小型水电站自动调频调压装置研究

马 越（国家电网甘孜供电公司,四川 甘孜 626000）

小型水电站自动调频调压装置研究

马 越
（国家电网甘孜供电公司,四川 甘孜 626000）

这几年，随着我国电力紧缺，水能资源需求持续增大，愈来愈多的小型水电站在河流众多、水能资源蕴藏丰富的西南地区建设、运行，将在国家电力系统中占据着重要地位，并且还将负责一部分的动态负荷。因此，对小型水电站进行相关研究很有必要。本文主要研究小型水电站自动调频调压装置研究。

水能资源;传统调压;自动调频调压

1 调频调压的需求变高

由于机组容量高增长，调频调压的需求变高，对机组稳定性和调节能力的要求也相应更高。可眼下，西南地区小型水电站主要还是依靠传统的调压室。所谓传统的调压室就是“建筑在水电站压力引水道与高压管道相接处的一个能造成水击波反射的平压建筑物,其可防止水击波传播到压力引水道中去,减少高压管道中的水击值,当水电站负荷变化时,可改善机组的运行条件。”尽管它曾经是整个系统中比较重要的一个建筑物，它的设置有利于保障发电机组稳发满发，稳定运行，可是，它同样也存在着不少问题，比如，修建难度较大、建造费用高，且依赖直流操作电源系统等。以前，每个调压室均有专职安全值班人员，能及时开展直流输电设备的检修，所以能够在第一时间发现、处理出现的故障，确保水电站安全生产。现在，已相继推行无人值守调压室，那么，就需要对传统的调压室进行技术改造。故而，如何改造传统调压室的直流电源系统成为了西南地区小型水电站规划中必须仔细分析研究的问题。从现有研究成果来看，学者们对此进行了多方面的分析，比如崔清溪先生于1993年在《江西水利科技》发表的《试论取消水电站调压室的可行性与合理性》，王治中、王建林、赵毅力三位先生于2008年在《西北农林科技大学学报》发表的《水电站调压室设置必要性判式的分析研究》，杨勇先生于2011年在《红水河》发表的《水电站调压室的稳定性研究》，武汉大学鲍海艳的博士毕业论文《水电站调压室的设置条件及运行控制研究》，普遍认为传统调压室的直流电源系统随着科技的进步，缺点将会越来越凸显，可尝试用性能优越、造价低廉以及建造容易的新的自动调频调压的装置进行改造。基于此，笔者将就西南地区小型水电站自动调频调压的装置问题进行探讨，以期此装置能够在日后运营时便捷高能，自动完成调频调压，保障电网安全稳定和电源质量。

2 系统维持电压能力分析

（1）以往小型水电站直流电源系统中，合闸母线一般是240V，连接了断路器的合闸线圈，合闸时由直流屏提供电源。控制母线一般是220V，连接控制、信号等，也是由直流屏提供电源。合闸母线工作时间短，会有瞬间较大电流，但没有负荷电流。而控制母线工作时间较合闸母线长，能够供给持续电流，不会像合闸母线会有瞬时较大电流及电压暂降过程，但对系统维持电压能力的需求高，不似合闸母线对电压的允许偏差大。当供电系统装置能源源不断供电，并保证电源质量时，电压一般来说会高出控制母线允许的波动范围。如要保证控制母线的运行电压控制在额定值，就需把合闸母线电压降到设定值以下。笔者谈到的自动调频调压装置就可以完成此功能。

（2）当合闸母线通过硅链降压（挑选硅链应检查额定电流还有电压能力）至回路降压，变为控制母线时，正控制母线能够自动调压采样回路，根据采样数据经过一定的算法识别回路。假若正控制母线并不超过开始定下的结点，就不会导通触发电路，继电器同样不会工作，电路也就处于之前稳定工作点，正控制母线差动保护遵循原样。假若正控制母线已经越过了开始定下的结点，回路就会产生提示信号，随即导通触发电路，触发电路从输入端接收到信号后产生脉冲信号，进而使继电器运行。通过继电器智能节点响应或关断，完成二极管为导通还是为断开正控制母线回路，进一步达成正控制母线可以遵循规定值，也就可以达成自动调试正控制母线电压。

3 自动调频为反馈控制系统

（1）需要说明的是，直流系统控制母线采用硅堆降压时，必须采用开路保护器。因为降压硅堆大多是将40-50个硅二极管串联起来，长久运行的过程中，即便仅是其中一个硅二极管出现问题，也会导致控制母线出现故障，让生产、转换电能的设备在没有任何防范措施的环境下生产，后果是非常可怕的。针对这一情况，一些调压室设置保护回路以防范，不过，由于利用继电器切换方法，耗时较久，难以满足保护装置对电源性能的基本要求，进而引起保护和自动装置发出错误的动作指令。所以，设置一款快速、精密的开路保护器是生产中不可或缺的。

（2）自动调频为反馈控制系统,也就是输出量对系统的指数稳定性有直接影响。自动调频系统则主要有负荷分配回路以及机组控制回路组成。第一种回路是根据区域控制误差来推测负荷的单位调节功率，并将此结果与机组的单位调节功率相加在一起，然后再以一定比例分配到各单位。第二种回路则按照已分配好的功率和有效功率的额差，依靠自动调功调压装置给出信号，然后调节马达，完成额定功率。其中，调速器参数设置是一个比较重要的步骤，对系统稳定性有着重要的影响。

（3）自动调频装置还要考虑到西南地区小型水电站这一特殊环境。所以，到底能不能够运行这一装置尚得参考水道中水流惯性的特征时间常数。此直接影响调节效果，假若耗时过久，负荷不平衡引起频率波动，而发电机反应迟缓往往来不及调整。尽管第二轮波动有偏差，但是出力依然遵循第一轮的波动变化。所以当遇到时间常数较大机组时，需改造它的调频死区设置方法，才可以在系统频率波动时及时调整。

4 结束语

综上所述，小型水电站自动调频调压装置对稳定、提高西南地区电能质量，降低能源消耗有着十分重要的作用。眼下，西南地区小型水电站已着手进行，因为涉及技术保密的问题，此处暂不公开该自动调频调压装置的具体实现过程。

[1]鲍海艳.水电站调压室的设置条件及运行控制研究[M].武汉大学,2010.

[2]王治中,王建林,赵毅力.水电站调压室设置必要性判式的分析研究[M],西北农林科技大学学报,2008.