梁 彥,馮凌云

(廣州蓄能水電廠,廣州 510950)

0 前 言

電站的自動(dòng)電壓控制(簡(jiǎn)稱AVC)就是以電站的無功/電壓為調(diào)節(jié)對(duì)象，以防止電網(wǎng)電壓震蕩、降低電網(wǎng)損耗、維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行為目標(biāo)，合理地配置機(jī)組無功/電壓資源及進(jìn)行無功/電壓的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制[1-3]。蓄能電站與常規(guī)電站相比，蓄能機(jī)組啟動(dòng)速度快，能快速地在5 min內(nèi)達(dá)到所需要的工況；蓄能機(jī)組能調(diào)節(jié)電壓的工況多，在發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相等工況均能進(jìn)行機(jī)組的電壓調(diào)節(jié)[4-5]。顯然，使用蓄能機(jī)組進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，優(yōu)勢(shì)顯著。因此，建立一套適合蓄能機(jī)組的AVC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其多機(jī)組、多工況的無功/電壓控制對(duì)于提高電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)能力，具有重要的意義。

廣州蓄能水電站(以下簡(jiǎn)稱廣蓄)B廠上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)于2016年初完成改造，其AVC系統(tǒng)同步投入運(yùn)行。本文主要結(jié)合廣蓄電廠的成功運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，研究其AVC系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)、控制策略、分配策略、安全策略等關(guān)鍵技術(shù)。

1 AVC系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)

廣蓄B廠監(jiān)控系統(tǒng)控制界面、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1、2所示。電廠監(jiān)控系統(tǒng)AVC子站接收來自調(diào)度側(cè)AVC主站系統(tǒng)/電站側(cè)下發(fā)的全廠控制目標(biāo)(電廠高壓母線電壓、全廠總無功等)，并按照控制策略、分配原則和安全策略等將無功/電壓調(diào)節(jié)指令分配給每臺(tái)機(jī)組，機(jī)組向其發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號(hào)以調(diào)節(jié)其發(fā)電機(jī)無功出力，使電廠變高側(cè)母線電壓或者各機(jī)組無功出力向目標(biāo)值逼進(jìn)，形成電廠側(cè)AVC子站系統(tǒng)與調(diào)度主站系統(tǒng)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)全廠多機(jī)組電壓/無功的自動(dòng)控制[6]。

圖1 廣蓄B廠的AVC系統(tǒng)控制界面圖

圖2 AVC控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

2 AVC系統(tǒng)控制策略

電站側(cè)AVC系統(tǒng)響應(yīng)調(diào)度層/電站層給出的控制指令(恒無功、恒母線電壓、電壓曲線)，根據(jù)與實(shí)際測(cè)量值的偏差計(jì)算得出電站控制目標(biāo)值，然后通過分配原則分配給各AVC機(jī)組。

2.1 恒無功控制

根據(jù)調(diào)度層/電站層給定的全廠總無功直接控制參與AVC機(jī)組的無功目標(biāo)值，具體的公式如下：

(1)

2.2 母線電壓控制和電壓曲線控制

根據(jù)調(diào)度層/電站層設(shè)置的母線電壓目標(biāo)值或當(dāng)前時(shí)段的電壓曲線值，與實(shí)發(fā)電壓值作比較，如果差值超過死區(qū)，則通過“電壓調(diào)差系數(shù)”計(jì)算出需要調(diào)節(jié)的無功值，進(jìn)而設(shè)定可調(diào)機(jī)組的無功功率，使其維持母線電壓在“死區(qū)限值”范圍內(nèi)。

(2)

式中：QACT為全廠無功實(shí)發(fā)值;ΔV為實(shí)際母線電壓與給定電壓值偏差/母線電壓增量;KVNOR為母線電壓在正常電壓值范圍內(nèi)的調(diào)壓系數(shù)。

當(dāng)母線電壓值出現(xiàn)突變或異常時(shí)，按緊急調(diào)壓系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(3)

式中：KVEMG為母線電壓在正常電壓值范圍外的調(diào)壓系數(shù)。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和電網(wǎng)要求，蓄能機(jī)組AVC控制一般采用恒無功控制、母線電壓控制和電壓曲線控制3種方式并按需靈活切換，切換時(shí)設(shè)定值保持不變。如廣蓄B廠，其根據(jù)調(diào)度側(cè)控制方式的要求和機(jī)組的實(shí)際情況采用了母線電壓控制為主，恒無功控制為輔的控制方式。

3 AVC系統(tǒng)分配策略

蓄能機(jī)組在發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相4種工況均可以發(fā)出/吸收無功來調(diào)節(jié)電壓。但各工況的機(jī)組運(yùn)行特性不同，其無功調(diào)節(jié)能力也不同，所以AVC分配時(shí)應(yīng)充分考慮機(jī)組P-Q(有功-無功)曲線限制。

根據(jù)廣蓄機(jī)組進(jìn)相-遲相實(shí)驗(yàn)，機(jī)組的P-Q曲線如圖3所示?？梢钥闯?，調(diào)相工況(CG、CP)時(shí)，無功出力的范圍為-160～+80 Mvar；抽水工況時(shí)，無功出力的范圍為-45～+50 Mvar；發(fā)電工況時(shí)所對(duì)應(yīng)的無功范圍為圖3的線性曲線值。顯然，調(diào)相工況下的無功調(diào)節(jié)能力要遠(yuǎn)優(yōu)于發(fā)電和抽水工況，因此無功功率的調(diào)節(jié)要優(yōu)先考慮調(diào)相運(yùn)行機(jī)組。

圖3 廣蓄B廠機(jī)組P-Q曲線圖

針對(duì)多機(jī)組、多工況運(yùn)行狀態(tài)，如何將全廠無功AVC分配值在滿足機(jī)組P-Q限制的情況下合理分配給各機(jī)組呢？一般采用的分配算法有等功率因數(shù)原則、無功功率等比例原則、相似調(diào)整裕度、動(dòng)態(tài)優(yōu)化原則等，具體的分配邏輯如下。

(1) 等功率因數(shù)原則

(4)

(2) 無功功率等比例原則

(5)

(3) 相似調(diào)整裕度原則

(6)

(4) 動(dòng)態(tài)優(yōu)化原則

(7)

等功率因數(shù)原則側(cè)重于機(jī)組實(shí)際有功值和P-Q曲線，無功功率等比例原則側(cè)重于機(jī)組最大無功值，相似調(diào)整裕度側(cè)重于機(jī)組實(shí)際無功裕度，這3種分配方式算法簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快。動(dòng)態(tài)優(yōu)化原則則充分考慮機(jī)組整體的優(yōu)化性能，整體性能最優(yōu)，但算法復(fù)雜、響應(yīng)速度較前3種稍慢。這4種分配方式都是經(jīng)過多年運(yùn)行檢驗(yàn)的成熟、可行、可靠的分配原則，可根據(jù)電廠需求選用任一項(xiàng)。廣蓄電廠根據(jù)機(jī)組的性能和對(duì)響應(yīng)速度的要求，采用的是無功功率等比例分配原則。

4 AVC系統(tǒng)安全策略

為確保電網(wǎng)和機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防AVC系統(tǒng)在通信故障、指令異?；驕y(cè)量異常等異?；蛲话l(fā)情況，AVC系統(tǒng)必須充分考慮其安全策略。

4.1 AVC輸出閉鎖策略

當(dāng)AVC子站檢測(cè)到主站下發(fā)的命令非法時(shí)(如主站下發(fā)的目標(biāo)值越限(上下限、最多調(diào)節(jié)量)或控制方向與實(shí)際不符)，AVC系統(tǒng)應(yīng)能閉鎖AVC輸出并保持原設(shè)定值。

4.2 AVC增磁/減磁閉鎖策略

當(dāng)高壓母線電壓、廠用母線電壓、機(jī)組有功/無功功率超過閉鎖限值，或者定子電流/電壓、轉(zhuǎn)子電流超過最大限值時(shí)，AVC系統(tǒng)應(yīng)能相應(yīng)地閉鎖增磁/減磁控制[7]。

4.3 AVC自動(dòng)退出策略

當(dāng)無機(jī)組參加AVC、母線電壓測(cè)量值異常、系統(tǒng)電壓震蕩等情況時(shí)全站AVC自動(dòng)退出，并給出告警信號(hào)；當(dāng)機(jī)組無功不可調(diào)、機(jī)組LCU故障、機(jī)組勵(lì)磁裝置故障、機(jī)組無功測(cè)量品質(zhì)差等情況時(shí)機(jī)組AVC自動(dòng)退出，并給出告警信號(hào)。

5 結(jié) 語

廣蓄B廠新AVC系統(tǒng)經(jīng)過長時(shí)間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，并結(jié)合調(diào)度側(cè)要求和機(jī)組運(yùn)行特性，遵循最優(yōu)制的原則設(shè)計(jì)出合理的控制策略、分配策略和安全策略。經(jīng)過1 a多的運(yùn)行實(shí)踐，新系統(tǒng)的AVC在穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間、人機(jī)交互等方面都有很大的提高。因此，本文針對(duì)的AVC系統(tǒng)控制策略、分配策略和安全策略研究，對(duì)將來在建或改造的抽水蓄能電站AVC系統(tǒng)應(yīng)用有著重要的借鑒作用。

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