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关于大型水电厂AVC调节合格率的分析与改善

关于大型水电厂AVC调节合格率的分析与改善

时间:2020-09-12 10:11:51

 摘 要:随着我国电力行业的迅速发展,电网和用电用户对电能质量要求越来越高。而电压是电能质量的重要指标之一,自动电压控制(AVC)对保障电能质量,提高输电效率,降低网损,实现稳定运行起到至关重要的作用。通过对 AVC 自动电压控制原理、影响因素、典型问题分析,提出 AVC 调节合格率改善措施。9ue压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
1  概述
某水电厂总装机容量 5×400MW,励磁系统采用广州擎天实业有限企业 EXC9000 系列,计算机监控系统为北京某企业生产 Power Generation Portal 4.1(PGP 4.1)监控平台,电厂经两回 500kV 线路接入电网。该电厂 2018 年底 AVC 投入网调控制后,由于 AVC 调节合格率达不到 90% 以上(见表1),按照南方区域“两个细则”管理规定,电厂频繁产生 1+5 系统考核电量。为此,该电厂通过对 AVC 控制原理、影响主要因素进行分析,提出AVC 调节合格率改善措施。AVC 调节合格率统计见表 1。
某电厂 AVC 调节合格率统计表
1.1 AVC 控制原理
电网调度侧以母线电压作为 AVC 调节控制目标,厂站侧是通过对励磁系统无功的调节来实现对母线电压的控制,其控制原理如图 1 所示[1-2]:其中 Uv 是母线电压,取自厂站母线电压变送器,Qg 是机组无功,取自机组无功功率变送器 ; 调度侧 AVC 主站通过通讯下发当前时段下的母线电压增量值(即:编码值)ΔUv,厂站侧监控系统上位机接收到 ΔUv 后进行计算,将计算所得的各台机组应实现的无功 Qg 送到各台机组的现地 LCU 控制单元,通过 PID 计算以脉冲形式对励磁系统进行地增磁控制,改变励磁系统 AVR 给定值对机组无功的控制,进而改变系统电压[3]。其中,厂站AVC 接收到调度下发电压增量值 ΔUv 后,按实际母线电压与系统设定电压偏差对无功进行分配,无功负荷计算公式如下:
QAVC=QACT-Kf×ΔUv-QAVC
其中:QACT- 全厂实发无功;Kf- 调压系数;ΔUv- 电压增量值;QAVC- 不参加 AVC 机组的实发无功总和。
AVC 控制原理
1.2 主要影响因素分析
1.2.1  AVC 参数设置不合理影响调节精度
厂 站 监 控 系 统 AVC 控 制 逻 辑 见 图 2, 影 响AVC 调节性能参数主要包括调压系数、全厂无功调节死区、单机无功调节死区及机组无功 PID 闭环调节时间等[4],若因上述参数设置不合理将影响 AVC 调节精度。例如:当单机无功调节死区设置偏小或偏大,以及无功 PID 闭环时间整定过长或过短,将导致 AVC 调节精度或调节时间不满足要求,从而影响 AVC 调节合格率。
 厂站 AVC 控制逻辑框图
 
1.2.2  上送网调母线电压与下达编码值时母线电压偏差大影响
 网调下达 AVC 设定电压值为电厂母线电压值 + 编码值(电压增量值),电厂接收到编码值+ 当前实时母线电压值为厂站母线电压设定值。在此过程中由于异步联网运行,且电厂送出处于线路末端,厂站 500kV 母线电压波动较大,导致上送网调母线电压与下达编码值时当前母线电压偏差较大,造成网调与厂站端 AVC 设定电压值不一致,AVC 调节精度不满足电网 ±0.5kV要求。
 
1.2.3  母线变送器接线方式与使用量程引起采集误差
该电厂 500kV 母线电压变送器量程范围为0-120V 对应 4 ~ 20mA,其接线方式取相电压,对应量程范围是 0-60V 输出 4 ~ 12mA ,仅使用到变送器量程的二分之一,准确度与分辨率相对降低一半。同时,监控系统再将采集相电压乘以1.732 转换成线电压,把波动量又放大了 1.732 倍,导致母线电压测量准确度降低。
 
1.2.4  母线电压变送器采集精度影响
电厂原使用母线电压变送器为 FPVX 型模拟式变送器,采集精度 0.2 级。即使电厂母线电压是理想恒定电压,变送器本身也会产生测量波动,对于 0.2 级的电压变送器,波动量在 ±0.1%附近,相对于 550kV 系统电压就是 0.55kV,已超出AVC 调节死区 0.5kV[5]。 由于母线变送器采集精度不高,测量波动量较大,电厂接收到 AVC 编码值时的当前母线电压与网调侧计算增量指令时电压不一致,造成网调与厂站侧 AVC 设定目标值偏差大。
 
1.2.5  无功功率信号稳定性与准确度影响
假设机组有功功率保持不变,因无功功率变送器采集精度不高,使无功功率测量不稳定,无功跳变超过单机无功调节死区,导致无功 PID 频繁调节,引起无功闭环调节紊乱,造成无功再分配不真实也会加剧电压的波动。
 
2  AVC 调节合格率改善措施
2.1  根据试验合理设置 AVC 参数
根据电网自动电压控制(AVC)技术规范要求[6],通过开展全厂及单机 AVC 试验[7],反复验证机组在各种运行工况下 AVC 参数设置合理性,从而确定 AVC 优化参数。
 
1)由于该电厂处于电网网架结构末端,且通过交直流异步联网方式送出,对电厂母线电压稳定性造成了较大影响。若厂站 AVC 单机无功分配死区较小,母线电压波动将导致单机 AVC 频繁动作,鉴于电厂机组无功调节方式为监控系统LCU 通过继电器输出脉宽信号对励磁系统进行控制,AVC 频繁动作会严重影响继电器寿命。为消除 AVC 频繁动作带来的安全隐患,电厂将单机无功分配死区由原 2MVar 修改为 2.5MVar,无功 PID闭环调节时间由 10min 修改为 5min。
 
2)电厂 AVC 电压 - 无功计算方式为调压系数方式,即将电压偏差乘以调压系数得到无功调节量。电厂原 AVC 调压系数为 7MVar/kV,当电厂多台机组投入 AVC 运行时,易出现 AVC 无功分配值落入机组无功分配死区导致机组无功响应不及时,影响 AVC 电压调节质量。结合全厂机组AVC 试验结果和运行经验,将 AVC 调压系数由原 7MVar/kV 修改为 15 MVar/kV。因厂站 AVC 电压调节死区为 0.5kV,为更好响应电网电压调节需求,将全厂无功调节死区由原 12MVar 修改为 7.5 MVar,从而提高 AVC 调节精度。通过优化上述厂站 AVC 参数并进行试验验证后(见表 2),AVC 调节精度和调节时间均得到明显改善,有效提升了 AVC 调节合格率。
 某电厂 AVC 参数优化统计表
 
2.2  母线变送器与机组无功功率变送器选型更换
 
为保证变送器更换后能有效提升采集精度, 该 电 厂 多 方 咨 询 了 解 变 送 器 应 用 市 场,以 及 系 统 内 电 厂 使 用 评 价 效 果, 非常 终 确 定 将500kV 母线变送器由原 FPVX 模拟式变送器更换为浙江涵普企业生产的 AVC 专用数字式电压变送器(FPVX-W),机组有无功变送器由原FPWK301 型变送器更换为 FPWK301-W 数字式变送器,其模拟式变送器与数字式变送器测量输出波形如图 3、图 4 所示。该变送器更换后采集精度由原 0.2 级提升至 0.1 级,且母线变送器能有效滤除电压高次谐波,使测量准确度和稳定性大幅提升。
 

FPWK301 型与 FPWK301-W 数字式变送器测量输出波形对比图 FPVX 模拟式与 FPVX-W 数字式电压变送器测量输出波形对比图9ue压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
2.3  改变母线电压变送器接线方式
电厂将母线电压变送器相电压测量方式更改为线电压接线方式[8-9],并将监控系统母线电压测量计算逻辑进行修改,使其变送器工作在满量程附近,母线电压测量上送监控系统后不再乘以1.732 系数进行换算,有效减小了母线变送器测量误差。
 
2.4  修改监控系统 AVC 程序
针对电厂 500kV 母线电压波动大,导致监控系统采集上送网调母线电压与下达编码值时当前母线电压偏差较大问题。电厂将用于计算控制的当前母线电压值由当前采样值改为取非常近 5 s 采样值的加权平均值,非常大限度减小母线电压波动引起网调与厂站侧 AVC 设定电压偏差,从而提升了AVC 调节合格率。
 
3  改善效果评价
通过对 AVC 控制原理、影响因素进行分析,采取有针对性优化措施进行改造后,该电厂 AVC合格率由改造前平均值 87.75% 提升至 94.66%,满足电网 AVC 调节合格率 90% 以上,改造后经 4 个月运行观察,未再次发生 AVC 调节合格率不满足要求产生 1+5 系统考核电量。AVC 调节合格率改善情况见表 3。
某电厂 AVC 调节合格率改善前后对比表
 
4、结语
随着我国智能电网建设的快速发展,自动电压控制(AVC)技术越来越成熟,在电网调度、变电站及发电厂得到普遍应用。由于电网结构日益复杂、规模不断扩大,系统联网运行方式不同,对电网自动电压控制(AVC)提出了更高要求。特别在异步联网运行方式下,加之电厂送出线路处于网架结构末端,厂站母线电压波动较大,若选用的母线电压变送器和机组无功功率变送器采集精度不高,不具备低通滤波功能,以及厂站 AVC参数、母线电压测量计算或控制逻辑不合理,将直接影响 AVC 调节精度,不满足南方区域“两个细则”管理要求,从而产生考核损失电量。通过合理设置厂站 AVC 参数、优化母线电压测量计算逻辑,选用采集精度高、稳定性好的母线电压及机组无功变送器,保证其变送器运行在满量程附近,从电压测量源和控制逻辑改善 AVC 调节精度,经过实际运行检验,AVC 调节合格率得到大幅提升。
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