发电厂自动电压控制在电网中的功能定位和技术要求

2012-03-29张健

电力与能源 2012年4期

张健

（上海明华电力技术工程有限公司，上海 200437）

1 发电厂AVC的功能定位

目前，国内发电机组普遍采用单元式接线方式，发电机组快速、连续的无功调节能力，对输电网无功潮流平衡、降低网损的作用尤为明显。而AVC的建设及规范AVC功能技术要求和制定管理办法，应以明确发电厂AVC系统在电网中的功能定位为前提条件。

1）发电厂AVC的定义 AVC在发电厂端表现为，以发电机主变高压侧系统母线电压为参考变量，以调节机组无功出力为技术手段的闭环负反馈控制系统。发电厂AVC是能够以实现电源点内部（同一系统母线下）机组间无功合理优化分配，使机组无功安全裕度最大化为控制策略的自动控制系统。为实现上述的自动闭环负反馈控制系统，发电厂AVC应是以AVC终端装置为核心的，与发电机组励磁系统、电厂测控系统、电网调度中心有机结合相互作用构成的整体。

2）发电厂AVC的作用发电厂AVC以发电机主变高压侧系统母线电压为控制目标，实现服从于电网统一调度下的分布式无功源终端管理，根据电网实时潮流变化，提供动态无功支撑，平衡各局部电网无功潮流，减少因无功长距离传输及无功分布不均衡带来的有功损耗。同时，AVC可以合理利用发电机组无功调控能力，以等功率因素、等无功裕度、等装机容量等控制策略，维持同一系统母线下发电机组间无功分配的合理化，并可满足特殊工况的运行需求。

发电机组无功容量大且具备连续快速调整能力的特点，是电网中性能最好、品质最高的无功源。从全网统一考虑，利用AVC协调全网发电机无功资源，不仅可以提高发电机对电网无功需求的响应速度、减少运行人员主观判断和操作，还可以利用灵活的管理策略优化同一系统母线下发电机组间的无功调配，避免相邻机组间无功环流等极不合理现象的发生。随着控制技术的发展以及运行经验的增加，更多的变量可以参与到相邻机组间无功调配的策略中来，在运行经济性、灵活性、合理性等方面更进一步。

3）发电厂AVC的定位 AVC以电网运行稳定为大前提，以提高电压质量、电网运行经济性为目标。发电厂AVC在整个电网AVC系统中处于二级控制地位，作为电网无功电压管理的重要手段，可以在电网运行整体平稳的基础上提高电网运行质量。发电厂AVC不同于发电机励磁，不具备承担电网扰动、故障方式下快速响应的能力，从系统应用原理、目的和结构上决定了AVC的响应速度只能停留在“分”级别，针对电网故障的快速响应仍然由发电机励磁承担。

4）发电厂AVC的响应速度按照电力行业DL／T 650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件标准和DL／T 843-2003大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件标准，发电机励磁阶跃响应给系统带来的电压扰动一般不超过10 s，AVC作为二级系统，必须与励磁响应速度进行配合，因此，AVC要求发电机励磁调整的相邻2次指令间隔必须大于10 s。然而，指令间隔的设置还必须保证AVC作为控制系统的响应实时性。

根据华东电监会发布的“两细则”，AVC的响应速度已然成为了发电厂辅助服务的考核目标之一，因此，指令间隔又要求尽可能的缩短。而影响指令间隔的一个重要因素就是调控过程的稳定性，AVC的调控过程不产生功率负荷的瞬间巨大变化，不引起系统负荷冲击问题。假设以1.5% QN每脉冲指令来配置AVC的调控节奏，则1 min内最多只能发出6次调控指令，可调控量不大于9%QN。以1台发电机额定功率PN为600 MW、额定功率因数为0.9计算，额定无功QN约为260 Mvar，则每个脉冲指令对应无功调整量为3.9 Mvar，1 min内可调控无功量不大于23.4 Mvar。由此可见，AVC的响应速度是受到发电机性能、电网需求等多重因素制约的。

综上所述，发电厂AVC功能可以在最大程度上改变电网内众多发电机组电压调节各自为战的局面，使得电网可以通过协调不同潮流下的无功支撑来达到降损的目的。

2 发电厂AVC的技术要求

发电机组的安全稳定运行是电网安全的重要保障，发电厂AVC的安全策略总原则，是在任何时刻不得有害机组运行安全，其参数应按照与运行安全极限留有足够裕度的原则整定。

1）贯彻发电厂AVC安全策略总原则在AVC保护逻辑的设计上，对安全限制因素的考虑，应按照保护对象予以区别对待，以保障机组运行安全的因素（包括机端电压、机组无功、厂用电等）为高安全级别，以提高电网运行质量的因素（包括母线电压、低频振荡、电网故障等）为低安全级别。

为有效地贯彻发电厂AVC安全策略总原则，应提高AVC对高安全级别事件的响应优先级，使机组运行优先满足高安全级保护的约束。在个别发电厂无功资源耗尽后仍无法满足电网运行质量要求时，缺口应由电网统一协调其他可用资源，切不可贪一时之功杀鸡取卵；而发电厂AVC在机组运行被动突破高安全级保护约束时，更加不可坐视不理、放任自流。

2）加强AVC在无功管理方面的运算能力和策略适应性发电厂AVC不仅需要具备多样化的无功协调策略，还要适应不同运行工况下的特殊管理需求。特别需要提出的是，在发电机滞相运行方式、进相运行方式和调相运行方式下，发电厂AVC应区分控制策略，合理利用发电机组无功资源。同时，还应注意在同一系统母线下运行的机组须保持相同的无功方向，避免形成无功环流。

3）关注每个控制细节，提高AVC的控制水平发电厂拓扑结构的变化、主变短路阻抗的不同都可能会带来发电机对电网无功支撑力度的变化，随着AVC技术应用不断深化，更多的细节应当被关注和纳入到控制策略当中。

3 发电厂AVC的技术管理

自动电压控制是一种先进的自动控制手段，能够有效减少人工劳动强度，因此，在满足AVC使用条件时即应投入AVC功能。然而，对电网和电厂运行来说，更为关心的是AVC系统的运行质量，这是影响发电厂运行设备安全和发电机辅助服务能力的一个重要内容。

发电机的无功能力是AVC控制的核心对象，而有效的无功调节范围恰恰不是一个静态的数据，受众多因素的影响，往往得不到充分的利用。通常影响发电机滞相、进相试验结果的主要因素是发电机端电压和辅机电源等。而在实际的系统运行过程中，情况更为复杂，由于电网结构、潮流和电厂辅机负荷等因素都在时刻变化，并且都呈现非线性的变化过程，这个问题导致AVC系统无法采用一种固定的模式去适应所有的变化。

因此，在技术上必须采用多条件寻优的办法，对诸多影响发电机无功能力的因素进行独立处置，以保障设备运行安全的同时最大范围的利用发电机无功调节能力。例如，当前最新的AVC应用已经将厂用电、励磁电流等因素作为限制因素进行了独立处置。

虽然发电机无功范围的最合理化是难以实现的，但是，理论上通过对主变、厂变等分接头位置的合理调整改善各级电压系统间的匹配关系是可以提高无功调节能力的。而改善这一匹配关系必须要综合考察一段时间的AVC运行数据作为科学依据，定量的统计数据和定性的分析方法都需要在今后的实践中进行更多的思考。

4 发电厂AVC给电网运行带来的效益

发电厂AVC不仅提供了发电厂电压和无功管理的自动化手段，更使电网拥有了数量庞大的动态无功资源，具备了更多优化各级电网的无功电压水平，从而提高电网运行的安全性和经济性的能力［1］。发电厂AVC的大范围应用已经显现出了巨大的经济和社会效益。就华东电网而言，220 k V接入的发电厂，已经全部启用AVC控制；500 k V接入的发电厂，已经有部分启用了AVC控制。

网省层面的协调控制已经处于实施阶段，特别是针对当前在建的淮沪特高压输电线路，经过仿真计算，500 k V接入的发电厂AVC，对特高压输电线路落点附近的电网电压支撑，将会起到不可替代的重要作用，直接影响到特高压线路的输电能力。