摘要：随着风电场装机容量的增大，并网风电场及其接入地区电网的安全稳定运行日益受到关注，其中一个重要方面就是风电系统的电压和无功功率问题。大规模风电并网会引起电网电压波动，尤其以接入点的电压波动最为突出。显然，抑制风电场接入点电压波动需要建立风电场级的AVC（自动电压控制Automatic Voltage Control）系统，这对保障电能质量、提高输电效率、降低网损、实现系统稳定而经济运行、顺应社会发展、共创和谐社会有着长远的意义。
关键词：风电场；AVC；无功控制
一、系统架构
风电场无功电压控制系统的控制对象包括风电机组、无功补偿装置（SVC、SVG等）以及升压变电站主变压器分接头三部分。风电场自动电压控制系统应能合理分配风电机组、无功补偿装置的无功出力均衡，保证风电场设备在安全稳定运行的前提下，实现动态的连续调节以控制并网点电压，满足电网电压的要求。
（一）AVC子站控制终端接收调度AVC主站系统的各种遥调指令，并可靠、准确执行，同时将子站相关信息上传到AVC调度主站。AVC子站系统具有分析和计算功能，通过特定优化策略完成无功在受控源间的分配，达到调压的目的。子站建立了完整可靠的安全约束条件，从而完成正确的动作。
（二）AVC子站控制终端可以实现对多个无功源的协调控制，同时AVC子站还可以进行进一步的优化，充分考虑设备电气特性、操作特性、设备寿命等因素，结合风电场和电网运行状态采取适合的措施快速响应调节要求。
（三）AVC子站系统控制终端与站内综合自动化系统、风电机组监控系统、无功补偿装置控制器、并联电容器等监控对象相连，完成信息采集和控制调节的功能。
二、风电场AVC控制目标、控制对象及控制模式
（一）控制目标
AVC子站以风电场高压侧母线电压或上网无功功率为控制目标。
（二）控制对象
AVC子站依据调度AVC主站下发的高压母线电压，具备自动对风电场内各种无功设备进行无功电压协调控制的功能。控制对象主要包括以下设备：风电机组、SVG和主变分接头。
（三）控制方式
风电场AVC子站通过远动通道接收调度AVC主站下发的风电场高压侧无功电压运行曲线（96点型式），并以无功、电压的上下限组成的区域构成系统调节死区。
1.控制风电机组。调整机组的无功出力。AVC子站计算出对应机组的无功出力，下发至风电场机组监控系统，由监控系统将机组无功出力目标指令转发至每台机组就地控制器，由就地控制器控制机组变流器调节机组无功功率。
2.调整SVG。风电场AVC系统将SVG需要控制的电压目标或无功目标发至无功设备，由SVG自行调整无功出力，或者直接调节并联电容。AVC子站负责协调场内各SVG设备。
3.调节主变分接头。风电场AVC子站系统与升压站综合自动化系统通讯，给出调整主变分接头的命令，可以直接控制主变分接头位置，也可以界面方式给出主变分接头调整提示，提醒运行人员对主变分接头进行调整。
（四）控制模式
1.远方：AVC主站与子站闭环运行。实时接受调度下发的控制指令，对控制指令进行跟踪；根据调度下发的计划曲线，按照对应时间点获取控制目标，对控制目标进行跟踪。
2.就地：AVC子站系统根据本地设定电压曲线或目标值实现开环运行。在与主站通讯中断或根据调度指令完成就地状态的自动/手动切换。
3.退出/投入：支持AVC控制站的投退操作。
4.闭锁：风电场AVC子站的控制应充分考虑风电场内各设备的安全，设备出现异常时应能自动报警并闭锁AVC控制。
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三、风电场AVC控制技术要求
（一）场内无功设备的调整原则
AVC系统协调控制风电机组、动态无功补偿设备、主变分接头，快速跟随主站下发的控制目标，协调控制离散、连续设备，协调控制快速、慢速设备，并保证风电场留有充足的动态（调节速度较快的）无功补偿容量。
（二）控制计算模块要求
计算模块应具有下列功能：
（1）根据母线电压目标值计算风电场发出总无功功率目标值。
（2）按照先后顺序和分配策略给出各风电机组和动态无功补偿装置的无功出力或电压以及主变分接位置。
（3）根据无功调节能力大小选择优先调整的机组。
（三）控制策略
系统根据调度主站下发的无功电压控制电压目标值，以风电场电力网络模型为基础，结合风电场风电机组、SVG、升压站的实时运行工况，考虑电网和设备的各种安全约束，采用优化控制算法进行优化计算确定机组的总无功功率输出目标值、SVG的无功功率输出目标值、独立电容的投/切、主变分接头的升档/降档指令，并通过AVC控制终端下发给机组监控系统、无功补偿装置、升压站综自系统执行，完成风电场电压闭环控制功能。根据电压、无功上下限将电压－无功平面划分为多个区域，并在每个区域采用不同控制策略，对设备进行协调并有效控制。
1.稳态条件下
（1）风电场AVC子站通过调度通道接收AVC主站下发的风电场并网点母线电压目标值，首先计算风电场发出总无功功率目标值，根据机组优先、SVC/SVG其次（或SVC/SVG优先、机组其次）、最后主变分接头的调节顺序。在充分考虑各种约束条件后，通过分配策略得出对应机组的无功目标、无功补偿装置的无功功率输出目标值、分接头调节指令，以通讯方式下发至风电场机组监控系统、SVG压站监控系统、机组、主变分接头的调节顺序可根据现场实际情况进行调整。
（2）AVC子站计算模块能实现自动分配，根据所在区域的优化控制策略，根据AVC主站下发的目标值，实现对风电机组、动态无功补偿装置和主变分接头的综合协调控制。
（3）在控制机组方面，根据机组本身的设备约束和可调范围评估，优先控制可调能力强的机组，保证每台机组无功输出合理。
（4）采用比例分配的调节方式，保证每台风电机组工作在相似条件的远离饱和、远离无功极限的状态下。
（5）具备多台SVG的协调功能，协调策略体现在：保证设备无功输出极性（容性或感性）一致且无功输出均衡，可按比例、容量、裕度（推荐）等多种方式分配每台SVG的无功。
（6）在机组具备无功调节能力的情况下，机组参与AVC调节；此时需要考虑机组本身的出口电压限值，以此为调节约束，在电压安全的情况下尽可能多地补偿无功，充分保留出SVG的调节裕度。
2.暂态条件下
（1）AVC子站通过采集升压站故障信息和并网点电压水平判断是否处于暂态；暂态时AVC子站控制输出闭锁，转为状态监视。
（2）AVC子站应合理设置系统故障及其他暂态情况下的控制逻辑，保证动态无功补偿装置在系统（含风电场及电网）故障或暂态过程中充分发挥其动态调整作用，快速将风电场高压母线电压调整到正常水平。
（3）暂态结束进入稳态运行后，AVC子站状态监视转为控制运
行。风电场AVC子站根据风电机组当前调节能力，在充分考虑各种约束条件下，将AVC吸收的可连续调节无功置换为机组发出或吸收的无功，达到最大化动态无功储备的目标。
四、结束语
目前，各省电网公司为减小风电场接入点电压波动，为电网提供必要的无功支撑，正在实施所辖电网内风电场的AVC控制，此项工作涉及到风电机组厂家、AVC设备厂家、SVC/SVG厂家甚至主变厂家等。因此，全面、系统的熟知风电场AVC系统工作原理，是每位风电工作者不可或缺的技能。希望本文对风电工作者有所裨益。
参考文献：
[1]贾鹏飞.电池储能在改善并网风电场电能质量和稳定性中的应用研究[D].华北电力大学，2014.
[2]汪赟.基于STATCOM的双馈风电场AVC系统的研究与设计[D].中南大学，2014.
[3]黎代斌.珠江电厂AVC装置改造的研究[D].华南理工大学，2014.
论文作者:尹兆磊,袁绍军,贺晓红,朱亚军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
标签：机组论文; 电压论文; 风电场论文; 目标值论文; 风电论文; 设备论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第6期论文;