水電廠自動電壓控制系統(tǒng)子站試驗方法研究

竇 騫，盧廣陵，陳新凌

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

引言

發(fā)電機組高效穩(wěn)定運行對于優(yōu)化產業(yè)結構，避免發(fā)展過程中資源閑置浪費，促進經濟、電力的協(xié)調可持續(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調整控制手段已不適應電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質運行的要求[3,4]。電壓升高則功率增大，電壓降低則功率減小，針對發(fā)電廠側，通過改變機端電壓實現(xiàn)對特定區(qū)域的功率調節(jié)，電壓響應參與電網(wǎng)調度和電壓自動控制（AVC）均是對母線節(jié)點電壓進行調節(jié)，二者之間存在協(xié)調控制問題。

自動電壓控制系統(tǒng)已在我國得到廣泛運用，是發(fā)電機穩(wěn)定、經濟運行的重要技術保障[5,6]。調度中心通過AVC對發(fā)電廠的發(fā)電機組的無功功率進行遠方控制，提高各發(fā)電廠高壓母線的電壓水平，達到提高本地區(qū)的供電電壓水平，改善地區(qū)電網(wǎng)的電能質量的目的。自動電壓控制系統(tǒng)屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)的一類，在發(fā)電廠、變電站與調度控制中心之間傳輸?shù)男畔ㄟb測、遙信、遙控等[7]。由于以往水電廠側設置電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)的遠端測控單元裝置（RTU）上送遙測、遙信值時在準確性和快速性方面存在不足，取自變送器的遙測值精度僅為0.5級，取自繼電器輔助接點的遙信值響應慢，準確率低。因此，在AVC子站投入運行前，應該對AVC子站進行相關試驗，以確定AVC各項功能指標能否滿足電網(wǎng)要求。

現(xiàn)有電廠無功電壓量測數(shù)據(jù)已難以勝任自動電壓控制的需要，要實現(xiàn)AVC系統(tǒng)完整、準確、快速采集無功電壓數(shù)據(jù)的功能，需驗證其遙測、遙信傳輸功能。本項目研究了自動電壓控制系統(tǒng)原理，通過對遙測類、遙信類信號的交互流程以及相關控制算法的梳理，提出一種電廠側自動電壓控制系統(tǒng)子站試驗方法，并在某電廠驗證方法的有效性，進而確認該方法有助于檢驗電廠側電壓自動控制的功能。

1 電廠側AVC子站與調度中心交換數(shù)據(jù)試驗

1.1 試驗方法

發(fā)電廠自動電壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)母線電壓、發(fā)電機無功功率的綜合測量（GPS同步采樣）與控制。系統(tǒng)能完成電廠端AVC閉環(huán)控制，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)接收調度中心AVC主站的調壓指令，或根據(jù)設定的調壓曲線，優(yōu)化控制各臺參與自動調壓的機組。發(fā)電廠母線電壓響應能秒級響應電網(wǎng)頻率變化，在電網(wǎng)功率缺額的情況下，通過改變發(fā)電廠的母線電壓，補償機組快速調節(jié)能力的不足，快速拉升系統(tǒng)頻率水平。

電廠側AVC子站與調度中心交換的數(shù)據(jù)有兩類：一類是遙測類，包括發(fā)電機的機端電壓、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)/開環(huán)等信號量。本項試驗主要是檢測遙測類數(shù)據(jù)的精度、遙信類數(shù)據(jù)信號是否正確和及時響應。

1.2 遙測類測試

在調度中心的AVC主站，讀取該水電廠發(fā)電機的各項數(shù)值，與格鞏電廠AVC子站的數(shù)值進行對比。

遙測類試驗數(shù)據(jù)見表1，試驗要求測試值與上送值的誤差不大于5%。

表1 遙測類試驗數(shù)據(jù)

1.3 遙信類測試

在該水電廠AVC子站中進行各項功能的投、退，在調度中心AVC主站中觀察收到的開關量是否與子站相符合，遙信類試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 遙信類試驗數(shù)據(jù)

2 電廠側AVC子站試驗功能測試

2.1 電廠側AVC模擬開環(huán)試驗

電廠側的AVC子站投入“當?shù)貭顟B(tài)”“開環(huán)”方式，使電廠側的AVC子站運行在開環(huán)狀態(tài)，只會根據(jù)所設定的母線電壓要求計算各臺發(fā)電機組的無功功率分配大小，但并不發(fā)出調節(jié)指令。然后電廠的高壓母線電壓保持不變，記錄AVC調節(jié)前的母線電壓、無功功率和AVC對應的設定值。設置發(fā)電廠母線電壓，設置值比原有母線電壓大或小均可，AVC會根據(jù)母線電壓大小，自動計算各發(fā)電機應發(fā)的無功功率，記錄下無功功率設定值。

試驗要求：母線電壓設定比原電壓值高時，無功功率設定應比原無功高；反之則無功設定應比原無功值低。開環(huán)方式下單機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表3，開環(huán)方式下雙機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表4，開環(huán)方式下三機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表5。

表3 開環(huán)方式下單機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)（#1機）

表4 開環(huán)方式下雙機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)

表5 開環(huán)方式下三機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)

2.2 電廠側AVC模擬閉環(huán)試驗

電廠側的AVC子站投入“當?shù)貭顟B(tài)”“閉環(huán)”方式，此時AVC功能真正投入使用，可以直接調節(jié)發(fā)電機的無功功率，但只能在電廠側發(fā)出指令。先保持發(fā)電廠母線電壓不變，記錄AVC調節(jié)前后的母線電壓、無功功率和AVC對應的設定值。改變發(fā)電廠母線電壓設置值，使設置值比原有母線電壓大或小均可，AVC會根據(jù)母線電壓大小，自動計算各發(fā)電機應發(fā)的無功功率，記錄下無功功率設定值和母線電壓到達設置值的調節(jié)時間。

其中，Q1：#1機無功功率；Q2：#2機無功功率；Q3：#3機無功功率。閉環(huán)方式下單機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表6，閉環(huán)方式下雙機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表7，閉環(huán)方式下三機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表8。試驗要求調節(jié)時間不應大于50 s，而在上述三種調節(jié)模式下，實際調節(jié)時間約30 s。

表6 閉環(huán)方式下單機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)

表7 閉環(huán)方式下雙機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)

表8 閉環(huán)方式下三機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)

3 電廠側AVC子站與調度中心主站側AVC聯(lián)合調試試驗

在電廠側AVC子站功能試驗完畢后，可保證AVC子站具備自動調節(jié)無功功率分配功能，且方向正確，可以根據(jù)下發(fā)指令調節(jié)發(fā)電廠的母線電壓。此時可以進行與調度中心主站的聯(lián)調試驗，直接在調度中心下發(fā)指令，檢測此時AVC子站是否能按主站下發(fā)指令正確動作，并使母線電壓到達設置值。

該水電廠此次試驗工況只投入兩臺發(fā)電機，并將運行方式設置為“遠方控制”“閉環(huán)”方式，保持電廠母線電壓不變。試驗開始前記錄AVC調節(jié)前的母線電壓、有功功率、無功功率與AVC對應的設定值。然后在廣西調度中心主站直接設置電廠側母線電壓，使設置值比原有母線電壓大或小均可，投入試驗的兩臺發(fā)電機應會自動調節(jié)其無功功率，記錄無功功率設定值和母線電壓到達設置值的調節(jié)時間。聯(lián)調方式下雙機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)見表9，試驗要求調節(jié)時間不大于50 s，實際調節(jié)時間約40 s。

表9 聯(lián)調方式下雙機調節(jié)模式試驗數(shù)據(jù)

如果多臺發(fā)電機進行該項試驗，試驗方法相同，只需將要試驗的各臺發(fā)電機的AVC功能均投入即可。

4 結論

通過此次試驗，完成了該水電廠在單機、雙機和三機模式下，AVC子站模擬開環(huán)試驗和模擬閉環(huán)試驗、AVC子站與調度通信中心主站側AVC聯(lián)合調試試驗，全面驗證了遙測類、遙信類信號是否滿足自動電壓控制的需要，根據(jù)試驗結果判斷該水電廠AVC子站功能正常，可以投入正常使用。該試驗方法為調度中心采用全網(wǎng)一體化的自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）進行全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化協(xié)調控制提供基礎驗證，進而有助于降低網(wǎng)損、提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平和電壓質量。