浅谈瀑布沟、深溪沟、枕头坝水电站电压联合调节

向 文 军

(国家能源大渡河生产指挥中心，四川 成都 610000)

0 引 言

电压是电力系统无功功率供需平衡的具体表现，无功功率的传输不但产生很大的损耗，而且沿传输途径有很大的电压降落，因而系统中各中枢点的电压特性更具有地区性质。电压过高或过低均能造成用电设备的损坏，并能降低产品的质量和生产效率，甚至使某些设备不能工作。随着电网的生产和发展，电压已不只是一个供电质量问题，还关系到电网的安全运行和经济运行[1]。为了实现电网的电压控制和调整，可建立以几个发电厂为中心的地区网络，采用分散电压调节和集中控制相结合方式，根据无功功率就地平衡的原则，在调度中心的统一协调下，自动维持本地区电压在规定范围内。

1 三站工程概况

1.1 瀑布沟水电站

瀑布沟水电站是大渡河干流梯级规划中的第19个梯级。采用6台单机容量600 MW的混流式水轮发电机组，装机总容量3 600 MW。电站主要送电方向为成都和川西北地区，采用500 kV电压等级接入系统。电站出线六回，其中四回至眉山东坡500 kV变电站，线路长约171 km；一回接深溪沟水电站，线路长约22 km；备用一回。

1.2 深溪沟水电站

深溪沟电站为大渡河干流规划的第20级电站，其上一梯级为瀑布沟电站，下一级为枕头坝电站。电站共有4台轴流式机组，单机容量165 MW，总装机容量660 MW。出线电压采用500 kV电压，出线二回，一回接入瀑布沟电站升压站，经瀑布沟电站接入四川主网，至瀑布沟电站的线路距离约22 km；另一回接枕头坝水电站，线路长约27 km。

1.3 枕头坝水电站

枕头坝水电站为大渡河干流水电28级规划的第21个梯级，其上一梯级为深溪沟电站，共有4台轴流转桨式机组，单机容量180 MW，装机容量720 MW。电站采用500 kV电压等级接入系统。电站出线两回，一回至深溪沟电站，线路长约27 km；备用一回至枕头坝二级电站方向。

2 三站无功与电压关系分析

枕头坝电站负荷通过枕深线送至深溪沟电站，再通过深溪沟电站深布线将深溪沟电站负荷、枕头坝电站负荷送至瀑布沟电站。则瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站组成一个简单的开式网络。

2.1 电压分析模型建立

由于瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站距离较短，架空线路未考虑线路参数的分布性及线路容升效应等因素。瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站输电线路等值电路见图1。其中R和X分别表示线路等值电阻和等值电抗；U1为枕头坝线电压；U2为深溪沟线电压；U3为深布线瀑布沟侧线电压；I1为枕深线电流，以U1、U2为例。

图1 瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站输电线路等值电路图

U1-U2=(R1+jX1)I1=ΔU2+δU2

(1)

由于

(2)

则

U1=U2+ΔU2+δU2

(3)

其向量图见图2[2]。

图2 瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站等值向量图

(4)[4]

故可认为U1≈U2+ΔU2，同理可得U2≈U3+ΔU3。

3 目前三站电压调节存在的问题

2019年2月15日，瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站AVC投省调闭环控制，14∶37省调AVC下发值(瀑布沟AVC设值531.32 kV、深溪沟AVC设值530.22 kV、枕头坝AVC设值532.54 kV)，枕头坝2号、3号机组减磁闭锁，枕头坝一级2F、3F发电机励磁系统欠励限制动作。查询监控系统历史记录见表1和图3。

4 故障原因分析

从瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站历史数据中可以看出：

(1)故障前后瀑布沟电压基本保持不变，见图4。

(2)14:37以后枕头坝电压略低于深溪沟电压，深溪沟机组无功增加，枕头坝机组无功降低，两站无功互相拉扯，见图5、6。

分析故障原因为：根据瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站电压分析模型，可以得出瀑深枕三站电压应满足枕头坝电压U1>深溪沟电压U2>瀑布沟电压U3。而14∶37瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站AVC投省调闭环控制，枕头坝AVC收到省调电压下调指令，由于枕头坝AVC电压值设定不合理，使枕头坝AVC电压设定值略低于深溪沟AVC电压设定值。枕头坝电压下降，枕头坝机组无功相应减少，同时枕头坝电压降低引起深溪沟电压降低，而深溪沟AVC为保持深溪沟电压不变，机组无功增加。同时深溪沟电压反作用于枕头坝电压，阻止枕头坝电压下降。枕头坝AVC为达到目标设定值进一步减少机组无功直到减磁闭锁动作。

表1 瀑深枕三站电压及深枕无功变化(14∶26-14∶45)

图3 瀑深枕三站电压及深枕无功变化趋势(电压单位：kV 无功单位：Mvar)

图4 瀑深枕三站电压变化趋势(电压单位：kV 无功单位：Mvar)

图5 深溪沟电压及无功变化趋势(电压单位：kV 无功单位：Mvar)

5 电压联合调节

电力系统中无功实行分层、分区、就地平衡原则，梯级水电站联合电压调节(VCS)主要用于电力系统负荷实时调整后各电站无功出力决策的实施，实现梯级水电站厂间无功负荷的实时分配，以确保在电力系统安全的前提下不会出现机组长期欠励、过励等不合理现象，从而达到科学、安全的目的。

5.1 瀑布沟、深溪沟、枕头坝电压联调工作流程

瀑布沟、深溪沟、枕头坝地理位置相距较近。瀑布沟机组容量大，无功调节能力强，同时瀑布沟母线装设2组容量为160 Mvar电抗器，深溪沟，枕头坝电站机组容量小，无功调节能力差。瀑布沟电站、深溪沟电站、枕头坝电站均具有AVC功能。瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站联合电压调节(VCS)作为一个处于电网调度和电厂AVC之间的运行控制层。根据电网调度机构要求的区域电压曲线, 并考虑站间电压偏移、机组容量以及厂内相关约束条件，确定流域内梯级各电站最佳的无功功率分配，再下达给电厂AVC 执行。瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站电压联调工作流程见图7[5]。

图6 枕头坝电压及无功变化趋势(电压单位：kV 无功单位：Mvar)

图7 瀑深枕三站VCS工作流程

5.2 瀑布沟、深溪沟、枕头坝电压联调策略

瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站作为以瀑布沟电站为调节枢纽，深溪沟、枕头坝辅助调节的区域电网。当区域内电压偏高(低)，调节瀑布沟电站(枢纽电站)电压，其余两站辅助调整电压[6]，同时避免区域内多台设备同时调整无功引起震荡。

(1) 系统电压调整。

(2) 电压一定时，有功功率调整引起无功功率变化。

(3) 投切无功补偿装置。

随着我国市场经济的发展，保险商业化的趋势不断加强。很多地区也开始试水医疗保险的商业化。如果医疗机构违反了医疗服务合同，给患者造成了人生伤害，可以通过购买商业保险的方式分散风险。现在的商业医疗保险的状况不容乐观，因为患者提出的高额损害赔偿常常令保险公司措手不及，使得很多商业保险公司放弃了医疗保险业务。但是如果我们可以把医疗服务合同的地位法定化，约定好双方当事人的权利和义务，这样商业保险公司理赔的时候才会有依据，商业医疗保险也会慢慢发展起来。医疗保险制度的构建，是一个“三赢”的局面，可以分散医疗机构的经营风险，扩大商业保险公司的业务范围，更有利于保护患者的利益。

针对影响电压偏移主要因素，制定相应调节策略：

(1)调度机构下达瀑布沟电压值，瀑布沟电压设定值变化，引起瀑布沟母线无功功率Q变化，计算出当前瀑布沟、深溪沟两站的电压差，得出深溪沟电压设定值。采集深溪沟母线无功功率Q变化，计算出当前深溪沟、枕头坝两站的电压差，得出枕头坝电压设定值。

(2)瀑布沟设定电压一定时，瀑布沟有功变化或投切电抗器，引起瀑布沟母线无功功率Q变化，计算出当前瀑布沟、深溪沟两站的电压差，得出深溪沟电压设定值。采集深溪沟母线无功功率Q变化，计算出当前深溪沟、枕头坝两站的电压差，得出枕头坝电压设定值。

(3)深溪沟设定电压一定时，深溪沟有功变化，引起深溪沟母线无功功率Q变化，计算出当前深溪沟、枕头坝两站的电压差，得出枕头坝电压设定值。

具体调节策略图见图8。

图8 瀑深枕三站VCS调节策略图

5.3 系统安全闭锁

电压联合调节(VCS)系统故障、操作不当以及外部环境的变化等多种因素都可能造成电压联合调节(VCS)系统失控。电压联合调节(VCS)系统的失控通常会给电网和电站带来严重的影响。因此，电压联合调节(VCS)系统如果发生了以下异常情况，则VCS自动退出控制，电站AVC保持原有工作状态。VCS自动退出条件如下：

(1) 瀑布沟、深溪沟、枕头坝三站任一站AVC闭环控制退出。

(2) 深布线、枕深线任一线路跳闸或检修。

(4) 深布线、枕深线任一线路无功功率长时间无变化或发生突变。

(5) 电网电压异常。

(6) 集控与电站通讯中断。

(7) 集控与调度通讯中断。

6 结 语

由于瀑布沟、深溪沟、枕头坝三级梯级电站接线方式特殊性，可将瀑布沟电压值作为该区域电压值，当调度机构控制区域电压变化时，通过主要调整瀑布沟电压，深溪沟、枕头坝辅以调压方式，就可以使三站电压时刻保持在合理偏移范围内，避免电站间无功功率互相拉扯现象。同时解决了电压传统控制方式中，采用电压-无功单站控制，而不能做到电压-无功地区控制的问题。在流域梯级电站智慧调度建设中，区域电压联合调节意义重大，控制着电压质量和提高电压合格率、梯级电站运行管理水平，为实现电站运行安全、经济、优质、高效发挥巨大作用。