熱電廠AVC系統(tǒng)子站的設計與應用

牛保軍，張禮珍，安惠國

(大唐保定熱電廠，河北 保定 071051 )

1 概述

自動電壓控制(AVC)系統(tǒng)安裝于調(diào)度側(cè)的主站，對電網(wǎng)各參數(shù)進行穩(wěn)定和經(jīng)濟計算后對電廠側(cè)的各機組子站下發(fā)無功功率(電壓)調(diào)整指令，實現(xiàn)電網(wǎng)和機組間的電壓和無功功率合理分配，實現(xiàn)無功自動調(diào)整(分配)。 AVC系統(tǒng)是保證大電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的自動調(diào)整設備，通過AVC系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)電壓的最低、最高限制值，保證系統(tǒng)合理無功功率儲備，實現(xiàn)機組間的合理無功功率分配，降低電網(wǎng)功率損耗。大唐保定熱電廠(簡稱“保定熱電廠”)二廠區(qū)位于保定市西郊，2臺200 MW火電機組(10號、11機組)于2007年投運，發(fā)電廠母線及出線電壓220 kV。為配合河北省南部電網(wǎng)AVC系統(tǒng)建設，保定熱電廠于2009年初安裝投運一套子站設備。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及工作流程

AVC系統(tǒng)架構(gòu)按電壓調(diào)整分為3個層次，一級電壓控制，二級電壓控制，三級電壓控制[1]。

a.一級電壓控制為單元控制?？刂破鳛榘l(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器，控制時間常數(shù)為毫秒～秒級，在這級控制中，控制設備通過保持輸出變量盡可能的接近設定值補償電壓快速和隨機的變化，其作用是保證機端電壓等于給定值。

b.二級電壓控制為本地控制(子站設備)，時間常數(shù)約為秒～分鐘級，控制器為無功功率電壓自動調(diào)控裝置，控制的主要目的是協(xié)調(diào)本地的一級控制器，保證母線電壓或全廠總無功功率等于設定值，如果控制目標產(chǎn)生偏差，二級電壓控制器則按照預定的控制規(guī)侓改變一級電壓控制器的設定值。

c.三級電壓控制是全局控制，時間常數(shù)約為分鐘～小時級，它以全系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標，給出各廠站的優(yōu)化結(jié)果，并下達給二級控制器，作為二級控制器的跟蹤目標，安裝在河北省調(diào)度通信中心側(cè)。

保定熱電廠的AVC子站設備作為河北省南部電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的一個子站，接受主站指令并經(jīng)計算后下發(fā)給2臺發(fā)電機的勵磁設備，實現(xiàn)2臺發(fā)電機的無功功率分配和自動調(diào)節(jié)。AVC系統(tǒng)分層模型見圖1[1]。

圖1 AVC系統(tǒng)分層模型

保定熱電廠投運的YC2008 AVC自動調(diào)控系統(tǒng)，安裝在機組保護間，通過光纜至廠調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設備至電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)至主站，子站架構(gòu)見圖2[1]

圖2 AVC系統(tǒng)子站架構(gòu)示意

調(diào)度側(cè)AVC主站每隔一段時間(根據(jù)實際要求，數(shù)分鐘不等)對網(wǎng)內(nèi)裝設子站的發(fā)電機組或電廠下發(fā)母線電壓指令(或無功功率目標指令)，發(fā)電廠側(cè)通信數(shù)據(jù)處理平臺同時接受主站的母線電壓指令(或無功功率指令)和遠動終端采集的實時數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場通信網(wǎng)絡發(fā)送至無功功率自動調(diào)控裝置。裝置經(jīng)過計算，并綜合考慮系統(tǒng)及設備故障以及AVR各種限制、閉鎖條件后，給出當前運行方式下，在發(fā)電機調(diào)整能力范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案，然后向勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號，通過增減勵磁調(diào)節(jié)器給定值來改變發(fā)電機勵磁電流，進而調(diào)節(jié)發(fā)電機無功功率出力，使機組無功功率或母線電壓維持在調(diào)度中心下達的母線電壓指令(或無功功率指令)附近。AVC系統(tǒng)子站工作流程示意見圖3。

圖3 AVC系統(tǒng)子站工作流程示意

3 系統(tǒng)實現(xiàn)方式

3.1 系統(tǒng)通信

調(diào)度中心主站至發(fā)電廠下行通信(發(fā)電廠的當?shù)毓δ?采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)絡通信，下達AVC指令，并返送各發(fā)電廠參與AVC調(diào)節(jié)的各發(fā)電機組的無功功率功率，用來與當?shù)毓δ懿杉降膶崟r數(shù)據(jù)相比較，當二者不一致時判斷為通信故障，規(guī)約為省調(diào)下行規(guī)約。

AVC調(diào)節(jié)裝置向勵磁調(diào)節(jié)下達的無功功率增、減指令的脈沖信號通過電纜接至勵磁設備，脈沖信號分別為加、減勵磁信號，勵磁調(diào)節(jié)裝置根據(jù)AVC調(diào)節(jié)裝置的脈沖信號指令調(diào)節(jié)機組的無功功率。

3.2 實時數(shù)據(jù)采集

a.數(shù)據(jù)量。AVC自動調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)量為參與AVC調(diào)節(jié)的機組的有功功率、無功功率，發(fā)電機的定子電壓、電流及220 kV母線電壓、廠用母線電壓。這些數(shù)據(jù)量由遠動RTU設備的專用電量變送器將其變?yōu)?～20 mA(或0～5 V)的弱電模擬信號，并進一步轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過RTU與AVC的通信通道送入AVC裝置，作為AVC子站的計算、調(diào)節(jié)的依據(jù)。

b.信號量。AVC投停信號接點閉合為設備處于正常投入狀態(tài)，由AVC調(diào)節(jié)裝置向主站和電廠控制室提供；AVC裝置的不同異常信號由AVC調(diào)節(jié)裝置向主站和電廠控制室提供提供，信號為常開接點信號，此接點閉合為AVC裝置工作異常。同時，在AVC調(diào)節(jié)裝置異常或中調(diào)至發(fā)電廠下行通信異常時向電廠控制室和主站，使運行人員及時采取措施，恢復AVC調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行，提出高AVC的運行投入率。

4 系統(tǒng)應用分析

4.1 AVC系統(tǒng)在10號機組的應用情況

4.1.1 10號機組典型月數(shù)據(jù)分析

10號機組2010年6月12日-7月12日的歷史數(shù)據(jù)曲線見圖4。

圖4 10號機組30 d(典型月)數(shù)據(jù)曲線

圖4中有功功率曲線波動范圍120～200 MW，每日8：30-22：30有功功率至機組滿負荷為負荷高峰，其他時間負荷較低，為典型夏季負荷曲線；無功功率曲線和有功功率曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間機組無功功率進相運行，進相深度最大約為-13 MVA；發(fā)電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至231.5 kV，最低226.5 kV；發(fā)電機出口電壓最高至16.4 kV，最低15.4 kV；6 kV電壓最高至6.35 kV，最低5.92 kV；10號機組在上述30天內(nèi)的運行情況穩(wěn)定，AVC設備調(diào)整效果良好，滿足電網(wǎng)機組穩(wěn)定運行要求。

4.1.2 10號機組典型日數(shù)據(jù)分析

10號機組2010年6月22日0：00-24：00的數(shù)據(jù)曲線見圖5。

圖5 10號機組2010年6月22日數(shù)據(jù)曲線

圖中有功功率從8：30開始由125 MW至滿負荷200 MW：為當日負荷高峰；無功功率曲線和有功曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間0：00-5：40及22：00以后機組無功功率進相運行，進相深度最大約-13.7 MVA；發(fā)電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至229.5 kV，最低226.5 kV；發(fā)電機出口電壓最高至16.2 kV，最低15.4 kV；6 kV電壓最高至6.28 kV，最低5.93 kV；當天負荷曲線和電壓曲線符合機組相應運行規(guī)律和特點，AVC設備調(diào)整效果良好，滿足電網(wǎng)機組穩(wěn)定運行要求。

4.2 11號機組典型歷史數(shù)據(jù)分析

4.2.1 11號機組典型月數(shù)據(jù)分析

11號機組2010年4月13日-5月13日的30天歷史數(shù)據(jù)曲線見圖6。

圖6中有功功率波動范圍120～200 MW，基本每日8：30-22：00有功功率至機組大(滿)負荷為負荷高峰，其他時間負荷較低；無功功率曲線和有功功率曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間機組無功功率進相運行，進相深度最大約為-14 MVA；發(fā)電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至230.7 kV，最低226.6 kV；發(fā)電機出口電壓最高至16.4 kV，最低15.4 kV；6 kV電壓最高至6.38 kV，最低5.95 kV。11號機組在上述30 d內(nèi)的運行情況穩(wěn)定，AVC設備調(diào)整效果良好，滿足電網(wǎng)機組穩(wěn)定運行要求。

圖6 11號機組30天數(shù)據(jù)曲線

4.2.2 11號機組典型日數(shù)據(jù)分析

11號機組2010年6月22日0：00-24：00的數(shù)據(jù)曲線見圖7。

圖7 11號機組2010年6月22日數(shù)據(jù)曲線

圖7中，有功功率從8：30開始由125 MW至滿負荷200 MW，為當日負荷高峰，至21：30負荷降至127 MW；無功功率曲線和有功曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間0：20-5：30及21：30以后機組無功功率進相運行，進相深度最大約-14 MVA；發(fā)電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至229.8 kV，最低226.5 kV；發(fā)電機出口電壓最高至16.2 kV，最低15.3 kV；6 kV電壓最高至6.33 kV，最低6.0 kV；當天負荷曲線和電壓曲線符合機組相應運行規(guī)律和特點，AVC設備調(diào)整效果良好，滿足電網(wǎng)機組穩(wěn)定運行要求。

4.3 10號、11號機組典型日無功功率進相分析

圖8為10號機組2010年3月

12日8：00-3月13日8：00的典型日無功功率進相數(shù)據(jù)曲線，為2010年10號、11號機組歷史數(shù)據(jù)中的進相深度最大值。

圖8 10號機組無功功率進相典型曲線

圖8中，發(fā)電機進相最低至-17.41 MVA,此時發(fā)電機電壓15.31 kV，6 kV廠用電壓5.93 kV，220 kV母線電壓227.46 kV。在進相程度最深運行時，220 kV系統(tǒng)電壓滿足要求，發(fā)電機出口電壓和6 kV廠用母線電壓均在允許范圍內(nèi)。

4.4 結(jié)論分析

保定熱電廠10號、11號機組在正常運行時，夏季大多天數(shù)存在進相運行工況，進相工況均出現(xiàn)在負荷低谷時段；機組進相運行時，系統(tǒng)及發(fā)電機各級電壓和相關(guān)參數(shù)正常、穩(wěn)定，機組進相深度滿足電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)整和運行穩(wěn)定要求，機組調(diào)整能力能夠滿足機組及系統(tǒng)穩(wěn)定運行及調(diào)整要求。

5 結(jié)束語

保定熱電廠AVC系統(tǒng)經(jīng)過一年多的實際運行檢驗，子站設備各限制參數(shù)整定合理，設備運行穩(wěn)定，既能夠保障機組運行安全，又可以滿足電網(wǎng)的調(diào)整和穩(wěn)定需要。AVC子站系統(tǒng)的投運有效保證了系統(tǒng)和機組電壓、無功功率的調(diào)整精度以及機組間無功功率的合理分配，降低了值班人員的調(diào)整強度，有效提高了發(fā)電機組和電網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制水平，使電網(wǎng)和機組安全穩(wěn)定運行水平得到有效提升。

本文責任編輯：楊秀敏