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關于大型水電廠AVC調節合格率的分析與改善

關于大型水電廠AVC調節合格率的分析與改善

時間:2020-09-12 10:11:51

 摘 要:隨著我國電力行業的迅速發展,電網和用電用戶對電能質量要求越來越高。而電壓是電能質量的重要指標之一,自動電壓控制(AVC)對保障電能質量,提高輸電效率,降低網損,實現穩定運行起到至關重要的作用。通過對 AVC 自動電壓控制原理、影響因素、典型問題分析,提出 AVC 調節合格率改善措施。Bv5壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1  概述
某水電廠總裝機容量 5×400MW,勵磁系統采用廣州擎天實業有限公司 EXC9000 系列,計算機監控系統為北京某公司生產 Power Generation Portal 4.1(PGP 4.1)監控平臺,電廠經兩回 500kV 線路接入電網。該電廠 2018 年底 AVC 投入網調控制后,由于 AVC 調節合格率達不到 90% 以上(見表1),按照南方區域“兩個細則”管理規定,電廠頻繁產生 1+5 系統考核電量。為此,該電廠通過對 AVC 控制原理、影響主要因素進行分析,提出AVC 調節合格率改善措施。AVC 調節合格率統計見表 1。
某電廠 AVC 調節合格率統計表
1.1 AVC 控制原理
電網調度側以母線電壓作為 AVC 調節控制目標,廠站側是通過對勵磁系統無功的調節來實現對母線電壓的控制,其控制原理如圖 1 所示[1-2]:其中 Uv 是母線電壓,取自廠站母線電壓變送器,Qg 是機組無功,取自機組無功功率變送器 ; 調度側 AVC 主站通過通訊下發當前時段下的母線電壓增量值(即:編碼值)ΔUv,廠站側監控系統上位機接收到 ΔUv 后進行計算,將計算所得的各臺機組應實現的無功 Qg 送到各臺機組的現地 LCU 控制單元,通過 PID 計算以脈沖形式對勵磁系統進行地增磁控制,改變勵磁系統 AVR 給定值對機組無功的控制,進而改變系統電壓[3]。其中,廠站AVC 接收到調度下發電壓增量值 ΔUv 后,按實際母線電壓與系統設定電壓偏差對無功進行分配,無功負荷計算公式如下:
QAVC=QACT-Kf×ΔUv-QAVC
其中:QACT- 全廠實發無功;Kf- 調壓系數;ΔUv- 電壓增量值;QAVC- 不參加 AVC 機組的實發無功總和。
AVC 控制原理
1.2 主要影響因素分析
1.2.1  AVC 參數設置不合理影響調節精度
廠 站 監 控 系 統 AVC 控 制 邏 輯 見 圖 2, 影 響AVC 調節性能參數主要包括調壓系數、全廠無功調節死區、單機無功調節死區及機組無功 PID 閉環調節時間等[4],若因上述參數設置不合理將影響 AVC 調節精度。例如:當單機無功調節死區設置偏小或偏大,以及無功 PID 閉環時間整定過長或過短,將導致 AVC 調節精度或調節時間不滿足要求,從而影響 AVC 調節合格率。
 廠站 AVC 控制邏輯框圖
 
1.2.2  上送網調母線電壓與下達編碼值時母線電壓偏差大影響
 網調下達 AVC 設定電壓值為電廠母線電壓值 + 編碼值(電壓增量值),電廠接收到編碼值+ 當前實時母線電壓值為廠站母線電壓設定值。在此過程中由于異步聯網運行,且電廠送出處于線路末端,廠站 500kV 母線電壓波動較大,導致上送網調母線電壓與下達編碼值時當前母線電壓偏差較大,造成網調與廠站端 AVC 設定電壓值不一致,AVC 調節精度不滿足電網 ±0.5kV要求。
 
1.2.3  母線變送器接線方式與使用量程引起采集誤差
該電廠 500kV 母線電壓變送器量程范圍為0-120V 對應 4 ~ 20mA,其接線方式取相電壓,對應量程范圍是 0-60V 輸出 4 ~ 12mA ,僅使用到變送器量程的二分之一,準確度與分辨率相對降低一半。同時,監控系統再將采集相電壓乘以1.732 轉換成線電壓,把波動量又放大了 1.732 倍,導致母線電壓測量準確度降低。
 
1.2.4  母線電壓變送器采集精度影響
電廠原使用母線電壓變送器為 FPVX 型模擬式變送器,采集精度 0.2 級。即使電廠母線電壓是理想恒定電壓,變送器本身也會產生測量波動,對于 0.2 級的電壓變送器,波動量在 ±0.1%附近,相對于 550kV 系統電壓就是 0.55kV,已超出AVC 調節死區 0.5kV[5]。 由于母線變送器采集精度不高,測量波動量較大,電廠接收到 AVC 編碼值時的當前母線電壓與網調側計算增量指令時電壓不一致,造成網調與廠站側 AVC 設定目標值偏差大。
 
1.2.5  無功功率信號穩定性與準確度影響
假設機組有功功率保持不變,因無功功率變送器采集精度不高,使無功功率測量不穩定,無功跳變超過單機無功調節死區,導致無功 PID 頻繁調節,引起無功閉環調節紊亂,造成無功再分配不真實也會加劇電壓的波動。
 
2  AVC 調節合格率改善措施
2.1  根據試驗合理設置 AVC 參數
根據電網自動電壓控制(AVC)技術規范要求[6],通過開展全廠及單機 AVC 試驗[7],反復驗證機組在各種運行工況下 AVC 參數設置合理性,從而確定 AVC 優化參數。
 
1)由于該電廠處于電網網架結構末端,且通過交直流異步聯網方式送出,對電廠母線電壓穩定性造成了較大影響。若廠站 AVC 單機無功分配死區較小,母線電壓波動將導致單機 AVC 頻繁動作,鑒于電廠機組無功調節方式為監控系統LCU 通過繼電器輸出脈寬信號對勵磁系統進行控制,AVC 頻繁動作會嚴重影響繼電器壽命。為消除 AVC 頻繁動作帶來的安全隱患,電廠將單機無功分配死區由原 2MVar 修改為 2.5MVar,無功 PID閉環調節時間由 10min 修改為 5min。
 
2)電廠 AVC 電壓 - 無功計算方式為調壓系數方式,即將電壓偏差乘以調壓系數得到無功調節量。電廠原 AVC 調壓系數為 7MVar/kV,當電廠多臺機組投入 AVC 運行時,易出現 AVC 無功分配值落入機組無功分配死區導致機組無功響應不及時,影響 AVC 電壓調節質量。結合全廠機組AVC 試驗結果和運行經驗,將 AVC 調壓系數由原 7MVar/kV 修改為 15 MVar/kV。因廠站 AVC 電壓調節死區為 0.5kV,為更好響應電網電壓調節需求,將全廠無功調節死區由原 12MVar 修改為 7.5 MVar,從而提高 AVC 調節精度。通過優化上述廠站 AVC 參數并進行試驗驗證后(見表 2),AVC 調節精度和調節時間均得到明顯改善,有效提升了 AVC 調節合格率。
 某電廠 AVC 參數優化統計表
 
2.2  母線變送器與機組無功功率變送器選型更換
 
為保證變送器更換后能有效提升采集精度, 該 電 廠 多 方 咨 詢 了 解 變 送 器 應 用 市 場,以 及 系 統 內 電 廠 使 用 評 價 效 果, 非常 終 確 定 將500kV 母線變送器由原 FPVX 模擬式變送器更換為浙江涵普公司生產的 AVC 專用數字式電壓變送器(FPVX-W),機組有無功變送器由原FPWK301 型變送器更換為 FPWK301-W 數字式變送器,其模擬式變送器與數字式變送器測量輸出波形如圖 3、圖 4 所示。該變送器更換后采集精度由原 0.2 級提升至 0.1 級,且母線變送器能有效濾除電壓高次諧波,使測量準確度和穩定性大幅提升。
 

FPWK301 型與 FPWK301-W 數字式變送器測量輸出波形對比圖 FPVX 模擬式與 FPVX-W 數字式電壓變送器測量輸出波形對比圖Bv5壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
2.3  改變母線電壓變送器接線方式
電廠將母線電壓變送器相電壓測量方式更改為線電壓接線方式[8-9],并將監控系統母線電壓測量計算邏輯進行修改,使其變送器工作在滿量程附近,母線電壓測量上送監控系統后不再乘以1.732 系數進行換算,有效減小了母線變送器測量誤差。
 
2.4  修改監控系統 AVC 程序
針對電廠 500kV 母線電壓波動大,導致監控系統采集上送網調母線電壓與下達編碼值時當前母線電壓偏差較大問題。電廠將用于計算控制的當前母線電壓值由當前采樣值改為取非常近 5 s 采樣值的加權平均值,非常大限度減小母線電壓波動引起網調與廠站側 AVC 設定電壓偏差,從而提升了AVC 調節合格率。
 
3  改善效果評價
通過對 AVC 控制原理、影響因素進行分析,采取有針對性優化措施進行改造后,該電廠 AVC合格率由改造前平均值 87.75% 提升至 94.66%,滿足電網 AVC 調節合格率 90% 以上,改造后經 4 個月運行觀察,未再次發生 AVC 調節合格率不滿足要求產生 1+5 系統考核電量。AVC 調節合格率改善情況見表 3。
某電廠 AVC 調節合格率改善前后對比表
 
4、結語
隨著我國智能電網建設的快速發展,自動電壓控制(AVC)技術越來越成熟,在電網調度、變電站及發電廠得到普遍應用。由于電網結構日益復雜、規模不斷擴大,系統聯網運行方式不同,對電網自動電壓控制(AVC)提出了更高要求。特別在異步聯網運行方式下,加之電廠送出線路處于網架結構末端,廠站母線電壓波動較大,若選用的母線電壓變送器和機組無功功率變送器采集精度不高,不具備低通濾波功能,以及廠站 AVC參數、母線電壓測量計算或控制邏輯不合理,將直接影響 AVC 調節精度,不滿足南方區域“兩個細則”管理要求,從而產生考核損失電量。通過合理設置廠站 AVC 參數、優化母線電壓測量計算邏輯,選用采集精度高、穩定性好的母線電壓及機組無功變送器,保證其變送器運行在滿量程附近,從電壓測量源和控制邏輯改善 AVC 調節精度,經過實際運行檢驗,AVC 調節合格率得到大幅提升。
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