四川沙灣水電站自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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

?

四川沙灣水電站自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

顏現(xiàn)波，馮迅，龔傳利
（北京中水科水電科技開(kāi)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(jì)、調(diào)節(jié)模式、無(wú)功分配原則及“雙機(jī)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(dòng)電壓控制；A V C；分配原則；雙機(jī)一變；安全控制策略；異常工況處理

0概述

電力系統(tǒng)無(wú)功功率優(yōu)化和補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功電源的合理配置和對(duì)無(wú)功負(fù)荷的補(bǔ)償，不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行。水電廠自動(dòng)電壓控制（AVC）是按照預(yù)定條件和要求自動(dòng)調(diào)節(jié)母線電壓或全廠無(wú)功功率。AVC系統(tǒng)通過(guò)快速調(diào)節(jié)電廠的無(wú)功功率使母線電壓穩(wěn)定在一個(gè)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(lè)山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)。電站裝機(jī)規(guī)模為480 MW，采用發(fā)電機(jī)-變壓器擴(kuò)大單元接線方式，配置2臺(tái)主變壓器，以220 kV電壓等級(jí)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(guò)2回線路將負(fù)荷送出。電站采用H9000 V4.0自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。

1水電廠AVC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1雙機(jī)冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，AVC程序運(yùn)行在監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序服務(wù)器上，兩臺(tái)工作站硬件配置和運(yùn)行軟件完全相同，同時(shí)接受數(shù)據(jù)采集服務(wù)器發(fā)送的實(shí)時(shí)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(dòng)切換。AVC程序的計(jì)算保持同步，只有主控服務(wù)器可對(duì)機(jī)組LCU下達(dá)調(diào)功令。當(dāng)主控服務(wù)器故障退出時(shí)，備用機(jī)自動(dòng)切為主控，若兩臺(tái)服務(wù)器同時(shí)發(fā)生故障，AVC功能也將自動(dòng)退出。

圖1 AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2功能模式設(shè)計(jì)

AVC功能運(yùn)行模式包括：廠站AVC運(yùn)行模式與調(diào)度AVC運(yùn)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(yùn)行時(shí)，AVC自動(dòng)檢測(cè)母線電壓是否在相應(yīng)時(shí)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(guò)調(diào)節(jié)全廠無(wú)功功率，使電站高壓母線電壓維持在該時(shí)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(yùn)行時(shí)，AVC根據(jù)運(yùn)行人員給定的母線電壓目標(biāo)值，調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)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(wú)功分配策略

AVC控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)機(jī)組無(wú)功功率調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)

其中：Qtarget為目標(biāo)總無(wú)功功率；Qsum為當(dāng)前實(shí)發(fā)總無(wú)功功率。

Qset為所需分配總無(wú)功功率；∑Q單機(jī)為當(dāng)前非成組可調(diào)機(jī)組無(wú)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(wú)功調(diào)差系數(shù)。

對(duì)目標(biāo)無(wú)功功率，應(yīng)在當(dāng)前可用的無(wú)功成組機(jī)組間進(jìn)行分配，主要無(wú)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(guò)文本配置各臺(tái)機(jī)組分配比例系數(shù)。

其中：Qset為所需分配總無(wú)功功率；Qi為每臺(tái)成組可調(diào)機(jī)組分配無(wú)功功率；

factor［i］為當(dāng)前計(jì)算的機(jī)組比例系數(shù)；factorsum為成組可調(diào)機(jī)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(jī)組間電流補(bǔ)償，所以當(dāng)各機(jī)組有功不同時(shí)，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(wú)功功率；Qi為每臺(tái)成組可調(diào)機(jī)組分配無(wú)功功率；

Pi為當(dāng)前成組可調(diào)機(jī)組有功實(shí)發(fā)值；Psum為成組可調(diào)機(jī)組有功功率總和。

2.3“雙機(jī)一變”處理措施

在該電站中采用了“雙機(jī)一變”的接線方式，即兩臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)主變。在此接線方式中機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采取了電壓保護(hù)措施，即一臺(tái)機(jī)組無(wú)功升高時(shí)，另外一臺(tái)機(jī)組無(wú)功降低，以此來(lái)保持電壓穩(wěn)定。即兩臺(tái)機(jī)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(guò)程中出現(xiàn)機(jī)組無(wú)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(guò)程中，兩臺(tái)機(jī)組的無(wú)功功率初始值盡量保持相同。

（2）AVC調(diào)節(jié)過(guò)程中，盡量使兩臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)方向相同，即“同升同降”原則。

（3）AVC調(diào)節(jié)過(guò)程中，盡量使調(diào)節(jié)命令同時(shí)到達(dá)機(jī)組LCU，保持機(jī)組能同時(shí)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(jī)組增磁/減磁閉鎖條件

在增無(wú)功升壓的過(guò)程中，如機(jī)組達(dá)到增勵(lì)磁的約束條件之一，即停止該機(jī)組的增無(wú)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(hào)。在減無(wú)功降壓的過(guò)程中，如機(jī)組達(dá)到減勵(lì)磁的約束條件之一，即停止該機(jī)組的減無(wú)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(hào)。主要約束條件如下：

①機(jī)端電壓越限閉鎖值；②定子電流越限閉鎖值；③勵(lì)磁電流越限閉鎖值；④實(shí)發(fā)無(wú)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(dòng)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(jī)組數(shù)據(jù)采集故障（如有功、無(wú)功變送器故障）或機(jī)組LCU故障（發(fā)電態(tài)機(jī)組）。處理方式：退出全站及單機(jī)AVC調(diào)節(jié)，各機(jī)組有功、無(wú)功無(wú)變化。

（2）機(jī)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(jī)AVC調(diào)節(jié)，各機(jī)組有功、無(wú)功無(wú)變化。

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

（4）監(jiān)控系統(tǒng)主、從機(jī)故障。處理方式：主機(jī)故障或重啟時(shí)，從機(jī)能自動(dòng)切換為主機(jī)，并執(zhí)行AVC功能，AVC對(duì)各機(jī)組的無(wú)功分配正常無(wú)變化。

（5）全廠重大事故或保護(hù)動(dòng)作。處理方式：退出全站及單機(jī)AVC調(diào)節(jié)，各機(jī)組有功、無(wú)功無(wú)變化。

（6）電壓給定值錯(cuò)誤（如：越全廠上、下限，越單步調(diào)節(jié)步長(zhǎng)等）。處理方式：AVC不執(zhí)行錯(cuò)誤命令，各機(jī)組有功、無(wú)功無(wú)變化。

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

（8）機(jī)組無(wú)功調(diào)節(jié)超時(shí)。處理方式：機(jī)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(wú)法將無(wú)功調(diào)節(jié)到位，則將上送機(jī)組無(wú)功調(diào)節(jié)超時(shí)信號(hào)，AVC收到此信號(hào)后將該機(jī)組切至AVC單機(jī)，不影響其他機(jī)組的AVC成組運(yùn)行。

（9）數(shù)據(jù)庫(kù)不定態(tài)過(guò)程中AVC的讀取和計(jì)算的可靠性。處理方式：AVC后臺(tái)無(wú)異常提示信息，所有讀取的點(diǎn)保持生成數(shù)據(jù)庫(kù)前的數(shù)值，生成過(guò)程中AVC仍能完成正常分配任務(wù)。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，原有無(wú)功電壓人工手動(dòng)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(yùn)行的要求。為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，四川省調(diào)度中心采用全網(wǎng)一體化的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）進(jìn)行全網(wǎng)無(wú)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(jì)及安全控制策略和異常工況處理，確保電站機(jī)組安全運(yùn)行及維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定，對(duì)今后水電站的AVC功能設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

中圖分類(lèi)號(hào)：TV736

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(jiǎn)介：顏現(xiàn)波（1981-），男，工程師，從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研制、集成，水電站自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)研究工作?，F(xiàn)對(duì)母線電壓的調(diào)節(jié)功能。即