水電廠自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)子站試驗(yàn)方法研究

竇 騫，盧廣陵，陳新凌

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣西南寧 530023）

引言

發(fā)電機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，避免發(fā)展過(guò)程中資源閑置浪費(fèi)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、電力的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1,2]。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的與日俱增，以往的電壓人工手動(dòng)調(diào)整控制手段已不適應(yīng)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的要求[3,4]。電壓升高則功率增大，電壓降低則功率減小，針對(duì)發(fā)電廠側(cè)，通過(guò)改變機(jī)端電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的功率調(diào)節(jié)，電壓響應(yīng)參與電網(wǎng)調(diào)度和電壓自動(dòng)控制（AVC）均是對(duì)母線節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，二者之間存在協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。

自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)已在我國(guó)得到廣泛運(yùn)用，是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)保障[5,6]。調(diào)度中心通過(guò)AVC對(duì)發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組的無(wú)功功率進(jìn)行遠(yuǎn)方控制，提高各發(fā)電廠高壓母線的電壓水平，達(dá)到提高本地區(qū)的供電電壓水平，改善地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量的目的。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)的一類，在發(fā)電廠、變電站與調(diào)度控制中心之間傳輸?shù)男畔ㄟb測(cè)、遙信、遙控等[7]。由于以往水電廠側(cè)設(shè)置電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)端測(cè)控單元裝置（RTU）上送遙測(cè)、遙信值時(shí)在準(zhǔn)確性和快速性方面存在不足，取自變送器的遙測(cè)值精度僅為0.5級(jí)，取自繼電器輔助接點(diǎn)的遙信值響應(yīng)慢，準(zhǔn)確率低。因此，在AVC子站投入運(yùn)行前，應(yīng)該對(duì)AVC子站進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以確定AVC各項(xiàng)功能指標(biāo)能否滿足電網(wǎng)要求。

現(xiàn)有電廠無(wú)功電壓量測(cè)數(shù)據(jù)已難以勝任自動(dòng)電壓控制的需要，要實(shí)現(xiàn)AVC系統(tǒng)完整、準(zhǔn)確、快速采集無(wú)功電壓數(shù)據(jù)的功能，需驗(yàn)證其遙測(cè)、遙信傳輸功能。本項(xiàng)目研究了自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)原理，通過(guò)對(duì)遙測(cè)類、遙信類信號(hào)的交互流程以及相關(guān)控制算法的梳理，提出一種電廠側(cè)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)子站試驗(yàn)方法，并在某電廠驗(yàn)證方法的有效性，進(jìn)而確認(rèn)該方法有助于檢驗(yàn)電廠側(cè)電壓自動(dòng)控制的功能。

1 電廠側(cè)AVC子站與調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方法

發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)母線電壓、發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的綜合測(cè)量（GPS同步采樣）與控制。系統(tǒng)能完成電廠端AVC閉環(huán)控制，通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)接收調(diào)度中心AVC主站的調(diào)壓指令，或根據(jù)設(shè)定的調(diào)壓曲線，優(yōu)化控制各臺(tái)參與自動(dòng)調(diào)壓的機(jī)組。發(fā)電廠母線電壓響應(yīng)能秒級(jí)響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，在電網(wǎng)功率缺額的情況下，通過(guò)改變發(fā)電廠的母線電壓，補(bǔ)償機(jī)組快速調(diào)節(jié)能力的不足，快速拉升系統(tǒng)頻率水平。

電廠側(cè)AVC子站與調(diào)度中心交換的數(shù)據(jù)有兩類：一類是遙測(cè)類，包括發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、高壓母線電壓等具體的數(shù)據(jù)；另一類是遙信類，主要包括AVC功能投入/退出、閉環(huán)/開(kāi)環(huán)等信號(hào)量。本項(xiàng)試驗(yàn)主要是檢測(cè)遙測(cè)類數(shù)據(jù)的精度、遙信類數(shù)據(jù)信號(hào)是否正確和及時(shí)響應(yīng)。

1.2 遙測(cè)類測(cè)試

在調(diào)度中心的AVC主站，讀取該水電廠發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)數(shù)值，與格鞏電廠AVC子站的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。

遙測(cè)類試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)要求測(cè)試值與上送值的誤差不大于5%。

表1 遙測(cè)類試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.3 遙信類測(cè)試

在該水電廠AVC子站中進(jìn)行各項(xiàng)功能的投、退，在調(diào)度中心AVC主站中觀察收到的開(kāi)關(guān)量是否與子站相符合，遙信類試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 遙信類試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 電廠側(cè)AVC子站試驗(yàn)功能測(cè)試

2.1 電廠側(cè)AVC模擬開(kāi)環(huán)試驗(yàn)

電廠側(cè)的AVC子站投入“當(dāng)?shù)貭顟B(tài)”“開(kāi)環(huán)”方式，使電廠側(cè)的AVC子站運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，只會(huì)根據(jù)所設(shè)定的母線電壓要求計(jì)算各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的無(wú)功功率分配大小，但并不發(fā)出調(diào)節(jié)指令。然后電廠的高壓母線電壓保持不變，記錄AVC調(diào)節(jié)前的母線電壓、無(wú)功功率和AVC對(duì)應(yīng)的設(shè)定值。設(shè)置發(fā)電廠母線電壓，設(shè)置值比原有母線電壓大或小均可，AVC會(huì)根據(jù)母線電壓大小，自動(dòng)計(jì)算各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的無(wú)功功率，記錄下無(wú)功功率設(shè)定值。

試驗(yàn)要求：母線電壓設(shè)定比原電壓值高時(shí)，無(wú)功功率設(shè)定應(yīng)比原無(wú)功高；反之則無(wú)功設(shè)定應(yīng)比原無(wú)功值低。開(kāi)環(huán)方式下單機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，開(kāi)環(huán)方式下雙機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，開(kāi)環(huán)方式下三機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表3 開(kāi)環(huán)方式下單機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)（#1機(jī)）

表4 開(kāi)環(huán)方式下雙機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 開(kāi)環(huán)方式下三機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 電廠側(cè)AVC模擬閉環(huán)試驗(yàn)

電廠側(cè)的AVC子站投入“當(dāng)?shù)貭顟B(tài)”“閉環(huán)”方式，此時(shí)AVC功能真正投入使用，可以直接調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率，但只能在電廠側(cè)發(fā)出指令。先保持發(fā)電廠母線電壓不變，記錄AVC調(diào)節(jié)前后的母線電壓、無(wú)功功率和AVC對(duì)應(yīng)的設(shè)定值。改變發(fā)電廠母線電壓設(shè)置值，使設(shè)置值比原有母線電壓大或小均可，AVC會(huì)根據(jù)母線電壓大小，自動(dòng)計(jì)算各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的無(wú)功功率，記錄下無(wú)功功率設(shè)定值和母線電壓到達(dá)設(shè)置值的調(diào)節(jié)時(shí)間。

其中，Q1：#1機(jī)無(wú)功功率；Q2：#2機(jī)無(wú)功功率；Q3：#3機(jī)無(wú)功功率。閉環(huán)方式下單機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，閉環(huán)方式下雙機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7，閉環(huán)方式下三機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)時(shí)間不應(yīng)大于50 s，而在上述三種調(diào)節(jié)模式下，實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)間約30 s。

表6 閉環(huán)方式下單機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 閉環(huán)方式下雙機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表8 閉環(huán)方式下三機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 電廠側(cè)AVC子站與調(diào)度中心主站側(cè)AVC聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)

在電廠側(cè)AVC子站功能試驗(yàn)完畢后，可保證AVC子站具備自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功功率分配功能，且方向正確，可以根據(jù)下發(fā)指令調(diào)節(jié)發(fā)電廠的母線電壓。此時(shí)可以進(jìn)行與調(diào)度中心主站的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，直接在調(diào)度中心下發(fā)指令，檢測(cè)此時(shí)AVC子站是否能按主站下發(fā)指令正確動(dòng)作，并使母線電壓到達(dá)設(shè)置值。

該水電廠此次試驗(yàn)工況只投入兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，并將運(yùn)行方式設(shè)置為“遠(yuǎn)方控制”“閉環(huán)”方式，保持電廠母線電壓不變。試驗(yàn)開(kāi)始前記錄AVC調(diào)節(jié)前的母線電壓、有功功率、無(wú)功功率與AVC對(duì)應(yīng)的設(shè)定值。然后在廣西調(diào)度中心主站直接設(shè)置電廠側(cè)母線電壓，使設(shè)置值比原有母線電壓大或小均可，投入試驗(yàn)的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)其無(wú)功功率，記錄無(wú)功功率設(shè)定值和母線電壓到達(dá)設(shè)置值的調(diào)節(jié)時(shí)間。聯(lián)調(diào)方式下雙機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表9，試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)時(shí)間不大于50 s，實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)間約40 s。

表9 聯(lián)調(diào)方式下雙機(jī)調(diào)節(jié)模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如果多臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)方法相同，只需將要試驗(yàn)的各臺(tái)發(fā)電機(jī)的AVC功能均投入即可。

4 結(jié)論

通過(guò)此次試驗(yàn)，完成了該水電廠在單機(jī)、雙機(jī)和三機(jī)模式下，AVC子站模擬開(kāi)環(huán)試驗(yàn)和模擬閉環(huán)試驗(yàn)、AVC子站與調(diào)度通信中心主站側(cè)AVC聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)，全面驗(yàn)證了遙測(cè)類、遙信類信號(hào)是否滿足自動(dòng)電壓控制的需要，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷該水電廠AVC子站功能正常，可以投入正常使用。該試驗(yàn)方法為調(diào)度中心采用全網(wǎng)一體化的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）進(jìn)行全網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化協(xié)調(diào)控制提供基礎(chǔ)驗(yàn)證，進(jìn)而有助于降低網(wǎng)損、提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平和電壓質(zhì)量。