热电厂AVC系统子站的设计与应用

牛保军，张礼珍，安惠国

(大唐保定热电厂，河北 保定 071051 )

1 概述

自动电压控制(AVC)系统安装于调度侧的主站，对电网各参数进行稳定和经济计算后对电厂侧的各机组子站下发无功功率(电压)调整指令，实现电网和机组间的电压和无功功率合理分配，实现无功自动调整(分配)。 AVC系统是保证大电网安全、稳定、经济运行的自动调整设备，通过AVC系统可实现系统电压的最低、最高限制值，保证系统合理无功功率储备，实现机组间的合理无功功率分配，降低电网功率损耗。大唐保定热电厂(简称“保定热电厂”)二厂区位于保定市西郊，2台200 MW火电机组(10号、11机组)于2007年投运，发电厂母线及出线电压220 kV。为配合河北省南部电网AVC系统建设，保定热电厂于2009年初安装投运一套子站设备。

2 系统架构及工作流程

AVC系统架构按电压调整分为3个层次，一级电压控制，二级电压控制，三级电压控制[1]。

a.一级电压控制为单元控制。控制器为发电机励磁调节器，控制时间常数为毫秒～秒级，在这级控制中，控制设备通过保持输出变量尽可能的接近设定值补偿电压快速和随机的变化，其作用是保证机端电压等于给定值。

b.二级电压控制为本地控制(子站设备)，时间常数约为秒～分钟级，控制器为无功功率电压自动调控装置，控制的主要目的是协调本地的一级控制器，保证母线电压或全厂总无功功率等于设定值，如果控制目标产生偏差，二级电压控制器则按照预定的控制规侓改变一级电压控制器的设定值。

c.三级电压控制是全局控制，时间常数约为分钟～小时级，它以全系统的安全、经济运行为优化目标，给出各厂站的优化结果，并下达给二级控制器，作为二级控制器的跟踪目标，安装在河北省调度通信中心侧。

保定热电厂的AVC子站设备作为河北省南部电网AVC系统的一个子站，接受主站指令并经计算后下发给2台发电机的励磁设备，实现2台发电机的无功功率分配和自动调节。AVC系统分层模型见图1[1]。

图1 AVC系统分层模型

保定热电厂投运的YC2008 AVC自动调控系统，安装在机组保护间，通过光缆至厂调度数据网络设备至电网调度数据网至主站，子站架构见图2[1]

图2 AVC系统子站架构示意

调度侧AVC主站每隔一段时间(根据实际要求，数分钟不等)对网内装设子站的发电机组或电厂下发母线电压指令(或无功功率目标指令)，发电厂侧通信数据处理平台同时接受主站的母线电压指令(或无功功率指令)和远动终端采集的实时数据，将数据通过现场通信网络发送至无功功率自动调控装置。装置经过计算，并综合考虑系统及设备故障以及AVR各种限制、闭锁条件后，给出当前运行方式下，在发电机调整能力范围内的调节方案，然后向励磁调节器发出控制信号，通过增减励磁调节器给定值来改变发电机励磁电流，进而调节发电机无功功率出力，使机组无功功率或母线电压维持在调度中心下达的母线电压指令(或无功功率指令)附近。AVC系统子站工作流程示意见图3。

图3 AVC系统子站工作流程示意

3 系统实现方式

3.1 系统通信

调度中心主站至发电厂下行通信(发电厂的当地功能)采用调度数据网的网络通信，下达AVC指令，并返送各发电厂参与AVC调节的各发电机组的无功功率功率，用来与当地功能采集到的实时数据相比较，当二者不一致时判断为通信故障，规约为省调下行规约。

AVC调节装置向励磁调节下达的无功功率增、减指令的脉冲信号通过电缆接至励磁设备，脉冲信号分别为加、减励磁信号，励磁调节装置根据AVC调节装置的脉冲信号指令调节机组的无功功率。

3.2 实时数据采集

a.数据量。AVC自动调节的数据量为参与AVC调节的机组的有功功率、无功功率，发电机的定子电压、电流及220 kV母线电压、厂用母线电压。这些数据量由远动RTU设备的专用电量变送器将其变为4～20 mA(或0～5 V)的弱电模拟信号，并进一步转换为数字信号通过RTU与AVC的通信通道送入AVC装置，作为AVC子站的计算、调节的依据。

b.信号量。AVC投停信号接点闭合为设备处于正常投入状态，由AVC调节装置向主站和电厂控制室提供；AVC装置的不同异常信号由AVC调节装置向主站和电厂控制室提供提供，信号为常开接点信号，此接点闭合为AVC装置工作异常。同时，在AVC调节装置异常或中调至发电厂下行通信异常时向电厂控制室和主站，使运行人员及时采取措施，恢复AVC调节系统的运行，提出高AVC的运行投入率。

4 系统应用分析

4.1 AVC系统在10号机组的应用情况

4.1.1 10号机组典型月数据分析

10号机组2010年6月12日-7月12日的历史数据曲线见图4。

图4 10号机组30 d(典型月)数据曲线

图4中有功功率曲线波动范围120～200 MW，每日8：30-22：30有功功率至机组满负荷为负荷高峰，其他时间负荷较低，为典型夏季负荷曲线；无功功率曲线和有功功率曲线波动趋势基本一致，在负荷低谷期间机组无功功率进相运行，进相深度最大约为-13 MVA；发电机出口电压、220 kV母线电压和6 kV母线电压跟随机组负荷波动情况变化，220 kV母线电压最高至231.5 kV，最低226.5 kV；发电机出口电压最高至16.4 kV，最低15.4 kV；6 kV电压最高至6.35 kV，最低5.92 kV；10号机组在上述30天内的运行情况稳定，AVC设备调整效果良好，满足电网机组稳定运行要求。

4.1.2 10号机组典型日数据分析

10号机组2010年6月22日0：00-24：00的数据曲线见图5。

图5 10号机组2010年6月22日数据曲线

图中有功功率从8：30开始由125 MW至满负荷200 MW：为当日负荷高峰；无功功率曲线和有功曲线波动趋势基本一致，在负荷低谷期间0：00-5：40及22：00以后机组无功功率进相运行，进相深度最大约-13.7 MVA；发电机出口电压、220 kV母线电压和6 kV母线电压跟随机组负荷波动情况变化，220 kV母线电压最高至229.5 kV，最低226.5 kV；发电机出口电压最高至16.2 kV，最低15.4 kV；6 kV电压最高至6.28 kV，最低5.93 kV；当天负荷曲线和电压曲线符合机组相应运行规律和特点，AVC设备调整效果良好，满足电网机组稳定运行要求。

4.2 11号机组典型历史数据分析

4.2.1 11号机组典型月数据分析

11号机组2010年4月13日-5月13日的30天历史数据曲线见图6。

图6中有功功率波动范围120～200 MW，基本每日8：30-22：00有功功率至机组大(满)负荷为负荷高峰，其他时间负荷较低；无功功率曲线和有功功率曲线波动趋势基本一致，在负荷低谷期间机组无功功率进相运行，进相深度最大约为-14 MVA；发电机出口电压、220 kV母线电压和6 kV母线电压跟随机组负荷波动情况变化，220 kV母线电压最高至230.7 kV，最低226.6 kV；发电机出口电压最高至16.4 kV，最低15.4 kV；6 kV电压最高至6.38 kV，最低5.95 kV。11号机组在上述30 d内的运行情况稳定，AVC设备调整效果良好，满足电网机组稳定运行要求。

图6 11号机组30天数据曲线

4.2.2 11号机组典型日数据分析

11号机组2010年6月22日0：00-24：00的数据曲线见图7。

图7 11号机组2010年6月22日数据曲线

图7中，有功功率从8：30开始由125 MW至满负荷200 MW，为当日负荷高峰，至21：30负荷降至127 MW；无功功率曲线和有功曲线波动趋势基本一致，在负荷低谷期间0：20-5：30及21：30以后机组无功功率进相运行，进相深度最大约-14 MVA；发电机出口电压、220 kV母线电压和6 kV母线电压跟随机组负荷波动情况变化，220 kV母线电压最高至229.8 kV，最低226.5 kV；发电机出口电压最高至16.2 kV，最低15.3 kV；6 kV电压最高至6.33 kV，最低6.0 kV；当天负荷曲线和电压曲线符合机组相应运行规律和特点，AVC设备调整效果良好，满足电网机组稳定运行要求。

4.3 10号、11号机组典型日无功功率进相分析

图8为10号机组2010年3月

12日8：00-3月13日8：00的典型日无功功率进相数据曲线，为2010年10号、11号机组历史数据中的进相深度最大值。

图8 10号机组无功功率进相典型曲线

图8中，发电机进相最低至-17.41 MVA,此时发电机电压15.31 kV，6 kV厂用电压5.93 kV，220 kV母线电压227.46 kV。在进相程度最深运行时，220 kV系统电压满足要求，发电机出口电压和6 kV厂用母线电压均在允许范围内。

4.4 结论分析

保定热电厂10号、11号机组在正常运行时，夏季大多天数存在进相运行工况，进相工况均出现在负荷低谷时段；机组进相运行时，系统及发电机各级电压和相关参数正常、稳定，机组进相深度满足电网系统调整和运行稳定要求，机组调整能力能够满足机组及系统稳定运行及调整要求。

5 结束语

保定热电厂AVC系统经过一年多的实际运行检验，子站设备各限制参数整定合理，设备运行稳定，既能够保障机组运行安全，又可以满足电网的调整和稳定需要。AVC子站系统的投运有效保证了系统和机组电压、无功功率的调整精度以及机组间无功功率的合理分配，降低了值班人员的调整强度，有效提高了发电机组和电网系统的自动控制水平，使电网和机组安全稳定运行水平得到有效提升。

本文责任编辑：杨秀敏