四川沙灣水電站自動電壓控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

顏現(xiàn)波，馮　迅，龔傳利（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

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四川沙灣水電站自動電壓控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

顏現(xiàn)波，馮迅，龔傳利
（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

摘要：介紹了沙灣水電站AVC系統(tǒng)的功能設(shè)計、調(diào)節(jié)模式、無功分配原則及“雙機一變”的處理方法，提出了AVC調(diào)試中的安全控制策略及異常工況處理方案。

關(guān)鍵詞：自動電壓控制；A V C；分配原則；雙機一變；安全控制策略；異常工況處理

0概述

電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和補償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行的一個重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負(fù)荷的補償，不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且可以降低網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行。水電廠自動電壓控制（AVC）是按照預(yù)定條件和要求自動調(diào)節(jié)母線電壓或全廠無功功率。AVC系統(tǒng)通過快速調(diào)節(jié)電廠的無功功率使母線電壓穩(wěn)定在一個合理的范圍，從而達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。

沙灣電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)。電站裝機規(guī)模為480 MW，采用發(fā)電機-變壓器擴(kuò)大單元接線方式，配置2臺主變壓器，以220 kV電壓等級并入四川電網(wǎng)，承擔(dān)著四川電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)。目前，沙灣電站最高480 MW負(fù)荷，并通過2回線路將負(fù)荷送出。電站采用H9000 V4.0自動電壓控制系統(tǒng)。

1水電廠AVC控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1雙機冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，AVC程序運行在監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序服務(wù)器上，兩臺工作站硬件配置和運行軟件完全相同，同時接受數(shù)據(jù)采集服務(wù)器發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，兩服務(wù)器為完全冗余，互為熱備，主控和備用狀態(tài)可由操作員手動切換。AVC程序的計算保持同步，只有主控服務(wù)器可對機組LCU下達(dá)調(diào)功令。當(dāng)主控服務(wù)器故障退出時，備用機自動切為主控，若兩臺服務(wù)器同時發(fā)生故障，AVC功能也將自動退出。

圖1 AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

1.2功能模式設(shè)計

AVC功能運行模式包括：廠站AVC運行模式與調(diào)度AVC運行模式。AVC功率調(diào)節(jié)方式包括：電壓給定方式、電壓曲線方式等。

（1）母線電壓曲線方式

在該方式運行時，AVC自動檢測母線電壓是否在相應(yīng)時段的母線電壓上限、下限值范圍內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)超出則通過調(diào)節(jié)全廠無功功率，使電站高壓母線電壓維持在該時段母線電壓上限、下限值范圍內(nèi)。

（2）給定母線電壓控制方式

在該方式運行時，AVC根據(jù)運行人員給定的母線電壓目標(biāo)值，調(diào)節(jié)機組無功功率，使電站高壓母線電壓維持在給定的死區(qū)范圍內(nèi)。

2無功分配策略

AVC控制系統(tǒng)通過對機組無功功率調(diào)節(jié)來實

其中：Qtarget為目標(biāo)總無功功率；Qsum為當(dāng)前實發(fā)總無功功率。

Qset為所需分配總無功功率；∑Q單機為當(dāng)前非成組可調(diào)機組無功功率之和。

Vtarget為目標(biāo)母線電壓值；Vcurrent為當(dāng)前母線電壓值。kv為無功調(diào)差系數(shù)。

對目標(biāo)無功功率，應(yīng)在當(dāng)前可用的無功成組機組間進(jìn)行分配，主要無功分配方式有：等容量比例分配法和等功率因數(shù)分配法兩種方式。

2.1修正等容量比例分配法

通過文本配置各臺機組分配比例系數(shù)。

其中：Qset為所需分配總無功功率；Qi為每臺成組可調(diào)機組分配無功功率；

factor［i］為當(dāng)前計算的機組比例系數(shù)；factorsum為成組可調(diào)機組比例系數(shù)和。

2.2等功率因數(shù)分配法

由于功率因數(shù)不同導(dǎo)致機組間電流補償，所以當(dāng)各機組有功不同時，可采用等功率因數(shù)分配策略。具體如下：

Qi=Pi×Qset/Psum

其中：Qset為所需分配總無功功率；Qi為每臺成組可調(diào)機組分配無功功率；

Pi為當(dāng)前成組可調(diào)機組有功實發(fā)值；Psum為成組可調(diào)機組有功功率總和。

2.3“雙機一變”處理措施

在該電站中采用了“雙機一變”的接線方式，即兩臺機組共用一臺主變。在此接線方式中機組勵磁系統(tǒng)采取了電壓保護(hù)措施，即一臺機組無功升高時，另外一臺機組無功降低，以此來保持電壓穩(wěn)定。即兩臺機組之間存在相互制約作用。這種“相互制約”的方式導(dǎo)致在AVC調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)機組無功變化較大，不能保持穩(wěn)定狀態(tài)。為此我們采取以下措施：

（1）AVC調(diào)節(jié)過程中，兩臺機組的無功功率初始值盡量保持相同。

（2）AVC調(diào)節(jié)過程中，盡量使兩臺機組調(diào)節(jié)方向相同，即“同升同降”原則。

（3）AVC調(diào)節(jié)過程中，盡量使調(diào)節(jié)命令同時到達(dá)機組LCU，保持機組能同時響應(yīng)。

3 AVC安全控制策略及異常工況處理

3.1 AVC安全控制策略

（1）機組增磁/減磁閉鎖條件

在增無功升壓的過程中，如機組達(dá)到增勵磁的約束條件之一，即停止該機組的增無功升壓作業(yè)，僅允許往相反方向調(diào)節(jié)，并發(fā)出增磁閉鎖信號。在減無功降壓的過程中，如機組達(dá)到減勵磁的約束條件之一，即停止該機組的減無功降壓作業(yè)，僅允許往相反方向調(diào)節(jié)，并發(fā)出減磁閉鎖信號。主要約束條件如下：

①機端電壓越限閉鎖值；②定子電流越限閉鎖值；③勵磁電流越限閉鎖值；④實發(fā)無功越限閉鎖值（根據(jù)P-Q曲線）；⑤相應(yīng)廠用母線電壓越限閉鎖值。

（2）母線電壓安全閉鎖條件

①母線電壓越限閉鎖值；②母線電壓波動越限閉鎖值；③母線電壓突變閉鎖值。

3.2 AVC系統(tǒng)異常工況處理

（1）機組數(shù)據(jù)采集故障（如有功、無功變送器故障）或機組LCU故障（發(fā)電態(tài)機組）。處理方式：退出全站及單機AVC調(diào)節(jié)，各機組有功、無功無變化。

（2）機組狀態(tài)突變（在負(fù)荷大于10%額定條件下由發(fā)電態(tài)變?yōu)槠渌麪顟B(tài)）。處理方式：退出全站及單機AVC調(diào)節(jié)，各機組有功、無功無變化。

（3）調(diào)度通訊故障。處理方式：退出全站及單機AVC調(diào)節(jié)，各機組有功、無功無變化。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)主、從機故障。處理方式：主機故障或重啟時，從機能自動切換為主機，并執(zhí)行AVC功能，AVC對各機組的無功分配正常無變化。

（5）全廠重大事故或保護(hù)動作。處理方式：退出全站及單機AVC調(diào)節(jié)，各機組有功、無功無變化。

（6）電壓給定值錯誤（如：越全廠上、下限，越單步調(diào)節(jié)步長等）。處理方式：AVC不執(zhí)行錯誤命令，各機組有功、無功無變化。

（7）線路頻率異常。處理方式：退出全站及單機AVC調(diào)節(jié)，各機組有功、無功無變化。

（8）機組無功調(diào)節(jié)超時。處理方式：機組PLC收到AVC發(fā)出的有功調(diào)節(jié)命令后5 min內(nèi)若仍無法將無功調(diào)節(jié)到位，則將上送機組無功調(diào)節(jié)超時信號，AVC收到此信號后將該機組切至AVC單機，不影響其他機組的AVC成組運行。

（9）數(shù)據(jù)庫不定態(tài)過程中AVC的讀取和計算的可靠性。處理方式：AVC后臺無異常提示信息，所有讀取的點保持生成數(shù)據(jù)庫前的數(shù)值，生成過程中AVC仍能完成正常分配任務(wù)。

4結(jié)束語

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，原有無功電壓人工手動調(diào)整控制手段已不能滿足電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運行的要求。為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，四川省調(diào)度中心采用全網(wǎng)一體化的自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）進(jìn)行全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，以降低網(wǎng)損、提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平和電壓質(zhì)量。本文主要介紹AVC系統(tǒng)功能設(shè)計及安全控制策略和異常工況處理，確保電站機組安全運行及維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定，對今后水電站的AVC功能設(shè)計具有一定的借鑒意義。

中圖分類號：TV736

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）06-0024-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.009

收稿日期：2015-08-07

作者簡介：顏現(xiàn)波（1981-），男，工程師，從事水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研制、集成，水電站自動電壓控制系統(tǒng)研究工作。現(xiàn)對母線電壓的調(diào)節(jié)功能。即