張河灣蓄能電廠AVC子站建設(shè)必要性及其應(yīng)用設(shè)計(jì)

李世昌，錢 力，張 坤

（1.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050000；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京 100053）

張河灣蓄能電廠AVC子站建設(shè)必要性及其應(yīng)用設(shè)計(jì)

李世昌1，錢 力1，張 坤2

（1.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050000；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京 100053）

隨著調(diào)度自動(dòng)化的不斷發(fā)展以及對(duì)電壓質(zhì)量要求的提高，河北南部電網(wǎng)無(wú)功資源分布不均衡，電壓動(dòng)態(tài)調(diào)控能力不足，因此需要加強(qiáng)電網(wǎng)的電壓/無(wú)功控制能力。本文根據(jù)河北南部電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制建設(shè)的要求，詳細(xì)介紹了張河灣蓄能電廠增設(shè)自動(dòng)電壓控制（AVC）子站的必要性以及其基本結(jié)構(gòu)。

自動(dòng)電壓控制（AVC）；蓄能電廠；河北南部電網(wǎng)

0 引言

隨著調(diào)度自動(dòng)化的不斷發(fā)展以及對(duì)電壓質(zhì)量要求的提高，河北南部電網(wǎng)無(wú)功資源分布不均衡，電壓動(dòng)態(tài)調(diào)控能力不足，需要加強(qiáng)電網(wǎng)的電壓/無(wú)功控制能力。

張河灣蓄能電廠4臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量1 000 MW，于2009年全部投入商業(yè)運(yùn)行。但監(jiān)控系統(tǒng)未配置獨(dú)立的電壓無(wú)功自動(dòng)控制裝置，而是通過(guò)機(jī)組現(xiàn)地控制單元組態(tài)邏輯將調(diào)度下發(fā)的無(wú)功設(shè)定值轉(zhuǎn)換為勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)脈沖，調(diào)節(jié)速率和控制精度很不理想，無(wú)法滿足調(diào)度調(diào)節(jié)品質(zhì)要求。

而電廠側(cè)自動(dòng)電壓控制（AVC）子站是電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制的子系統(tǒng)，專門用于接受調(diào)度下達(dá)的實(shí)時(shí)電壓曲線，按預(yù)定條件和要求快速調(diào)節(jié)電廠側(cè)母線電壓無(wú)功功率，從而使母線電壓穩(wěn)定在一個(gè)合理范圍，達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。

1 AVC子站增設(shè)必要性分析

1.1 電網(wǎng)側(cè)需求

電壓是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，而無(wú)功是影響電壓水平的一個(gè)重要因素。河北南部電網(wǎng)是一個(gè)典型的受端大電網(wǎng)，需要大量的無(wú)功調(diào)節(jié)，電壓控制逐漸成為影響電能質(zhì)量的重要技術(shù)缺口，河北南部電網(wǎng)內(nèi)部無(wú)功資源分布不均衡，電壓動(dòng)態(tài)調(diào)控能力不足，不能完全實(shí)現(xiàn)無(wú)功分層分區(qū)平衡。為進(jìn)一步提高河北南部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，就需要加強(qiáng)無(wú)功的控制能力，盡快進(jìn)行自動(dòng)電壓控制（AVC）子站的建設(shè)，保障電能質(zhì)量，提高輸電效率，降低網(wǎng)損，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 電廠側(cè)效益

（1）依據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司水力發(fā)電廠安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中第1.7.2條中規(guī)定“機(jī)組須具備執(zhí)行AVC功能的能力，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的高壓側(cè)母線電壓控制目標(biāo)或全廠無(wú)功總功率，協(xié)調(diào)控制機(jī)組的無(wú)功功率；機(jī)組AVC裝置應(yīng)具備與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)EMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合閉環(huán)控制的功能；電廠AVC機(jī)組的電網(wǎng)調(diào)節(jié)參數(shù)應(yīng)按照所屬電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)“機(jī)組自動(dòng)電壓控制（AVC）”的規(guī)定運(yùn)行；AVC機(jī)組調(diào)整性能與運(yùn)行參數(shù)滿足所屬電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)規(guī)定的要求”可知，蓄能電廠應(yīng)有完善的AVC裝置能接受調(diào)度下達(dá)的無(wú)功指令，實(shí)現(xiàn)無(wú)功電壓的閉環(huán)控制，滿足電網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)精度和速率的要求。

（2）依據(jù)《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》第十六條自動(dòng)電壓控制（AVC）服務(wù)補(bǔ)償，裝設(shè)AVC裝置的機(jī)組，若AVC投運(yùn)率達(dá)到98%以上，且AVC調(diào)節(jié)合格率達(dá)到99%以上，按機(jī)組容量和投用時(shí)間補(bǔ)償：

補(bǔ)償費(fèi)用=（λ調(diào)節(jié)-99%）（100%-99%）×PN× YAVC×tAVC

式中，λ調(diào)節(jié)為機(jī)組AVC調(diào)節(jié)合格率；

PN為機(jī)組容量（MW）；

YAVC為AVC補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，取0.1元/MW·h；

tAVC為機(jī)組AVC投用時(shí)間，單位為小時(shí)

可知，機(jī)組自動(dòng)電壓控制（AVC）子站投用后一年的最大經(jīng)濟(jì)效益87.6萬(wàn)元。

綜上所述，無(wú)論是對(duì)于電網(wǎng)側(cè)還是電廠側(cè)，增設(shè)自動(dòng)電壓控制（AVC）子站都能帶來(lái)巨大的效益，更好的保障河北南部電網(wǎng)和張河灣電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 AVC子站系統(tǒng)概述

AVC子站用于接收調(diào)度主站的目標(biāo)指令，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算全廠的無(wú)功目標(biāo)值，并根據(jù)無(wú)功分配策略將全廠目標(biāo)無(wú)功直接分配到各個(gè)運(yùn)行機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)上，各機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)分配到的機(jī)組目標(biāo)無(wú)功進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)，從而達(dá)到根據(jù)主站指令調(diào)控母線電壓和全廠無(wú)功的目的。

圖1 張河灣蓄能電廠自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)框圖

2.1 上位機(jī)

2.1.1 上位機(jī)的作用

上位機(jī)與RTU接口，接收發(fā)自省調(diào)的遙調(diào)指令，并分離出有關(guān)的調(diào)節(jié)電壓命令，在遙調(diào)方式下工作時(shí)，根據(jù)調(diào)度的設(shè)置，合理的分配各機(jī)組的無(wú)功目標(biāo)值或電壓目標(biāo)值，轉(zhuǎn)換成為PLC下位機(jī)的通信規(guī)約，通過(guò)RS422串行通信接口傳給下位機(jī)。由于直接接收的是省調(diào)發(fā)來(lái)的數(shù)字信息，因此準(zhǔn)確度要高于取自RTU D/A轉(zhuǎn)換板再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換而得到的調(diào)節(jié)無(wú)功目標(biāo)值。

2.1.2 上位機(jī)軟件

上位機(jī)的軟件由VISUAL BASIC 6.0開(kāi)發(fā)軟件編制，一共有8個(gè)模塊，包括系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、狀態(tài)顯示模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、圖表顯示模塊、控制模塊和幫助模塊、目標(biāo)設(shè)定模塊。

上位機(jī)軟件部分模塊介紹如下：

（1）系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊主要是對(duì)一些系統(tǒng)的工作模式、基本參數(shù)、機(jī)組的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。主要包含3個(gè)子模塊：機(jī)組保護(hù)設(shè)置模塊、運(yùn)行設(shè)置模塊、初始設(shè)置模塊。

初始設(shè)置包括臺(tái)數(shù)的描述、機(jī)組名稱、系統(tǒng)的初始阻抗、機(jī)組配置、通信規(guī)約和通信模式以及無(wú)功、電壓遙調(diào)目標(biāo)在RTU上的板點(diǎn)號(hào)和滿刻度值、主界面的元件位置設(shè)置。該設(shè)置一般在設(shè)備調(diào)試安裝完后一次設(shè)定。

運(yùn)行設(shè)置包含無(wú)功調(diào)節(jié)方式設(shè)置、無(wú)功分配方式和功率因數(shù)上下限。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊包含從上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)指令中解析出電壓、無(wú)功遙調(diào)目標(biāo)值和采集機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能。

在RTU通信協(xié)議的前提下，上位機(jī)直接接收主站下發(fā)給RTU的數(shù)據(jù)，并按照與RTU相同的方法校驗(yàn)數(shù)據(jù)，解析出相關(guān)的遙調(diào)目標(biāo)值。采用這種方法，所得的目標(biāo)值精度和抗干擾性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于從RTU D/A轉(zhuǎn)換板得到模擬量，再傳送到下位機(jī)，由下位機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送給上位機(jī)這種常規(guī)方式得到的目標(biāo)值精度。

每臺(tái)機(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由下位機(jī)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)RS232口傳送給上位機(jī)，這些數(shù)據(jù)為：母線電壓、無(wú)功、機(jī)端電壓、轉(zhuǎn)子電流、定子電流，以及下位機(jī)無(wú)功調(diào)節(jié)的投退狀態(tài)和各種超限保護(hù)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集每秒刷新一次數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)記錄模塊

數(shù)據(jù)記錄模塊主要用于單臺(tái)機(jī)組各類數(shù)據(jù)和調(diào)功裝置總體的記錄，查閱和顯示歷史記錄。記錄的數(shù)據(jù)每15 min顯示一組。

（4）控制模塊

控制模塊是調(diào)節(jié)程序的核心部件，它實(shí)現(xiàn)AVC、數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)程序化，完成了無(wú)功目標(biāo)的分配，AVC模糊控制、系統(tǒng)阻抗等參數(shù)的辯識(shí)、超限保護(hù)等功能。

2.2 下位機(jī)

2.2.1 下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

（1）中央處理器

主要用于PLC數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算，存貯PLC控制程序、以及數(shù)據(jù)運(yùn)算的中間結(jié)果和系統(tǒng)參數(shù)。也為其他模塊提供各種數(shù)據(jù)緩沖。

將控制流程相應(yīng)控制命令和上位機(jī)的指令發(fā)出到各個(gè)模塊，同時(shí)接收各個(gè)模塊返送的各種現(xiàn)場(chǎng)信息和數(shù)據(jù)，然后計(jì)算控制相應(yīng)模塊，再完成相應(yīng)的功能。

（2）開(kāi)關(guān)量輸入模塊

它提供16路的開(kāi)關(guān)量輸入。輸入信號(hào)來(lái)自DCS對(duì)AVC裝置的控制。

（3）開(kāi)關(guān)量輸出模塊

PLC控制系統(tǒng)有兩塊輸出模塊一共提供16路的開(kāi)關(guān)量輸出。按照控制對(duì)象可分為兩類：①輸出到中控室操作員站上，如：AVC裝置投、退信號(hào)、保護(hù)信號(hào)。②通過(guò)中間繼電器控制發(fā)送給控制無(wú)功電壓的勵(lì)磁系統(tǒng)，達(dá)到控制無(wú)功電壓的目的。

（4）模擬量輸入模塊

它提供8路模擬量輸入，12位的A/D轉(zhuǎn)換器，4～20 mA的輸入信號(hào)，其信號(hào)來(lái)自電壓、電流變送器，如：無(wú)功功率、機(jī)端電壓、轉(zhuǎn)子電流、定子電流、母線電壓、廠用電。

（5）模擬量輸出模塊

它提供8路模擬量輸出，12位的D/A轉(zhuǎn)換器，4～20 mA的輸出信號(hào)，輸出有功、無(wú)功目標(biāo)指令到DCS或其他控制系統(tǒng)。

（6）通訊模塊

上位機(jī)的多串口卡與通訊模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，交換有關(guān)數(shù)據(jù)。主要數(shù)據(jù)有：母線電壓、無(wú)功功率、機(jī)端電壓、無(wú)功電壓停調(diào)死區(qū)、定子電流以及轉(zhuǎn)子電流上、下限。

（7）母板

此母板可安裝5個(gè)PLC模塊底座。

（8）電源

為PLC提供24 V直流電源。

2.2.2 下位機(jī)PLC軟件功能

（1）PLC控制系統(tǒng)能自動(dòng)接收來(lái)自上位機(jī)的信息1）控制參數(shù)

主要有：無(wú)功功率，母線電壓，機(jī)端電壓，定子電流，轉(zhuǎn)子電流，上、下限值，有功、無(wú)功電壓停調(diào)死區(qū)，目標(biāo)值等。

2）控制指令

主要有：有、無(wú)功投退。

3）實(shí)時(shí)傳輸PLC控制系統(tǒng)的信息

主要有：母線電壓、無(wú)功功率、機(jī)端電壓、轉(zhuǎn)子電流、定子電流、實(shí)測(cè)數(shù)值；系統(tǒng)無(wú)功投退狀態(tài)以及各種參數(shù)超下、上限的報(bào)警信息。

（2）自動(dòng)投入

根據(jù)上位機(jī)下發(fā)調(diào)無(wú)功指令，控制系統(tǒng)自動(dòng)將無(wú)功控制投入運(yùn)行，自動(dòng)模擬人工調(diào)節(jié)，以改變步長(zhǎng)的控制方式逐步靠近目標(biāo)設(shè)定值，當(dāng)無(wú)功進(jìn)入控制死區(qū)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)將停止運(yùn)行。當(dāng)被調(diào)節(jié)無(wú)功值大于死區(qū)范圍時(shí)，控制系統(tǒng)立即重新啟動(dòng)將其重新調(diào)節(jié)到死區(qū)范圍以內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目的實(shí)施，既滿足調(diào)度AVC調(diào)節(jié)的需求，加強(qiáng)了河北南部電網(wǎng)的無(wú)功/電壓調(diào)節(jié)能力，也提高了張河灣蓄能電廠機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，最終保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]郭慶來(lái)，孫宏斌，張博明，等.自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的公共信息模型擴(kuò)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（21）：11-15

[2]孫陽(yáng)盛，郁惟鏞，倪向萍.改進(jìn)的變尺度法在自動(dòng)電壓控制（AVC）中的應(yīng)用[J].繼電器，2004，32（6）：27-30.

[3]林曉春.電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在地縣級(jí)調(diào)度的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26（11）:108-109,104.

TM761

A

1672-5387（2016）12-0029-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.011

2016-09-23

李世昌（1989-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)管理工作。