淺析自動電壓控制系統在柘林水電廠的應用

李 忠，劉丹華

（國網江西省電力公司柘林水電廠，江西 九江 332000）

0 引言

隨著社會的進步，工農業生產和人民生活水平不斷提高，對電能質量也提出了更高的要求。電壓質量作為電能質量的重要指標之一，是保證電網安全穩定運行和經濟運行的重要因素。在現在大電網運行下，需要對系統電壓和無功實現如下控制：

1）系統電壓必須大于某一最低數值，以保證電力系統靜態和暫態的運行穩定性，以及廠用電的穩定運行；

2）電網必須具有一定的無功功率儲備，以保證事故后的系統電壓不低于規定的數值，防止出現電壓崩潰事故和同步穩定破壞；

3）保證系統電壓低于規定的最大數值，以適應電力設備的絕緣水平和避免變壓器過飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓；

4）大機組無功出力分配必須滿足系統穩定的要求，單機無功必須滿足P-Q曲線，保證機組安全運行；

5）滿足上述電壓條件下，盡可能降低電網的有功功率損耗，以取得經濟效益。

發電機組勵磁調節系統是電力系統中最重要的無功電壓控制系統，響應速度快，可控制量大，無論是正常運行時保證電壓水平和緊急控制時防止電壓崩潰，都起著重要的作用。發電機無功出力與機端電壓受其勵磁電流的影響，當勵磁電流發生改變時，發電機的無功出力與機端電壓也隨之增減，并通過機端變壓器進一步影響到母線電壓的高低，勵磁電流的增減可通過改變勵磁調節器(AVR)給定值實現。所以系統的無功電壓控制通過勵磁系統來實現。自動電壓調控系統AVC（Automatic Voltage Control）是通過改變發電機AVR的給定值來改變機端電壓和發電機輸出無功的。

1 柘林水電廠AVC基本概述

水電廠自動電壓控制（AVC）是指按預定條件和要求自動控制水電廠母線電壓或全電廠無功功率的技術。主要是計算機監控系統在正常運行時對母線電壓及全廠的無功進行控制，在保證機組安全運行的條件下，為系統提供可充分利用的無功功率，減少電廠的功率損耗。AVC可以滿足電力系統對安全發電的要求和機組安全運行的要求，同時根據實際需要滿足運行人員的一些特殊要求，并且對全廠無功、母線電壓的變化及一些非常情況作出迅速反應，直接執行或提示，使機組運行在優化工況。

柘林水電廠是江西電網的主調峰、調頻電廠及黑啟動的主要備用電源，對整個江西電網的安全穩定運行起著極其重要的作用。在江西電網快速發展的大背景下，對電壓質量提出了更高標準和更嚴格的要求。為進一步提高電網主網的電壓質量，降低主網網損，實現電網運行在線控制的目標，減輕運行值班人員人工調整電壓的勞動強度，2010年柘林水電廠完成了對基于南瑞公司SJ-3000 監控系統的自動電壓控制系統的安裝與調試工作，正式投入運行。

2 AVC使用過程中遇到的問題及其分析

2.1 遇到的問題

依據國家電監會華中監管局華中電監市場價財[2011]200號文件：1）當無機組運行時，電壓越限免于考核。2）機組無功出力或進相深度達到規定的技術要求后，電壓仍不合格，免于考核的規定。

柘林水電廠AVC 控制方式在當地控制下運行，在使用過程中，電壓合格率仍舊偏低。主要是因為發電機組運行時220 kVⅠ母與Ⅱ母壓差過大，全廠AVC頻繁退出原因造成。

2.2 查找原因

通過對220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓曲線圖的查找，發現220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓無規律波動見圖1。

圖1 220 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓錄波圖

圖2為220 kVⅠ、Ⅱ段母線接線。

圖2 220 kVⅠ、Ⅱ段母線接線

圖2中表明220 kVⅠ段母線與Ⅱ段母線通過233開關相連，理論上兩段母線電壓應完全一致。

繪制電壓采集流程簡圖如圖3所示。

圖3 電壓采集流程

從圖3 可以看出從220 kV 母線電壓數據是通過母線電壓互感器二次，經過變送器進入監控模入板，中間經過二個環節和三個端子棑，數據采樣的中間環節過多，變送器的誤差、端子排的松動嚴重影響數據采樣的準確率。

2.3 處理方案

將兩段母線的電壓信號引入現有的測控裝置獲取的交流采集量送入上位機，此方法減少了中間設備，滿足經濟性、可行性等要求。

2.3.1 制定改造方案

圖4為改造原理圖。

圖4 改造原理圖

直接將電壓互感器二次電壓通過測控裝置中的交流采樣裝置變成信號后直接傳至上位機。

2.3.2 試驗

信號引入后，調取同一時段的兩段母線電壓曲線，曲線如圖5所示。

通過對兩個曲線圖中電壓值的橫向比較，在選定時段內通過原有采樣的曲線仍是波動變化大，而采用新的采樣環節的兩段母線相電壓值成一條直線，沒有波動，且偏差很小。為了避免是由于靈敏度差，數據變化量無法進行反映的原因導致電壓無變化，進行虛擬電壓差值的實驗，以檢驗其靈敏度。

圖5 220 kV母線電壓曲線

2.3.3 檢測

分別在選定的時段內人為設定了虛擬電壓波動：

取0.05級（即：對每段母線設定±0.05V二次電壓波動，模擬±110V的一次電壓波動，使兩段母線的電壓偏差在0～±220V的范圍內變化），相電壓變化曲線如圖6：

圖6 0.05級母線相電壓變化曲線

取0.1 級（即：對每段母線設定±0.1 V 二次電壓波動，模擬±220 V 的一次電壓波動，使兩段母線的電壓偏差在0～±440 V 的范圍內變化），相電壓變化曲線如圖7：

圖7 0.1級母線相電壓變化曲線

從圖6 和圖7 可以看出，改造后的采樣信號能夠及時反映電壓的小幅波動。

2.3.4 實施

自2014年2月，220 kV母線電壓從測控單元引入以來，220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓曲線相互重疊，幾乎一致，從圖8實施后母線電壓曲線圖可以看出實施后效果。

圖8 實施后母線相電壓變化曲線

柘林水電廠220 kV 母線電壓合格率大幅度提高，發電機組不會再出現“合母運行時，Ⅰ母與Ⅱ母壓差過大，全廠AVC退出”的現象。由于對AVC及勵磁系統進行不斷改進，根據月報統計，已有多月合格率達到100%。在帶來經濟效益的同時，重要的是能夠更好的保證電網質量，服務于廣大用電客戶。

3 結束語

提高AVC投入率，實現電力系統中的無功功率及電壓自動控制。從電網無功優化運行的角度看，讓全網的電壓保持在合格范圍內，使全網的線損最小，這是電力系統的理想狀態。隨著國家的日益國際化，社會經濟的繁榮發展，要保證電網更加穩定，提供更加高質的電能。自動電壓控制系統（AVC）將發電廠母線電壓的調整由人工監控改為自動調控，通過合理分配無功，可將系統電壓和無功儲備保持在較高的水平，從而大大提高電網安全穩定水平和機組運行穩定水平，改善了電網電壓質量，使電壓合格率得到大幅度提高。同時還消除了人為因素引起誤調節的情況，有效降低了運行人員的工作強度。

[1]陸安定.發電廠變電所及電力系統的無功功率[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]袁季修.電力系統安全穩定控制[M].北京：中國電力出版社，1996.

[3]王梅義，吳競昌，蒙定中.大電網系統技術[M].北京：中國電力出版社，1995.