以電能質量管控為基礎，優化機組調控性能

周 偉

貴州北盤江電力股份有限公司董箐分公司 貴州 黔西南 562200

1 研究背景

電壓、頻率是發電企業控制電能質量的基礎,是電力系統穩定運行的保障,隨著電網的快速發展,對電能質量要求越來越高,現有電壓控制機制、頻率調節性能已難以滿足電網安全、優質和經濟運行的要求,為了提高電能質量及電網運行的安全性特開展此項研究。

2 現狀調查

2013年《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》、《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》(簡稱“兩個細則”)正式實施,通過并網發電輔助服務評價考核系統(以下簡稱“考核系統”)對機組自動發電控制(AGC)性能、母線電壓合格率、一次調頻合格率等進行考核。通過考核系統測得改造前電廠對母線電壓控制存在不規范的情況,系統電壓在夜間有時會接近上限。一次調頻積分電量出現不夠的情況,同時AGC 平均調節速率在30MW/MIN 左右達不到60%額定容量/MIN 的要求。因此,對電廠電壓調節及頻率調節的工作勢在必行。

3 優化改造

3.1 自動電壓控制AVC技術改造

3.1.1 AVC系統結構及配置 根據發電廠實際情況,采用計算機監控系統一體化集成AVC控制軟件的方式,電廠AVC 功能通過計算機監控系統子程序AVC 軟件實現,與南網調度信息交換通過兩臺遠動通訊機,控制脈沖經機組PLC連接到勵磁系統。AVC 軟件由監控系統廠家提供,AVC子站系統的監視控制直接在計算機監控系統上位機工作站的AVC控制畫面實現。

3.1.2 AVC控制模式：母線電壓控制模式 電廠接收調度下發的電廠母線電壓控制目標值后,按照一定的控制策略,通過計算自動得出電廠需要承擔的總無功功率,將總無功功率合理分配給參加AVC 調節的機組,計算機監控系統向勵磁系統發送增減磁信號調節機組無功出力,使電廠母線電壓達到調度下發的目標值,實現全廠母線電壓自動控制。

3.1.3 AVC控制方式：閉環控制(遠方控制) 調度作為主站向電廠AVC子站下發電廠母線電壓控制目標值,子站根據該電壓控制目標值,按照一定的控制策略,計算出各臺機組的無功出力目標值,由計算機監控系統向勵磁系統發送增減磁信號以調節機組無功功率,使電廠母線電壓向目標值逼近,形成電廠AVC子站與調度主站的閉環控制。

3.2 調速器功率閉環改造 調速器作為機組功率及頻率調節的直接動作機構,其調節響應速度和調節精度均優于監控調節,因此電廠對水輪發電機組控制模式進行改造,將機組調節方式改為調速器功率模式運行,即由監控LCU 將負荷設定通過模出方式送至調速器,在調速器形成功率閉環,由調速器完成機組功率調節,消除一次調頻動作期間由于水頭不同導致的功率越限或調節量不夠的缺陷,更好適應電網需求。

3.2.1 調速器啟用功率調節模式并保留原開度模式,原開度模式調節的調節方式保持不變,但要求對開度模式下的一次調頻功能優化。機組正常并網運行時的控制模式為功率模式,功率模式運行時,如果功率輸入或功率給定輸入有故障,調速器自動切為開度模式運行。運行人員也可根據需要在上位機操作切換控制模式,調速器接到監控送來的控制模式切換指令后切換到相應的控制模式。

3.2.2 在調速器開度模式下,功率調節方式與現有調節方式不變,監控系統持續發有功給定和有功實發值信號給調速器。在調速器功率模式下,監控系統不再輸出調節脈沖信號,由調速器系統根據監控發出持續的4～20m A 有功設定和有功實發信號進行功率閉環調節。

3.3 一次調頻功能優化 增加功率模式后,在功率模式下,調速器功率目標值為功率給定與一次調頻疊加量,頻率偏離死區,實發功率為功率給定值與一次調頻動作量的疊加量,頻率回到死區內,實發功率為上位機下發的給定功率,響應AGC的指令變化。

當實際頻率差值ΔF′大于設定死區頻率后,調速器將采集實際頻率差值,并進行計算,得到功率差值ΔP′,通過PID 調節將指令發至機組,一次調頻動作后由頻率差ΔF得出應輸出有功功率ΔPf。由此可以看出當一次調頻動作時,功率模式下輸出有功功率值更為精準,為電網提供優質的電能,確保電網安全提供了更有力的保證。

4 總結與展望

電廠四臺機組經過AVC功能單機及多機測試,四臺機組的性能均達到《中國南方電網自動電壓控制(AVC)技術規范》要求：AVC 的電壓調節速率均在規范要求的≥1k V/5min;AVC的電壓調節精度均滿足規范要求的0.5k V 的調節死區。且應用該項功能后500k V 母線電壓合格率達到100%,三相電壓不平衡度滿足要求,保證了電網電壓穩定。經過調速器功率閉環優化后,電廠四臺機組AGC 調節速率均能達到“兩個細則”要求,平均調節速率能達到134.25MW/MIN;一次調頻性能、精度顯著提高,保證了電網功率、頻率穩定,為電網提供了高效、優質的電能和安全穩定運行提供了有力保障,該項技術改造在該水電廠的良好運用,產生了良好的經濟、安全和社會效益,值得其他水電廠借鑒運用。