摘 要:隨著我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展,電網(wǎng)和用電用戶對電能質量要求越來越高。而電壓是電能質量的重要指標之一,自動電壓控制(AVC)對保障電能質量,提高輸電效率,降低網(wǎng)損,實現(xiàn)穩(wěn)定運行起到至關重要的作用。通過對 AVC 自動電壓控制原理、影響因素、典型問題分析,提出 AVC 調節(jié)合格率改善措施。
1 概述
某水電廠總裝機容量 5×400MW,勵磁系統(tǒng)采用廣州擎天實業(yè)有限公司 EXC9000 系列,計算機監(jiān)控系統(tǒng)為北京某公司生產(chǎn) Power Generation Portal 4.1(PGP 4.1)監(jiān)控平臺,電廠經(jīng)兩回 500kV 線路接入電網(wǎng)。該電廠 2018 年底 AVC 投入網(wǎng)調控制后,由于 AVC 調節(jié)合格率達不到 90% 以上(見表1),按照南方區(qū)域“兩個細則”管理規(guī)定,電廠頻繁產(chǎn)生 1+5 系統(tǒng)考核電量。為此,該電廠通過對 AVC 控制原理、影響主要因素進行分析,提出AVC 調節(jié)合格率改善措施。AVC 調節(jié)合格率統(tǒng)計見表 1。
1.1 AVC 控制原理
電網(wǎng)調度側以母線電壓作為 AVC 調節(jié)控制目標,廠站側是通過對勵磁系統(tǒng)無功的調節(jié)來實現(xiàn)對母線電壓的控制,其控制原理如圖 1 所示[1-2]:其中 Uv 是母線電壓,取自廠站母線電壓變送器,Qg 是機組無功,取自機組無功功率變送器 ; 調度側 AVC 主站通過通訊下發(fā)當前時段下的母線電壓增量值(即:編碼值)ΔUv,廠站側監(jiān)控系統(tǒng)上位機接收到 ΔUv 后進行計算,將計算所得的各臺機組應實現(xiàn)的無功 Qg 送到各臺機組的現(xiàn)地 LCU 控制單元,通過 PID 計算以脈沖形式對勵磁系統(tǒng)進行地增磁控制,改變勵磁系統(tǒng) AVR 給定值對機組無功的控制,進而改變系統(tǒng)電壓[3]。其中,廠站AVC 接收到調度下發(fā)電壓增量值 ΔUv 后,按實際母線電壓與系統(tǒng)設定電壓偏差對無功進行分配,無功負荷計算公式如下:
QAVC=QACT-Kf×ΔUv-QAVC
其中:QACT- 全廠實發(fā)無功;Kf- 調壓系數(shù);ΔUv- 電壓增量值;QAVC- 不參加 AVC 機組的實發(fā)無功總和。
1.2 主要影響因素分析
1.2.1 AVC 參數(shù)設置不合理影響調節(jié)精度
廠 站 監(jiān) 控 系 統(tǒng) AVC 控 制 邏 輯 見 圖 2, 影 響AVC 調節(jié)性能參數(shù)主要包括調壓系數(shù)、全廠無功調節(jié)死區(qū)、單機無功調節(jié)死區(qū)及機組無功 PID 閉環(huán)調節(jié)時間等[4],若因上述參數(shù)設置不合理將影響 AVC 調節(jié)精度。例如:當單機無功調節(jié)死區(qū)設置偏小或偏大,以及無功 PID 閉環(huán)時間整定過長或過短,將導致 AVC 調節(jié)精度或調節(jié)時間不滿足要求,從而影響 AVC 調節(jié)合格率。
1.2.2 上送網(wǎng)調母線電壓與下達編碼值時母線電壓偏差大影響
網(wǎng)調下達 AVC 設定電壓值為電廠母線電壓值 + 編碼值(電壓增量值),電廠接收到編碼值+ 當前實時母線電壓值為廠站母線電壓設定值。在此過程中由于異步聯(lián)網(wǎng)運行,且電廠送出處于線路末端,廠站 500kV 母線電壓波動較大,導致上送網(wǎng)調母線電壓與下達編碼值時當前母線電壓偏差較大,造成網(wǎng)調與廠站端 AVC 設定電壓值不一致,AVC 調節(jié)精度不滿足電網(wǎng) ±0.5kV要求。
1.2.3 母線變送器接線方式與使用量程引起采集誤差
該電廠 500kV 母線電壓變送器量程范圍為0-120V 對應 4 ~ 20mA,其接線方式取相電壓,對應量程范圍是 0-60V 輸出 4 ~ 12mA ,僅使用到變送器量程的二分之一,準確度與分辨率相對降低一半。同時,監(jiān)控系統(tǒng)再將采集相電壓乘以1.732 轉換成線電壓,把波動量又放大了 1.732 倍,導致母線電壓測量準確度降低。
1.2.4 母線電壓變送器采集精度影響
電廠原使用母線電壓變送器為 FPVX 型模擬式變送器,采集精度 0.2 級。即使電廠母線電壓是理想恒定電壓,變送器本身也會產(chǎn)生測量波動,對于 0.2 級的電壓變送器,波動量在 ±0.1%附近,相對于 550kV 系統(tǒng)電壓就是 0.55kV,已超出AVC 調節(jié)死區(qū) 0.5kV[5]。 由于母線變送器采集精度不高,測量波動量較大,電廠接收到 AVC 編碼值時的當前母線電壓與網(wǎng)調側計算增量指令時電壓不一致,造成網(wǎng)調與廠站側 AVC 設定目標值偏差大。
1.2.5 無功功率信號穩(wěn)定性與準確度影響
假設機組有功功率保持不變,因無功功率變送器采集精度不高,使無功功率測量不穩(wěn)定,無功跳變超過單機無功調節(jié)死區(qū),導致無功 PID 頻繁調節(jié),引起無功閉環(huán)調節(jié)紊亂,造成無功再分配不真實也會加劇電壓的波動。
2 AVC 調節(jié)合格率改善措施
2.1 根據(jù)試驗合理設置 AVC 參數(shù)
根據(jù)電網(wǎng)自動電壓控制(AVC)技術規(guī)范要求[6],通過開展全廠及單機 AVC 試驗[7],反復驗證機組在各種運行工況下 AVC 參數(shù)設置合理性,從而確定 AVC 優(yōu)化參數(shù)。
1)由于該電廠處于電網(wǎng)網(wǎng)架結構末端,且通過交直流異步聯(lián)網(wǎng)方式送出,對電廠母線電壓穩(wěn)定性造成了較大影響。若廠站 AVC 單機無功分配死區(qū)較小,母線電壓波動將導致單機 AVC 頻繁動作,鑒于電廠機組無功調節(jié)方式為監(jiān)控系統(tǒng)LCU 通過繼電器輸出脈寬信號對勵磁系統(tǒng)進行控制,AVC 頻繁動作會嚴重影響繼電器壽命。為消除 AVC 頻繁動作帶來的安全隱患,電廠將單機無功分配死區(qū)由原 2MVar 修改為 2.5MVar,無功 PID閉環(huán)調節(jié)時間由 10min 修改為 5min。
2)電廠 AVC 電壓 - 無功計算方式為調壓系數(shù)方式,即將電壓偏差乘以調壓系數(shù)得到無功調節(jié)量。電廠原 AVC 調壓系數(shù)為 7MVar/kV,當電廠多臺機組投入 AVC 運行時,易出現(xiàn) AVC 無功分配值落入機組無功分配死區(qū)導致機組無功響應不及時,影響 AVC 電壓調節(jié)質量。結合全廠機組AVC 試驗結果和運行經(jīng)驗,將 AVC 調壓系數(shù)由原 7MVar/kV 修改為 15 MVar/kV。因廠站 AVC 電壓調節(jié)死區(qū)為 0.5kV,為更好響應電網(wǎng)電壓調節(jié)需求,將全廠無功調節(jié)死區(qū)由原 12MVar 修改為 7.5 MVar,從而提高 AVC 調節(jié)精度。通過優(yōu)化上述廠站 AVC 參數(shù)并進行試驗驗證后(見表 2),AVC 調節(jié)精度和調節(jié)時間均得到明顯改善,有效提升了 AVC 調節(jié)合格率。
2.2 母線變送器與機組無功功率變送器選型更換
為保證變送器更換后能有效提升采集精度, 該 電 廠 多 方 咨 詢 了 解 變 送 器 應 用 市 場,以 及 系 統(tǒng) 內(nèi) 電 廠 使 用 評 價 效 果, # 終 確 定 將500kV 母線變送器由原 FPVX 模擬式變送器更換為浙江涵普公司生產(chǎn)的 AVC 專用數(shù)字式電壓變送器(FPVX-W),機組有無功變送器由原FPWK301 型變送器更換為 FPWK301-W 數(shù)字式變送器,其模擬式變送器與數(shù)字式變送器測量輸出波形如圖 3、圖 4 所示。該變送器更換后采集精度由原 0.2 級提升至 0.1 級,且母線變送器能有效濾除電壓高次諧波,使測量準確度和穩(wěn)定性大幅提升。
2.3 改變母線電壓變送器接線方式
電廠將母線電壓變送器相電壓測量方式更改為線電壓接線方式[8-9],并將監(jiān)控系統(tǒng)母線電壓測量計算邏輯進行修改,使其變送器工作在滿量程附近,母線電壓測量上送監(jiān)控系統(tǒng)后不再乘以1.732 系數(shù)進行換算,有效減小了母線變送器測量誤差。
2.4 修改監(jiān)控系統(tǒng) AVC 程序
針對電廠 500kV 母線電壓波動大,導致監(jiān)控系統(tǒng)采集上送網(wǎng)調母線電壓與下達編碼值時當前母線電壓偏差較大問題。電廠將用于計算控制的當前母線電壓值由當前采樣值改為取#近 5 s 采樣值的加權平均值,#大限度減小母線電壓波動引起網(wǎng)調與廠站側 AVC 設定電壓偏差,從而提升了AVC 調節(jié)合格率。
3 改善效果評價
通過對 AVC 控制原理、影響因素進行分析,采取有針對性優(yōu)化措施進行改造后,該電廠 AVC合格率由改造前平均值 87.75% 提升至 94.66%,滿足電網(wǎng) AVC 調節(jié)合格率 90% 以上,改造后經(jīng) 4 個月運行觀察,未再次發(fā)生 AVC 調節(jié)合格率不滿足要求產(chǎn)生 1+5 系統(tǒng)考核電量。AVC 調節(jié)合格率改善情況見表 3。
4、結語
隨著我國智能電網(wǎng)建設的快速發(fā)展,自動電壓控制(AVC)技術越來越成熟,在電網(wǎng)調度、變電站及發(fā)電廠得到普遍應用。由于電網(wǎng)結構日益復雜、規(guī)模不斷擴大,系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行方式不同,對電網(wǎng)自動電壓控制(AVC)提出了更高要求。特別在異步聯(lián)網(wǎng)運行方式下,加之電廠送出線路處于網(wǎng)架結構末端,廠站母線電壓波動較大,若選用的母線電壓變送器和機組無功功率變送器采集精度不高,不具備低通濾波功能,以及廠站 AVC參數(shù)、母線電壓測量計算或控制邏輯不合理,將直接影響 AVC 調節(jié)精度,不滿足南方區(qū)域“兩個細則”管理要求,從而產(chǎn)生考核損失電量。通過合理設置廠站 AVC 參數(shù)、優(yōu)化母線電壓測量計算邏輯,選用采集精度高、穩(wěn)定性好的母線電壓及機組無功變送器,保證其變送器運行在滿量程附近,從電壓測量源和控制邏輯改善 AVC 調節(jié)精度,經(jīng)過實際運行檢驗,AVC 調節(jié)合格率得到大幅提升。