李 忠，劉丹華

（國網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，江西 九江 332000）

0 引言

隨著社會的進(jìn)步，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活水平不斷提高，對電能質(zhì)量也提出了更高的要求。電壓質(zhì)量作為電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。在現(xiàn)在大電網(wǎng)運(yùn)行下，需要對系統(tǒng)電壓和無功實現(xiàn)如下控制：

1）系統(tǒng)電壓必須大于某一最低數(shù)值，以保證電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)的運(yùn)行穩(wěn)定性，以及廠用電的穩(wěn)定運(yùn)行；

2）電網(wǎng)必須具有一定的無功功率儲備，以保證事故后的系統(tǒng)電壓不低于規(guī)定的數(shù)值，防止出現(xiàn)電壓崩潰事故和同步穩(wěn)定破壞；

3）保證系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的最大數(shù)值，以適應(yīng)電力設(shè)備的絕緣水平和避免變壓器過飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓；

4）大機(jī)組無功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機(jī)無功必須滿足P-Q曲線，保證機(jī)組安全運(yùn)行；

5）滿足上述電壓條件下，盡可能降低電網(wǎng)的有功功率損耗，以取得經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)電機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中最重要的無功電壓控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，可控制量大，無論是正常運(yùn)行時保證電壓水平和緊急控制時防止電壓崩潰，都起著重要的作用。發(fā)電機(jī)無功出力與機(jī)端電壓受其勵磁電流的影響，當(dāng)勵磁電流發(fā)生改變時，發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵磁電流的增減可通過改變勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實現(xiàn)。所以系統(tǒng)的無功電壓控制通過勵磁系統(tǒng)來實現(xiàn)。自動電壓調(diào)控系統(tǒng)AVC（Automatic Voltage Control）是通過改變發(fā)電機(jī)AVR的給定值來改變機(jī)端電壓和發(fā)電機(jī)輸出無功的。

1 柘林水電廠AVC基本概述

水電廠自動電壓控制（AVC）是指按預(yù)定條件和要求自動控制水電廠母線電壓或全電廠無功功率的技術(shù)。主要是計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在正常運(yùn)行時對母線電壓及全廠的無功進(jìn)行控制，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的條件下，為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率，減少電廠的功率損耗。AVC可以滿足電力系統(tǒng)對安全發(fā)電的要求和機(jī)組安全運(yùn)行的要求，同時根據(jù)實際需要滿足運(yùn)行人員的一些特殊要求，并且對全廠無功、母線電壓的變化及一些非常情況作出迅速反應(yīng)，直接執(zhí)行或提示，使機(jī)組運(yùn)行在優(yōu)化工況。

柘林水電廠是江西電網(wǎng)的主調(diào)峰、調(diào)頻電廠及黑啟動的主要備用電源，對整個江西電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著極其重要的作用。在江西電網(wǎng)快速發(fā)展的大背景下，對電壓質(zhì)量提出了更高標(biāo)準(zhǔn)和更嚴(yán)格的要求。為進(jìn)一步提高電網(wǎng)主網(wǎng)的電壓質(zhì)量，降低主網(wǎng)網(wǎng)損，實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行在線控制的目標(biāo)，減輕運(yùn)行值班人員人工調(diào)整電壓的勞動強(qiáng)度，2010年柘林水電廠完成了對基于南瑞公司SJ-3000 監(jiān)控系統(tǒng)的自動電壓控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作，正式投入運(yùn)行。

2 AVC使用過程中遇到的問題及其分析

2.1 遇到的問題

依據(jù)國家電監(jiān)會華中監(jiān)管局華中電監(jiān)市場價財[2011]200號文件：1）當(dāng)無機(jī)組運(yùn)行時，電壓越限免于考核。2）機(jī)組無功出力或進(jìn)相深度達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求后，電壓仍不合格，免于考核的規(guī)定。

柘林水電廠AVC 控制方式在當(dāng)?shù)乜刂葡逻\(yùn)行，在使用過程中，電壓合格率仍舊偏低。主要是因為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時220 kVⅠ母與Ⅱ母壓差過大，全廠AVC頻繁退出原因造成。

2.2 查找原因

通過對220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓曲線圖的查找，發(fā)現(xiàn)220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓無規(guī)律波動見圖1。

圖1 220 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓錄波圖

圖2為220 kVⅠ、Ⅱ段母線接線。

圖2 220 kVⅠ、Ⅱ段母線接線

圖2中表明220 kVⅠ段母線與Ⅱ段母線通過233開關(guān)相連，理論上兩段母線電壓應(yīng)完全一致。

繪制電壓采集流程簡圖如圖3所示。

圖3 電壓采集流程

從圖3 可以看出從220 kV 母線電壓數(shù)據(jù)是通過母線電壓互感器二次，經(jīng)過變送器進(jìn)入監(jiān)控模入板，中間經(jīng)過二個環(huán)節(jié)和三個端子棑，數(shù)據(jù)采樣的中間環(huán)節(jié)過多，變送器的誤差、端子排的松動嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確率。

2.3 處理方案

將兩段母線的電壓信號引入現(xiàn)有的測控裝置獲取的交流采集量送入上位機(jī)，此方法減少了中間設(shè)備，滿足經(jīng)濟(jì)性、可行性等要求。

2.3.1 制定改造方案

圖4為改造原理圖。

圖4 改造原理圖

直接將電壓互感器二次電壓通過測控裝置中的交流采樣裝置變成信號后直接傳至上位機(jī)。

2.3.2 試驗

信號引入后，調(diào)取同一時段的兩段母線電壓曲線，曲線如圖5所示。

通過對兩個曲線圖中電壓值的橫向比較，在選定時段內(nèi)通過原有采樣的曲線仍是波動變化大，而采用新的采樣環(huán)節(jié)的兩段母線相電壓值成一條直線，沒有波動，且偏差很小。為了避免是由于靈敏度差，數(shù)據(jù)變化量無法進(jìn)行反映的原因?qū)е码妷簾o變化，進(jìn)行虛擬電壓差值的實驗，以檢驗其靈敏度。

圖5 220 kV母線電壓曲線

2.3.3 檢測

分別在選定的時段內(nèi)人為設(shè)定了虛擬電壓波動：

取0.05級（即：對每段母線設(shè)定±0.05V二次電壓波動，模擬±110V的一次電壓波動，使兩段母線的電壓偏差在0～±220V的范圍內(nèi)變化），相電壓變化曲線如圖6：

圖6 0.05級母線相電壓變化曲線

取0.1 級（即：對每段母線設(shè)定±0.1 V 二次電壓波動，模擬±220 V 的一次電壓波動，使兩段母線的電壓偏差在0～±440 V 的范圍內(nèi)變化），相電壓變化曲線如圖7：

圖7 0.1級母線相電壓變化曲線

從圖6 和圖7 可以看出，改造后的采樣信號能夠及時反映電壓的小幅波動。

2.3.4 實施

自2014年2月，220 kV母線電壓從測控單元引入以來，220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓曲線相互重疊，幾乎一致，從圖8實施后母線電壓曲線圖可以看出實施后效果。

圖8 實施后母線相電壓變化曲線

柘林水電廠220 kV 母線電壓合格率大幅度提高，發(fā)電機(jī)組不會再出現(xiàn)“合母運(yùn)行時，Ⅰ母與Ⅱ母壓差過大，全廠AVC退出”的現(xiàn)象。由于對AVC及勵磁系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，根據(jù)月報統(tǒng)計，已有多月合格率達(dá)到100%。在帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時，重要的是能夠更好的保證電網(wǎng)質(zhì)量，服務(wù)于廣大用電客戶。

3 結(jié)束語

提高AVC投入率，實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的無功功率及電壓自動控制。從電網(wǎng)無功優(yōu)化運(yùn)行的角度看，讓全網(wǎng)的電壓保持在合格范圍內(nèi)，使全網(wǎng)的線損最小，這是電力系統(tǒng)的理想狀態(tài)。隨著國家的日益國際化，社會經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，要保證電網(wǎng)更加穩(wěn)定，提供更加高質(zhì)的電能。自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）將發(fā)電廠母線電壓的調(diào)整由人工監(jiān)控改為自動調(diào)控，通過合理分配無功，可將系統(tǒng)電壓和無功儲備保持在較高的水平，從而大大提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定水平，改善了電網(wǎng)電壓質(zhì)量，使電壓合格率得到大幅度提高。同時還消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。

[1]陸安定.發(fā)電廠變電所及電力系統(tǒng)的無功功率[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]袁季修.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制[M].北京：中國電力出版社，1996.

[3]王梅義，吳競昌，蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1995.