AVC技术在新能源场站的应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

AVC技术在新能源场站的应用

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：张鹏

[导读] 摘要：随着新能源发电设备占比在电网的比重不断提升和智能电网发展要求，我国电网对电网电压条件的需求也日益增大，而AVC（自动电压控制）技术作为重要的电网控制方案对稳定电网电压，提高电能质量有着积极的促进作用，因此，在新能源发电场站中，运用AVC技术成为新时期电网建设的重要手段，对此，本文首先分析了新能源发电的特点和运用AVC技术的必要性，并分析了AVC技术的优势，最后提出了在新能源场站中运用AVC的

        （山西世纪中试电力科学技术有限公司 030002）
        摘要：随着新能源发电设备占比在电网的比重不断提升和智能电网发展要求，我国电网对电网电压条件的需求也日益增大，而AVC（自动电压控制）技术作为重要的电网控制方案对稳定电网电压，提高电能质量有着积极的促进作用，因此，在新能源发电场站中，运用AVC技术成为新时期电网建设的重要手段，对此，本文首先分析了新能源发电的特点和运用AVC技术的必要性，并分析了AVC技术的优势，最后提出了在新能源场站中运用AVC的具体技术方法，以期为我国新能源发电领域和电网建设领域的高质量发展提供一些有价值的参考思路。
        关键词：新能源发电；AVC技术；电网；自动控制
        引言：2020年，我国能源战略规划指出，要在2030年达到碳排放高峰，2050年实现碳中和，这就必然需要大量的新能源供能来代替传统的以燃煤、燃气为主的能源，新能源主要包括风电、太阳能发电、潮流能、生物质能等，但新能源发电系统稳定性较差，对电网吸纳能力要求较高，因此如何有效的进行快速的电压和功率调节是未来电网建设需要解决的重要问题，传统的人工控制的方式来实现电网电压和无功的调节技术反应慢，周期长，已经无法适应未来以新能源为主导的电网发展趋势，需要加快研究和部署适用于新能源场站的自动电压控制系统(AVC)，并充分利用高效快速的网络信息技术，加强电网中已经投运的新能源发电系统的无功水平和电压频率进行自动调控，以保证电网输出满足电能质量标准。
        一、新能源场站运用AVC技术必要性分析
        1.1新能源发电特点分析
        新能源发电区别于传统的矿石能源发电（燃煤、燃气等），目前可以实现大规模开发利用的新能源主要有风力发电和太阳能光伏发电等，其中风电和光伏技术最为成熟，但也存在明显的弊端，即受自然条件限制较大，上网电能质量波动明显，容易对电网造成冲击，因此，如何提高新能源发电的电网友好性成为当前电网建设中非常重要的要点问题，除了利用大规模储能外，AVC也是近年来快速发展的一项新技术，其目标在于重点解决新能源发电设备造成的电网电压偏差和无功瞬态变化，对提升新能源场站上网质量发挥着重要作用。
        1.2AVC技术原理分析
        AVC系统即自动电压控制系统，其功能在于调度电网内主站系统设备，并根据预设算法自动协调控制电网内无功源设备，实现无功平衡，实现电网电压稳定并减少无功损失的一种电力自动化控制技术。当前，我国电网主要采用交流电输出模式，而交流电网最重要的指标是电压和频率，在电网系统运行过程中，功率源和负载侧存在着一定的不平衡，这种负载和电源的不平衡反应在电网电压波动上，如果波动严重，将会引起负载设备故障，进一步加大这种不平衡，直到电网崩溃。因此电网控制系统要根据负载情况进行快速的负反馈控制调节，确保电压和频率处于稳定状态，其中对无功控制是非常重要的环节，AVC系统采用利用高速的数据通信和的反馈控制设备实现电网电压的自动调节，可以根据电压偏差实时动态调整无功源输出，从而保证电网电压和频率的稳定，确保电能质量满足负载运行需求。
        二、 AVC应用功能需求
        在新能源场站AVC系统设计之前，首先要明确和细化场站在电压和无功调节的具体要求和参数指标，然后再根据实际需求来制定系统功能要求，进一步划分各子功能模块。以风力发电场为例，AVC系统最终的自动控制目标是网侧有功、电压和无功指标。在进行系统设计时，首先要采集风电场网侧当前时刻的功率输出、电网电压以及无功状态，要实现此功能需要采用智能化数据采集模块和高速数据通信信道来完成电力数据的实时采集，系统在采集完成数据信息后，应根据真实参数和预设值的变差进行动态调节，可采用PID控制算法进行负反馈控制，将电网电压和无功控制在合理的阈值范围内。系统应用层可以采用B/S结构，通过可视化人机界面向现场运维人员实时显示电网信息状态，同时需要完善的历史数据存储和查询功能，需要包括场站的电压、频率、功率、无功、功率因数、环境温度、故障报警信息等，值班人员和设备运维人员可以根据历史数据信息采取相应的故障处理办法和维修维护方案来保证AVC系统处于良好的运行状态，从而保障新能源场站的安全稳定运行。
        三、 AVC系统硬、软件组成
        3.1AVC系统硬件架构
        根据前文功能需求所述，新能源场站AVC系统可采用三层硬件体系架构实现，其整体结构如表3-1所示。其中，自动控制层的功能主要是承担AVC系统的实时控制调节功能，控制设备根据新能源场站二次侧安全需求布置统一的数据采集接口，实时采集电网的电压、无功等参数，并将实时采集数据与预设目标值进行比对，由PID控制器进行动态调节，从而平衡场站内发电设备的无功输出，实现无功决策和无功分配功能，此外，在自动控制层还可以布置电厂功率管理（AGC）设备，参与协调电厂输出功率控制，同时利用在线电能质量监测设备对场站的电能质量进行实时监视，监视数据可供场站运行人员参考。平台层的主要功能包括数据通信、储存和分类管理，同时承担着用户管理和系统操作日志管理的功能，平台层是自动控制层和可视化层的媒介，需要整合自动控制层数据并利用通信网络将信息上传到可视化层。可视化层布置了系统的应用软件，是实现人和设备交互的重要部分，在可视化层需要布置高性能工业控制计算机，并在计算机中安装专业的防火墙软件，确保计算机设备处于严密的防护状态下，防止受到来自网络上的恶意攻击，从而确保应用操作系统安全可控。
        表3-1AVC系统结构示意

        3.2AVC系统软件设计
        系统软件运行流程如图3-1所示，第一步是初始化程序，初始配置相应的信息，并将其写入系统配置文件中运行系统。通过前期的数据输入和配置建立数据模型，模型数据以文件的形式保存到主数据库中，系统数据库表的设计，既要从整体上考虑多个升压站的数据结构，又要时刻注意隔离其中的冗余数据，同时还要兼容多个升压站的数据格式，因为不同升压站使用的后台厂家是不一样的，造成数据库的不同，支持的数据格式不同，数据的命名有重复。这些问题在研究和开发的时候就要从全局出发，首先统计出多个升压站传输的实时整体数据，再根据需要整理新能源电场自动电压控制系统所需要的数据，将两种数据进行对比和筛选，开发新的数据库表来专门处理升压站后台传输的数据，然后将实时操作数据与目标指令数据进行逻辑比较，然后输出调整信号。本文研究的新能源场站电压自动控制系统的主要表格有：变电站数据采集表，其关键是升压站的实时电压；风机数据采集表，其关键是单点发电设备的实时负荷；动态无功补偿装置采集表，其关键数据是设备的当前无功功率。数据采集完成后，进行数据计算、数据分析，数据计算需要根据采集到的数据进行逻辑运算，逻辑运算的第一部分是正则表达式验证。我为系统设置了严格的正则表达式验证，只有符合表达式验证格式的信息才可以参与计算模块，进入数据分析模块。数据分析功能是检查计算模块发送的数据的约束条件，模块通过循环判断检查数据是否符合调节逻辑，AVC软件会根据不同的软件约束条件选择相应的控制算法给出相应的调节指令，实现电压和无功的自动控制。

        图3-1 AVC系统软件流程图
        自动电压控制软件需要从相关升压站的远动设备、能量管理平台设备、风功率预测设备以及动态无功补偿装置采取大量的数据。这些数据以点表的形式传输，根据系统的实际需要进行传输。在数据的读取采集模块中，数据采集的作用是优化风电场自动电压控制系统运行效果，也就是说当数据采集中断时，系统仍然可以正常运行，只是优化效果减弱。而数据的读取则不同，数据的读取关系到系统运行的良好性和调度指令的及时执行，如果系统不对数据进行读取，则有可能造成调节错误，进而造成电网事故，因此数据读取原则的设计是整个数据读取采集模块的核心。新能源电场自动电压控制系统在处理数据读取模块时，首先会读取系统当前时间，然后将系统的数据检索初始化，系统会依次检索当前时间所在时间段，直至检索完毕全部时间段并退出。在检索过程中如果找到指令时间段则取前一时间段的电压值，否则读取最后一条电压值。在完成数据采集后，新能源自动电压控制系统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，调节子站无功或电压目标值给SVC，由 SVC 进行电压和无功的自动调控。
        结语：综上所述，在新能源发电设备在电网中占比不断提高的新时期，利用AVC技术能够有效缓解新能源发电系统电能输出不稳定的弊端，提升设备的电网友好性，AVC可以快速的对电网电压和无功功率进行实时条件，同时解决了无功分配不合理和能源浪费问题，对我国能源体系转型升级和智能电网建设能够起到积极的促进作用，在未来将会得到更加广泛的应用。
        参考文献：
        [1]徐光诚.AVC在新能源场站的应用和实践[J].科学与财富，2018(15)：123-124.
        [2]潘丽珠，殷骏，程琦，谢芝东.发电机组无功电压自动调控系统的研究及推广应用[J].华东电力，2019(09)：45-46.
        作者简介：张鹏男汉族山西朔州 1986.5 本科中级工程师主要从事新能源AVC系统试验方面的。