小型水電站自動調頻調壓裝置研究

馬 越（國家電網甘孜供電公司,四川 甘孜 626000）

小型水電站自動調頻調壓裝置研究

馬 越
（國家電網甘孜供電公司,四川 甘孜 626000）

這幾年，隨著我國電力緊缺，水能資源需求持續增大，愈來愈多的小型水電站在河流眾多、水能資源蘊藏豐富的西南地區建設、運行，將在國家電力系統中占據著重要地位，并且還將負責一部分的動態負荷。因此，對小型水電站進行相關研究很有必要。本文主要研究小型水電站自動調頻調壓裝置研究。

水能資源;傳統調壓;自動調頻調壓

1 調頻調壓的需求變高

由于機組容量高增長，調頻調壓的需求變高，對機組穩定性和調節能力的要求也相應更高。可眼下，西南地區小型水電站主要還是依靠傳統的調壓室。所謂傳統的調壓室就是“建筑在水電站壓力引水道與高壓管道相接處的一個能造成水擊波反射的平壓建筑物,其可防止水擊波傳播到壓力引水道中去,減少高壓管道中的水擊值,當水電站負荷變化時,可改善機組的運行條件。”盡管它曾經是整個系統中比較重要的一個建筑物，它的設置有利于保障發電機組穩發滿發，穩定運行，可是，它同樣也存在著不少問題，比如，修建難度較大、建造費用高，且依賴直流操作電源系統等。以前，每個調壓室均有專職安全值班人員，能及時開展直流輸電設備的檢修，所以能夠在第一時間發現、處理出現的故障，確保水電站安全生產。現在，已相繼推行無人值守調壓室，那么，就需要對傳統的調壓室進行技術改造。故而，如何改造傳統調壓室的直流電源系統成為了西南地區小型水電站規劃中必須仔細分析研究的問題。從現有研究成果來看，學者們對此進行了多方面的分析，比如崔清溪先生于1993年在《江西水利科技》發表的《試論取消水電站調壓室的可行性與合理性》，王治中、王建林、趙毅力三位先生于2008年在《西北農林科技大學學報》發表的《水電站調壓室設置必要性判式的分析研究》，楊勇先生于2011年在《紅水河》發表的《水電站調壓室的穩定性研究》，武漢大學鮑海艷的博士畢業論文《水電站調壓室的設置條件及運行控制研究》，普遍認為傳統調壓室的直流電源系統隨著科技的進步，缺點將會越來越凸顯，可嘗試用性能優越、造價低廉以及建造容易的新的自動調頻調壓的裝置進行改造。基于此，筆者將就西南地區小型水電站自動調頻調壓的裝置問題進行探討，以期此裝置能夠在日后運營時便捷高能，自動完成調頻調壓，保障電網安全穩定和電源質量。

2 系統維持電壓能力分析

（1）以往小型水電站直流電源系統中，合閘母線一般是240V，連接了斷路器的合閘線圈，合閘時由直流屏提供電源。控制母線一般是220V，連接控制、信號等，也是由直流屏提供電源。合閘母線工作時間短，會有瞬間較大電流，但沒有負荷電流。而控制母線工作時間較合閘母線長，能夠供給持續電流，不會像合閘母線會有瞬時較大電流及電壓暫降過程，但對系統維持電壓能力的需求高，不似合閘母線對電壓的允許偏差大。當供電系統裝置能源源不斷供電，并保證電源質量時，電壓一般來說會高出控制母線允許的波動范圍。如要保證控制母線的運行電壓控制在額定值，就需把合閘母線電壓降到設定值以下。筆者談到的自動調頻調壓裝置就可以完成此功能。

（2）當合閘母線通過硅鏈降壓（挑選硅鏈應檢查額定電流還有電壓能力）至回路降壓，變為控制母線時，正控制母線能夠自動調壓采樣回路，根據采樣數據經過一定的算法識別回路。假若正控制母線并不超過開始定下的結點，就不會導通觸發電路，繼電器同樣不會工作，電路也就處于之前穩定工作點，正控制母線差動保護遵循原樣。假若正控制母線已經越過了開始定下的結點，回路就會產生提示信號，隨即導通觸發電路，觸發電路從輸入端接收到信號后產生脈沖信號，進而使繼電器運行。通過繼電器智能節點響應或關斷，完成二極管為導通還是為斷開正控制母線回路，進一步達成正控制母線可以遵循規定值，也就可以達成自動調試正控制母線電壓。

3 自動調頻為反饋控制系統

（1）需要說明的是，直流系統控制母線采用硅堆降壓時，必須采用開路保護器。因為降壓硅堆大多是將40-50個硅二極管串聯起來，長久運行的過程中，即便僅是其中一個硅二極管出現問題，也會導致控制母線出現故障，讓生產、轉換電能的設備在沒有任何防范措施的環境下生產，后果是非常可怕的。針對這一情況，一些調壓室設置保護回路以防范，不過，由于利用繼電器切換方法，耗時較久，難以滿足保護裝置對電源性能的基本要求，進而引起保護和自動裝置發出錯誤的動作指令。所以，設置一款快速、精密的開路保護器是生產中不可或缺的。

（2）自動調頻為反饋控制系統,也就是輸出量對系統的指數穩定性有直接影響。自動調頻系統則主要有負荷分配回路以及機組控制回路組成。第一種回路是根據區域控制誤差來推測負荷的單位調節功率，并將此結果與機組的單位調節功率相加在一起，然后再以一定比例分配到各單位。第二種回路則按照已分配好的功率和有效功率的額差，依靠自動調功調壓裝置給出信號，然后調節馬達，完成額定功率。其中，調速器參數設置是一個比較重要的步驟，對系統穩定性有著重要的影響。

（3）自動調頻裝置還要考慮到西南地區小型水電站這一特殊環境。所以，到底能不能夠運行這一裝置尚得參考水道中水流慣性的特征時間常數。此直接影響調節效果，假若耗時過久，負荷不平衡引起頻率波動，而發電機反應遲緩往往來不及調整。盡管第二輪波動有偏差，但是出力依然遵循第一輪的波動變化。所以當遇到時間常數較大機組時，需改造它的調頻死區設置方法，才可以在系統頻率波動時及時調整。

4 結束語

綜上所述，小型水電站自動調頻調壓裝置對穩定、提高西南地區電能質量，降低能源消耗有著十分重要的作用。眼下，西南地區小型水電站已著手進行，因為涉及技術保密的問題，此處暫不公開該自動調頻調壓裝置的具體實現過程。

[1]鮑海艷.水電站調壓室的設置條件及運行控制研究[M].武漢大學,2010.

[2]王治中,王建林,趙毅力.水電站調壓室設置必要性判式的分析研究[M],西北農林科技大學學報,2008.