熱電廠AVC系統子站的設計與應用

牛保軍，張禮珍，安惠國

(大唐保定熱電廠，河北 保定 071051 )

1 概述

自動電壓控制(AVC)系統安裝于調度側的主站，對電網各參數進行穩定和經濟計算后對電廠側的各機組子站下發無功功率(電壓)調整指令，實現電網和機組間的電壓和無功功率合理分配，實現無功自動調整(分配)。 AVC系統是保證大電網安全、穩定、經濟運行的自動調整設備，通過AVC系統可實現系統電壓的最低、最高限制值，保證系統合理無功功率儲備，實現機組間的合理無功功率分配，降低電網功率損耗。大唐保定熱電廠(簡稱“保定熱電廠”)二廠區位于保定市西郊，2臺200 MW火電機組(10號、11機組)于2007年投運，發電廠母線及出線電壓220 kV。為配合河北省南部電網AVC系統建設，保定熱電廠于2009年初安裝投運一套子站設備。

2 系統架構及工作流程

AVC系統架構按電壓調整分為3個層次，一級電壓控制，二級電壓控制，三級電壓控制[1]。

a.一級電壓控制為單元控制。控制器為發電機勵磁調節器，控制時間常數為毫秒～秒級，在這級控制中，控制設備通過保持輸出變量盡可能的接近設定值補償電壓快速和隨機的變化，其作用是保證機端電壓等于給定值。

b.二級電壓控制為本地控制(子站設備)，時間常數約為秒～分鐘級，控制器為無功功率電壓自動調控裝置，控制的主要目的是協調本地的一級控制器，保證母線電壓或全廠總無功功率等于設定值，如果控制目標產生偏差，二級電壓控制器則按照預定的控制規侓改變一級電壓控制器的設定值。

c.三級電壓控制是全局控制，時間常數約為分鐘～小時級，它以全系統的安全、經濟運行為優化目標，給出各廠站的優化結果，并下達給二級控制器，作為二級控制器的跟蹤目標，安裝在河北省調度通信中心側。

保定熱電廠的AVC子站設備作為河北省南部電網AVC系統的一個子站，接受主站指令并經計算后下發給2臺發電機的勵磁設備，實現2臺發電機的無功功率分配和自動調節。AVC系統分層模型見圖1[1]。

圖1 AVC系統分層模型

保定熱電廠投運的YC2008 AVC自動調控系統，安裝在機組保護間，通過光纜至廠調度數據網絡設備至電網調度數據網至主站，子站架構見圖2[1]

圖2 AVC系統子站架構示意

調度側AVC主站每隔一段時間(根據實際要求，數分鐘不等)對網內裝設子站的發電機組或電廠下發母線電壓指令(或無功功率目標指令)，發電廠側通信數據處理平臺同時接受主站的母線電壓指令(或無功功率指令)和遠動終端采集的實時數據，將數據通過現場通信網絡發送至無功功率自動調控裝置。裝置經過計算，并綜合考慮系統及設備故障以及AVR各種限制、閉鎖條件后，給出當前運行方式下，在發電機調整能力范圍內的調節方案，然后向勵磁調節器發出控制信號，通過增減勵磁調節器給定值來改變發電機勵磁電流，進而調節發電機無功功率出力，使機組無功功率或母線電壓維持在調度中心下達的母線電壓指令(或無功功率指令)附近。AVC系統子站工作流程示意見圖3。

圖3 AVC系統子站工作流程示意

3 系統實現方式

3.1 系統通信

調度中心主站至發電廠下行通信(發電廠的當地功能)采用調度數據網的網絡通信，下達AVC指令，并返送各發電廠參與AVC調節的各發電機組的無功功率功率，用來與當地功能采集到的實時數據相比較，當二者不一致時判斷為通信故障，規約為省調下行規約。

AVC調節裝置向勵磁調節下達的無功功率增、減指令的脈沖信號通過電纜接至勵磁設備，脈沖信號分別為加、減勵磁信號，勵磁調節裝置根據AVC調節裝置的脈沖信號指令調節機組的無功功率。

3.2 實時數據采集

a.數據量。AVC自動調節的數據量為參與AVC調節的機組的有功功率、無功功率，發電機的定子電壓、電流及220 kV母線電壓、廠用母線電壓。這些數據量由遠動RTU設備的專用電量變送器將其變為4～20 mA(或0～5 V)的弱電模擬信號，并進一步轉換為數字信號通過RTU與AVC的通信通道送入AVC裝置，作為AVC子站的計算、調節的依據。

b.信號量。AVC投停信號接點閉合為設備處于正常投入狀態，由AVC調節裝置向主站和電廠控制室提供；AVC裝置的不同異常信號由AVC調節裝置向主站和電廠控制室提供提供，信號為常開接點信號，此接點閉合為AVC裝置工作異常。同時，在AVC調節裝置異常或中調至發電廠下行通信異常時向電廠控制室和主站，使運行人員及時采取措施，恢復AVC調節系統的運行，提出高AVC的運行投入率。

4 系統應用分析

4.1 AVC系統在10號機組的應用情況

4.1.1 10號機組典型月數據分析

10號機組2010年6月12日-7月12日的歷史數據曲線見圖4。

圖4 10號機組30 d(典型月)數據曲線

圖4中有功功率曲線波動范圍120～200 MW，每日8：30-22：30有功功率至機組滿負荷為負荷高峰，其他時間負荷較低，為典型夏季負荷曲線；無功功率曲線和有功功率曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間機組無功功率進相運行，進相深度最大約為-13 MVA；發電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至231.5 kV，最低226.5 kV；發電機出口電壓最高至16.4 kV，最低15.4 kV；6 kV電壓最高至6.35 kV，最低5.92 kV；10號機組在上述30天內的運行情況穩定，AVC設備調整效果良好，滿足電網機組穩定運行要求。

4.1.2 10號機組典型日數據分析

10號機組2010年6月22日0：00-24：00的數據曲線見圖5。

圖5 10號機組2010年6月22日數據曲線

圖中有功功率從8：30開始由125 MW至滿負荷200 MW：為當日負荷高峰；無功功率曲線和有功曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間0：00-5：40及22：00以后機組無功功率進相運行，進相深度最大約-13.7 MVA；發電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至229.5 kV，最低226.5 kV；發電機出口電壓最高至16.2 kV，最低15.4 kV；6 kV電壓最高至6.28 kV，最低5.93 kV；當天負荷曲線和電壓曲線符合機組相應運行規律和特點，AVC設備調整效果良好，滿足電網機組穩定運行要求。

4.2 11號機組典型歷史數據分析

4.2.1 11號機組典型月數據分析

11號機組2010年4月13日-5月13日的30天歷史數據曲線見圖6。

圖6中有功功率波動范圍120～200 MW，基本每日8：30-22：00有功功率至機組大(滿)負荷為負荷高峰，其他時間負荷較低；無功功率曲線和有功功率曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間機組無功功率進相運行，進相深度最大約為-14 MVA；發電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至230.7 kV，最低226.6 kV；發電機出口電壓最高至16.4 kV，最低15.4 kV；6 kV電壓最高至6.38 kV，最低5.95 kV。11號機組在上述30 d內的運行情況穩定，AVC設備調整效果良好，滿足電網機組穩定運行要求。

圖6 11號機組30天數據曲線

4.2.2 11號機組典型日數據分析

11號機組2010年6月22日0：00-24：00的數據曲線見圖7。

圖7 11號機組2010年6月22日數據曲線

圖7中，有功功率從8：30開始由125 MW至滿負荷200 MW，為當日負荷高峰，至21：30負荷降至127 MW；無功功率曲線和有功曲線波動趨勢基本一致，在負荷低谷期間0：20-5：30及21：30以后機組無功功率進相運行，進相深度最大約-14 MVA；發電機出口電壓、220 kV母線電壓和6 kV母線電壓跟隨機組負荷波動情況變化，220 kV母線電壓最高至229.8 kV，最低226.5 kV；發電機出口電壓最高至16.2 kV，最低15.3 kV；6 kV電壓最高至6.33 kV，最低6.0 kV；當天負荷曲線和電壓曲線符合機組相應運行規律和特點，AVC設備調整效果良好，滿足電網機組穩定運行要求。

4.3 10號、11號機組典型日無功功率進相分析

圖8為10號機組2010年3月

12日8：00-3月13日8：00的典型日無功功率進相數據曲線，為2010年10號、11號機組歷史數據中的進相深度最大值。

圖8 10號機組無功功率進相典型曲線

圖8中，發電機進相最低至-17.41 MVA,此時發電機電壓15.31 kV，6 kV廠用電壓5.93 kV，220 kV母線電壓227.46 kV。在進相程度最深運行時，220 kV系統電壓滿足要求，發電機出口電壓和6 kV廠用母線電壓均在允許范圍內。

4.4 結論分析

保定熱電廠10號、11號機組在正常運行時，夏季大多天數存在進相運行工況，進相工況均出現在負荷低谷時段；機組進相運行時，系統及發電機各級電壓和相關參數正常、穩定，機組進相深度滿足電網系統調整和運行穩定要求，機組調整能力能夠滿足機組及系統穩定運行及調整要求。

5 結束語

保定熱電廠AVC系統經過一年多的實際運行檢驗，子站設備各限制參數整定合理，設備運行穩定，既能夠保障機組運行安全，又可以滿足電網的調整和穩定需要。AVC子站系統的投運有效保證了系統和機組電壓、無功功率的調整精度以及機組間無功功率的合理分配，降低了值班人員的調整強度，有效提高了發電機組和電網系統的自動控制水平，使電網和機組安全穩定運行水平得到有效提升。

本文責任編輯：楊秀敏