四川沙湾水电站自动电压控制系统设计与应用

颜现波，冯　迅，龚传利（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）



四川沙湾水电站自动电压控制系统设计与应用

颜现波，冯迅，龚传利
（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

摘要：介绍了沙湾水电站AVC系统的功能设计、调节模式、无功分配原则及“双机一变”的处理方法，提出了AVC调试中的安全控制策略及异常工况处理方案。

关键词：自动电压控制；A V C；分配原则；双机一变；安全控制策略；异常工况处理

0概述

电力系统无功功率优化和补偿是电力系统安全经济运行的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的补偿，不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低网损，使电力系统安全经济运行。水电厂自动电压控制（AVC）是按照预定条件和要求自动调节母线电压或全厂无功功率。AVC系统通过快速调节电厂的无功功率使母线电压稳定在一个合理的范围，从而达到提高电能质量的目的。

沙湾电站位于四川省乐山市沙湾区葫芦镇。电站装机规模为480 MW，采用发电机-变压器扩大单元接线方式，配置2台主变压器，以220 kV电压等级并入四川电网，承担着四川电网调峰、调频和事故备用任务。目前，沙湾电站最高480 MW负荷，并通过2回线路将负荷送出。电站采用H9000 V4.0自动电压控制系统。

1水电厂AVC控制系统设计

1.1双机冗余系统结构

如图1所示，AVC程序运行在监控系统应用程序服务器上，两台工作站硬件配置和运行软件完全相同，同时接受数据采集服务器发送的实时数据，两服务器为完全冗余，互为热备，主控和备用状态可由操作员手动切换。AVC程序的计算保持同步，只有主控服务器可对机组LCU下达调功令。当主控服务器故障退出时，备用机自动切为主控，若两台服务器同时发生故障，AVC功能也将自动退出。

图1 AVC系统结构简图

1.2功能模式设计

AVC功能运行模式包括：厂站AVC运行模式与调度AVC运行模式。AVC功率调节方式包括：电压给定方式、电压曲线方式等。

（1）母线电压曲线方式

在该方式运行时，AVC自动检测母线电压是否在相应时段的母线电压上限、下限值范围内，一旦发现超出则通过调节全厂无功功率，使电站高压母线电压维持在该时段母线电压上限、下限值范围内。

（2）给定母线电压控制方式

在该方式运行时，AVC根据运行人员给定的母线电压目标值，调节机组无功功率，使电站高压母线电压维持在给定的死区范围内。

2无功分配策略

AVC控制系统通过对机组无功功率调节来实

其中：Qtarget为目标总无功功率；Qsum为当前实发总无功功率。

Qset为所需分配总无功功率；∑Q单机为当前非成组可调机组无功功率之和。

Vtarget为目标母线电压值；Vcurrent为当前母线电压值。kv为无功调差系数。

对目标无功功率，应在当前可用的无功成组机组间进行分配，主要无功分配方式有：等容量比例分配法和等功率因数分配法两种方式。

2.1修正等容量比例分配法

通过文本配置各台机组分配比例系数。

其中：Qset为所需分配总无功功率；Qi为每台成组可调机组分配无功功率；

factor［i］为当前计算的机组比例系数；factorsum为成组可调机组比例系数和。

2.2等功率因数分配法

由于功率因数不同导致机组间电流补偿，所以当各机组有功不同时，可采用等功率因数分配策略。具体如下：

Qi=Pi×Qset/Psum

其中：Qset为所需分配总无功功率；Qi为每台成组可调机组分配无功功率；

Pi为当前成组可调机组有功实发值；Psum为成组可调机组有功功率总和。

2.3“双机一变”处理措施

在该电站中采用了“双机一变”的接线方式，即两台机组共用一台主变。在此接线方式中机组励磁系统采取了电压保护措施，即一台机组无功升高时，另外一台机组无功降低，以此来保持电压稳定。即两台机组之间存在相互制约作用。这种“相互制约”的方式导致在AVC调节过程中出现机组无功变化较大，不能保持稳定状态。为此我们采取以下措施：

（1）AVC调节过程中，两台机组的无功功率初始值尽量保持相同。

（2）AVC调节过程中，尽量使两台机组调节方向相同，即“同升同降”原则。

（3）AVC调节过程中，尽量使调节命令同时到达机组LCU，保持机组能同时响应。

3 AVC安全控制策略及异常工况处理

3.1 AVC安全控制策略

（1）机组增磁/减磁闭锁条件

在增无功升压的过程中，如机组达到增励磁的约束条件之一，即停止该机组的增无功升压作业，仅允许往相反方向调节，并发出增磁闭锁信号。在减无功降压的过程中，如机组达到减励磁的约束条件之一，即停止该机组的减无功降压作业，仅允许往相反方向调节，并发出减磁闭锁信号。主要约束条件如下：

①机端电压越限闭锁值；②定子电流越限闭锁值；③励磁电流越限闭锁值；④实发无功越限闭锁值（根据P-Q曲线）；⑤相应厂用母线电压越限闭锁值。

（2）母线电压安全闭锁条件

①母线电压越限闭锁值；②母线电压波动越限闭锁值；③母线电压突变闭锁值。

3.2 AVC系统异常工况处理

（1）机组数据采集故障（如有功、无功变送器故障）或机组LCU故障（发电态机组）。处理方式：退出全站及单机AVC调节，各机组有功、无功无变化。

（2）机组状态突变（在负荷大于10%额定条件下由发电态变为其他状态）。处理方式：退出全站及单机AVC调节，各机组有功、无功无变化。

（3）调度通讯故障。处理方式：退出全站及单机AVC调节，各机组有功、无功无变化。

（4）监控系统主、从机故障。处理方式：主机故障或重启时，从机能自动切换为主机，并执行AVC功能，AVC对各机组的无功分配正常无变化。

（5）全厂重大事故或保护动作。处理方式：退出全站及单机AVC调节，各机组有功、无功无变化。

（6）电压给定值错误（如：越全厂上、下限，越单步调节步长等）。处理方式：AVC不执行错误命令，各机组有功、无功无变化。

（7）线路频率异常。处理方式：退出全站及单机AVC调节，各机组有功、无功无变化。

（8）机组无功调节超时。处理方式：机组PLC收到AVC发出的有功调节命令后5 min内若仍无法将无功调节到位，则将上送机组无功调节超时信号，AVC收到此信号后将该机组切至AVC单机，不影响其他机组的AVC成组运行。

（9）数据库不定态过程中AVC的读取和计算的可靠性。处理方式：AVC后台无异常提示信息，所有读取的点保持生成数据库前的数值，生成过程中AVC仍能完成正常分配任务。

4结束语

随着电网规模的不断扩大，原有无功电压人工手动调整控制手段已不能满足电网安全、稳定、优质运行的要求。为确保电网安全稳定运行，四川省调度中心采用全网一体化的自动电压控制系统（AVC）进行全网无功电压优化协调控制，以降低网损、提高电网电压稳定水平和电压质量。本文主要介绍AVC系统功能设计及安全控制策略和异常工况处理，确保电站机组安全运行及维护电网稳定，对今后水电站的AVC功能设计具有一定的借鉴意义。

中图分类号：TV736

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2016）06-0024-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.009

收稿日期：2015-08-07

作者简介：颜现波（1981-），男，工程师，从事水电站计算机监控系统的研制、集成，水电站自动电压控制系统研究工作。现对母线电压的调节功能。即