無功電壓自動控制系統(tǒng)調(diào)試方法研究

崔佳鵬，徐明宇，穆興華，曹 融，王 宏，呂永生

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 調(diào)控中心，哈爾濱 150090；3.國網(wǎng)大慶供電公司,黑龍江 大慶 163485)

無功電壓自動控制系統(tǒng)調(diào)試方法研究

崔佳鵬1，徐明宇1，穆興華1，曹 融1，王 宏2，呂永生3

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 調(diào)控中心，哈爾濱 150090；3.國網(wǎng)大慶供電公司,黑龍江 大慶 163485)

電壓穩(wěn)定直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量，各上網(wǎng)電廠均安裝了無功電壓自動控制(AVC)系統(tǒng)子站，與AVC主站構(gòu)成了電網(wǎng)的無功電壓自動控制系統(tǒng)，對電網(wǎng)電壓進行自動調(diào)節(jié)和控制。本文介紹了AVC系統(tǒng)的原理和電廠側(cè)子站控制實現(xiàn)方式，提出一種調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓無功的AVC現(xiàn)場調(diào)試方法，可以為其他調(diào)試現(xiàn)場提供借鑒。

自動電壓控制；發(fā)電廠AVC系統(tǒng)；AVC調(diào)試方法

隨著電力系統(tǒng)快速發(fā)展，我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)各級結(jié)構(gòu)和運行方式變得日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的無功電壓手動調(diào)節(jié)方式已經(jīng)越來越不適用于電力系統(tǒng)的需要，無功電壓自動控制(AVC)系統(tǒng)成為降低電網(wǎng)損耗[1]、減輕運行人員勞動強度、改善電能質(zhì)量必不可少的手段[2]。根據(jù)國家電網(wǎng)統(tǒng)一部署，黑龍江電網(wǎng)已經(jīng)完成AVC系統(tǒng)建設(shè)，并作為一個功能模塊并入黑龍江省智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)平臺。黑龍江電網(wǎng)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)通信的傳輸媒介，控制全部省調(diào)直調(diào)220kV及以上水火電廠的AVC電廠側(cè)子站。隨著AVC控制規(guī)模逐步擴大，AVC系統(tǒng)的控制能力將逐漸增強，系統(tǒng)調(diào)壓、降損效果將更加顯著。

發(fā)電廠側(cè)AVC裝置是電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，是提高電網(wǎng)電壓安全和運行管理水平，保證電能質(zhì)量的重要技術(shù)手段[3]。但由于發(fā)電廠AVC系統(tǒng)牽涉到電氣、熱工、運行、通信等多種相關(guān)專業(yè)[4]，目前現(xiàn)場調(diào)試方法和調(diào)試手段多種多樣，并不統(tǒng)一，多數(shù)的調(diào)試方法僅僅限于裝置本身功能，AVC對電網(wǎng)實際無功電壓調(diào)節(jié)并未進行詳細的測試。本文提出一種完整的發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)調(diào)試方法，調(diào)試內(nèi)容包括AVC子站的靜態(tài)試驗、動態(tài)試驗，以及實際調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓無功的AVC子站電壓無功調(diào)節(jié)試驗，希望能夠給AVC系統(tǒng)調(diào)試的發(fā)電廠提供借鑒。

1 發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)控制原理及電 壓調(diào)節(jié)方式

發(fā)電廠側(cè)AVC子站既可以接受AVC主站的電壓和電廠無功出力的目標值，進行全電網(wǎng)的閉環(huán)控制，也可以進行發(fā)電廠電壓控制，保證發(fā)電廠的母線電壓、無功出力在合理范圍之內(nèi)。發(fā)電廠AVC系統(tǒng)子站具有遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能，可獨立采集機組運行實時機端電壓、電流、母線電壓、機組有功功率和無功功率等重要遙測模擬量，能夠按照一定的算法將發(fā)電廠的無功總目標分配到各個機組，實現(xiàn)發(fā)電廠內(nèi)多機的無功電壓協(xié)調(diào)控制[5]。發(fā)電廠AVC系統(tǒng)是一個包含AVC后臺機、上位機、機組下位機的完整系統(tǒng)，集成了機組運行數(shù)據(jù)的實時采集、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信、人機交互、邏輯計算等多種模塊。AVC上位機通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接受來自主站的調(diào)控目標，與電廠實際運行情況進行對比，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的控制策略實時給出電廠各機組發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的調(diào)控目標，實現(xiàn)發(fā)電廠多機組無功、電壓的自動控制。AVC下位機對機組運行相關(guān)的閉鎖條件等進行校核，通過DCS或者直接對機組勵磁調(diào)節(jié)器進行控制。AVC后臺機進行AVC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和分析功能。AVC系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 AVC系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of AVC system

2 發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)調(diào)試方法

以黑龍江某火電廠的AVC系統(tǒng)調(diào)試為例。該發(fā)電廠是黑龍江地區(qū)常見的2×300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組，單機組發(fā)電機出口電壓互感器變比為20 000/100，電流互感器變比為15 000/5。

AVC系統(tǒng)調(diào)試第一步進行AVC裝置屏柜的檢查，包括裝置、屏柜接線、電源、模擬通道采樣、開關(guān)量通道開入開出等檢查。第二步進行AVC系統(tǒng)靜態(tài)試驗，包括投退閉鎖邏輯試驗、增減磁以及保護定值試驗，該試驗可以通過繼電保護測試儀模擬給AVC裝置通入電壓電流模擬機組運行，也可以在機組運行時進行試驗。最后進行AVC系統(tǒng)動態(tài)試驗，包括單機動態(tài)試驗和全廠雙機動態(tài)試驗。通過在AVC系統(tǒng)設(shè)定母線電壓或無功的目標值，自動調(diào)節(jié)全廠各機組勵磁系統(tǒng)，達到預(yù)先設(shè)定的母線電壓或無功目標值。

2.1 AVC裝置檢查

2.1.1 裝置外觀、接線檢查

檢查AVC裝置外觀、硬件配置、接線，應(yīng)符合圖紙設(shè)計，滿足設(shè)計和運行要求。檢查AVC裝置背板接插件，無斷線、短路等現(xiàn)象。

2.1.2 絕緣電阻測試

AVC裝置絕緣電阻測試：用500 V搖表分別測量交流電流、交流電壓、開入、開出、電源回路的絕緣電阻，絕緣電阻應(yīng)大于20 MΩ。

整個二次回路絕緣電阻測試：用1 000 V搖表分別測量各回路對地絕緣電阻，絕緣電阻應(yīng)大于1 MΩ。

2.1.3 電源檢查

AVC裝置的通電自檢：給上裝置電源開關(guān)，裝置電源指示燈、運行閃燈亮，管理機正常啟動，顯示屏顯示正常，管理機與裝置通訊正常。

2.1.4 采樣模擬通道檢查

采樣模擬通道檢查利用繼電保護測試儀在AVC裝置相應(yīng)采樣通道通入電壓電流，模擬全廠兩臺機組的發(fā)電機電壓、電流、母線電壓。模擬量采樣和AVC系統(tǒng)計算的發(fā)電機有功無功出力顯示均在合理范圍內(nèi)，AVC采樣正確。

2.1.5 開關(guān)量開入開出通道檢查

在AVC裝置模擬開出AVC投入請求、退出請求、增減磁，在AVC裝置相應(yīng)節(jié)點利用萬用表通斷檔測量正確。在AVC裝置相應(yīng)節(jié)點處，短接DCS允許AVC信號、勵磁系統(tǒng)低勵、過勵限制、勵磁系統(tǒng)故障信號，AVC裝置開入顯示正確。該AVC系統(tǒng)開關(guān)量開入開出通道正確，滿足設(shè)計要求。

通過以上裝置檢查，說明AVC系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，可以繼續(xù)進行靜態(tài)和動態(tài)試驗。

2.2 AVC靜態(tài)試驗

AVC裝置靜態(tài)試驗是指驗證DCS對AVC裝置的投退控制和勵磁系統(tǒng)對AVC裝置的閉鎖邏輯是否滿足設(shè)計要求，AVC裝置對勵磁系統(tǒng)增磁減磁、機組無功的控制，以及AVC保護定值對AVC裝置調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的影響。

2.2.1 AVC無功調(diào)節(jié)及投退閉鎖邏輯試驗

機組正常運行時或利用繼電保護測試儀輸出電壓電流模擬機組運行時，對AVC裝置進行投退、邏輯閉鎖以及無功調(diào)節(jié)試驗，測試AVC裝置能否滿足設(shè)計要求，并在AVC上位機設(shè)定無功目標值，測試AVC系統(tǒng)是否能夠正確地發(fā)出增減磁脈沖。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 AVC無功調(diào)節(jié)及投退閉鎖邏輯試驗Table 1 AVC reactive power regulation and logic test of busbar and locking

2.2.2 AVC保護定值校驗

機組正常運行時或利用繼電保護測試儀輸出電壓電流模擬機組運行時，AVC系統(tǒng)投入運行，修改AVC裝置內(nèi)的定值，測試AVC保護功能能否滿足設(shè)計要求，如表2所示。

2.3 AVC動態(tài)試驗

發(fā)電廠內(nèi)AVC單機動態(tài)試驗分別在已運行機組上進行單機AVC閉環(huán)試驗，通過單機AVC閉環(huán)試驗后，可以進行廠內(nèi)多機組配合的AVC多機動態(tài)閉環(huán)試驗。單機閉環(huán)試驗驗證AVC裝置通過給勵磁系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號來調(diào)節(jié)機組無功出力和出口母線電壓達到設(shè)定的目標值。

2.3.1 AVC單機閉環(huán)試驗

每臺機組單機AVC閉環(huán)試驗約20 min，此時需要參與AVC調(diào)節(jié)的機組有功負荷穩(wěn)定，不可以運行在振動區(qū)。運行的機組臺數(shù)最少要求是1臺，如有其他運行機組，其有功負荷也需穩(wěn)定，不可以運行在振動區(qū)。單機AVC動態(tài)試驗共做4次無功調(diào)節(jié)，投入試驗機組的單機AVC，投全廠AVC，投入調(diào)節(jié)閉環(huán)，檢查機組負荷應(yīng)無變化并做好記錄。

表2 AVC保護定值校驗試驗Table 2 AVC protection setting verification and test

第一次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓+1 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第二次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓-1 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第三次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓+1 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第四次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓-1 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。

試驗記錄如表3、4所示。

表3 #1號機AVC單機動態(tài)試驗Table 3 #1 unit AVC single-machine dynamic test

表4 #2號機AVC單機動態(tài)試驗Table 4 #2 unit AVC single-machine dynamic test

通過單機閉環(huán)試驗可以看出每臺機組的AVC裝置可以根據(jù)目標值自動調(diào)節(jié)機組無功出力和機組母線電壓，調(diào)節(jié)時間滿足實際需求。

3.2.2 雙機閉環(huán)試驗

雙機閉環(huán)試驗主要在合母方式下，控制對象為母線電壓，多機分配方式設(shè)定為“按無功容量等比例分配”，在此方式下對全廠AVC無功功率分配及調(diào)節(jié)性能進行測試。雙機開環(huán)閉環(huán)試驗，約20 min，此時需要參與AVC調(diào)節(jié)的機組有功負荷穩(wěn)定，不可以運行在振動區(qū)。雙機閉環(huán)試驗共做4次無功調(diào)節(jié)，投入試驗機組的單機AVC,投全廠AVC，投入調(diào)節(jié)閉環(huán)，檢查機組負荷應(yīng)無變化并做好記錄。

第一次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓+1 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第二次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓-1 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第三次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓+2 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第四次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實測電壓-2 kV，檢查試驗機組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。

試驗記錄如表5所示。

表5 雙機AVC閉環(huán)試驗Table 5 Dual-machine AVC blocking test

通過雙機閉環(huán)試驗可以看出,AVC裝置可以根據(jù)目標值自動調(diào)節(jié)全廠機組無功出力和母線電壓,調(diào)節(jié)過程中機組運行平穩(wěn)，無異常情況，調(diào)節(jié)時間滿足實際需求，能夠達到試驗要求和目的。

2.4 AVC系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)

通過靜態(tài)試驗以及全廠雙機動態(tài)試驗，對相關(guān)試驗數(shù)據(jù)記錄進行比對分析，該電廠2臺機組能夠及時響應(yīng)并正確執(zhí)行AVC上位機下發(fā)的母線電壓目標值，試驗期間機組有功負荷穩(wěn)定，全廠有功負荷保持穩(wěn)定。AVC系統(tǒng)廠內(nèi)調(diào)試試驗全部完成。

3 結(jié) 語

AVC裝置的廠內(nèi)調(diào)試牽扯面廣，涉及到發(fā)電廠內(nèi)各專業(yè)的協(xié)調(diào)以及各系統(tǒng)設(shè)備的相互配合，調(diào)試過程不僅需要被調(diào)試設(shè)備具備良好的擴展性、可調(diào)試性，調(diào)試前還需要準備多種事故預(yù)案，以便應(yīng)對可能出現(xiàn)的各種緊急情況。例如：緊急情況下AVC系統(tǒng)的快速退出方案，下位機增減磁控制時觸電粘連導(dǎo)致機組無功連續(xù)增減時的應(yīng)對方案，如何在保證試驗效果的情況下，不影響發(fā)電廠現(xiàn)有設(shè)備的正常運行。考慮到試驗的安全性，AVC裝置的靜態(tài)調(diào)試一般在機組停機檢修時進行，通常在機組并網(wǎng)前完成AVC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣試驗、接口試驗，并網(wǎng)后進行動態(tài)調(diào)試，這樣就會導(dǎo)致調(diào)試過程跨越機組檢修過程。同時，為達到理想的控制效果，一般需要等本廠所有具備條件的機組全部單機調(diào)試完畢后再進行系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試。

長遠來看，發(fā)電廠AVC裝置接入調(diào)度系統(tǒng)是大勢所趨，本文以某發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)調(diào)試試驗為例，介紹了AVC系統(tǒng)的測試方法和現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)，希望能夠給AVC系統(tǒng)調(diào)試的發(fā)電廠提供借鑒。

[1] 張金平,劉振富,鄭國太.AC-4000A發(fā)電廠自動電壓控制裝置調(diào)試技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(22): 120-123.ZHANG Jinping,LIU Zhenfu,ZHENG Guotai.Test technology of PAC-4000A power plant automatic voltage control device[J].Automation of Electric Power Systems,2010 34(22): 120-123.

[2] 黃旭東.自動電壓控制系統(tǒng)在發(fā)電廠側(cè)的應(yīng)用[J].浙江電力,2014 (1): 43-46.HUANG Xudong.Application of automatic voltage control system in power plant side[J].Zhejiang Electric Power,2014 (1): 43-46.[3] 劉健.自動電壓控制(AVC)子站功能及其建設(shè)實踐[J].電力建設(shè),2014,35(2): 95-100.LIU Jian.Function and construction practice of AVC sub station[J].Electric Power Construction,2014,35(2): 95-100.

[4] 李欽,溫柏堅.廣東電網(wǎng)電廠AVC子站建設(shè)研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2008,36(21): 38-42.LI Qin,WEN Baijian.Research of the construction of AVC substation of power plant of Guangdong power grid[J].Power System Protection and Control,2008,36(21): 38-42.

[5] 王永平.JISHU自動電壓控制技術(shù)(AVC)在電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].技術(shù)與市場,2011,18(12): 68-69.WANG Yongping.Applied research on automatic voltage control (AVC) in grid[J].Technology and Market,2011,18(12): 68-69.

(編輯 陳銀娥)

Research on debugging method of automatic voltage control (AVC) system

CUI Jiapeng1，XU Mingyu1，MU Xinghua1，CAO Rong1，WANG Hong2，Lü Yongsheng3

(1.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China;2.Regulation Center,State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited,Harbin 150030,China;3.State Grid Daqing Power Supply Company,Daqing 163485,China)

Voltage stability is directly related to the quality of power supply.At present,sub-stations of the automatic voltage control (AVC) system are all installed in the power plants,together with AVC master station to constitute AVC system of the grid for automatic adjustment and control to the grid voltage.In this paper,the principles of AVC system and implementation method to control power plant-side sub-station are described and a AVC field debugging method to adjust the grid voltage and reactive power is proposed,which can provide reference for other debugging sites.

automatic voltage control (AVC); power plant AVC system; AVC debugging method

2016-12-21;

2017-06-19。

崔佳鵬(1988—)，男，碩士研究生，工程師，主要研究方向為智能電網(wǎng)、智能變電站調(diào)試工程及網(wǎng)源協(xié)調(diào)等。

TM933.3

A

2095-6843(2017)04-0299-04