基于RTDS的风电场AVC动模仿真试验分析

王 浩

(呼和浩特供电局，内蒙古 呼和浩特 010050)

随着风力发电技术的迅速发展和国家的政策支持，近年来我国风力发电发展迅速。但是，因为风电系统本身特有的运行特征和控制特征，以及风电场接入电网方式，大面风电并网对网内造成暂态特性、静态特性、频率稳定、电压质量、电能质量和电网保护方面产生一定水平的扰动，其中最为显著的是电压无功问题[1]。

AVC是大规模风力发电集中地区无功电压平衡的重要部分，其在负荷、电网节点处的无功电压合理分布起关键作用。目前，风力发电厂的调度自动化发展情况尚处于起步阶段，风力发电不易观察测量，不易控制等问题较为突出。所以，在较为完善的火力发电厂、变电站AVC系统的前提下，考虑风力发电厂自身的控制特征，改善风力发电厂调度自动化程度，增加无功补偿装置的应用效率，加强电压稳定性，达到风力发电有序的精确地控制，综合控制风力发电厂及无功补偿装置的无功输出，对电网的电压调控具有关键作用[2]。

1 风电场AVC控制系统基本原理

1.1 风电场AVC控制手段及控制策略

风电场AVC定时接收调度主站下发的控制电压目标值，根据风机、SVC、其他无功调节设备的运行工况、无功调节能力，风场本地无功控制系统利用电力网络拓扑图为基准，考虑风力发电机补偿、无功补偿设备的作用。

AVC系统计算出对应风机机组的无功出力，通过AVC系统内部转换成功率因数设定值以通讯方式下发至风电场风机监控系统，风机监控系统下发指令给单个风力发电机的本地控制系统，再由风力发电机控制变流器控制输出的无功。

1.2 风电场AVC控制方式

风电场AVC子站通过风电信息终端接收内蒙古中调AVC主站下发的风电场220KV母线电压调整量。风电场侧AVC子站系统的调节范围有风机、SVC和主变分接头，在充分考虑各种约束条件后，首先计算出对应风机机组的无功出力，由全场风机监控系统接收命令，再把命令发送给各台风力发电机，由风力发电机就地控制系统控制风机无功功率的输出。

1.3 风电场AVC调压手段

风电场调压手段为AVC自动电压控制策略。风电场AVC子站通过风机信息终端接收内蒙古中调AVC主站下发的风电场220KV母线电压调整量。在充分考虑各种约束条件后，首先计算出对应风机机组的无功出力，当风机无功出力不能满足系统需求时，加入SVC进行调节，SVC无功裕度不足时加入主变压器分接头进行调整。

如果风电场不投入AVC自动电压控制系统的话，风电场可通过就地控制SVC进行调压，在SVC上位机上手动输入220kV母线电压目标值或无功功率设定值，均可通过SVC发出感性/容性无功功率进行调压。

1.4 风电场AVC的输入输出

风电场AVC子站与内蒙古中调AVC主站通过风机信息终端实现通信。子站负责信息采集接收。子站系统利用RTU设备得到母线和主变信息，这种方式合理规避了子站采集信息和中调采集信息的数据源相同而导致的数据重复，子站采集的数据有：高、低压侧母线电压、变压器有用功率及无功功率等等。

子站给风力发电机下发命令，通过风机本地风机监控系统调整风力发电机无功出力，同样下发命令给SVC系统，调整SVC的无功出力情况。AVC子站状态信号经由风机信息终端上传至中调AVC主站。

1.5 风电场AVC系统的通信配置

风电场采用系统双主机配置方式，配置2台系统主机。子站负责接收内蒙古中调发出的母线电压调节命令，经过计算处理，下发命令给风力发电机及SVC设备。

当SVC装置达到满出力运行时，AVC子站系统再根据当前所需要调节的220kV母线电压值提示运行人员调整主变分接头位置。具体控制方式及要求，按照电网公司相关规定、要求，将控制方式调整为最优化、最经济运行方式。

SVC能实现接收AVC子站下发的电压或无功(功率因数)指令，自动调节SVC无功出力。子站与风电场主控制室系统后台通信。子站系统作为系统终端主机，后台则属于控制端属于人机交换界面来监控和控制子站主机。

2 风电场AVC动模仿真试验分析

2.1 RTDS实时数字仿真器介绍

实时数字仿真器RTDS是由加拿大Manitoba直流研究所开发的电力系统实时仿真系统较常规仿真而言，RTDS具有快捷的搭建模型能力，精准地完成电力系统动态仿真仿真试验，具有较强的延伸性和兼容性。RTDS通过数模转换可以把仿真结论以模拟量形式导出，在仿真各类控制过程及继保试验将RTDS与实物设备链接，形成闭环回路，笔者利用此功能实现了RTDS仿真数字模型与AVC设备的闭环回路。由上可知，RTDS是一种较为领先的时时仿真平台，可以实现数字-物理结合的仿真模式。

2.2 试验概述

本试验利用模拟主站来模拟中调下发指令，AVC系统接收指令后，进行协调控制，下发指令给RTDS仿真的相应受控目标，受控目标执行控制任务后，反馈给AVC子站后台，通过AVC软件界面读取。

在测试过程中，在AVC系统子站后台观测系统的运行工况，如母线电压、风机出口电压、有功、无功、开关开断情况、装置状态等遥信、遥测量。

2.3 综合调控测试

在测试中，用Q1表示1号风机无功出力、Q2表示2号风机无功出力、QSVC表示SVC无功出力，电压调节死区为1kV，测试前将SVC调节至远控模式。

表1给出了电压调节的详细过程，AVC收到调节指令，向风机发出调节命令，进入风机调节模式，风机响应为调节裕度不足时，转入SVC调节模式，SVC无功出力达到其上限，母线电压仍未达到目标值，AVC切换至主变分接头调节，从而达到调节电压的目的。

表1 综合控制的电压调节试验数据

3 结束语

笔者研究了AVC的控制方法，包括其控制手段、控制策略、控制方式、调压手段及输入输出方法。介绍了AVC通信原理，即由中调到AVC主站、AVC子站，由AVC子站分别到风机监控系统、风电场升压站监控系统、SVC系统。基于风电场现场情况，建立了AVC系统的RTDS动模仿真模型，并进行综合调控试验。

仿真试验结果表明，AVC系统在电压无功控制精度、响应速度、安全性能等指标满足电网所需要求，改变了人工调节稳定性、准确性、可靠性不足的缺陷，提高了调控效率，改变了传统的调度模式，AVC系统的投运对保障电网的电压正确率、减少无功损耗、增强系统的安全稳定运行能力发挥了关键的作用。