1、風力發電自動電壓控制（AVC）系統功能及結構介紹安徽立卓智能電網科技有限公司2011-4目錄一，概述2二，風場一般概況3三，風電場AVC系統說明5四，風電場AVC系統技術方案61.系統結構62.軟件功能73.風場AVC設備接口描述84.控制模式105.控制目標10五，風電場AVC系統規范和標準101.應用的標準及規范102.一般工況113.安裝和存放條件124.供電電源125.接地條件126.抗干擾127.絕緣性能128.電磁兼容性129.機械性能13一， 概述作為一種經濟、清潔的可再生新能源，風力發電越來越受到廣泛應用。據相關數據統計，2008年我國當年新增風電裝機容量超過600萬千瓦，累計

2、裝機容量達到1200萬千瓦以上，2009年新增裝機容量達到1300萬千瓦，累計裝機容量達到2500萬千瓦以上。在今后35年乃至10年中，預計我國每年新增裝機容量將保持在500800萬千瓦。由于風力發電廠安裝地點都離負荷中心較遠，一般都是通過220kV或500kV超高壓線路與系統相連，加之風力發電的輸出功率的隨機性較強，因此其公共連接點的無功、電壓和網損的控制就顯得比較困難。目前風力發電廠為控制高壓母線電壓在一定波動范圍內并對風場所消耗的無功進行補償，現裝有的補償設備種類有，純電容補償，SVC（大部分為MCR）和少量的SVG。目前各省網公司正在實施所轄電網內風電場的AVC控制，為達到較好的控制效

3、果，減少電壓波動提高電壓合格率，為電網提供必要無功支撐和降低網損的要求，希望對裝機容量占全網發電容量比重越來越大的風力發電場進行無功和電壓控制，即在系統需要的時候既可發出無功，又可以吸收網上過剩的無功功率，以達到減少電壓波動，控制電壓和降低網損的目的。二， 風場一般概況風機輸出電壓一般為690V，每臺發電機有一箱式變壓器將電壓升至35kV，幾臺箱式變串聯經35kV開關接與35kV母線。35kV母線接有無功補償設備。主變壓器為有載調壓變壓器。 風電廠系統一般圖示：目前國內風電場安裝的風機機組一般為三類：鼠籠式雙速異步發電機，雙饋異步感應式發電機組和永磁同步發電機。早期的鼠籠式異步發電機只能吸收電

4、網無功，無法實現調節，只能通過調節風電場的無功補償裝置調節無功出力，實現并網點電壓調節，后鼠籠式異步風機經過改造，在機端加裝了電容器組，通過對機端電容器組的投切可以實現對風機無功的控制。雙饋電機的勵磁回路來自電網，勵磁電流是頻率、幅值和相位均可調節的交流電流。調節雙饋風勵磁電流的頻率可控制風機的轉速；除了可以調節電流幅值外，亦可以調節其相位，當轉子電流的相位改變時，由轉子電流產生的轉子磁場在氣隙空間的位置就產生一個位移，改變了雙饋電機電勢與電網電壓向量的相對位置，也就改變了電機的功率角。所以雙饋電機不僅可調節無功功率，也可調節有功功率。一般來說，當電機吸收電網的無功功率時，往往功率角變大，使電

5、機的穩定性下降。而雙饋電機卻可通過調節勵磁電流的相位，減小機組的功率角，使機組運行的穩定性提高，從而可多吸收無功功率，克服由于晚間負荷下降，電網電壓過高的困難。永磁直驅風力機雖然沒有勵磁回路，但具有全功率逆變單元，通過對逆變單元的調節可實現風機無功的控制。風電場35kV母線處配備無功補償裝置補償主變、箱變的無功損耗。，一般采用SVC和SVG，內蒙古地區風電場安裝的無功補償裝置以SVC為主，有極少量的SVG。其中SVC主要是TCR+FC和MCR+FC。無功補償裝置控制方式為場內閉環控制，控制方式一般為主變高壓側功率因數恒定，或高壓母線電壓恒定，無功控制給定值在無功補償設備控制器中設定。SVC和S

6、VG均可通過對控制器下發無功指令實現無功的平滑調節。少量風電場只有電容器組，可通過AVC系統實現對電容器組的直接投切，實現無功電壓的控制。風電場的主變均為有載調壓變壓器，可通過調節主變分頭實現對高壓母線電壓的控制。以上所述可見風電場的自動電壓控制系統，可調節的無功設備包括：鼠籠式異步風機的風電場：風力發電機、無功補償裝置、主變分接頭；雙饋異步發電機組的風電場：風力發電機、無功補償裝置、主變分接頭；永磁同步電機的風電場：風力發電機、無功補償裝置、主變分接頭；根據國網公司風電場接入電網技術規定2009年2月的修訂版要求，首先無功電壓控制應首先應充分利用風機機組的無功容量和調節能力，不能滿足系統電壓

7、要求，通過加裝無功補償裝置實現對系統無功和電壓的調節，這樣調節范圍更寬，調節手段更靈活，更加容易滿足系統對電壓和無功的控制，有載主變分頭作為第三步的調節手段。目前風電場運行的發電機無功控制策略一般是保持機組運行的各種工況下功率因數為1左右運行（即基本上不吸收和發出無功），還沒有根據指令實時調節的突破。三， 風電場AVC系統說明根據國網風電場接入電網技術規定2009年2月的修訂版規定，風電場應配置無功電壓控制系統，根據電網調度部門指令控制并網點電壓。風電廠應能在其容量范圍內控制風電場并網點電壓在額定電壓的-3%+7%。風電場在任何運行方式下，應保證其無功功率有一定的調節容量，該容量為風電場額定運

8、行時功率因數0.98（超前）0.9滯后所確定的無功功率容量范圍，風電場的無功功率能夠實現動態連續調節，保證風電場在系統事故情況下能夠調節并網點電壓恢復至正常水平的足夠無功容量。百萬千瓦級及以上風電基地，其單個風電場無功功率調節容量為風電場額定運行時功率因數0.97（超前）0,。97滯后確定的無功功率容量范圍。風場的AVC系統應能在現有無功補償設備容量范圍內（包括風電機組和無功補償裝置）調節，實現動態的連續調節以控制并網點電壓，其調節速度應能滿足電網電壓調節的要求。風電場參與電壓調節的手段：調節風機的無功出力、調節動態無功補償裝置的無功出力、調節風電場有載變壓器分接頭，根據電網調度部門的指令進行

9、調整。風電場AVC系統軟件采用經典的三層軟件體系結構和分布組件式架構，其整體結構如圖所示。表現層是用戶與系統交換的前端，面對需要批量錄入和頻繁交互的業務處理，系統以圖形化界面為主?？刂茖又饕袚到y的業務邏輯處理。系統對外提供統一的業務接口服務，無論是文件交換，通過串口、專網等請求風機SCADA系統, 升壓站SCADA系統或其他第三方系統（如EMS）服務，都通過統一的業務接口進入系統，經過系統分析和計算，結合各種約束條件，合理分配，給出風電場內各無功電源的調節目標和邏輯，實現自動閉環。AVC系統還保留集成風電場自動發電系統（AGC）功能，協調控制風場內所有有功、無功調節設備以滿足風場并網綜合需

10、求的監控管理系統（AGC模塊功能暫保留）。根據風電場接入電網技術規定有關電能質量的規定，可在風電場AVC系統中集成諧波實時檢測模塊，長期監測風電場注入系統的諧波電流。平臺層為系統運行的支撐平臺，主要包括數據庫服務，監控服務，日志服務以及用戶管理。在各層次上的組件均能單獨更新、替換或增加、拆除。因此，可適應不斷的變化和新的業務需求。而且使的系統維護更方便，代價相對更低。因各組件互相獨立，更換組件就好比更換組合音響的一個部件，對系統其它部分并無影響，所以更新維護更加安全可靠。四， 風電場AVC系統技術方案1. 系統結構風電場AVC系統采用上、下位機結構，主機（上位機）實現系統的核心功能是根據調度下

11、發的電壓指令，考慮風電場內各機組和母線的實時數據，結合各種約束條件，分析計算合理分配風電場內各類無功電源的無功出力和主變分接頭位置，并根據計算將結果下發至測控終端（下位機），由測控終端輸出各類控制信號進行調節，實現調度主站和風電場子站間的自動閉環控制，滿足調度端高壓母線電壓要求。其他應包括數據存儲、數據管理和瀏覽，以及WEB發布等功能。測控終端可實現數據采集（電氣參數、機組狀態等）、各類控制信號輸出（無功指令信號，有功指令信號（該功能暫時保留），報警輸出和閉鎖等功能。上、下位機通信采用現場485總線方式，抗干擾能力強，傳輸距離遠。系統拓撲如圖所示：2. 軟件功能上位機軟件設計應充分考慮到風電場

12、運行管理的要求，應當具備以下功能：Ø 具備采集功能，實時采集廠內各類模擬量（電壓、電流、有功、無功、諧波等）和風機機組運行（如開機、停車、調向、手/自動控制以及大/小發電機工作）以及其他設備開關狀態量，通過各風電機組的狀態了解整個風電場的運行情況。Ø 具備通信功能，能夠升壓站監控系統、風機服務器、無功補償裝置、信息終端和中調AVC主站系統通信，支持多種通訊方式，包括專線通信方式和網絡通信方式，支持MODBUS（TCP/IPRTU）、CDT、DL/T634.5.101-2002、DL/T634.5.104-2002等常用標準規約。Ø 具備輸出功能，能夠輸出模擬量信號

13、（4-20mA）和開關量信號（無源節點），作為遙調和遙控。Ø 具備分析計算功能，根據調度指令和風電場內的無功電源配置，采用成熟的基本算法（包括等功率因數、等無功、相似調整裕度等）對目標值進行計算分析，并考慮各類約束條件，按照先后順序和分配策略給出各風機和無功補償裝置的無功出力目標指令，以及主變分接頭調節提示。Ø 具備運行監視功能，能方便地監視AVC子站系統的運行工況，母線電壓、風機有功功率/無功功率、開關狀態、設備運行狀態、與其他設備的通信狀態，能對一些關鍵數據用曲線或圖表的形式直觀地顯示。Ø 具備數據存儲功能，可存儲數據并形成歷史數據庫，用于繪制趨勢曲線和形成報

14、表，歷史數據可存儲一年。Ø 具備參數配置功能，能提供界面支持風場運行人員輸入各類運行約束的限制參數配置，變高側母線（或節點）電壓目標值，變高側母線（或節點）電壓計劃曲線。Ø 具備安全約束和記錄功能，系統根據配置的各種運行約束條件參數運行，對異常和故障報警并停止調節，并形成事件記錄，故障消失后自動恢復。3. 風場AVC設備接口描述(1) 與調度端AVC主站接口：調度端AVC主站與風場內AVC子站設備通過調度數據網（內蒙古風機信息終端）實現通信，接收和上傳相關信息。主站下發設定值：序號名稱定義備注1遙調高壓側母線電壓增量以中調要求為準上傳主站遙信量：序號名稱定義備注1遙測AVC

15、子站可增無功風電場上調無功限制以中調要求為準2AVC子站可減無功風電場下調無功限制以中調要求為準3SVG/SVG實時無功以中調要求為準4主變檔位以中調要求為準1遙信AVC子站增閉鎖風電場上調無功已到限值以中調要求為準2AVC子站減閉鎖風電場下調無功已到限值以中調要求為準3AVC子站投退狀態以中調要求為準4AVC子站運行狀態以中調要求為準(2) 與升壓站監控系統接口風場AVC子站通過升壓站監控系統采集（或由AVC子站下位機采集）系統相關數據。序號名稱備注1遙測各條集電線電壓2各條集電線電壓3各條集電線有功4各條集電線無功5220kV母線電壓635kV母線電壓7主變高/低壓側無功8SVG/SVG無

16、功9主變分頭檔位1遙信主變低壓側開關狀態2各集電線開關狀態3SVG/SVG開關狀態(3) 與風機監控系統接口風場AVC子站通過風機監控系統服務器采集風機相關數據。序號名稱備注1遙測各風機機端電壓2各風機機端電流3各風機有功4各風機無功5各風機功率因數1遙信各風機并網狀態2各風機運行狀態(4) 與SVC/SVG接口風電場AVC子站系統通過輸出方式將無功出力指令下發至SVC/SVG控制器。序號名稱定義備注1遙調SVC/SVG無功指令通信或模擬量方式(5) 與后臺監視接口風電場AVC子站系統主機以網絡方式與布置在主控室內的后臺監控連接。AVC子站系統主機作為WEB服務器，后臺監視以B/S方式瀏覽系統

17、功能并界面操作。4. 控制模式Ø 遠方控制：AVC子站接受調度端主站指令，進行閉環控制；Ø 本地控制：AVC子站根據電壓曲線或零無功交換等策略，進行本地控制；5. 控制目標Ø 總無功控制目標：以主變高壓側無功作為控制目標；Ø 高壓母線控制目標：以高壓母線電壓作為控制目標；五， 風電場AVC系統規范和標準1. 應用的標準及規范Ø JB/T 9568-2000 電力系統繼電器、保護及自動裝置通用技術條件Ø DL478-92 靜態繼電保護及安全自動裝置通用技術條件Ø GB 50062 -1992 電力系統的繼電保護和自動裝置設計規

18、范Ø GB 50171-1992 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施及驗收規范Ø DL/T630-1997 交流采樣遠動終端技術條件Ø GB/T 14598.10-1996 快速瞬變干擾試驗Ø GB/T 14598.13-1998 1兆赫脈沖群干擾試驗Ø GB/T 14598.14-1998 靜電放電試驗Ø GB/T 14598.9-1995 輻射靜電試驗Ø GB T17626.5-1999 浪涌（沖擊）抗擾度試驗Ø DL476-1992 電力系統實時數據通信應用層協議Ø GB/T 12325-200

19、8 電能質量 供電電壓偏差Ø GB 12326-2008 電能質量 電壓波動和閃變Ø GB/T 14549-1993 電能質量 公用電網諧波Ø GB/T 15945-2008 電能質量 電力系統頻率偏差Ø GB/T 15543-2008 電能質量 三相電壓不平衡Ø DL796-2001T 風力發電場安全規程 Ø DL666-1999T 風力發電場運行規程 Ø DL 755-2001 電力系統安全穩定導則Ø SD 325-1989 電力系統電壓和無功技術導則Ø DL/T 1040-2007 電網運行準則&#

20、216; GB/Z 19963-2005風電場接入電力系統技術規定Ø GB/T 20320-2006 風力發電機組 電能質量測量和評估方法Ø 國家電網公司風電場接入電網技術規定2. 一般工況1) 海拔高度：3000m； 2) 環境溫度ü 最高溫度：45ü 最低溫度：-10ü 最大日溫差：253) 相對濕度(環境溫度為20時)ü 日平均相對濕度：95%ü 月平均相對濕度：90%4) 抗震等級：ü 水平加速度：0.2gü 垂直加速度：0.1g3. 安裝和存放條件所有設備均放置在無屏蔽、無防靜電措施的機房內。4

21、. 供電電源 現場應能提供雙路供電電源，保證系統供電安全穩定。ü 交流電源n 額定電壓：單相220V，允許偏差20%+15%n 頻率：50Hz，允許偏差±0.5Hzn 波形：正弦，波形畸變不大于5ü 直流電源n 額定電壓： 220V，允許偏差20%+10%n 紋波系數：不大于55. 接地條件機柜以及電纜屏蔽層的接地線均應與主接地網可靠連接。6. 抗干擾1) 在雷擊過電壓、一次回路操作、開關場故障、二次回路操作及其它強干擾作用下，裝置不發生誤動作。2) 裝置快速瞬變干擾試驗、高頻干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、沖擊電壓試驗和絕緣試驗符合IEC標準。7. 絕緣性能1) 絕緣電阻符合DL478-92中條和GB13729-92中3.6條的規定。2) 絕緣強度符合DL478-92中條和GB13729-92中3.7條的規定。3) 沖擊電壓符合DL478-92中4.6.5條和DL/T630-1997中4.10條的規定。8.