火力发电中的自动电压控制AVC技术分析

王锦

国能太仓发电有限公司 江苏 太仓 215433

引言

随着电力需求的增长和电力系统规模的扩大，火力发电站的AVC技术变得越来越重要。AVC系统通过监测发电机输出的电压，并根据系统需求调整励磁系统的参数，以维持稳定的电压水平。这种自动控制能力使得火力发电站能够应对电网负荷变化，提供所需的电能，并保护设备免受电压波动的影响。

1 自动电压控制（AVC）原理

1.1 自动电压控制的概念

AVC技术是利用电子计算机和通讯技术，以其为动力源，基于动态监测与动态监测技术的新方法。自动电压控制是一种可以对电网进行自动调节和控制，确保电网的稳定运行的系统。并且，自动电压控制AVC技术在电力系统中的应用对改善电力系统的供电品质具有重要意义，有效的促进了发电企业的健康可持续发展。

1.2 自动电压控制的应用优势

自动电压控制（AVC）技术的使用，有效地提高了电网的稳定性。使用自动电压控制系统，能够对电网运行中的负荷进行有效的控制和维护，从而保障和改善电网运行的稳定性，并逐步提高电压质量，进一步提升火力发电厂整体电压[1]。最终，通过使用自动电压控制，这样就能降低输电线路中由输电无功组成的有功损失，保证输电线路的质量与效率。

1.3 自动电压控制系统工作原理

电站自动电压控制系统，可以通过PTU通道，接收由AVC系统设定的电压数值，并在发电设备的功率、电流、电压等参数的基础上，通过公式计算结合计算机系统，逐步计算出整个发电站所需要承担的无功功率。与此同时，需要结合现场的实际情况，通过综合考虑各种限制因素，对电厂各个单元的无功进行了科学、合理的配置。AVC系统是将发电厂的波动信号传递给各发电机，通过脉冲、脉宽等形式，对机组进行自动控制，具体的AVC系统控制流程如图1所示。

图1 AVC系统控制流程

2 火力发电中的自动电压控制策略存在的问题

2.1 投切策略

AVC是电力市场中最主要的一种调控方式，其在保障电力市场中的电压安全性的前提下，既要实现无功功率的最优分配，又要兼顾受控装置的工作特性，以确保电力市场及装置的安全稳定。AVC对被控制装置的开关控制方法是[2]：①在相同的变电所中采用轮换开关；也就是首先判断出装置的容量和敏感性，根据系统运行数据，判断低压母线投入是否均衡，并将系统运行过程中发生的控制故障记录与月平均值相结合，从而判断出系统运行过程中低压母线投入是否均衡；②使相同被控制装置的操作数量和操作间隔达到预先设定的限制，避免装置的频繁调整。在现行的电力系统中，对电力系统的日调压是8次，投切间隔是10min。在实际应用中，发现以上方法缺乏对电容群电抗速率的判断标准。变电站使用两种电抗率可以在很大程度上实现对三次及以上谐波的高效抑制。当两个具有不同电抗系数的电容设备在输入时，如果其总的阻抗为电容，则会产生高次谐波放大效应。据此，需要用电抗比来确定自动断路器的开断时间。

例如：一座500kV变电站1号电容器组在投入运行大约0.5s后跳闸，经过检测，4个单个电容器被破坏，拆开一座时，发现里面的焊锡连接已经熔断，对此进行分析是由于元件过流造成的。其闭锁波形呈现出三次谐波相变的特征。该站低压母线配装1号、2号、3号三组电容器，每组电容的额定电抗率为5%，余下两组的额定电抗是12%。故障分析表明，首先投入电抗率5%的电容，使三次谐波放大，造成设备过电流破坏。

2.2 闭锁策略

AVC作为一种闭环控制系统，为了电网的安全运行，对其进行控制和闭锁的设置是非常重要的。通常可分为3个层次：系统层次的闭锁、厂站层次的闭锁、设备层次的闭锁。已有的闭锁方法主要有状态突变闭锁、事故闭锁以及远距离故障闭锁。目前，在变电所发生事故时，自动电压控制主站在收到事故总信号时，都是采用厂站级闭锁的方式，直到事故总恢复后才自动解除。在运行过程中，我们发现，在停电后，一些低压保护及测量控制装置不能快速恢复到最初的状态，因此，在没有隔离的情况下，整个变电站的AVC都有可能重新投入运行，从而对电网与设备造成了一定的影响。为了解决这些问题，我们建议，在事故发生之后，一方面，AVC系统应该立刻进行工厂-站点级的锁定，可以设置（推荐1个小时），另一方面，对运行规程进行修改，在闭锁过程中，相关的运维人员要在第一时间离开。当固定的闭锁时间过了，按照事故的总体状态，将其自动解除。这种改进方案不仅可以确保不会再有故障的设备被重新投入，而且可以使厂站级别的自动控制系统迅速恢复正常。

3 AVC子站运行安全约束条件

3.1 AVC与励磁调节器的配合

由于AVC是两级电压自动调节的一种手段，并且它的最终调节必须依赖于AVR，因此为了避免安全事故的发生，AVC的控制参数必须与AVR相配合。当自动风门出现异常或故障时应退出或闭锁AVC，并且AVC的调节范围要小于AVR的调节范围。其中需要特别注意的一点是，当AVR出现异常的时候，必须经过一定的延时才能退出或闭锁AVC，以免系统在发生扰动时，AVR强励动作触发相关告警信号，导致AVC功能退出，从而对AVC的投运率指标造成影响。

3.2 AVC与机组运行参数的配合

当机组运行参数超出一定范围时，AVC系统还会自动退出或关闭机组的调压，如机组的有功、厂用电压、发电机的电压、发电机的电流等。当设定这些操作参数的超限值时，需要为标识参数添加一定的余量[3]。例如：某燃机电厂在冬季AVC的通过率就比夏天低，经过对通过率的检查，发现所有通过率都是因为有功超上限闭锁AVC调节引起的。该机组铭牌参数为480MW，冬季环境温度较低，燃机发电效率高于夏季，最高输出可达50MW以上，而AVC装置设定的有功功率闭锁上限为480MW，在480MW-500MW负荷期间，AVC处于闭锁调节状态，从而导致冬季合格率低于夏季。

3.3 AVC与继电保护的配合

以发变组V/Hz保护为例，V/Hz倍数的具体数值是根据发电机厂家发布的V/Hz能力曲线来确定的，建议AVC、AVR与保护装置之间取一定级差，而且要超过0.02PU，以防AVC、AVR与保护装置之间因为采样偏差导致保护误操作。某电厂1号机组的AVC和AVR与继电器V/Hz设定值之间虽然存在一定的级数差异，但只有0.01PU。2014年7月，当该机组在50%负载时，因为通讯故障，导致母线电压不刷新，AVC判断调节没有到位，当机端电压继续上升，达到1.05PU时越上限闭锁[4]。但是这时保护装置采集到的V/Hz倍数已达到1.06（保护电压与AVC电压取自不同的电压互感器），保护装置V/Hz反时限启动，经过长延时后，保护出口将该机组解列。

4 新技术应用对AVC系统的影响

4.1 控制策略关联重要告警信息

随着D5000体系的快速构建，AVC成为D5000体系的核心部件。AVC是否可以和D5000进行数据交换，并实时获取被控变电所的运行数据，从而可以对AVC系统的相关控制逻辑进行更多的优化和改进。现有的自动控制技术主要是针对受控装置的状态突然变化或遥测、遥信不一致而设定锁定[5]。在实际工作中可以看到，AVC从下达命令到被控制设备的顺利实施，要经过调度数据网、远动机、规约转换装置、通信设备等几个环节，其中任意一个的失效都会对命令的实施产生影响。因此，可以将重要设备的警报信息和自动化系统建立起一种锁定机制，以避免远程控制对电网和设备造成的影响，减少无意义的远程控制指令。

4.2 新型远动机实现多重闭锁

一些厂家生产的新一代远动能将遥信器锁定在远程控制上。即使在主站配置、逻辑或命令出现错误时，通过该功能，也可以对重要的远程闭锁做出逻辑判断，利用各种防御措施，可以避免出现电容器、电抗器同时投入、投入或切除的设备再投入或切除、将有可能对电力系统及设备的安全、稳定运行产生影响的故障脱扣装置重新投入等。

5 电压自动控制技术在电力调度自动化系统中的应用

5.1 电压自动控制技术在变电站自动化方面的应用

在我国，变电站数量众多，其管理模式主要有两种，一种是由部分人来管理，一种是没有人来管理。随着国家电力系统的发展，实现电力系统的全自动化已成为一种必然趋势。将电压自动控制技术运用在变电站自动化中，可以有效地防止工作人员在工作中产生的错误，这样就能减少变电站员工人数的同时，还提升了变电站电力的运输质量。例如：在张家界地区的变电所，采用了自动电压控制技术，通过监控系统，实现了对每个变电站的全部电气设备的监测与管理，降低了人为因素造成的错误。张家界电网在采用变频器以前，该区域每日用电高峰时段的人工调度次数超过30次，而采用变频器以后，除了某些必需的调节以外，变频器的调节次数较以往降低了1000余次。

5.2 电压自动控制技术在电力配送方面的应用

在实际的电网运行过程中，由于电力调度自动化系统不能及时发现线路、设施中出现的异常用电现象，造成了大量的电能损失。所以，将自动电压调节技术应用于电压调节自动化系统，可以在电力分配中，对某些线路及电力设施中的异常电进行检测，并可以对其进行实时定位，帮助工作人员进行改进，还能实现对非正常电压的自动降压[6]。随着不少地区电网的应用，110kV及以下特高压的通过率均为100%，同时，10万千伏安高压的通过率较以前提高了0.01个百分点，损耗率逐年降低，较以前有了很大的提高。

5.3 无功电压自动控制技术在电力能源方面的管理

电力调度自动化系统包括一个以监测和控制为核心的能源管理系统，包括：电力系统的安全状态评估与分析，电力系统调度员模拟培训，数据采集与监控，自动发电控制等。在电能管理系统中应用电压自动调节技术，能够有效检测出电能的故障与缺陷。为了保证配电网的稳定运转，保证配电网的稳定运转，对配电网的各个生产环节进行评估，改善配电网的生产模式，并逐步提升配电网的发电效益。采用该技术后，电网的设施管理和运行状况能够得到很大的提升，设施的使用年限提高了1/5以上，进而节省了很多能源。

6 结束语

综上所述，在火电厂中使用自动电压控制，一方面可以对电站的电压进行及时、高效的控制和调整，确保电站的电压稳定，防止因电压变化而造成的电力损耗；另一方面，利用数字信息技术和通信技术，在一定程度上，将火电厂中的工作人员进行了简单的操作，从而可以控制人为因素对电厂用电造成的不利影响，进而可以有效地减少电厂的用电，提高了电厂的整体生产效率。