摘 要：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(zhì)量要求越來越高。而電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，自動電壓控制（AVC）對保障電能質(zhì)量，提高輸電效率，降低網(wǎng)損，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)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(diào)節(jié)合格率改善措施。
1 概述
某水電廠總裝機(jī)容量 5×400MW，勵磁系統(tǒng)采用廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司 EXC9000 系列，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為北京某公司生產(chǎn) Power Generation Portal 4.1（PGP 4.1）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(diào)控制后，由于 AVC 調(diào)節(jié)合格率達(dá)不到 90% 以上（見表1），按照南方區(qū)域“兩個細(xì)則”管理規(guī)定，電廠頻繁產(chǎn)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(jìn)行分析，提出AVC 調(diào)節(jié)合格率改善措施。AVC 調(diào)節(jié)合格率統(tǒng)計(jì)見表 1。
1.1 AVC 控制原理
電網(wǎng)調(diào)度側(cè)以母線電壓作為 AVC 調(diào)節(jié)控制目標(biāo)，廠站側(cè)是通過對勵磁系統(tǒng)無功的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對母線電壓的控制，其控制原理如圖 1 所示［1-2］：其中 Uv 是母線電壓，取自廠站母線電壓變送器，Qg 是機(jī)組無功，取自機(jī)組無功功率變送器 ; 調(diào)度側(cè) AVC 主站通過通訊下發(fā)當(dāng)前時段下的母線電壓增量值（即：編碼值）ΔUv，廠站側(cè)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)接收到 ΔUv 后進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算所得的各臺機(jī)組應(yīng)實(shí)現(xiàn)的無功 Qg 送到各臺機(jī)組的現(xiàn)地 LCU 控制單元，通過 PID 計(jì)算以脈沖形式對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行地增磁控制，改變勵磁系統(tǒng) AVR 給定值對機(jī)組無功的控制，進(jìn)而改變系統(tǒng)電壓［3］。其中，廠站AVC 接收到調(diào)度下發(fā)電壓增量值 ΔUv 后，按實(shí)際母線電壓與系統(tǒng)設(shè)定電壓偏差對無功進(jìn)行分配，無功負(fù)荷計(jì)算公式如下：
QAVC=QACT-Kf×ΔUv-QAVC
其中：QACT- 全廠實(shí)發(fā)無功；Kf- 調(diào)壓系數(shù)；ΔUv- 電壓增量值；QAVC- 不參加 AVC 機(jī)組的實(shí)發(fā)無功總和。
1.2 主要影響因素分析
1.2.1 AVC 參數(shù)設(shè)置不合理影響調(diào)節(jié)精度
廠 站 監(jiān) 控 系 統(tǒng) AVC 控 制 邏 輯 見 圖 2， 影 響AVC 調(diào)節(jié)性能參數(shù)主要包括調(diào)壓系數(shù)、全廠無功調(diào)節(jié)死區(qū)、單機(jī)無功調(diào)節(jié)死區(qū)及機(jī)組無功 PID 閉環(huán)調(diào)節(jié)時間等［4］，若因上述參數(shù)設(shè)置不合理將影響 AVC 調(diào)節(jié)精度。例如：當(dāng)單機(jī)無功調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)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(dǎo)致 AVC 調(diào)節(jié)精度或調(diào)節(jié)時間不滿足要求，從而影響 AVC 調(diào)節(jié)合格率。
1.2.2 上送網(wǎng)調(diào)母線電壓與下達(dá)編碼值時母線電壓偏差大影響
網(wǎng)調(diào)下達(dá) AVC 設(shè)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(dāng)前實(shí)時母線電壓值為廠站母線電壓設(shè)定值。在此過程中由于異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，且電廠送出處于線路末端，廠站 500kV 母線電壓波動較大，導(dǎo)致上送網(wǎng)調(diào)母線電壓與下達(dá)編碼值時當(dāng)前母線電壓偏差較大，造成網(wǎng)調(diào)與廠站端 AVC 設(shè)定電壓值不一致，AVC 調(diào)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(yīng) 4 ～ 20mA，其接線方式取相電壓，對應(yīng)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(zhǔn)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(zhuǎn)換成線電壓，把波動量又放大了 1.732 倍，導(dǎo)致母線電壓測量準(zhǔn)確度降低。
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(chǎn)生測量波動，對于 0.2 級的電壓變送器，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(diào)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，電廠接收到 AVC 編碼值時的當(dāng)前母線電壓與網(wǎng)調(diào)側(cè)計(jì)算增量指令時電壓不一致，造成網(wǎng)調(diào)與廠站側(cè) AVC 設(shè)定目標(biāo)值偏差大。
1.2.5 無功功率信號穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度影響
假設(shè)機(jī)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(jī)無功調(diào)節(jié)死區(qū)，導(dǎo)致無功 PID 頻繁調(diào)節(jié)，引起無功閉環(huán)調(diào)節(jié)紊亂，造成無功再分配不真實(shí)也會加劇電壓的波動。
2 AVC 調(diào)節(jié)合格率改善措施
2.1 根據(jù)試驗(yàn)合理設(shè)置 AVC 參數(shù)
根據(jù)電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）技術(shù)規(guī)范要求［6］，通過開展全廠及單機(jī) AVC 試驗(yàn)［7］，反復(fù)驗(yàn)證機(jī)組在各種運(yùn)行工況下 AVC 參數(shù)設(shè)置合理性，從而確定 AVC 優(yōu)化參數(shù)。
1）由于該電廠處于電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(jī)無功分配死區(qū)較小，母線電壓波動將導(dǎo)致單機(jī) AVC 頻繁動作，鑒于電廠機(jī)組無功調(diào)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(jìn)行控制，AVC 頻繁動作會嚴(yán)重影響繼電器壽命。為消除 AVC 頻繁動作帶來的安全隱患，電廠將單機(jī)無功分配死區(qū)由原 2MVar 修改為 2.5MVar，無功 PID閉環(huán)調(diào)節(jié)時間由 10min 修改為 5min。
2）電廠 AVC 電壓 - 無功計(jì)算方式為調(diào)壓系數(shù)方式，即將電壓偏差乘以調(diào)壓系數(shù)得到無功調(diào)節(jié)量。電廠原 AVC 調(diào)壓系數(shù)為 7MVar/kV，當(dāng)電廠多臺機(jī)組投入 AVC 運(yùn)行時，易出現(xiàn) AVC 無功分配值落入機(jī)組無功分配死區(qū)導(dǎo)致機(jī)組無功響應(yīng)不及時，影響 AVC 電壓調(diào)節(jié)質(zhì)量。結(jié)合全廠機(jī)組AVC 試驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將 AVC 調(diào)壓系數(shù)由原 7MVar/kV 修改為 15 MVar/kV。因廠站 AVC 電壓調(diào)節(jié)死區(qū)為 0.5kV，為更好響應(yīng)電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)需求，將全廠無功調(diào)節(jié)死區(qū)由原 12MVar 修改為 7.5 MVar，從而提高 AVC 調(diào)節(jié)精度。通過優(yōu)化上述廠站 AVC 參數(shù)并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證后（見表 2），AVC 調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)時間均得到明顯改善，有效提升了 AVC 調(diào)節(jié)合格率。
2.2 母線變送器與機(jī)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(yīng) 用 市 場，以 及 系 統(tǒng) 內(nèi) 電 廠 使 用 評 價 效 果， # 終 確 定 將500kV 母線變送器由原 FPVX 模擬式變送器更換為浙江涵普公司生產(chǎn)的 AVC 專用數(shù)字式電壓變送器（FPVX-W），機(jī)組有無功變送器由原FPWK301 型變送器更換為 FPWK301-W 數(shù)字式變送器，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，且母線變送器能有效濾除電壓高次諧波，使測量準(zhǔn)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(jì)算邏輯進(jìn)行修改，使其變送器工作在滿量程附近，母線電壓測量上送監(jiān)控系統(tǒng)后不再乘以1.732 系數(shù)進(jìn)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(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)采集上送網(wǎng)調(diào)母線電壓與下達(dá)編碼值時當(dāng)前母線電壓偏差較大問題。電廠將用于計(jì)算控制的當(dāng)前母線電壓值由當(dāng)前采樣值改為取#近 5 s 采樣值的加權(quán)平均值，#大限度減小母線電壓波動引起網(wǎng)調(diào)與廠站側(cè) AVC 設(shè)定電壓偏差，從而提升了AVC 調(diào)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(jìn)行分析，采取有針對性優(yōu)化措施進(jìn)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) AVC 調(diào)節(jié)合格率 90% 以上，改造后經(jīng) 4 個月運(yùn)行觀察，未再次發(fā)生 AVC 調(diào)節(jié)合格率不滿足要求產(chǎn)生 1+5 系統(tǒng)考核電量。AVC 調(diào)節(jié)合格率改善情況見表 3。
4、結(jié)語
隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，自動電壓控制（AVC）技術(shù)越來越成熟，在電網(wǎng)調(diào)度、變電站及發(fā)電廠得到普遍應(yīng)用。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行方式下，加之電廠送出線路處于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)末端，廠站母線電壓波動較大，若選用的母線電壓變送器和機(jī)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(jì)算或控制邏輯不合理，將直接影響 AVC 調(diào)節(jié)精度，不滿足南方區(qū)域“兩個細(xì)則”管理要求，從而產(chǎn)生考核損失電量。通過合理設(shè)置廠站 AVC 參數(shù)、優(yōu)化母線電壓測量計(jì)算邏輯，選用采集精度高、穩(wěn)定性好的母線電壓及機(jī)組無功變送器，保證其變送器運(yùn)行在滿量程附近，從電壓測量源和控制邏輯改善 AVC 調(diào)節(jié)精度，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，AVC 調(diào)節(jié)合格率得到大幅提升。
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