1  概述

某水電廠(chǎng)總裝機容量 5×400MW，勵磁系統采用廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司 EXC9000 系列，計算機監控系統為北京某公司生產(chǎn) Power Generation Portal 4.1（PGP 4.1）監控平臺，電廠(chǎng)經(jīng)兩回 500kV 線(xiàn)路接入電網(wǎng)。該電廠(chǎng) 2018 年底 AVC 投入網(wǎng)調控制后，由于 AVC 調節合格率達不到 90% 以上（見(jiàn)表1），按照南方區域“兩個(gè)細則”管理規定，電廠(chǎng)頻繁產(chǎn)生 1+5 系統考核電量。為此，該電廠(chǎng)通過(guò)對 AVC 控制原理、影響主要因素進(jìn)行分析，提出AVC 調節合格率改善措施。AVC 調節合格率統計見(jiàn)表 1。

1.1 AVC 控制原理

電網(wǎng)調度側以母線(xiàn)電壓作為 AVC 調節控制目標，廠(chǎng)站側是通過(guò)對勵磁系統無(wú)功的調節來(lái)實(shí)現對母線(xiàn)電壓的控制，其控制原理如圖 1 所示［1-2］：其中 Uv 是母線(xiàn)電壓，取自廠(chǎng)站母線(xiàn)電壓變送器，Qg 是機組無(wú)功，取自機組無(wú)功功率變送器 ; 調度側 AVC 主站通過(guò)通訊下發(fā)當前時(shí)段下的母線(xiàn)電壓增量值（即：編碼值）ΔUv，廠(chǎng)站側監控系統上位機接收到 ΔUv 后進(jìn)行計算，將計算所得的各臺機組應實(shí)現的無(wú)功 Qg 送到各臺機組的現地 LCU 控制單元，通過(guò) PID 計算以脈沖形式對勵磁系統進(jìn)行地增磁控制，改變勵磁系統 AVR 給定值對機組無(wú)功的控制，進(jìn)而改變系統電壓［3］。其中，廠(chǎng)站AVC 接收到調度下發(fā)電壓增量值 ΔUv 后，按實(shí)際母線(xiàn)電壓與系統設定電壓偏差對無(wú)功進(jìn)行分配，無(wú)功負荷計算公式如下：

QAVC=QACT-Kf×ΔUv-QAVC

其中：QACT- 全廠(chǎng)實(shí)發(fā)無(wú)功；Kf- 調壓系數；ΔUv- 電壓增量值；QAVC- 不參加 AVC 機組的實(shí)發(fā)無(wú)功總和。

1.2 主要影響因素分析

1.2.1  AVC 參數設置不合理影響調節精度

廠(chǎng) 站 監 控 系 統 AVC 控 制 邏 輯 見(jiàn) 圖 2， 影 響AVC 調節性能參數主要包括調壓系數、全廠(chǎng)無(wú)功調節死區、單機無(wú)功調節死區及機組無(wú)功 PID 閉環(huán)調節時(shí)間等［4］，若因上述參數設置不合理將影響 AVC 調節精度。例如：當單機無(wú)功調節死區設置偏小或偏大，以及無(wú)功 PID 閉環(huán)時(shí)間整定過(guò)長(cháng)或過(guò)短，將導致 AVC 調節精度或調節時(shí)間不滿(mǎn)足要求，從而影響 AVC 調節合格率。

 

1.2.2  上送網(wǎng)調母線(xiàn)電壓與下達編碼值時(shí)母線(xiàn)電壓偏差大影響

 網(wǎng)調下達 AVC 設定電壓值為電廠(chǎng)母線(xiàn)電壓值 + 編碼值（電壓增量值），電廠(chǎng)接收到編碼值+ 當前實(shí)時(shí)母線(xiàn)電壓值為廠(chǎng)站母線(xiàn)電壓設定值。在此過(guò)程中由于異步聯(lián)網(wǎng)運行，且電廠(chǎng)送出處于線(xiàn)路末端，廠(chǎng)站 500kV 母線(xiàn)電壓波動(dòng)較大，導致上送網(wǎng)調母線(xiàn)電壓與下達編碼值時(shí)當前母線(xiàn)電壓偏差較大，造成網(wǎng)調與廠(chǎng)站端 AVC 設定電壓值不一致，AVC 調節精度不滿(mǎn)足電網(wǎng) ±0.5kV要求。

 

1.2.3  母線(xiàn)變送器接線(xiàn)方式與使用量程引起采集誤差

該電廠(chǎng) 500kV 母線(xiàn)電壓變送器量程范圍為0-120V 對應 4 ～ 20mA，其接線(xiàn)方式取相電壓，對應量程范圍是 0-60V 輸出 4 ～ 12mA ，僅使用到變送器量程的二分之一，準確度與分辨率相對降低一半。同時(shí)，監控系統再將采集相電壓乘以1.732 轉換成線(xiàn)電壓，把波動(dòng)量又放大了 1.732 倍，導致母線(xiàn)電壓測量準確度降低。

 

1.2.4  母線(xiàn)電壓變送器采集精度影響

電廠(chǎng)原使用母線(xiàn)電壓變送器為 FPVX 型模擬式變送器，采集精度 0.2 級。即使電廠(chǎng)母線(xiàn)電壓是理想恒定電壓，變送器本身也會(huì )產(chǎn)生測量波動(dòng)，對于 0.2 級的電壓變送器，波動(dòng)量在 ±0.1％附近，相對于 550kV 系統電壓就是 0.55kV，已超出AVC 調節死區 0.5kV［5］。 由于母線(xiàn)變送器采集精度不高，測量波動(dòng)量較大，電廠(chǎng)接收到 AVC 編碼值時(shí)的當前母線(xiàn)電壓與網(wǎng)調側計算增量指令時(shí)電壓不一致，造成網(wǎng)調與廠(chǎng)站側 AVC 設定目標值偏差大。

 

1.2.5  無(wú)功功率信號穩定性與準確度影響

假設機組有功功率保持不變，因無(wú)功功率變送器采集精度不高，使無(wú)功功率測量不穩定，無(wú)功跳變超過(guò)單機無(wú)功調節死區，導致無(wú)功 PID 頻繁調節，引起無(wú)功閉環(huán)調節紊亂，造成無(wú)功再分配不真實(shí)也會(huì )加劇電壓的波動(dòng)。

 

2  AVC 調節合格率改善措施

2.1  根據試驗合理設置 AVC 參數

根據電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制（AVC）技術(shù)規范要求［6］，通過(guò)開(kāi)展全廠(chǎng)及單機 AVC 試驗［7］，反復驗證機組在各種運行工況下 AVC 參數設置合理性，從而確定 AVC 優(yōu)化參數。

 

1）由于該電廠(chǎng)處于電網(wǎng)網(wǎng)架結構末端，且通過(guò)交直流異步聯(lián)網(wǎng)方式送出，對電廠(chǎng)母線(xiàn)電壓穩定性造成了較大影響。若廠(chǎng)站 AVC 單機無(wú)功分配死區較小，母線(xiàn)電壓波動(dòng)將導致單機 AVC 頻繁動(dòng)作，鑒于電廠(chǎng)機組無(wú)功調節方式為監控系統LCU 通過(guò)繼電器輸出脈寬信號對勵磁系統進(jìn)行控制，AVC 頻繁動(dòng)作會(huì )嚴重影響繼電器壽命。為消除 AVC 頻繁動(dòng)作帶來(lái)的安全隱患，電廠(chǎng)將單機無(wú)功分配死區由原 2MVar 修改為 2.5MVar，無(wú)功 PID閉環(huán)調節時(shí)間由 10min 修改為 5min。

 

2）電廠(chǎng) AVC 電壓 - 無(wú)功計算方式為調壓系數方式，即將電壓偏差乘以調壓系數得到無(wú)功調節量。電廠(chǎng)原 AVC 調壓系數為 7MVar/kV，當電廠(chǎng)多臺機組投入 AVC 運行時(shí)，易出現 AVC 無(wú)功分配值落入機組無(wú)功分配死區導致機組無(wú)功響應不及時(shí)，影響 AVC 電壓調節質(zhì)量。結合全廠(chǎng)機組AVC 試驗結果和運行經(jīng)驗，將 AVC 調壓系數由原 7MVar/kV 修改為 15 MVar/kV。因廠(chǎng)站 AVC 電壓調節死區為 0.5kV，為更好響應電網(wǎng)電壓調節需求，將全廠(chǎng)無(wú)功調節死區由原 12MVar 修改為 7.5 MVar，從而提高 AVC 調節精度。通過(guò)優(yōu)化上述廠(chǎng)站 AVC 參數并進(jìn)行試驗驗證后（見(jiàn)表 2），AVC 調節精度和調節時(shí)間均得到明顯改善，有效提升了 AVC 調節合格率。

 

2.2  母線(xiàn)變送器與機組無(wú)功功率變送器選型更換

 

為保證變送器更換后能有效提升采集精度， 該 電 廠(chǎng) 多 方 咨 詢(xún) 了 解 變 送 器 應 用 市 場(chǎng)，以 及 系 統 內 電 廠(chǎng) 使 用 評 價(jià) 效 果， # 終 確 定 將500kV 母線(xiàn)變送器由原 FPVX 模擬式變送器更換為浙江涵普公司生產(chǎn)的 AVC 專(zhuān)用數字式電壓變送器（FPVX-W），機組有無(wú)功變送器由原FPWK301 型變送器更換為 FPWK301-W 數字式變送器，其模擬式變送器與數字式變送器測量輸出波形如圖 3、圖 4 所示。該變送器更換后采集精度由原 0.2 級提升至 0.1 級，且母線(xiàn)變送器能有效濾除電壓高次諧波，使測量準確度和穩定性大幅提升。

 

 

2.3  改變母線(xiàn)電壓變送器接線(xiàn)方式

電廠(chǎng)將母線(xiàn)電壓變送器相電壓測量方式更改為線(xiàn)電壓接線(xiàn)方式［8-9］，并將監控系統母線(xiàn)電壓測量計算邏輯進(jìn)行修改，使其變送器工作在滿(mǎn)量程附近，母線(xiàn)電壓測量上送監控系統后不再乘以1.732 系數進(jìn)行換算，有效減小了母線(xiàn)變送器測量誤差。

 

2.4  修改監控系統 AVC 程序

針對電廠(chǎng) 500kV 母線(xiàn)電壓波動(dòng)大，導致監控系統采集上送網(wǎng)調母線(xiàn)電壓與下達編碼值時(shí)當前母線(xiàn)電壓偏差較大問(wèn)題。電廠(chǎng)將用于計算控制的當前母線(xiàn)電壓值由當前采樣值改為取#近 5 s 采樣值的加權平均值，#大限度減小母線(xiàn)電壓波動(dòng)引起網(wǎng)調與廠(chǎng)站側 AVC 設定電壓偏差，從而提升了AVC 調節合格率。

 

3  改善效果評價(jià)

通過(guò)對 AVC 控制原理、影響因素進(jìn)行分析，采取有針對性?xún)?yōu)化措施進(jìn)行改造后，該電廠(chǎng) AVC合格率由改造前平均值 87.75% 提升至 94.66%，滿(mǎn)足電網(wǎng) AVC 調節合格率 90% 以上，改造后經(jīng) 4 個(gè)月運行觀(guān)察，未再次發(fā)生 AVC 調節合格率不滿(mǎn)足要求產(chǎn)生 1+5 系統考核電量。AVC 調節合格率改善情況見(jiàn)表 3。

 

4、結語(yǔ)

隨著(zhù)我國智能電網(wǎng)建設的快速發(fā)展，自動(dòng)電壓控制（AVC）技術(shù)越來(lái)越成熟，在電網(wǎng)調度、變電站及發(fā)電廠(chǎng)得到普遍應用。由于電網(wǎng)結構日益復雜、規模不斷擴大，系統聯(lián)網(wǎng)運行方式不同，對電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制（AVC）提出了更高要求。特別在異步聯(lián)網(wǎng)運行方式下，加之電廠(chǎng)送出線(xiàn)路處于網(wǎng)架結構末端，廠(chǎng)站母線(xiàn)電壓波動(dòng)較大，若選用的母線(xiàn)電壓變送器和機組無(wú)功功率變送器采集精度不高，不具備低通濾波功能，以及廠(chǎng)站 AVC參數、母線(xiàn)電壓測量計算或控制邏輯不合理，將直接影響 AVC 調節精度，不滿(mǎn)足南方區域“兩個(gè)細則”管理要求，從而產(chǎn)生考核損失電量。通過(guò)合理設置廠(chǎng)站 AVC 參數、優(yōu)化母線(xiàn)電壓測量計算邏輯，選用采集精度高、穩定性好的母線(xiàn)電壓及機組無(wú)功變送器，保證其變送器運行在滿(mǎn)量程附近，從電壓測量源和控制邏輯改善 AVC 調節精度，經(jīng)過(guò)實(shí)際運行檢驗，AVC 調節合格率得到大幅提升。