周 偉

貴州北盤江電力股份有限公司董箐分公司 貴州 黔西南 562200

1 研究背景

電壓、頻率是發(fā)電企業(yè)控制電能質(zhì)量的基礎(chǔ),是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障,隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展,對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高,現(xiàn)有電壓控制機(jī)制、頻率調(diào)節(jié)性能已難以滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求,為了提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)運(yùn)行的安全性特開(kāi)展此項(xiàng)研究。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

2013年《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》、《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》(簡(jiǎn)稱“兩個(gè)細(xì)則”)正式實(shí)施,通過(guò)并網(wǎng)發(fā)電輔助服務(wù)評(píng)價(jià)考核系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“考核系統(tǒng)”)對(duì)機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)性能、母線電壓合格率、一次調(diào)頻合格率等進(jìn)行考核。通過(guò)考核系統(tǒng)測(cè)得改造前電廠對(duì)母線電壓控制存在不規(guī)范的情況,系統(tǒng)電壓在夜間有時(shí)會(huì)接近上限。一次調(diào)頻積分電量出現(xiàn)不夠的情況,同時(shí)AGC 平均調(diào)節(jié)速率在30MW/MIN 左右達(dá)不到60%額定容量/MIN 的要求。因此,對(duì)電廠電壓調(diào)節(jié)及頻率調(diào)節(jié)的工作勢(shì)在必行。

3 優(yōu)化改造

3.1 自動(dòng)電壓控制AVC技術(shù)改造

3.1.1 AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置 根據(jù)發(fā)電廠實(shí)際情況,采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一體化集成AVC控制軟件的方式,電廠AVC 功能通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)子程序AVC 軟件實(shí)現(xiàn),與南網(wǎng)調(diào)度信息交換通過(guò)兩臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)通訊機(jī),控制脈沖經(jīng)機(jī)組PLC連接到勵(lì)磁系統(tǒng)。AVC 軟件由監(jiān)控系統(tǒng)廠家提供,AVC子站系統(tǒng)的監(jiān)視控制直接在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)工作站的AVC控制畫(huà)面實(shí)現(xiàn)。

3.1.2 AVC控制模式：母線電壓控制模式 電廠接收調(diào)度下發(fā)的電廠母線電壓控制目標(biāo)值后,按照一定的控制策略,通過(guò)計(jì)算自動(dòng)得出電廠需要承擔(dān)的總無(wú)功功率,將總無(wú)功功率合理分配給參加AVC 調(diào)節(jié)的機(jī)組,計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號(hào)調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)功出力,使電廠母線電壓達(dá)到調(diào)度下發(fā)的目標(biāo)值,實(shí)現(xiàn)全廠母線電壓自動(dòng)控制。

3.1.3 AVC控制方式：閉環(huán)控制(遠(yuǎn)方控制) 調(diào)度作為主站向電廠AVC子站下發(fā)電廠母線電壓控制目標(biāo)值,子站根據(jù)該電壓控制目標(biāo)值,按照一定的控制策略,計(jì)算出各臺(tái)機(jī)組的無(wú)功出力目標(biāo)值,由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號(hào)以調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)功功率,使電廠母線電壓向目標(biāo)值逼近,形成電廠AVC子站與調(diào)度主站的閉環(huán)控制。

3.2 調(diào)速器功率閉環(huán)改造 調(diào)速器作為機(jī)組功率及頻率調(diào)節(jié)的直接動(dòng)作機(jī)構(gòu),其調(diào)節(jié)響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度均優(yōu)于監(jiān)控調(diào)節(jié),因此電廠對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組控制模式進(jìn)行改造,將機(jī)組調(diào)節(jié)方式改為調(diào)速器功率模式運(yùn)行,即由監(jiān)控LCU 將負(fù)荷設(shè)定通過(guò)模出方式送至調(diào)速器,在調(diào)速器形成功率閉環(huán),由調(diào)速器完成機(jī)組功率調(diào)節(jié),消除一次調(diào)頻動(dòng)作期間由于水頭不同導(dǎo)致的功率越限或調(diào)節(jié)量不夠的缺陷,更好適應(yīng)電網(wǎng)需求。

3.2.1 調(diào)速器啟用功率調(diào)節(jié)模式并保留原開(kāi)度模式,原開(kāi)度模式調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)方式保持不變,但要求對(duì)開(kāi)度模式下的一次調(diào)頻功能優(yōu)化。機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制模式為功率模式,功率模式運(yùn)行時(shí),如果功率輸入或功率給定輸入有故障,調(diào)速器自動(dòng)切為開(kāi)度模式運(yùn)行。運(yùn)行人員也可根據(jù)需要在上位機(jī)操作切換控制模式,調(diào)速器接到監(jiān)控送來(lái)的控制模式切換指令后切換到相應(yīng)的控制模式。

3.2.2 在調(diào)速器開(kāi)度模式下,功率調(diào)節(jié)方式與現(xiàn)有調(diào)節(jié)方式不變,監(jiān)控系統(tǒng)持續(xù)發(fā)有功給定和有功實(shí)發(fā)值信號(hào)給調(diào)速器。在調(diào)速器功率模式下,監(jiān)控系統(tǒng)不再輸出調(diào)節(jié)脈沖信號(hào),由調(diào)速器系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控發(fā)出持續(xù)的4～20m A 有功設(shè)定和有功實(shí)發(fā)信號(hào)進(jìn)行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)。

3.3 一次調(diào)頻功能優(yōu)化 增加功率模式后,在功率模式下,調(diào)速器功率目標(biāo)值為功率給定與一次調(diào)頻疊加量,頻率偏離死區(qū),實(shí)發(fā)功率為功率給定值與一次調(diào)頻動(dòng)作量的疊加量,頻率回到死區(qū)內(nèi),實(shí)發(fā)功率為上位機(jī)下發(fā)的給定功率,響應(yīng)AGC的指令變化。

當(dāng)實(shí)際頻率差值ΔF′大于設(shè)定死區(qū)頻率后,調(diào)速器將采集實(shí)際頻率差值,并進(jìn)行計(jì)算,得到功率差值ΔP′,通過(guò)PID 調(diào)節(jié)將指令發(fā)至機(jī)組,一次調(diào)頻動(dòng)作后由頻率差ΔF得出應(yīng)輸出有功功率ΔPf。由此可以看出當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí),功率模式下輸出有功功率值更為精準(zhǔn),為電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的電能,確保電網(wǎng)安全提供了更有力的保證。

4 總結(jié)與展望

電廠四臺(tái)機(jī)組經(jīng)過(guò)AVC功能單機(jī)及多機(jī)測(cè)試,四臺(tái)機(jī)組的性能均達(dá)到《中國(guó)南方電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制(AVC)技術(shù)規(guī)范》要求：AVC 的電壓調(diào)節(jié)速率均在規(guī)范要求的≥1k V/5min;AVC的電壓調(diào)節(jié)精度均滿足規(guī)范要求的0.5k V 的調(diào)節(jié)死區(qū)。且應(yīng)用該項(xiàng)功能后500k V 母線電壓合格率達(dá)到100%,三相電壓不平衡度滿足要求,保證了電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)調(diào)速器功率閉環(huán)優(yōu)化后,電廠四臺(tái)機(jī)組AGC 調(diào)節(jié)速率均能達(dá)到“兩個(gè)細(xì)則”要求,平均調(diào)節(jié)速率能達(dá)到134.25MW/MIN;一次調(diào)頻性能、精度顯著提高,保證了電網(wǎng)功率、頻率穩(wěn)定,為電網(wǎng)提供了高效、優(yōu)質(zhì)的電能和安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障,該項(xiàng)技術(shù)改造在該水電廠的良好運(yùn)用,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)、安全和社會(huì)效益,值得其他水電廠借鑒運(yùn)用。