王子龍 吳雨薇
(1.杭州意能電力技術(shù)有限公司,浙江杭州 311000;2.浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司,浙江紹興 311200)
淺談發(fā)電廠AVC系統(tǒng)在網(wǎng)源協(xié)調(diào)中的應(yīng)用
王子龍1吳雨薇2
(1.杭州意能電力技術(shù)有限公司,浙江杭州 311000;2.浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司,浙江紹興 311200)
“網(wǎng)源協(xié)調(diào)”是指發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)管理,通過對發(fā)電機(jī)組、升壓站等與電網(wǎng)密切相關(guān)的設(shè)備管理,保證發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。AVC通過勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓/無功達(dá)到主站控制目標(biāo),進(jìn)行實(shí)時最優(yōu)閉環(huán)控制,滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流,從而使電網(wǎng)盡可能地保持在最優(yōu)無功運(yùn)行狀態(tài)或附近,以達(dá)到提高電壓合格率,降低電網(wǎng)能量損耗的目的。
AVC 網(wǎng)源協(xié)調(diào) 勵磁
近些年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展,社會用電需求旺盛,越來越多的發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)以滿足生產(chǎn)生活中的各類用電設(shè)備。在這種條件下,電網(wǎng)本身對其安全性、穩(wěn)定性,抗擾性也提出了更高的要求。面對這樣的要求,如果僅僅依靠人工調(diào)節(jié),那么無論精度和速度都難以滿足電網(wǎng)的調(diào)節(jié)需要。若要電網(wǎng)運(yùn)行在安全穩(wěn)定的狀態(tài),就要優(yōu)化電壓和無功的控制能力,以達(dá)到網(wǎng)源協(xié)調(diào),AVC系統(tǒng)的介入正是解決此問題的理想方式之一。
AVC最早在20世紀(jì)80年代初開始用于電網(wǎng),稱為二次電壓調(diào)節(jié)網(wǎng),目標(biāo)是在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)無功功率及電壓的區(qū)域性集中控制。隨著技術(shù)的提高,AVC控制系統(tǒng)也在功能上不斷完善,控制層次也更加細(xì)致。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行及控制需求一般可分為一次、二次和三次調(diào)節(jié)。
一次電壓控制(基層電壓控制):機(jī)端電壓或主變高壓側(cè)電壓的快速無規(guī)則變化由發(fā)電機(jī)組機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)實(shí)現(xiàn)快速控制(毫秒、秒級),一次電壓控制必須是自動的(類似機(jī)組一次調(diào)頻)。 二次電壓控制(區(qū)域電壓控制):主要面向電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性,一個區(qū)域內(nèi)某個或某些樞紐母線電壓的慢速變化(分鐘級)對該區(qū)域具有較大影響意義的一臺或多臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)合控制。三次電壓控制(全系統(tǒng)協(xié)調(diào)電壓控制):以全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo),采用最小化網(wǎng)損的最優(yōu)潮流實(shí)現(xiàn),以狀態(tài)估計(jì)和無功電壓優(yōu)化算法為基礎(chǔ),給出各區(qū)域中樞節(jié)點(diǎn)電壓的最優(yōu)設(shè)定值,控制周期一般為分鐘級或小時級,是區(qū)域間的電壓協(xié)調(diào)控制。
以浙江電網(wǎng)為例,下面是一個典型的發(fā)電廠子站邏輯結(jié)構(gòu)圖(圖1)。
當(dāng)AVC子站收到主站下發(fā)的命令后,可以合理利用發(fā)電機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力,以等功率因數(shù),相似裕度,等無功容量等控制策略,通過勵磁AVR的增減磁,維持同一系統(tǒng)母線下,發(fā)電機(jī)組間的無功分配合理化,并可滿足特殊工況的運(yùn)行要求。
目前,國內(nèi)大多數(shù)電網(wǎng)中的AVC系統(tǒng)都是以系統(tǒng)電壓為控制目標(biāo)的,主站每隔一段時間會下發(fā)給子站一個系統(tǒng)電壓目標(biāo)值,正常工況下每次調(diào)節(jié)電壓變化量很小。而AVC系統(tǒng)會將目標(biāo)電壓與當(dāng)前電壓的差值,轉(zhuǎn)換成為目標(biāo)電廠向系統(tǒng)送出的無功功率,也就是把母線的電壓目標(biāo)值轉(zhuǎn)化為全廠無功目標(biāo)。然后再將這個無功目標(biāo)經(jīng)優(yōu)化分配給各臺機(jī)組作為單機(jī)無功目標(biāo)。通常由公式將電壓目標(biāo)值轉(zhuǎn)化為全廠無功目標(biāo)。其中: Ui為當(dāng)前母線電壓,Uj為目標(biāo)電壓;Qi為當(dāng)前電廠送入系統(tǒng)的無功;Qj為為使母線電壓達(dá)到Uj需向系統(tǒng)送出的無功功率;X為系統(tǒng)阻抗。
在AVC運(yùn)行的大部分時間里,從電廠端看出去,系統(tǒng)阻抗的變化是不大的,因此系統(tǒng)阻抗往往可優(yōu)選為一個定值。但是,隨著電網(wǎng)不斷的發(fā)展壯大,電網(wǎng)運(yùn)行方式也有可能會發(fā)生改變。這種變化可能還會引起系統(tǒng)阻抗的變化,與此伴隨的是發(fā)電廠出口電壓的改變。如果此時要進(jìn)行電廠出口電壓的調(diào)節(jié),公式中的系統(tǒng)阻抗勢必要做相應(yīng)的調(diào)整,否則主站目標(biāo)指令將無法實(shí)現(xiàn)。在某些情況下,電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較大波動時,AVC將無法及時調(diào)節(jié)。因此,發(fā)電廠AVC系統(tǒng)的阻抗自適應(yīng)必須作為一個必備功能來要求。系統(tǒng)阻抗辨識就是根據(jù)電壓調(diào)節(jié)前后的電壓、無功值,根據(jù)公式:
發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要前提,所以發(fā)電廠AVC的控制策略應(yīng)以保障安全為主,在任何時候都不能有違機(jī)組安全運(yùn)行,其定值的設(shè)定要綜合考慮發(fā)電機(jī)保護(hù)和勵磁保護(hù),在合理的范圍和裕度內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。
在AVC定值的整定過程中,對各種安全條件的約束應(yīng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況區(qū)別對待,將保障機(jī)組安全穩(wěn)定的參數(shù)(極端電壓,無功,廠用電等)列為控制優(yōu)先等級,將提高機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量的參數(shù)(母線電壓,低頻振蕩,電網(wǎng)故障)列為一般等級。機(jī)組在運(yùn)行時應(yīng)提高AVC對優(yōu)先級別的響應(yīng)速度,使機(jī)組第一時間滿足優(yōu)先級別的約束條件。同時,要注意發(fā)電機(jī)在不同工況下的運(yùn)行要求,如AVC投入控制一臺機(jī)組、多臺機(jī)組,或發(fā)電機(jī)在進(jìn)相、滯相等運(yùn)行方式下,發(fā)電廠AVC應(yīng)區(qū)分控制策略,合理利用發(fā)電機(jī)的無功資源。
通過AVC來協(xié)調(diào)全網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的無功資源,不僅可以提高發(fā)電機(jī)對電網(wǎng)無功需求的響應(yīng)速度,減少運(yùn)行人員的主觀判斷和操作,還可以優(yōu)化同一系統(tǒng)母線下各發(fā)電機(jī)組間的無功分配。隨著控制技術(shù)的發(fā)展及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的增加,更多的變量將參與到相鄰機(jī)組間無功分配的策略中來,使AVC在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,靈活性,合理性等方面更進(jìn)一步。