關于大型水電廠AVC調節(jié)合格率的分析與改善

上海上自儀公司隨著我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)和用電用戶對電能質量要求越來越高。而電壓是電能質量的重要指標之一，自動電壓控制（AVC）對保障高輸電效率，降低網(wǎng)損，實現(xiàn)穩(wěn)定運行起到至關重要的作用。通過對 AVC 自動電壓控制原理、影響因素、典型問題分析，提出 AVC 調節(jié)合格率改善措施

1 概述

某水電廠總裝機容量 5×400MW，勵磁系統(tǒng)采用廣州擎天實業(yè)有限公司 EXC9000 系列，計算機監(jiān)控系統(tǒng)為北京某公司生產 Power GenerationPortal4.1）監(jiān)控平臺，電廠經(jīng)兩回 500kV 線路接入電網(wǎng)。該電廠 2018 年底 AVC 投入網(wǎng)調控制后，由于 AVC 調節(jié)合格率達不到 90%以上（見表1），按照個細則”管理規(guī)定，電廠頻繁產生 1+5 系統(tǒng)考核電量。為此，該電廠通過對 AVC 控制原理、影響主要因素進行分析，提出AVC 調合格率改善措施。率統(tǒng)計見表 1。

1.1 AVC 控制原理

電網(wǎng)調度側以母線電壓作為 AVC 調節(jié)控制目標，廠站側是通過對勵磁系統(tǒng)無功的調節(jié)來實現(xiàn)對母線電壓的控制，其控制原理如圖 1 所示［1-2］：其中壓，取自廠站母線電壓變送器，Qg 是機組無功，取自機組無功功率變送器 ; 調度側 AVC 主站通過通訊下發(fā)當前時段下的母線電壓增量值（即：編碼值）監(jiān)控系統(tǒng)上位機接收到 ΔUv 后進行計算，將計算所得的各臺機組應實現(xiàn)的無功 Qg 送到各臺機組的現(xiàn)地 LCU 控制單元，通過 PID 計算以脈沖形式對勵增磁控制，改變勵磁系統(tǒng) AVR 給定值對機組無功的控制，進而改變系統(tǒng)電壓［3］。其中，廠站AVC 接收到調度下發(fā)電壓增量值 ΔUv 后，按實際母線電

電壓偏差對無功進行分配，無功負荷計算公式如下：QAVC=QACT-Kf×ΔUv-QAVC其中：QACT- 全廠實發(fā)無功；Kf- 調壓系數(shù)；ΔUv- 電壓增量值；QAVC- 不參加 AVC 機組的實發(fā)無功總和。

1.2 主要影響因素分析

1.2.1 AVC 參數(shù)設置不合理影響調節(jié)精度

廠 站 監(jiān) 控 系 統(tǒng) AVC 控 制 邏 輯 見 ， 影 響AVC 調節(jié)性能參數(shù)主要包括調壓系數(shù)、全廠無功調節(jié)死區(qū)、單機無功調節(jié)死區(qū)及機組無功 PID 閉環(huán)調［4］，若因上述參數(shù)設置不合理將影響 AVC 調節(jié)精度。例如：當單機無功調節(jié)死區(qū)設置偏小或偏大，以及無功 PID 閉環(huán)時間整定過長或過短，將導致或調節(jié)時間不滿足要求，從而影響 AVC 調節(jié)合格率。

1.2.2 上送網(wǎng)調母線電壓與下達編碼值時母線電壓偏差大影響

網(wǎng)調下達 AVC 設定電壓值為電廠母線電壓值 + 編碼值（電壓增量值），電廠接收到編碼值+ 當前實時母線電壓值為廠站母線電壓設定值。在此過程中運行，且電廠送出處于線路末端，廠站 500kV 母線電壓波動較大，導致上送網(wǎng)調母線電壓與下達編碼值時當前母線電壓偏差較大，造成網(wǎng)調與廠站端 A值不一致，AVC 調節(jié)精度不滿足電網(wǎng) ±0.5kV要求。

1.2.3 母線變送器接線方式與使用量程引起采集誤差

該電廠 500kV 母線電壓變送器量程范圍為0-120V 對應 4 ～ 20mA，其接線方式取相電壓，對應量程范圍是 0-60V 輸出 4 ～ 12mA ，僅使用到變送器一，準確度與分辨率相對降低一半。同時，監(jiān)控系統(tǒng)再將采集相電壓乘以1.732 轉換成線電壓，把波動量又放大了 1.732 倍，導致母線電壓測量準確度降

1.2.4 母線電壓變送器采集精度影響

電廠原使用母線電壓變送器為 FPVX 型模擬式變送器，采集精度 0.2 級。即使電廠母線電壓是理想恒定電壓，變送器本身也會產生測量波動，對于 0.2 級器，波動量在 ±0.1％附近，相對于 550kV 系統(tǒng)電壓就是 0.55kV，已超出AVC 調節(jié)死區(qū) 0.5kV［5］。 由于母線變送器采集精度不高，測量波動量較大AVC 編碼值時的當前母線電壓與網(wǎng)調側計算增量指令時電壓不一致，造成網(wǎng)調與廠站側 AVC 設定目標值偏差大。

1.2.5 無功功率信號穩(wěn)定性與準確度影響

假設機組有功功率保持不變，因無功功率變送器采集精度不高，使無功功率測量不穩(wěn)定，無功跳變超過單機無功調節(jié)死區(qū)，導致無功 PID 頻繁調節(jié)，引節(jié)紊亂，造成無功再分配不真實也會加劇電壓的波動。

2 AVC 調節(jié)合格率改善措施

2.1 根據(jù)試驗合理設置 AVC 參數(shù)

根據(jù)電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）技術規(guī)范要求［6］，通過開展全廠及單機 AVC 試驗［7］，反復驗證機組在各種運行工況下 AVC 參數(shù)設置合理性，從化參數(shù)。

1）由于該電廠處于電網(wǎng)網(wǎng)架結構末端，且通過交直流異步聯(lián)網(wǎng)方式送出，對電廠母線電壓穩(wěn)定性造成了較大影響。若廠站 AVC 單機無功分配死區(qū)較小動將導致單機 AVC 頻繁動作，鑒于電廠機組無功調節(jié)方式為監(jiān)控系統(tǒng)LCU 通過繼電器輸出脈寬信號對勵磁系統(tǒng)進行控制，AVC 頻繁動作會嚴重影響繼電除 AVC 頻繁動作帶來的安全隱患，電廠將單機無功分配死區(qū)由原 2MVar 修改為 2.5MVar，無功 PID閉環(huán)調節(jié)時間由 10min 修改為 5min。

2）電廠 AVC 電壓 - 無功計算方式為調壓系數(shù)方式，即將電壓偏差乘以調壓系數(shù)得到無功調節(jié)量。電廠原 AVC 調壓系數(shù)為 7MVar/kV，當電廠多臺機組行時，易出現(xiàn) AVC 無功分配值落入機組無功分配死區(qū)導致機組無功響應不及時，影響 AVC 電壓調節(jié)質量。結合全廠機組AVC 試驗結果和運行經(jīng)驗，將由原 7MVar/kV 修改為 15 MVar/kV。因廠站 AVC 電壓調節(jié)死區(qū)為 0.5kV，為更好響應電網(wǎng)電壓調節(jié)需求，將全廠無功調節(jié)死區(qū)由原 12MVar 修改為而提高 AVC 調節(jié)精度。通過優(yōu)化上述廠站 AVC 參數(shù)并進行試驗驗證后（見表 2），AVC 調節(jié)精度和調節(jié)時間均得到明顯改善，有效提升了 AVC 調節(jié)合

2.2 母線變送器與機組無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 多 方 咨 詢 了 解 變 送 器 應 用 市 場，以 及 系 統(tǒng) 內 電 廠 使 用 評 價 效 果， # 終 確 定 將500k由原 FPVX 模擬式變送器更換為浙江涵普公司生產的 AVC 專用數(shù)字式電壓變送器（FPVX-W），機組有無功變送器由原FPWK301 型變送器更換為 FPW式變送器，其模擬式變送器與數(shù)字式變送器測量輸出波形。該變送器更換后采集精度由原 0.2 級提升至 0.1 級，且母線變送器能有效濾波，使測量準確度和穩(wěn)定性大幅提升。

2.3 改變母線電壓變送器接線方式

電廠將母線電壓變送器相電壓測量方式更改為線電壓接線方式［8-9］，并將監(jiān)控系統(tǒng)母線電壓測量計算邏輯進行修改，使其變送器工作在滿量程附近，上送監(jiān)控系統(tǒng)后不再乘以1.732 系數(shù)進行換算，有效減小了母線變送器測量誤差。

2.4 修改監(jiān)控系統(tǒng) AVC 程序

針對電廠 500kV 母線電壓波動大，導致監(jiān)控系統(tǒng)采集上送網(wǎng)調母線電壓與下達編碼值時當前母線電壓偏差較大問題。電廠將用于計算控制的當前母線電樣值改為取#近 5 s 采樣值的加權平均值，#大限度減小母線電壓波動引起網(wǎng)調與廠站側 AVC 設定電壓偏差，從而提升了AVC 調節(jié)合格率。

3 改善效果評價

通過對 AVC 控制原理、影響因素進行分析，采取有針對性優(yōu)化措施進行改造后，該電廠 AVC合格率由改造前平均值 87.75% 提升至 94.66%，滿足電網(wǎng)格率 90% 以上，改造后經(jīng) 4 個月運行觀察，未再次發(fā)生 AVC 調節(jié)合格率不滿足要求產生 1+5 系統(tǒng)考核電量。AVC 調節(jié)合格率改善情況見表 3。

4、結語

隨著我國智能電網(wǎng)建設的快速發(fā)展，自動電壓控制（AVC）技術越來越成熟，在電網(wǎng)調度、變電站及發(fā)電廠得到普遍應用。由于電網(wǎng)結構日益復雜、規(guī)模統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行方式不同，對電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）提出了更高要求。特別在異步聯(lián)網(wǎng)運行方式下，加之電廠送出線路處于網(wǎng)架結構末端，廠站母線電壓選用的母線電壓變送器和機組無功功率變送器采集精度不高，不具備低通濾波功能，以及廠站 AVC參數(shù)、母線電壓測量計算或控制邏輯不合理，將直接精度，不滿足南方區(qū)域“兩個細則”管理要求，從而產生考核損失電量。通過合理設置廠站 AVC 參數(shù)、優(yōu)化母線電壓測量計算邏輯，選用采集精度高、線電壓及機組無功變送器，保證其變送器運行在滿量程附近，從電壓測量源和控制邏輯改善 AVC 調節(jié)精度，上海上自儀公司經(jīng)過實際運行檢驗合格率得到大幅提升。