AVC系统在发电厂的应用分析

王群育

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司，河北 邯郸 056044）

河北省南部电网（简称“河北南网”）以220kV电网和500kV电网构成主网架，通过500kV主干线路分别与京津唐、山西、山东、华中电网联网运行，潮流格局为南电北送、西电东送。由于高压、超高压输电线路电压高、距离长，采用分裂导线传输，线间及线对地间的电容不断增大，线路的容性充电功率很高，尤其在低谷轻载时，容性无功功率过剩，引起线路电压较高。除线路采用并联电抗器消除部分无功功率外，其余还需要并网运行的发电机进相运行吸收系统的无功功率。随着电力系统的发展，并网机组容量逐渐增加，低谷期间并网发电机低无功功率和进相运行的趋势势在必行。自动电压控制系统（AVC）利用现代网络通信与自动控制技术，从电网全局对电网无功潮流和发电机组无功功率进行实时跟踪、协调控制，实现发电厂母线电压和无功功率的自动控制，使区域电网的无功潮流合理分布，降低电网功率损耗，提高电压质量，增强大电网的安全性、稳定性，提高电网的经济效益。

1 AVC系统的控制方式分析

在AVC系统中，调度中心主站根据各电压中枢点的电压和电网无功潮流的分布情况进行优化计算，向发电机组或发电厂下发优化后电压指令，发电厂侧AVC系统子站通过调度数据网接收省调AVC系统主站下发的220kV母线电压调整量和220kV出线侧母线电压调整量。根据该值计算对应机组无功功率需求值，在充分考虑几种约束安全稳定的条件后，由上位机计算出对应的控制脉冲宽度，下发至AVC系统执行终端（下位机），输出增、减磁脉冲信号直接给发电机的励磁调节器，调节发电机的转子电流以调节机组的无功功率，从而使220kV母线电压达到主站的要求值。

2 发电厂侧AVC系统的控制方案

在发电厂侧建立AVC系统子站（中控单元），同时在发电机侧增设执行终端机（下位机），与调度中心主站共同组成AVC系统，以“主站－子站”星型网络方式运行。

a.主站与子站之间通过现有数据采集系统及数据通信网（调度数据网）互联并完成信息交换。河北省调度中心AVC系统主站根据系统电压及无功功率分布，定时计算各受控点高压侧母线电压目标，并将目标指令下发到发电厂侧AVC系统子站，指令采用遥调方式下达。具体下达方式为：主站每隔一段时间（不超过15min），以通信方式向发电厂RTU发送遥调量指令，电厂RTU将遥调量转换为一路4～20mA模拟量输出，使用光缆送至AVC系统子站的模拟量采集单元，经A/D转换后以通信方式将转换结果送至AVC系统中控单元，解析后得到主站下发的遥调量，根据下述指令约定获得母线电压目标指令。为确保AVC系统中控单元与调度主站获取数据源一致，RTU实时采集电厂机组的有功功率、无功功率、机端电压、机端电流和母线电压等数据，并上传至调度中心，AVC系统中控单元还将内部状态信号（如增闭锁、减闭锁、自检等）通过开关量输出方式送至RTU端，调度可从RTU端获取系统运行状态信息。

b.AVC系统中控单元与执行终端之间通过RS485总线连接，中控单元根据接收到的电压目标指令计算各机组无功出力需求，以机组的实时数据和状态信号作为参考量，动态调节自动励磁调节器（AVR）电压给定值，从而实现对目标指令的自动跟踪和控制。

c.执行终端需要将系统运行中的增闭锁、减闭锁、自检、运行、通信情况等状态信号输出至DCS系统，同时将增、减磁控制信号经DCS系统输出至励磁调节器；或者直接将控制信号（增、减磁）输出至励磁调节器。励磁调节器将自动信号以开关量输入方式接至执行终端的AVR组。

d.各机组无功功率分配时，应保证各机组机端电压在安全极限内，同时各机组尽可能同步变化，保持相似的调控裕度。

e.在系统故障或受到扰动情况下，母线电压和无功出力可能会出现波动。为防止对系统和机组造成干扰，AVC系统及时闭锁控制出口，由机组AVR根据自身逻辑进行反应，避免出现误调节、频繁调节、振荡调节及其他非理性调节的情况。

f.当AVC系统异常或约束条件成立时，AVC系统的功能自动退出，并遥控输出一个无源接点信号至调度中心以及发电厂。

3 发电厂侧AVC系统应用中应注意的问题

AVC系统在各发电厂的应用中普遍遇到一些问题，以下以大唐河北发电有限公司马头热电分公司（简称“马头发电公司”）为例进行分析探讨。

3.1 系统及发电机的稳定性

在电力系统中发电机单机对无限大容量系统的输出功率为P＝EqUsinδ/Xd，其中，Eq为发电机电动势；U为系统电压；δ为发电机功率角；Xd为发电机电抗。

当发电机无功功率过低或进相运行时，在输出有功功率不变的前提下，随着励磁电流的减小，Eq减小，δ减小，从而使发电机的静态稳定性降低。经过理论计算，机组的最大功率角为90°，考虑发电机接入系统的电抗，确定发电机的功率角极限不超过70°。马头发电公司7、8号机组均经过进相试验，进相运行时发电机的功率因数为0.95～0.97，远远达不到静态稳定极限值。系统发生故障后引起振荡，电气参数变化过快则AVC系统自动退出，AVR相应系统电压和机端电压的变化自动进行强励磁动作，维持系统的电压水平。经分析和试验验证，系统及发电机的稳定性是可靠的。

3.2 机组运行的安全性

以发电机的安全运行极限作为AVC系统的限制条件，使机组运行在P－Q静态稳定限制范围之内，确保机组的安全稳定。以母线电压、发电机出口电压的最高值和最低值限制AVC系统的调整范围，避免电压过高造成发电机、主变压器过激磁。AVC系统投入运行后与发电机AVR的性能相配合，AVR低励磁限制需要与进相深度良好配合，AVC的减磁闭锁定值高于AVR低励磁限制的无功功率，避免机组失磁；AVC的增磁闭锁定值低于AVR过励限制定值，避免机组过激磁。当发电机变压器组或AVR故障时，AVC系统自动判断并退出运行，AVR按规定进行动作。

3.3 发电机端部的温度

当发电机由迟相倒进相运行时，其端部定转子漏磁增大，会引起发电机端部铁心温度升高，尤其是定子端部铁心的齿部、压指、压圈等部件。因此，在机组运行中应对发电机铁心和线棒温度测点加强监视，不允许超额定运行，还应加强氢冷系统的疏通和调整，冷氢温度严格控制在30～40℃，确保良好的冷却效果，同时，机组检修时要重点检查端部铁心和绕组的磨损情况及时进行试验、维护。

3.4 发电机出口和厂用母线电压

发电机进相运行时，系统无功功率倒流，发电机出口电压和厂用母线电压会有所降低，但基本维持在额定电压的95%以上，正常运行时可满足辅机动力的运行要求。马头发电公司增容改造机组的部分重要动力，存在着超额定功率超额定电流的现象，运行中采取了以下措施。

a.合理调整厂用电运行方式，使大动力分别布置在不同的母线上，维持母线电压在较高水平。

b.检查机械回路超功率的原因，从根本上消除影响因素。

c.若厂用母线电压长期运行在额定值及以下，适当将厂用变压器分头调高，提高相应的母线电压到额定值。

d.依据国由发［1999］579号《汽轮发电机运行规程》规定，发电机出口电压必须在额定电压的±10%范围内。适当降低主变压器的高压分头，确保U＊＜1，使机组多发无功功率，提高厂用变压器和厂用母线的电压，但必须进行发电机和主变压器的过激磁校验。

4 结论

通过AVC系统在电网中推广应用，可使根据系统无功潮流的变化自动调节（并网运行机组的无功功率），电压质量明显得到提高，电网线损逐步下降，电厂运行人员和调度人员的调整工作量也大大减少，但对发电机的稳定性、励磁系统响应速度和厂用系统运行提出了更高的要求。因此，发电厂需要针对AVC系统的调节特性和电网调压特点，采取技术措施解决影响发电机组运行稳定性和安全性的几项主要问题。