浅析自动电压控制系统在柘林水电厂的应用

李 忠，刘丹华

（国网江西省电力公司柘林水电厂，江西 九江 332000）

0 引言

随着社会的进步，工农业生产和人民生活水平不断提高，对电能质量也提出了更高的要求。电压质量作为电能质量的重要指标之一，是保证电网安全稳定运行和经济运行的重要因素。在现在大电网运行下，需要对系统电压和无功实现如下控制：

1）系统电压必须大于某一最低数值，以保证电力系统静态和暂态的运行稳定性，以及厂用电的稳定运行；

2）电网必须具有一定的无功功率储备，以保证事故后的系统电压不低于规定的数值，防止出现电压崩溃事故和同步稳定破坏；

3）保证系统电压低于规定的最大数值，以适应电力设备的绝缘水平和避免变压器过饱和，并向用户提供合理的最高水平电压；

4）大机组无功出力分配必须满足系统稳定的要求，单机无功必须满足P-Q曲线，保证机组安全运行；

5）满足上述电压条件下，尽可能降低电网的有功功率损耗，以取得经济效益。

发电机组励磁调节系统是电力系统中最重要的无功电压控制系统，响应速度快，可控制量大，无论是正常运行时保证电压水平和紧急控制时防止电压崩溃，都起着重要的作用。发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随之增减，并通过机端变压器进一步影响到母线电压的高低，励磁电流的增减可通过改变励磁调节器(AVR)给定值实现。所以系统的无功电压控制通过励磁系统来实现。自动电压调控系统AVC（Automatic Voltage Control）是通过改变发电机AVR的给定值来改变机端电压和发电机输出无功的。

1 柘林水电厂AVC基本概述

水电厂自动电压控制（AVC）是指按预定条件和要求自动控制水电厂母线电压或全电厂无功功率的技术。主要是计算机监控系统在正常运行时对母线电压及全厂的无功进行控制，在保证机组安全运行的条件下，为系统提供可充分利用的无功功率，减少电厂的功率损耗。AVC可以满足电力系统对安全发电的要求和机组安全运行的要求，同时根据实际需要满足运行人员的一些特殊要求，并且对全厂无功、母线电压的变化及一些非常情况作出迅速反应，直接执行或提示，使机组运行在优化工况。

柘林水电厂是江西电网的主调峰、调频电厂及黑启动的主要备用电源，对整个江西电网的安全稳定运行起着极其重要的作用。在江西电网快速发展的大背景下，对电压质量提出了更高标准和更严格的要求。为进一步提高电网主网的电压质量，降低主网网损，实现电网运行在线控制的目标，减轻运行值班人员人工调整电压的劳动强度，2010年柘林水电厂完成了对基于南瑞公司SJ-3000 监控系统的自动电压控制系统的安装与调试工作，正式投入运行。

2 AVC使用过程中遇到的问题及其分析

2.1 遇到的问题

依据国家电监会华中监管局华中电监市场价财[2011]200号文件：1）当无机组运行时，电压越限免于考核。2）机组无功出力或进相深度达到规定的技术要求后，电压仍不合格，免于考核的规定。

柘林水电厂AVC 控制方式在当地控制下运行，在使用过程中，电压合格率仍旧偏低。主要是因为发电机组运行时220 kVⅠ母与Ⅱ母压差过大，全厂AVC频繁退出原因造成。

2.2 查找原因

通过对220kVⅠ、Ⅱ段母线电压曲线图的查找，发现220kVⅠ、Ⅱ段母线电压无规律波动见图1。

图1 220 kVⅠ、Ⅱ段母线电压录波图

图2为220 kVⅠ、Ⅱ段母线接线。

图2 220 kVⅠ、Ⅱ段母线接线

图2中表明220 kVⅠ段母线与Ⅱ段母线通过233开关相连，理论上两段母线电压应完全一致。

绘制电压采集流程简图如图3所示。

图3 电压采集流程

从图3 可以看出从220 kV 母线电压数据是通过母线电压互感器二次，经过变送器进入监控模入板，中间经过二个环节和三个端子棑，数据采样的中间环节过多，变送器的误差、端子排的松动严重影响数据采样的准确率。

2.3 处理方案

将两段母线的电压信号引入现有的测控装置获取的交流采集量送入上位机，此方法减少了中间设备，满足经济性、可行性等要求。

2.3.1 制定改造方案

图4为改造原理图。

图4 改造原理图

直接将电压互感器二次电压通过测控装置中的交流采样装置变成信号后直接传至上位机。

2.3.2 试验

信号引入后，调取同一时段的两段母线电压曲线，曲线如图5所示。

通过对两个曲线图中电压值的横向比较，在选定时段内通过原有采样的曲线仍是波动变化大，而采用新的采样环节的两段母线相电压值成一条直线，没有波动，且偏差很小。为了避免是由于灵敏度差，数据变化量无法进行反映的原因导致电压无变化，进行虚拟电压差值的实验，以检验其灵敏度。

图5 220 kV母线电压曲线

2.3.3 检测

分别在选定的时段内人为设定了虚拟电压波动：

取0.05级（即：对每段母线设定±0.05V二次电压波动，模拟±110V的一次电压波动，使两段母线的电压偏差在0～±220V的范围内变化），相电压变化曲线如图6：

图6 0.05级母线相电压变化曲线

取0.1 级（即：对每段母线设定±0.1 V 二次电压波动，模拟±220 V 的一次电压波动，使两段母线的电压偏差在0～±440 V 的范围内变化），相电压变化曲线如图7：

图7 0.1级母线相电压变化曲线

从图6 和图7 可以看出，改造后的采样信号能够及时反映电压的小幅波动。

2.3.4 实施

自2014年2月，220 kV母线电压从测控单元引入以来，220kVⅠ、Ⅱ段母线电压曲线相互重叠，几乎一致，从图8实施后母线电压曲线图可以看出实施后效果。

图8 实施后母线相电压变化曲线

柘林水电厂220 kV 母线电压合格率大幅度提高，发电机组不会再出现“合母运行时，Ⅰ母与Ⅱ母压差过大，全厂AVC退出”的现象。由于对AVC及励磁系统进行不断改进，根据月报统计，已有多月合格率达到100%。在带来经济效益的同时，重要的是能够更好的保证电网质量，服务于广大用电客户。

3 结束语

提高AVC投入率，实现电力系统中的无功功率及电压自动控制。从电网无功优化运行的角度看，让全网的电压保持在合格范围内，使全网的线损最小，这是电力系统的理想状态。随着国家的日益国际化，社会经济的繁荣发展，要保证电网更加稳定，提供更加高质的电能。自动电压控制系统（AVC）将发电厂母线电压的调整由人工监控改为自动调控，通过合理分配无功，可将系统电压和无功储备保持在较高的水平，从而大大提高电网安全稳定水平和机组运行稳定水平，改善了电网电压质量，使电压合格率得到大幅度提高。同时还消除了人为因素引起误调节的情况，有效降低了运行人员的工作强度。

[1]陆安定.发电厂变电所及电力系统的无功功率[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]袁季修.电力系统安全稳定控制[M].北京：中国电力出版社，1996.

[3]王梅义，吴竞昌，蒙定中.大电网系统技术[M].北京：中国电力出版社，1995.