王文昕

（國電新疆開都河流域水電開發(fā)有限公司，新疆 庫爾勒841000）

新疆電網(wǎng)因地理位置特殊性，大多為長距離架空輸電線路，電容效應導致全網(wǎng)電壓較高。察汗烏蘇水電站裝機容量3×110MW，位于新疆和靜縣境內(nèi)，處于南北疆電網(wǎng)交界處，且在電網(wǎng)末端，機組長期處于進相運行。察汗烏蘇水電站機組正常運行時，常發(fā)生無功功率規(guī)律性波動。本文分析了產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，提出了解決措施，為電站安全穩(wěn)定運行提供技術保障。

1 事件原因分析

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)當機組有功功率50MW且有功變化量為1～3MW時，無功功率波動1～3Mvar，無功功率波動正常。調(diào)整機組有功功率50～110MW過程中，無功功率波動8～11Mvar，勵磁電壓、勵磁電流、勵磁變壓器聲音波動明顯，且呈規(guī)律性變化。以察汗烏蘇2號機組為分析對象，從兩個主要方面分析無功功率波動的原因。

1.1 PSS反調(diào)與功角特性

（1）PSS反調(diào)

根據(jù)PSS數(shù)學模型可知，當機組電功率或角速度發(fā)生較大變化時，勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩，提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。

某日 10：05～10：10，調(diào)整有功功率 70～110MW 過程中，無功功率由-13.8Mvar波動至-5.6Mvar，變化量為8.2Mvar。機組額定無功功率為68.1Mvar，無功功率變化量為12%的額定無功功率，滿足（DL/T1231-2013）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導則要求。

（2）凸極發(fā)電機功角特性

分析凸極式發(fā)電機的功角特性方程為

由公式（1）、（2）可得出

察汗烏蘇水電站交軸同步電抗xq的值為0.707，視在功率SN為125.7MVA，發(fā)電機額定電壓為13.8kV，察汗烏蘇機組并網(wǎng)運行電壓為13.4kV左右。將無功功率波動的機組P、Q代入式（3），機組運行功角約25.17°，遠小于靜穩(wěn)極限值。

綜上所述有功功率調(diào)整時，導致無功功率波動屬于正?，F(xiàn)象。

1.2 欠勵限制與恒機端電壓模式互相影響

某日 13：00：34，機組有功功率 50MW，機組無功功率-30.5Mvar，勵磁系統(tǒng)欠勵限制動作，無功功率波動1～3Mvar。調(diào)整機組有功功率50～110MW過程中，13：02：48有功功率87MW，機組無功功率開始呈周期性波動，13：06：00波動結束，無功功率波動8～11Mvar。機組運行時P-Q曲線如圖1所示。

圖1 機組P-Q曲線

機組正常運行時，P-Q運行曲線應在欠勵限制曲線內(nèi)，欠勵限制曲線應在進相試驗曲線內(nèi)。

由圖1可知，機組有功功率上升至87MW后，機組P-Q運行曲線沿欠勵限制曲線呈規(guī)律性波動，且在欠勵限制曲線與進相試驗曲線之間運行。

機組有功功率上升前，欠勵限制信號保持。有功功率上升后，其對應欠勵限制定值中無功功率應上升，但無功增加將導致機端電壓上升，由于勵磁系統(tǒng)運行在恒機端電壓模式下，機端電壓上升經(jīng)反饋調(diào)節(jié)后會導致無功減小，以保持機端電壓恒定，如此反復即出現(xiàn)無功波動。

2 無功功率波動的后果

機組在無功功率波動狀態(tài)下運行時，若系統(tǒng)發(fā)生振蕩將加劇波動幅度，可能造成以下嚴重后果：

（1）水輪發(fā)電機組失步與系統(tǒng)解列。

（2）廠用電壓波動造成廠用電設備損壞。

（3）定子電流過高造成定子溫度超限。

（4）轉(zhuǎn)子振動和過熱。

（5）勵磁變電流大幅波動造成勵磁變鐵心損壞。

3 解決方案

針對上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，考慮可行性，應從機組欠勵限制和AVC調(diào)節(jié)策略2方面考慮。

3.1 欠勵限制方面

（1）適當增加機組進相裕度，合理開放欠勵限制曲線。

（2）值班人員手動調(diào)節(jié)機組無功功率時，應盡量使機組不要靠近欠勵限制曲線運行。

3.2 AVC策略方面

目前水電站使用的AVC系統(tǒng)是計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。AVC定值中只有一種限值“機組無功限值進相”，只能固定限制單個無功功率值。機組大負荷與小負荷運行時的進相能力是不同的，考慮同時兼顧電網(wǎng)輔助服務與機組安全穩(wěn)定運行，提出一種新的AVC進相調(diào)節(jié)策略，策略應使機組P-Q運行曲線在欠勵限制曲線內(nèi)，且無功功率閉環(huán)控制。具體如圖2所示。

圖2 AVC進相調(diào)節(jié)策略圖

自動電壓控制（AVC）投入時，應考慮AVC分配無功功率的合理性，確保給機組分配的無功功率設定與欠勵限制曲線保持適當?shù)脑６取＝?jīng)過AVC運行策略優(yōu)化后，當機組小負荷運行時，進相能力強，增加無功補償收入，而機組大負荷運行時，進相能力弱，既保證機組安全穩(wěn)定運行，又保證無功補償收入。

4 結語

AGC與AVC廣泛應用的今天，造成機組電壓和無功功率波動的原因越來越復雜。本文綜合考慮電站自身的設備性能特點、機組運行方式、系統(tǒng)運行狀況等因素，認真分析了機組正常運行時PSS、AVC、AVR及欠勵限制運行時無功功率運行情況，找到引起波動的原因，創(chuàng)新性的提出AVC進相調(diào)節(jié)策略，從而提高電網(wǎng)輔助服務收入和電站安全穩(wěn)定運行水平。