AVC系統在發電廠的應用分析

王群育

（大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

河北省南部電網（簡稱“河北南網”）以220kV電網和500kV電網構成主網架，通過500kV主干線路分別與京津唐、山西、山東、華中電網聯網運行，潮流格局為南電北送、西電東送。由于高壓、超高壓輸電線路電壓高、距離長，采用分裂導線傳輸，線間及線對地間的電容不斷增大，線路的容性充電功率很高，尤其在低谷輕載時，容性無功功率過剩，引起線路電壓較高。除線路采用并聯電抗器消除部分無功功率外，其余還需要并網運行的發電機進相運行吸收系統的無功功率。隨著電力系統的發展，并網機組容量逐漸增加，低谷期間并網發電機低無功功率和進相運行的趨勢勢在必行。自動電壓控制系統（AVC）利用現代網絡通信與自動控制技術，從電網全局對電網無功潮流和發電機組無功功率進行實時跟蹤、協調控制，實現發電廠母線電壓和無功功率的自動控制，使區域電網的無功潮流合理分布，降低電網功率損耗，提高電壓質量，增強大電網的安全性、穩定性，提高電網的經濟效益。

1 AVC系統的控制方式分析

在AVC系統中，調度中心主站根據各電壓中樞點的電壓和電網無功潮流的分布情況進行優化計算，向發電機組或發電廠下發優化后電壓指令，發電廠側AVC系統子站通過調度數據網接收省調AVC系統主站下發的220kV母線電壓調整量和220kV出線側母線電壓調整量。根據該值計算對應機組無功功率需求值，在充分考慮幾種約束安全穩定的條件后，由上位機計算出對應的控制脈沖寬度，下發至AVC系統執行終端（下位機），輸出增、減磁脈沖信號直接給發電機的勵磁調節器，調節發電機的轉子電流以調節機組的無功功率，從而使220kV母線電壓達到主站的要求值。

2 發電廠側AVC系統的控制方案

在發電廠側建立AVC系統子站（中控單元），同時在發電機側增設執行終端機（下位機），與調度中心主站共同組成AVC系統，以“主站－子站”星型網絡方式運行。

a.主站與子站之間通過現有數據采集系統及數據通信網（調度數據網）互聯并完成信息交換。河北省調度中心AVC系統主站根據系統電壓及無功功率分布，定時計算各受控點高壓側母線電壓目標，并將目標指令下發到發電廠側AVC系統子站，指令采用遙調方式下達。具體下達方式為：主站每隔一段時間（不超過15min），以通信方式向發電廠RTU發送遙調量指令，電廠RTU將遙調量轉換為一路4～20mA模擬量輸出，使用光纜送至AVC系統子站的模擬量采集單元，經A/D轉換后以通信方式將轉換結果送至AVC系統中控單元，解析后得到主站下發的遙調量，根據下述指令約定獲得母線電壓目標指令。為確保AVC系統中控單元與調度主站獲取數據源一致，RTU實時采集電廠機組的有功功率、無功功率、機端電壓、機端電流和母線電壓等數據，并上傳至調度中心，AVC系統中控單元還將內部狀態信號（如增閉鎖、減閉鎖、自檢等）通過開關量輸出方式送至RTU端，調度可從RTU端獲取系統運行狀態信息。

b.AVC系統中控單元與執行終端之間通過RS485總線連接，中控單元根據接收到的電壓目標指令計算各機組無功出力需求，以機組的實時數據和狀態信號作為參考量，動態調節自動勵磁調節器（AVR）電壓給定值，從而實現對目標指令的自動跟蹤和控制。

c.執行終端需要將系統運行中的增閉鎖、減閉鎖、自檢、運行、通信情況等狀態信號輸出至DCS系統，同時將增、減磁控制信號經DCS系統輸出至勵磁調節器；或者直接將控制信號（增、減磁）輸出至勵磁調節器。勵磁調節器將自動信號以開關量輸入方式接至執行終端的AVR組。

d.各機組無功功率分配時，應保證各機組機端電壓在安全極限內，同時各機組盡可能同步變化，保持相似的調控裕度。

e.在系統故障或受到擾動情況下，母線電壓和無功出力可能會出現波動。為防止對系統和機組造成干擾，AVC系統及時閉鎖控制出口，由機組AVR根據自身邏輯進行反應，避免出現誤調節、頻繁調節、振蕩調節及其他非理性調節的情況。

f.當AVC系統異常或約束條件成立時，AVC系統的功能自動退出，并遙控輸出一個無源接點信號至調度中心以及發電廠。

3 發電廠側AVC系統應用中應注意的問題

AVC系統在各發電廠的應用中普遍遇到一些問題，以下以大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司（簡稱“馬頭發電公司”）為例進行分析探討。

3.1 系統及發電機的穩定性

在電力系統中發電機單機對無限大容量系統的輸出功率為P＝EqUsinδ/Xd，其中，Eq為發電機電動勢；U為系統電壓；δ為發電機功率角；Xd為發電機電抗。

當發電機無功功率過低或進相運行時，在輸出有功功率不變的前提下，隨著勵磁電流的減小，Eq減小，δ減小，從而使發電機的靜態穩定性降低。經過理論計算，機組的最大功率角為90°，考慮發電機接入系統的電抗，確定發電機的功率角極限不超過70°。馬頭發電公司7、8號機組均經過進相試驗，進相運行時發電機的功率因數為0.95～0.97，遠遠達不到靜態穩定極限值。系統發生故障后引起振蕩，電氣參數變化過快則AVC系統自動退出，AVR相應系統電壓和機端電壓的變化自動進行強勵磁動作，維持系統的電壓水平。經分析和試驗驗證，系統及發電機的穩定性是可靠的。

3.2 機組運行的安全性

以發電機的安全運行極限作為AVC系統的限制條件，使機組運行在P－Q靜態穩定限制范圍之內，確保機組的安全穩定。以母線電壓、發電機出口電壓的最高值和最低值限制AVC系統的調整范圍，避免電壓過高造成發電機、主變壓器過激磁。AVC系統投入運行后與發電機AVR的性能相配合，AVR低勵磁限制需要與進相深度良好配合，AVC的減磁閉鎖定值高于AVR低勵磁限制的無功功率，避免機組失磁；AVC的增磁閉鎖定值低于AVR過勵限制定值，避免機組過激磁。當發電機變壓器組或AVR故障時，AVC系統自動判斷并退出運行，AVR按規定進行動作。

3.3 發電機端部的溫度

當發電機由遲相倒進相運行時，其端部定轉子漏磁增大，會引起發電機端部鐵心溫度升高，尤其是定子端部鐵心的齒部、壓指、壓圈等部件。因此，在機組運行中應對發電機鐵心和線棒溫度測點加強監視，不允許超額定運行，還應加強氫冷系統的疏通和調整，冷氫溫度嚴格控制在30～40℃，確保良好的冷卻效果，同時，機組檢修時要重點檢查端部鐵心和繞組的磨損情況及時進行試驗、維護。

3.4 發電機出口和廠用母線電壓

發電機進相運行時，系統無功功率倒流，發電機出口電壓和廠用母線電壓會有所降低，但基本維持在額定電壓的95%以上，正常運行時可滿足輔機動力的運行要求。馬頭發電公司增容改造機組的部分重要動力，存在著超額定功率超額定電流的現象，運行中采取了以下措施。

a.合理調整廠用電運行方式，使大動力分別布置在不同的母線上，維持母線電壓在較高水平。

b.檢查機械回路超功率的原因，從根本上消除影響因素。

c.若廠用母線電壓長期運行在額定值及以下，適當將廠用變壓器分頭調高，提高相應的母線電壓到額定值。

d.依據國由發［1999］579號《汽輪發電機運行規程》規定，發電機出口電壓必須在額定電壓的±10%范圍內。適當降低主變壓器的高壓分頭，確保U＊＜1，使機組多發無功功率，提高廠用變壓器和廠用母線的電壓，但必須進行發電機和主變壓器的過激磁校驗。

4 結論

通過AVC系統在電網中推廣應用，可使根據系統無功潮流的變化自動調節（并網運行機組的無功功率），電壓質量明顯得到提高，電網線損逐步下降，電廠運行人員和調度人員的調整工作量也大大減少，但對發電機的穩定性、勵磁系統響應速度和廠用系統運行提出了更高的要求。因此，發電廠需要針對AVC系統的調節特性和電網調壓特點，采取技術措施解決影響發電機組運行穩定性和安全性的幾項主要問題。