水电厂自动电压控制系统子站试验方法研究

窦 骞，卢广陵，陈新凌

（广西电网有限责任公司电力科学研究院，广西电网电力调度控制中心，广西南宁 530023）

引言

发电机组高效稳定运行对于优化产业结构，避免发展过程中资源闲置浪费，促进经济、电力的协调可持续发展具有重要意义[1,2]。随着电力系统规模的与日俱增，以往的电压人工手动调整控制手段已不适应电网安全、稳定、优质运行的要求[3,4]。电压升高则功率增大，电压降低则功率减小，针对发电厂侧，通过改变机端电压实现对特定区域的功率调节，电压响应参与电网调度和电压自动控制（AVC）均是对母线节点电压进行调节，二者之间存在协调控制问题。

自动电压控制系统已在我国得到广泛运用，是发电机稳定、经济运行的重要技术保障[5,6]。调度中心通过AVC对发电厂的发电机组的无功功率进行远方控制，提高各发电厂高压母线的电压水平，达到提高本地区的供电电压水平，改善地区电网的电能质量的目的。自动电压控制系统属于电力监控系统的一类，在发电厂、变电站与调度控制中心之间传输的信息包括遥测、遥信、遥控等[7]。由于以往水电厂侧设置电网调度自动化系统的远端测控单元装置（RTU）上送遥测、遥信值时在准确性和快速性方面存在不足，取自变送器的遥测值精度仅为0.5级，取自继电器辅助接点的遥信值响应慢，准确率低。因此，在AVC子站投入运行前，应该对AVC子站进行相关试验，以确定AVC各项功能指标能否满足电网要求。

现有电厂无功电压量测数据已难以胜任自动电压控制的需要，要实现AVC系统完整、准确、快速采集无功电压数据的功能，需验证其遥测、遥信传输功能。本项目研究了自动电压控制系统原理，通过对遥测类、遥信类信号的交互流程以及相关控制算法的梳理，提出一种电厂侧自动电压控制系统子站试验方法，并在某电厂验证方法的有效性，进而确认该方法有助于检验电厂侧电压自动控制的功能。

1 电厂侧AVC子站与调度中心交换数据试验

1.1 试验方法

发电厂自动电压控制系统实现母线电压、发电机无功功率的综合测量（GPS同步采样）与控制。系统能完成电厂端AVC闭环控制，通过数据网接收调度中心AVC主站的调压指令，或根据设定的调压曲线，优化控制各台参与自动调压的机组。发电厂母线电压响应能秒级响应电网频率变化，在电网功率缺额的情况下，通过改变发电厂的母线电压，补偿机组快速调节能力的不足，快速拉升系统频率水平。

电厂侧AVC子站与调度中心交换的数据有两类：一类是遥测类，包括发电机的机端电压、高压母线电压等具体的数据；另一类是遥信类，主要包括AVC功能投入/退出、闭环/开环等信号量。本项试验主要是检测遥测类数据的精度、遥信类数据信号是否正确和及时响应。

1.2 遥测类测试

在调度中心的AVC主站，读取该水电厂发电机的各项数值，与格巩电厂AVC子站的数值进行对比。

遥测类试验数据见表1，试验要求测试值与上送值的误差不大于5%。

表1 遥测类试验数据

1.3 遥信类测试

在该水电厂AVC子站中进行各项功能的投、退，在调度中心AVC主站中观察收到的开关量是否与子站相符合，遥信类试验数据见表2。

表2 遥信类试验数据

2 电厂侧AVC子站试验功能测试

2.1 电厂侧AVC模拟开环试验

电厂侧的AVC子站投入“当地状态”“开环”方式，使电厂侧的AVC子站运行在开环状态，只会根据所设定的母线电压要求计算各台发电机组的无功功率分配大小，但并不发出调节指令。然后电厂的高压母线电压保持不变，记录AVC调节前的母线电压、无功功率和AVC对应的设定值。设置发电厂母线电压，设置值比原有母线电压大或小均可，AVC会根据母线电压大小，自动计算各发电机应发的无功功率，记录下无功功率设定值。

试验要求：母线电压设定比原电压值高时，无功功率设定应比原无功高；反之则无功设定应比原无功值低。开环方式下单机调节模式试验数据见表3，开环方式下双机调节模式试验数据见表4，开环方式下三机调节模式试验数据见表5。

表3 开环方式下单机调节模式试验数据（#1机）

表4 开环方式下双机调节模式试验数据

表5 开环方式下三机调节模式试验数据

2.2 电厂侧AVC模拟闭环试验

电厂侧的AVC子站投入“当地状态”“闭环”方式，此时AVC功能真正投入使用，可以直接调节发电机的无功功率，但只能在电厂侧发出指令。先保持发电厂母线电压不变，记录AVC调节前后的母线电压、无功功率和AVC对应的设定值。改变发电厂母线电压设置值，使设置值比原有母线电压大或小均可，AVC会根据母线电压大小，自动计算各发电机应发的无功功率，记录下无功功率设定值和母线电压到达设置值的调节时间。

其中，Q1：#1机无功功率；Q2：#2机无功功率；Q3：#3机无功功率。闭环方式下单机调节模式试验数据见表6，闭环方式下双机调节模式试验数据见表7，闭环方式下三机调节模式试验数据见表8。试验要求调节时间不应大于50 s，而在上述三种调节模式下，实际调节时间约30 s。

表6 闭环方式下单机调节模式试验数据

表7 闭环方式下双机调节模式试验数据

表8 闭环方式下三机调节模式试验数据

3 电厂侧AVC子站与调度中心主站侧AVC联合调试试验

在电厂侧AVC子站功能试验完毕后，可保证AVC子站具备自动调节无功功率分配功能，且方向正确，可以根据下发指令调节发电厂的母线电压。此时可以进行与调度中心主站的联调试验，直接在调度中心下发指令，检测此时AVC子站是否能按主站下发指令正确动作，并使母线电压到达设置值。

该水电厂此次试验工况只投入两台发电机，并将运行方式设置为“远方控制”“闭环”方式，保持电厂母线电压不变。试验开始前记录AVC调节前的母线电压、有功功率、无功功率与AVC对应的设定值。然后在广西调度中心主站直接设置电厂侧母线电压，使设置值比原有母线电压大或小均可，投入试验的两台发电机应会自动调节其无功功率，记录无功功率设定值和母线电压到达设置值的调节时间。联调方式下双机调节模式试验数据见表9，试验要求调节时间不大于50 s，实际调节时间约40 s。

表9 联调方式下双机调节模式试验数据

如果多台发电机进行该项试验，试验方法相同，只需将要试验的各台发电机的AVC功能均投入即可。

4 结论

通过此次试验，完成了该水电厂在单机、双机和三机模式下，AVC子站模拟开环试验和模拟闭环试验、AVC子站与调度通信中心主站侧AVC联合调试试验，全面验证了遥测类、遥信类信号是否满足自动电压控制的需要，根据试验结果判断该水电厂AVC子站功能正常，可以投入正常使用。该试验方法为调度中心采用全网一体化的自动电压控制系统（AVC）进行全网无功电压优化协调控制提供基础验证，进而有助于降低网损、提高电网电压稳定水平和电压质量。