關(guān)鍵詞：自動(dòng)電壓控制及無(wú)功優(yōu)化 勵(lì)磁系統(tǒng) 自動(dòng)
摘要：發(fā)電側(cè)AVC子站通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)專線接收內(nèi)蒙省調(diào)AVC主站下發(fā)的電廠側(cè)220KV母線指令。中控單元在充分考慮各種約束條件后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制脈沖寬度，以通訊方式下發(fā)至AVC執(zhí)行終端，由執(zhí)行終端輸出增減磁信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng)（或輸出至DCS），調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)無(wú)功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過(guò)機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵(lì)磁電流的增減可通過(guò)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實(shí)現(xiàn)。
一、 選題背景及其意義
近年來(lái)，隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為電力生產(chǎn)的重大課題。必須不斷采用新技術(shù)在保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)元件中的電能損耗，從而獲得滿足安全運(yùn)行條件下的最大經(jīng)濟(jì)性和最好的電能質(zhì)量。其中電網(wǎng)的自動(dòng)電壓控制及無(wú)功優(yōu)化(簡(jiǎn)稱AVC)就是電力生產(chǎn)中提高電能質(zhì)量，降低網(wǎng)損的重要手段。國(guó)家電力調(diào)度中心已經(jīng)把這一項(xiàng)目列入了“十一五規(guī)劃”。
自動(dòng)電壓無(wú)功調(diào)控系統(tǒng)AVC系統(tǒng)將發(fā)電廠母線電壓的調(diào)整由人工監(jiān)控改為自動(dòng)調(diào)控，具有以下意義：
1.提高穩(wěn)定水平：網(wǎng)內(nèi)電廠全部投入裝置后，通過(guò)合理分配無(wú)功，可將系統(tǒng)電壓和無(wú)功儲(chǔ)備保持在較高的水平，從而大大提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定水平。
2.改善電壓質(zhì)量：電壓監(jiān)督電壓合格率得到大幅度提高。
3.消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。
二、國(guó)內(nèi)無(wú)功電壓控制現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)目前對(duì)發(fā)電廠無(wú)功電壓的管理考核方式，主要是由調(diào)度中心按照高峰、平谷和低谷等不同時(shí)段劃分母線電壓控制范圍，按季度向各發(fā)電廠下達(dá)曲線指標(biāo)，發(fā)電廠則根據(jù)曲線要求，實(shí)行人工24小時(shí)連續(xù)監(jiān)視盤表，及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功出力，以維持母線電壓在合格范圍內(nèi)。這種沿用了多年的就地分散控制管理模式，在當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的形勢(shì)下逐漸暴露出了一些弊端，存在的主要問(wèn)題是：
1.事先給定的電壓曲線和無(wú)功設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃是離線確定的，并不能反映電網(wǎng)的實(shí)際情況，按照這種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)往往帶來(lái)安全隱患。
2.電網(wǎng)運(yùn)行人員需要時(shí)刻監(jiān)視系統(tǒng)電壓無(wú)功情況，并進(jìn)行人工調(diào)整，工作強(qiáng)度大，而且往往會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大;
3.電廠之間，無(wú)功調(diào)節(jié)對(duì)相互母線電壓影響大，無(wú)功調(diào)節(jié)矛盾突出。由于各電廠只關(guān)注自身母線電壓，沒(méi)有從全局角度協(xié)調(diào)無(wú)功分配，電網(wǎng)無(wú)功功率無(wú)謂搬運(yùn)現(xiàn)象突出，經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)功環(huán)流現(xiàn)象，造成不必要的有功損耗。各廠、站無(wú)功電壓控制沒(méi)有進(jìn)行協(xié)調(diào)，造成電網(wǎng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。
上述問(wèn)題的存在，既增加機(jī)組進(jìn)相深度，影響機(jī)組和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，也使網(wǎng)損增加，影響經(jīng)濟(jì)性。因此，有必要發(fā)展AVC(自動(dòng)電壓控制)系統(tǒng)，從全局對(duì)電網(wǎng)無(wú)功潮流和發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電廠母線電壓和無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)控，合理協(xié)調(diào)電網(wǎng)無(wú)功分布，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)損，降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度。近幾年來(lái)國(guó)際上幾次重大的電網(wǎng)事故如美加大停電，都有無(wú)功電壓的問(wèn)題造成電壓崩潰，致使電網(wǎng)癱瘓。無(wú)功電壓自動(dòng)控制技術(shù)越來(lái)越引起重視，在華北電網(wǎng)，基于分層分區(qū)控制技術(shù)的二/三次電壓控制技術(shù)在某些電廠逐步進(jìn)入應(yīng)用，而本論文依據(jù)包頭第二熱電廠現(xiàn)場(chǎng)改造的實(shí)際情況，將重點(diǎn)講述電廠側(cè)無(wú)功電壓控制方案在包頭第二熱電廠的應(yīng)用。
三、課題研究的主要內(nèi)容：
發(fā)電廠側(cè)AVC實(shí)施方案
信息來(lái)源:http:/1. 自動(dòng)電壓無(wú)功調(diào)控系統(tǒng)控制方案
在發(fā)電側(cè)增設(shè)一套電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，與調(diào)度中心共同組成AVC系統(tǒng)，以主站-子站星型網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行，主站和子站系統(tǒng)之間通過(guò)現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)互連并完成信息交換。 發(fā)電側(cè)AVC子站通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)專線接收內(nèi)蒙省調(diào)AVC主站下發(fā)的電廠側(cè)220KV母線指令。中控單元在充分考慮各種約束條件后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制脈沖寬度，以通訊方式下發(fā)至AVC執(zhí)行終端，由執(zhí)行終端輸出增減磁信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng)（或輸出至DCS），調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)無(wú)功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過(guò)機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵(lì)磁電流的增減可通過(guò)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實(shí)現(xiàn)。所以系統(tǒng)的無(wú)功電壓控制通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)AVC是通過(guò)改變發(fā)電機(jī)AVR的給定值來(lái)改變機(jī)端電壓和發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功的。
包頭第二熱電廠300MW機(jī)組自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)框圖
2.合理的設(shè)備配置方案
2.1.安全可靠的硬件配置
本工程采用中控單元/執(zhí)行終端配置方式，共安裝兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，每套設(shè)備配置臺(tái)中控單元（主/備）和2臺(tái)AVC執(zhí)行終端，終端與機(jī)組一對(duì)一配置。AVC子站中控單元接收內(nèi)蒙省調(diào)AVC主站下達(dá)的電廠側(cè)高壓母線電壓指令，在充分考慮各種約束條件后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制脈沖寬度，下發(fā)至AVC執(zhí)行終端，執(zhí)行終端輸出增減磁信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)功功率。
中控單元有主備功能，主中控單元故障時(shí)，可切換至備用中控單元，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。主中控單元恢復(fù)后，自動(dòng)切回主中控單元控制。
本工程共有中控單元2臺(tái)，執(zhí)行終端2臺(tái)。
2.2.人性化的發(fā)電廠AVC子站軟件配置方案
2.2.1.包括完整的數(shù)據(jù)采集、處理、通信和診斷等各種軟件，應(yīng)具有告警、具體故障內(nèi)容的中文提示及事故記錄功能。軟件配置滿足功能規(guī)范的要求，具有良好的實(shí)時(shí)性和可維護(hù)性。
2.2.2軟件遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，滿足開(kāi)放的要求。
2.1.3.便于用戶的二次開(kāi)發(fā)和在線安裝、生成、修改新的應(yīng)用功能。
2.1.4.配備一套完整的、可運(yùn)行的軟件備份。
2.2.5.系統(tǒng)有較強(qiáng)的防計(jì)算機(jī)病毒、反入侵能力，提供硬件防火墻或其它安全設(shè)施的接入能力。
2.2.6.具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行事件、系統(tǒng)參數(shù)和離線電壓設(shè)定曲線等數(shù)據(jù)。
3.對(duì)功能模塊的要求
3.1計(jì)算模塊應(yīng)具有下列功能：
根據(jù)高壓母線電壓調(diào)整量目標(biāo)值計(jì)算電廠對(duì)應(yīng)機(jī)組發(fā)出無(wú)功功率目標(biāo)值。
按照給定的無(wú)功分配策略，將總的無(wú)功目標(biāo)值分配給各臺(tái)機(jī)組。
選擇需要調(diào)整的機(jī)組，給出合適的調(diào)整指令。
自動(dòng)識(shí)別母線檢修，雙母線結(jié)構(gòu)一條母線檢修，控制母線自動(dòng)切換至另一條母線。
3.2.運(yùn)行約束條件：
AVC主站下發(fā)的調(diào)節(jié)信號(hào)突變限值；
AVC主站控制無(wú)效時(shí)間限值；
發(fā)電機(jī)參與調(diào)節(jié)的有功功率限值。
發(fā)電機(jī)在不同的有功出力下對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率上下限；
發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓上下限；
發(fā)電機(jī)的機(jī)端電流上下限；
高壓側(cè)母線電壓上下限；
AVR自動(dòng)信號(hào)消失；
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)波動(dòng)過(guò)于劇烈，超過(guò)設(shè)定值；
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不刷新；
省調(diào)通信中斷；
RTU通信故障；
機(jī)組有功越閉鎖值；
機(jī)組無(wú)功越閉鎖值；
機(jī)組機(jī)端電壓越閉鎖值；
機(jī)組機(jī)端電流越閉鎖值；
母線電壓越閉鎖值。
機(jī)端電流耦合校驗(yàn)
AVC子站在滿足以上運(yùn)行約束條件時(shí)，裝置閉鎖輸出并發(fā)出增減閉鎖信號(hào)，一旦運(yùn)行條件正常，增減閉鎖信號(hào)消失，裝置自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
3.3AVC子站的控制模式
退出：只能工作在研究方式下。
閉環(huán)：AVC主站與子站閉環(huán)運(yùn)行。
開(kāi)環(huán)：AVC子站系統(tǒng)根據(jù)本地設(shè)定電壓運(yùn)行
3.4防誤措施
中控單元計(jì)算錯(cuò)誤時(shí)有保護(hù)措施，能可靠保證不誤輸出。
執(zhí)行終端掉電時(shí)不會(huì)誤輸出。
任一硬件模塊或連線損壞，均不會(huì)造成設(shè)備誤輸出。
防止輸出控制節(jié)點(diǎn)粘死措施，當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)粘死導(dǎo)致輸出控制脈沖過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)切斷控制輸出信號(hào)保證機(jī)組安全。
4.GPS對(duì)時(shí)接口
子站系統(tǒng)提供RS485串口（RS232口備用），可與廠內(nèi)衛(wèi)星定時(shí)系統(tǒng)GPS實(shí)現(xiàn)精確對(duì)時(shí)（對(duì)時(shí)誤差不大于1ms）。
5.自動(dòng)電壓無(wú)功調(diào)控系統(tǒng)調(diào)試中注意問(wèn)題。
自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)的各種限制功能必須與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR的各種限制以及和發(fā)變組保護(hù)很好的配合。根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系各種限制數(shù)據(jù)以及發(fā)電機(jī)P-Q曲線、發(fā)變組保護(hù)定值對(duì)自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)定值進(jìn)合理整定，杜絕配合不好帶來(lái)的不良后果。
試驗(yàn)時(shí)，調(diào)度及電廠運(yùn)行加強(qiáng)監(jiān)視控制點(diǎn)參數(shù)，必要時(shí)，無(wú)條件退出AVC運(yùn)行，并恢復(fù)參數(shù)。 調(diào)試中注意和發(fā)電廠側(cè)進(jìn)相數(shù)據(jù)的配合，調(diào)整中要保證6KV廠用電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，如果調(diào)整中6KV電壓過(guò)低，有必要調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓定值。
在無(wú)功調(diào)控設(shè)備中采取措施防止增磁和減磁出口繼電器接點(diǎn)粘連。
四、 研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)
�。�1） 本文著重闡述該系統(tǒng)如何通過(guò)合理的硬件配置實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)行、如何實(shí)現(xiàn)人性化、可視化、智能化的軟件系統(tǒng)配置。
（2） 在參數(shù)設(shè)定中，既要保證電網(wǎng)電壓及無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題、又要考慮到本廠汽輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)節(jié)過(guò)程中的安全穩(wěn)定問(wèn)題，因此AVR執(zhí)行終端的無(wú)功功率調(diào)節(jié)死區(qū)、脈沖計(jì)算斜率、最大脈沖寬度的定值是AVR成功運(yùn)行的關(guān)鍵因素，也是本文的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
（3）自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)的各種限制功能必須與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR的各種限制以及和發(fā)變組保護(hù)很好的配合。根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系各種限制數(shù)據(jù)以及發(fā)電機(jī)P-Q曲線、發(fā)變組保護(hù)定值對(duì)自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)定值進(jìn)合理整定，杜絕配合不好帶來(lái)的不良后果。
五、預(yù)期成果
本課題研究成功投入使用后，將發(fā)電廠母線電壓的調(diào)整由人工監(jiān)控改為自動(dòng)調(diào)控，消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，保證系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的最大數(shù)值，以適應(yīng)電力設(shè)備的絕緣水平和避免變壓器過(guò)飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓; 信息來(lái)自:www.tede.cn 大機(jī)組無(wú)功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機(jī)無(wú)功必須滿足P-Q曲線，保證了機(jī)組安全運(yùn)行，盡可能地降低了電網(wǎng)的有功功率損耗，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
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