基于RTDS的等无功裕度算法仿真研究

摘要：本文介绍了核电厂自动电压控制（AVC）在多机组的模型的等无功裕度分配算法的原理，并基于此算法分析，在RTDS搭建了等无功裕度算法简易模型。实现了6台机组仿真模型的无功自动分配，为厂内多机组模型暂态响应研究及系统仿真运行奠定了条件。

关键词：RTDS；自动电压控制；等无功裕度；

前言

电压作为衡量电源质量的重要指标，其稳定性直接影响着下游电网用户设备运行的稳定性及用电安全。随着电力系统自动化水平的不断提升，自动电压控制（AVC）技术在维持电网稳定和提高电能质量方面发挥着重要作用。AVC系统通过实时监测电网负荷变化，自动接收电网AVC主站下达的发变组高压侧母线电压指令调整发电机的励磁电流，从而精确控制发电机输出电压，保障电网电压的稳定。

二、AVC模块算法介绍

我厂NCS系统AVC模块采用了一种改进型的自适应算法，能够根据目标电压设定值偏差自动计算电厂需要承担的无功调节总量，再结合特定的无功分配策略，将无功调节总量分配给投入AVC功能的机组，用于实现发变组高压侧母线电压控制。当电厂AVC模块收到省调自动化下发的目标电压设定值后，会给出单次调节指令，一旦实际母线电压与控制目标电压指令偏差小于死区，即结束调节。

1、AVC模块实现调节过程：

AVC模块的具体实现主要分为如下三个步骤：

1）首先确定高压侧母线无功目标值

需送入系统的无功目标值当前机组送入系统总无功值

高压母线的电压目标值当前高压侧母线电压值

系统阻抗（待定值）

2）运用改进自适应算法确定系统阻抗

分别为所有机组第k次无功调整前后输入系统的总无功和高压侧母线电压。

进行k次发变组高压侧母线电压及机组无功功率采样，根据式2-2计算，可得到第k次系统的计算阻抗值，将计算的系统阻抗值与实际系统阻抗值比较，直到误差满足死区要求后停止迭代计算。

3）机组间的无功分配

各运行机组间的无功分配过程如下，按照公式2-1计算得出的总无功调节目标值，减去AVC功能退出机组的无功量（AVC功能退出、AVC闭锁机组）、各主变无功消耗及厂用电无功消耗后，将该无功调节额度在可调机组进行分配。

目前，国内主流的AVC无功分配策略主要有等功率因数分配法、等无功比例分配法、等无功出力分配法、小负荷分配法、等无功裕度法等。我厂NCS系统AVC模块采用的是等无功裕度法，该方法是以各发电机的无功总裕量作为控制对象，能够保证每台机组在其可调的范围内总具有相同额度的调控容量。

AVC模块的等无功裕度法具体实现方式如下：

根据各台发电机的功率圆图，确定各发电机组无功的上下限；

以每台机组的理想无功运行点为目标，将总无功目标值减去实际总无功；

计算出无功调节的比例系数；

根据各台机组的无功裕度乘以比例系数进行等无功裕度调节，确保各机组的无功调节目标值保持一致。

各机组调增或调减的无功值如下计算公式2-3：

第i台机组最大可输出无功第i台机组当前输出无功

三、AVC算法在RTDS中的实现

根据上述逻辑进行自定义建模，在RSCAD的CBuilder内构建如图1所示的AVC模型，设置4个输入（分别为Q实际总无功输出，U实际高压母线电压，Uref高压母线电压参考值，Trigger启动开关），1个输出（Qref总无功输出参考值），2个可调参数（X0初始系统阻抗，Ts采样间隔时间）。

该模型的内部代码逻辑如下：

if（Trigger=0）

Qdst=Q;

else if（Trigger==1）

{

T1=Ts;//采样间隔时间赋初始值

X1=X0//系统阻抗赋初始值

for（;;）

Udst1=Udst;//高压侧电压赋初始值

U1=U;

Q1=Q;//采样此刻的无功和电压赋值

Qdst=Udst1*（Udst1-U1）/X1+Q1/U1）;/生成此刻需要的无功参考值

for（i=0;i<T1;i++）//循环设置延时

{

for（j=0;j<1000;j+）

{

}

}

U2=U;

Q2=U;//采样延时后无功和电压

if（Udst1<=U2<=1.01*Udst1）//判断电压是否达标

{

break;

}

else

{

X1=（U2-U1）/（Q2/U2-Q1/U1）;/电压不达标计算系统阻抗

}

}

}

利用RTDS自定义的AVC模块计算出的总无功输出，乘以各台机组的可调无功比例，送至各机组励磁调节的电压给定值进行无功功率调节。

四、结束语

基于RTDS的改进型AVC自适应算法，能够有效利用仿真系统准确地表征AVC系统模型的调节方式及模拟运行，实现了离线对AVC控制算法及调节暂态特性的研究，为多机组自动电压控制分析提供了有效的分析手段。

总之，AVC自动电压控制在提升电网调度灵活性及电厂的自动电压控制方面都不可或缺。在复杂多变的电网运行环境中，AVC能够根据实时数据，自动调整控制策略，做出即时调整，以适应不同的系统运行方式。这不仅提升了电网的运行效率，还增强了电网应对突发状况的能力，有效快速处理短路、断路等故障情况，保障电网及电厂的安全稳定运行。

参考文献：

【1】赵文博.地区电网AVC系统的设计及实现[J] 应用，2010（05）

【2】郭庆来，张伯明，孙宏斌，吴文传.电网无功电压控制模式的演化分析[J]清华大学学报（自然科学版），2008（01）

【3】李黎，发电厂自动电压控制无功分配策略的探讨，2015.4

【4】郑敏华;贾玉强核电厂自动电压控制系统安全控制策略分析; -《中国核电》- 2018-07-02