淺談瀑布溝、深溪溝、枕頭壩水電站電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)

向 文 軍

(國家能源大渡河生產(chǎn)指揮中心，四川 成都 610000)

0 引 言

電壓是電力系統(tǒng)無功功率供需平衡的具體表現(xiàn)，無功功率的傳輸不但產(chǎn)生很大的損耗，而且沿傳輸途徑有很大的電壓降落，因而系統(tǒng)中各中樞點(diǎn)的電壓特性更具有地區(qū)性質(zhì)。電壓過高或過低均能造成用電設(shè)備的損壞，并能降低產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，甚至使某些設(shè)備不能工作。隨著電網(wǎng)的生產(chǎn)和發(fā)展，電壓已不只是一個(gè)供電質(zhì)量問題，還關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓控制和調(diào)整，可建立以幾個(gè)發(fā)電廠為中心的地區(qū)網(wǎng)絡(luò)，采用分散電壓調(diào)節(jié)和集中控制相結(jié)合方式，根據(jù)無功功率就地平衡的原則，在調(diào)度中心的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，自動(dòng)維持本地區(qū)電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。

1 三站工程概況

1.1 瀑布溝水電站

瀑布溝水電站是大渡河干流梯級(jí)規(guī)劃中的第19個(gè)梯級(jí)。采用6臺(tái)單機(jī)容量600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘? 600 MW。電站主要送電方向?yàn)槌啥己痛ㄎ鞅钡貐^(qū)，采用500 kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)。電站出線六回，其中四回至眉山東坡500 kV變電站，線路長(zhǎng)約171 km；一回接深溪溝水電站，線路長(zhǎng)約22 km；備用一回。

1.2 深溪溝水電站

深溪溝電站為大渡河干流規(guī)劃的第20級(jí)電站，其上一梯級(jí)為瀑布溝電站，下一級(jí)為枕頭壩電站。電站共有4臺(tái)軸流式機(jī)組，單機(jī)容量165 MW，總裝機(jī)容量660 MW。出線電壓采用500 kV電壓，出線二回，一回接入瀑布溝電站升壓站，經(jīng)瀑布溝電站接入四川主網(wǎng)，至瀑布溝電站的線路距離約22 km；另一回接枕頭壩水電站，線路長(zhǎng)約27 km。

1.3 枕頭壩水電站

枕頭壩水電站為大渡河干流水電28級(jí)規(guī)劃的第21個(gè)梯級(jí)，其上一梯級(jí)為深溪溝電站，共有4臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，單機(jī)容量180 MW，裝機(jī)容量720 MW。電站采用500 kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)。電站出線兩回，一回至深溪溝電站，線路長(zhǎng)約27 km；備用一回至枕頭壩二級(jí)電站方向。

2 三站無功與電壓關(guān)系分析

枕頭壩電站負(fù)荷通過枕深線送至深溪溝電站，再通過深溪溝電站深布線將深溪溝電站負(fù)荷、枕頭壩電站負(fù)荷送至瀑布溝電站。則瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站組成一個(gè)簡(jiǎn)單的開式網(wǎng)絡(luò)。

2.1 電壓分析模型建立

由于瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站距離較短，架空線路未考慮線路參數(shù)的分布性及線路容升效應(yīng)等因素。瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站輸電線路等值電路見圖1。其中R和X分別表示線路等值電阻和等值電抗；U1為枕頭壩線電壓；U2為深溪溝線電壓；U3為深布線瀑布溝側(cè)線電壓；I1為枕深線電流，以U1、U2為例。

圖1 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站輸電線路等值電路圖

U1-U2=(R1+jX1)I1=ΔU2+δU2

(1)

由于

(2)

則

U1=U2+ΔU2+δU2

(3)

其向量圖見圖2[2]。

圖2 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站等值向量圖

(4)[4]

故可認(rèn)為U1≈U2+ΔU2，同理可得U2≈U3+ΔU3。

3 目前三站電壓調(diào)節(jié)存在的問題

2019年2月15日，瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站AVC投省調(diào)閉環(huán)控制，14∶37省調(diào)AVC下發(fā)值(瀑布溝AVC設(shè)值531.32 kV、深溪溝AVC設(shè)值530.22 kV、枕頭壩AVC設(shè)值532.54 kV)，枕頭壩2號(hào)、3號(hào)機(jī)組減磁閉鎖，枕頭壩一級(jí)2F、3F發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制動(dòng)作。查詢監(jiān)控系統(tǒng)歷史記錄見表1和圖3。

4 故障原因分析

從瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站歷史數(shù)據(jù)中可以看出：

(1)故障前后瀑布溝電壓基本保持不變，見圖4。

(2)14:37以后枕頭壩電壓略低于深溪溝電壓，深溪溝機(jī)組無功增加，枕頭壩機(jī)組無功降低，兩站無功互相拉扯，見圖5、6。

分析故障原因?yàn)椋焊鶕?jù)瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站電壓分析模型，可以得出瀑深枕三站電壓應(yīng)滿足枕頭壩電壓U1>深溪溝電壓U2>瀑布溝電壓U3。而14∶37瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站AVC投省調(diào)閉環(huán)控制，枕頭壩AVC收到省調(diào)電壓下調(diào)指令，由于枕頭壩AVC電壓值設(shè)定不合理，使枕頭壩AVC電壓設(shè)定值略低于深溪溝AVC電壓設(shè)定值。枕頭壩電壓下降，枕頭壩機(jī)組無功相應(yīng)減少，同時(shí)枕頭壩電壓降低引起深溪溝電壓降低，而深溪溝AVC為保持深溪溝電壓不變，機(jī)組無功增加。同時(shí)深溪溝電壓反作用于枕頭壩電壓，阻止枕頭壩電壓下降。枕頭壩AVC為達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)一步減少機(jī)組無功直到減磁閉鎖動(dòng)作。

表1 瀑深枕三站電壓及深枕無功變化(14∶26-14∶45)

圖3 瀑深枕三站電壓及深枕無功變化趨勢(shì)(電壓?jiǎn)挝唬簁V 無功單位：Mvar)

圖4 瀑深枕三站電壓變化趨勢(shì)(電壓?jiǎn)挝唬簁V 無功單位：Mvar)

圖5 深溪溝電壓及無功變化趨勢(shì)(電壓?jiǎn)挝唬簁V 無功單位：Mvar)

5 電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)

電力系統(tǒng)中無功實(shí)行分層、分區(qū)、就地平衡原則，梯級(jí)水電站聯(lián)合電壓調(diào)節(jié)(VCS)主要用于電力系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整后各電站無功出力決策的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站廠間無功負(fù)荷的實(shí)時(shí)分配，以確保在電力系統(tǒng)安全的前提下不會(huì)出現(xiàn)機(jī)組長(zhǎng)期欠勵(lì)、過勵(lì)等不合理現(xiàn)象，從而達(dá)到科學(xué)、安全的目的。

5.1 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩電壓聯(lián)調(diào)工作流程

瀑布溝、深溪溝、枕頭壩地理位置相距較近。瀑布溝機(jī)組容量大，無功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，同時(shí)瀑布溝母線裝設(shè)2組容量為160 Mvar電抗器，深溪溝，枕頭壩電站機(jī)組容量小，無功調(diào)節(jié)能力差。瀑布溝電站、深溪溝電站、枕頭壩電站均具有AVC功能。瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站聯(lián)合電壓調(diào)節(jié)(VCS)作為一個(gè)處于電網(wǎng)調(diào)度和電廠AVC之間的運(yùn)行控制層。根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)要求的區(qū)域電壓曲線, 并考慮站間電壓偏移、機(jī)組容量以及廠內(nèi)相關(guān)約束條件，確定流域內(nèi)梯級(jí)各電站最佳的無功功率分配，再下達(dá)給電廠AVC 執(zhí)行。瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站電壓聯(lián)調(diào)工作流程見圖7[5]。

圖6 枕頭壩電壓及無功變化趨勢(shì)(電壓?jiǎn)挝唬簁V 無功單位：Mvar)

圖7 瀑深枕三站VCS工作流程

5.2 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩電壓聯(lián)調(diào)策略

瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站作為以瀑布溝電站為調(diào)節(jié)樞紐，深溪溝、枕頭壩輔助調(diào)節(jié)的區(qū)域電網(wǎng)。當(dāng)區(qū)域內(nèi)電壓偏高(低)，調(diào)節(jié)瀑布溝電站(樞紐電站)電壓，其余兩站輔助調(diào)整電壓[6]，同時(shí)避免區(qū)域內(nèi)多臺(tái)設(shè)備同時(shí)調(diào)整無功引起震蕩。

(1) 系統(tǒng)電壓調(diào)整。

(2) 電壓一定時(shí)，有功功率調(diào)整引起無功功率變化。

(3) 投切無功補(bǔ)償裝置。

隨著我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，保險(xiǎn)商業(yè)化的趨勢(shì)不斷加強(qiáng)。很多地區(qū)也開始試水醫(yī)療保險(xiǎn)的商業(yè)化。如果醫(yī)療機(jī)構(gòu)違反了醫(yī)療服務(wù)合同，給患者造成了人生傷害，可以通過購買商業(yè)保險(xiǎn)的方式分散風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)在的商業(yè)醫(yī)療保險(xiǎn)的狀況不容樂觀，因?yàn)榛颊咛岢龅母哳~損害賠償常常令保險(xiǎn)公司措手不及，使得很多商業(yè)保險(xiǎn)公司放棄了醫(yī)療保險(xiǎn)業(yè)務(wù)。但是如果我們可以把醫(yī)療服務(wù)合同的地位法定化，約定好雙方當(dāng)事人的權(quán)利和義務(wù)，這樣商業(yè)保險(xiǎn)公司理賠的時(shí)候才會(huì)有依據(jù)，商業(yè)醫(yī)療保險(xiǎn)也會(huì)慢慢發(fā)展起來。醫(yī)療保險(xiǎn)制度的構(gòu)建，是一個(gè)“三贏”的局面，可以分散醫(yī)療機(jī)構(gòu)的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，擴(kuò)大商業(yè)保險(xiǎn)公司的業(yè)務(wù)范圍，更有利于保護(hù)患者的利益。

針對(duì)影響電壓偏移主要因素，制定相應(yīng)調(diào)節(jié)策略：

(1)調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)瀑布溝電壓值，瀑布溝電壓設(shè)定值變化，引起瀑布溝母線無功功率Q變化，計(jì)算出當(dāng)前瀑布溝、深溪溝兩站的電壓差，得出深溪溝電壓設(shè)定值。采集深溪溝母線無功功率Q變化，計(jì)算出當(dāng)前深溪溝、枕頭壩兩站的電壓差，得出枕頭壩電壓設(shè)定值。

(2)瀑布溝設(shè)定電壓一定時(shí)，瀑布溝有功變化或投切電抗器，引起瀑布溝母線無功功率Q變化，計(jì)算出當(dāng)前瀑布溝、深溪溝兩站的電壓差，得出深溪溝電壓設(shè)定值。采集深溪溝母線無功功率Q變化，計(jì)算出當(dāng)前深溪溝、枕頭壩兩站的電壓差，得出枕頭壩電壓設(shè)定值。

(3)深溪溝設(shè)定電壓一定時(shí)，深溪溝有功變化，引起深溪溝母線無功功率Q變化，計(jì)算出當(dāng)前深溪溝、枕頭壩兩站的電壓差，得出枕頭壩電壓設(shè)定值。

具體調(diào)節(jié)策略圖見圖8。

圖8 瀑深枕三站VCS調(diào)節(jié)策略圖

5.3 系統(tǒng)安全閉鎖

電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)(VCS)系統(tǒng)故障、操作不當(dāng)以及外部環(huán)境的變化等多種因素都可能造成電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)(VCS)系統(tǒng)失控。電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)(VCS)系統(tǒng)的失控通常會(huì)給電網(wǎng)和電站帶來嚴(yán)重的影響。因此，電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)(VCS)系統(tǒng)如果發(fā)生了以下異常情況，則VCS自動(dòng)退出控制，電站AVC保持原有工作狀態(tài)。VCS自動(dòng)退出條件如下：

(1) 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站任一站AVC閉環(huán)控制退出。

(2) 深布線、枕深線任一線路跳閘或檢修。

(4) 深布線、枕深線任一線路無功功率長(zhǎng)時(shí)間無變化或發(fā)生突變。

(5) 電網(wǎng)電壓異常。

(6) 集控與電站通訊中斷。

(7) 集控與調(diào)度通訊中斷。

6 結(jié) 語

由于瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三級(jí)梯級(jí)電站接線方式特殊性，可將瀑布溝電壓值作為該區(qū)域電壓值，當(dāng)調(diào)度機(jī)構(gòu)控制區(qū)域電壓變化時(shí)，通過主要調(diào)整瀑布溝電壓，深溪溝、枕頭壩輔以調(diào)壓方式，就可以使三站電壓時(shí)刻保持在合理偏移范圍內(nèi)，避免電站間無功功率互相拉扯現(xiàn)象。同時(shí)解決了電壓傳統(tǒng)控制方式中，采用電壓-無功單站控制，而不能做到電壓-無功地區(qū)控制的問題。在流域梯級(jí)電站智慧調(diào)度建設(shè)中，區(qū)域電壓聯(lián)合調(diào)節(jié)意義重大，控制著電壓質(zhì)量和提高電壓合格率、梯級(jí)電站運(yùn)行管理水平，為實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、高效發(fā)揮巨大作用。