

ØDL476-1992电力系统实时数据通信应用层协议

ØGB/T12325-2008电能质量供电电压偏差

ØGB12326-2008电能质量电压波动和闪变

ØGB/T14549-1993电能质量公用电网谐波

ØGB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏差

ØGB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡

ØDL796-2001T风力发电场安全规程

ØDL666-1999T风力发电场运行规程

ØDL755-2001电力系统安全稳定导则

ØSD325-1989电力系统电压和无功技术导则

ØDL/T1040-2007电网运行准则

ØGB/Z19963-2005《风电场接入电力系统技术规定》

ØGB/T20320-2006风力发电机组电能质量测量和评估方法

Ø《国家电网公司风电场接入电网技术规定》

1.5.2一般工况

1）海拔高度：

≤3000m；

2）环境温度

✓最高温度：

60℃

✓最低温度：

-20℃

✓最大日温差：

25℃

3）相对湿度（环境温度为20℃时）

✓日平均相对湿度：

≤95%

✓月平均相对湿度：

≤90%

4）抗震等级：

✓水平加速度：

0.2g

✓垂直加速度：

0.1g

1.5.3安装和存放条件

所有设备均放置在无屏蔽、无防静电措施的机房内。

1.5.4供电电源

现场应能提供双路供电电源，保证系统供电安全稳定。

✓交流电源

⏹额定电压：

单相220V，允许偏差－20%～+15%

⏹频率：

50Hz，允许偏差±0.5Hz

⏹波形：

正弦，波形畸变不大于5％

✓直流电源

⏹额定电压：

110\220V，允许偏差－20%～+10%

⏹纹波系数：

不大于5％

1.5.5接地条件

机柜以及电缆屏蔽层的接地线均应与主接地网可靠连接。

1.5.6抗干扰

1）在雷击过电压、一次回路操作、开关场故障、二次回路操作及其它强干扰作用下，装置不发生误动作。

2）装置快速瞬变干扰试验、高频干扰试验、辐射电磁场干扰试验、冲击电压试验和绝缘试验符合IEC标准。

1.5.7绝缘性能

1）绝缘电阻符合DL478-92中4.6.4条和GB13729-92中3.6条的规定。

2）绝缘强度符合DL478-92中4.6.3条和GB13729-92中3.7条的规定。

3）冲击电压符合DL478-92中4.6.5条和DL/T630-1997中4.10条的规定。

1.5.8电磁兼容性

1）高频干扰符合DL478-92中4.7条和DL/T630-1997中4.9条的规定。

2）静电放电符合GB/T14598.14-1998中严酷等级Ⅲ的规定。

3）辐射电磁场符合GB/T14598.9-1995中严酷等级Ⅲ的规定。

4）快速瞬变符合GB/T14598.10-1996中严酷等级Ⅲ的规定。

5）浪涌符合GB/T17626.5-1999中严酷等级Ⅲ的规定。

1.5.9机械性能

1）工作条件：

能承受严酷等级为I级的振动响应、冲击响应试验。

2）运输条件：

能承受严酷等级为I级的振动耐久、冲击耐久及碰撞试验。

1.6LZ-AVC6000系统性能指标

◆AVC控制精度：

|母线电压－目标电压|≤0.5kV；（500kV电压等级）

|母线电压－目标电压|≤0.3kV；（220kV电压等级）

◆AVC跟踪速度：

母线电压调节变化1kV时间<60s；

◆可靠性

AVC软件平均无故障时间（MTBF）：

>50,000小时；

AVC双机热备用切换时间：

<3秒；

◆系统负荷

CPU负荷率（正常状态）：

<20%；

CPU负荷率（故障状态）：

<30%；

网络负荷率:

<20%；

◆实时性和准确性

画面调出时间和动态数据刷新时间1～5秒；

遥控执行正确率：

100%；

现场遥信变化到显示≤1s；

现场遥测变化到显示≤1s；

从接收到主站指令时起到子站生成控制命令的时间≤1s。

2装置原理

2.1自动电压控制（AVC）系统的实现原理

通过升压站监控系统（或调度数据网）接收调度端下发的母线电压指令和系统侧各种电气信息以及SVC投退信息（或由AVC子站自行采集），通过全场风机监控系统获取全厂风机的各种电气信息，综合计算分析，按照一定的分配策略优先计算出各台风机的功率因数或无功出力，通过全场风机监控系统发送至各台风机的就地控制器，由风机就地控制器调节风机变流器，达到风机的无功出力目标。

当风机无功出力无法满足中调的母线电压需求，再投入、控制SVC一次设备的无功出力，补偿整个风场无功，最后对主变分头进行调节，从而满足调度对电压的要求。

2.2控制策略

图表3

系统电压的全局控制分为三个层次，一级电压控制，二级电压控制，三级电压控制。

1）一级电压控制为单元控制。

控制器为风机变流器、SVC/SVG、主变分接头等设备，控制时间常数一般为毫秒～秒级，在这级控制中，控制设备通过保持输出变量尽可能的接近设定值补偿电压快速和随机的变化。

2）二级电压控制为本地控制，时间常数约为秒～分钟级，控制器为自动电压控制装置，控制的主要目的是协调本地的一级控制器，保证母线电压或无功等于设定值，如果控制目标产生偏差，二级电压控制器则按照预定的控制规侓改变一级电压控制器的设定值。

3）三级电压控制是全局控制，时间常数约为分钟～小时级，它以全系统的安全、经济运行为优化目标，给出各厂站的优化结果，并下达给二级控制器，作为二级控制器的跟踪目标。

2.3LZ-AVC6000系统的控制模式

Ø远方控制：

系统接收调度主站指令，进行闭环控制；

Ø本地控制：

系统根据预设电压曲线或零无功交换等策略，进行本地控制；

2.4LZ-AVC6000系统计算模型

2.4.1

母线电压与风电场无功出力的关系

电压与无功的正相关：

△Q：

无功功率变化量

Ssc：

系统母线侧的短路容量

注：

ΣQlast、ΣQnow：

上次总无功、当前总无功

Ulast、Unow：

上次母线电压、当前母线电压

系统不确定性使得Ssc实时变化，系统采用自学习算法动态修正并加以约束，保证控制的精确性和可靠。

2.4.2风电场无功出力计算

模块1、2：

模拟测量延时；

模块3：

死区控制；

模块4：

直接决定电压偏差ΔV与风电场无功参考量Qtarget的关系,是一个PI环节。

参数Kpv和Kiv的选取要结合电压/无功静态线性有差调节特性与风电场接入地区的电压无功具体情况整定得到；

模块5：

功率因数限制；

模块6：

模拟控制系统通信延时；

2.5典型系统拓扑

图表4

AVC子站与各信息交换节点说明

ØAVC子站与调度主站

风电场AVC子站与调度主站之间交互的信息包括子站工作状态以及调度下发给子站的控制命令。

ØAVC子站与升压站监控系统

AVC子站与升压站监控系统交互的信息包括系统侧信息、SVC设备的状态信息以及控制。

ØAVC子站与风机监控系统

为确保与全场其他控制系统获取的数据源一致，AVC子站从风机监控系统处获取各风机实时状态信息，并传送至AVC中控单元，进行波动和限值检查，以确定数据的有效性。

另外AVC子站下发各风机功率因数，由全厂风机监控系统，将目标功率因数下发到所有风机，实现就地控制。

ØAVC子站与SVC

AVC子站无功或电压目标值给风场SVC，由SVC进行调控。

2.6软件结构图

图表5

3主程序说明

3.1进入系统

双击激活操作系统桌面上的主程序图标（图表6）

图表6

3.2运行主界面

进入AVC子站调控界面（图表8），左侧一栏为常用菜单导航，对AVC子站系统按功能分类罗列，主要分为以下几类，系统实时状态监视类、历史事件追溯类、AVC调控参数设置类。

实时状态监视类由以下几个单元组成：

系统实时状态，实时遥测、遥信报警，实时的电压曲线。

图表8

3.2.1用户登录

系统运行需要切换用户或者需要修改运行参数时，选择系统菜单下面的用户登录，展开下图（图表9），在下拉列表中，选择用户，录入正确的密码。

图表9

3.2.2系统实时状态

图表10

此界面中包含以下信息：

Ø子站投退状态，风机功率因数以及目标无功

Ø子站控制模式（远方\就地）

Ø控母电压、主站下发指令、目标电压、指令步长、电压死区（调控精度）

Ø与各通讯节点通讯状态（风机信息终端、升压站监控系统、风机监控系统）

Ø调控指令是否非法、调控指令是否超过步长

ØAVC子站增磁闭锁、AVC子站减磁闭锁

Ø母线电压波动过大、母线电压是否越各级限值

Ø各风机、SVC实时信息

3.2.3系统参数设置

图表11

此界面中包含以下信息：

Ø子站投入\退出设置

Ø子站控制方式设置（远方\就地）

Ø子站切换模式设置（自动\手动）

Ø系统闭锁延时时间设定

Ø主站通讯中断时间设定

Ø所控母线各级限值设置、波动范围设置

Ø电压指令调整范围设定

Ø电压调节死区设置

Ø系统阻抗上限、系统阻抗下限设置

ØSVC无功上限（容性）、SVC无功下限（感性）设置

ØSVC指令下发周期设置

3.2.4电压曲线设置

当AVC子站与主站通讯超时、主站检修或者故障退出时，AVC子站切换到本地控制模式下，根据预设电压曲线进行调控。

设置界面如下：

图表12

本地电压曲线的设置可以根据调度下发的电力率曲线按照时间点进行具体设置，双击具体时间点右侧对应电压栏，输入当前时间点调度下发的电压目标即可。

设置完成后，单击保存曲线，电压曲线设置完成。

3.2.5实时遥测报警

点击系统菜单导航→实时遥测报警，可以查询AVC系统调控过程中当前所产生的遥测报警记录；

图表1

3.2.6实时遥信报警

点击系统菜单导航→实时遥信报警，可以查询AVC系统调控过程中当前所产生的遥信报警记录；

图表2

3.2.7实时电压曲线

点击系统菜单导航→实时电压曲线，可以查询AVC设定时间内的电压曲线

图表15

3.2.8风机数据查询

点击系统菜单导航→风机数据查询，在此可以查询各集电线上的每台风机对应的有功和无功历史数据。

在“起始时间”中选择查询的起始时间、“时间范围”中选择查询的时间长度、“时间间隔”中选择前后两个数据点的时间间隔，设置好后点击“查询”。

由于风机数量太多，机组数据太多，所以在软件界面上按照机组所在集电极进行分类，给数据查询带来了一定程度上的方便。

图表16

3.2.9历史遥测报警

点击系统菜单导航→历史遥测报警，可以查