紫坪鋪水電廠AVC試驗綜述

余 寧，王 群

(四川紫坪鋪水電廠，四川成都 610091)

1 前 言

在自動裝置的作用和給定電壓約束條件下，發(fā)電機的勵磁、變電站和用戶的無功補償裝置的出力以及變壓器的分接頭都能按指令自動進行閉環(huán)調整，使其注入電網的無功逐漸接近電網要求的最優(yōu)值，從而使全網有接近最優(yōu)的無功電壓潮流，這個過程叫自動電壓控制(Automatic Voltage Control，簡稱AVC)，它是現代電網控制的一項重要功能。

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省岷江上游都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內，距成都60km，大壩為混凝土面板堆石壩，壩高156m，總庫容11.12億m3。紫坪鋪電廠于2005年11月首臺機組投產發(fā)電，2006年4月4臺機組全部投產。監(jiān)控系統(tǒng)上位機采用南瑞自控公司自主研發(fā)的NC2000系統(tǒng)。電站于2009年7月正式進行廠內AVC試驗及與四川省調中心進行AVC聯合調試，為四川電網第二家進行AVC試驗的中大型水電站。

2 試驗體系

2.1 控制原則

(1)紫坪鋪電廠自動電壓控制系統(tǒng)的控制方式采用廠內設定出線電壓目標值，進行試驗。

(2)紫坪鋪AVC系統(tǒng)在投入控制期間，根據設定的電壓目標值計算調節(jié)策略。

2.2 試驗期間電廠主要運行方式

紫坪鋪電廠4臺機組運行或備用。

2.3 安全措施

依據國家相關規(guī)定及四川電網相關要求，與調度專業(yè)人員協商每項試驗的詳細步驟和對應的安全防范措施，并寫入《試驗方案》。

2.4 組織安全措施

試驗設工作組和測試組，工作組負責整個廠內AVC試驗的組織領導和現場試驗方案審定，測試組主要負責整個試驗的準備工作、具體測試工作、試驗記錄和試驗報告編寫等。

3 控制參數設置

4 廠內AVC試驗

4.1 AVC系統(tǒng)開環(huán)調試

4.1.1 AVC控制功能投入/退出性能測試

AVC調節(jié)方式在“開環(huán)”，AVC控制目標在“電壓”，進行各機組單機AVC的投入、退出，觀察機組有功、無功負荷應維持在原值無變化。

結論:滿足試驗目標。

4.1.2 電廠AVC系統(tǒng)下發(fā)出線電壓目標值的變化量，觀察紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)的信息處理和控制輸出狀況

AVC調節(jié)方式在“開環(huán)”，AVC控制目標在“電壓”，投入1號機組、2號機組、3號機組AVC，變化出線電壓目標值(525.39－524kV)，觀察各機組無功實發(fā)負荷應維持在原設定值無變化，人工設定值控制輸出無效，各機組無功負荷分配值做相應變化。

結論:滿足試驗目標。

4.1.3 紫坪鋪電廠主計算機切換對AVC的影響

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。進行主計算機切換，此時應保持AVC狀態(tài)，各機組負荷應保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:保持AVC狀態(tài)，各機組負荷保持不變。

4.1.4 單次電壓設值命令的變化值越限

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。AVC控制目標設為“電壓定值”方式運行，模擬單次電壓設值由527.39kV設為522kV(單次電壓設值超過5kV)，此時應報警同時設值無效，各機組負荷應保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:報警同時設值無效，各機組負荷保持不變。

4.2 AVC系統(tǒng)閉環(huán)調試

AVC系統(tǒng)閉環(huán)調試內容包括:單機調整(受控機組退出AGC控制)、測試機組穿越振動區(qū)時紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)動作行為、無功重新分配過程測試、三機調整(受控機組退出AGC控制)、單機調整(受控機組投入AGC控制)、三機調整(受控機組投入AGC控制)、AVC方式及功能設置切換、電廠AVC電壓曲線控制功能等試驗。以下僅對測試機組穿越振動區(qū)時紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)動作行為、三機調整(受控機組投入AGC控制)及電廠AVC電壓曲線控制功能試驗加以敘述。

4.2.1 測試機組穿越振動區(qū)時紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)動作行為

試驗前1號機組有功為30MW;投入1號機組單機AVC，投入全廠AVC，控制目標為電壓，調節(jié)閉環(huán)，將出線電壓由525kV設為527kV，此時將1號機組強制穿越振動區(qū)(將1號機組有功由30MW→50MW→75MW→95MW)，觀察AVC系統(tǒng)動作行為是否正常，(當前水頭下震動區(qū):43MW－88MW)(無功容量等比例分配見表1)。

表1 單機AVC試驗值(1號機)

表2 三機調整AVC試驗值

結論:AVC系統(tǒng)動作行為正常。

4.2.2 三機調整(受控機組投入AGC控制)

將1號、2號、3號機組投入AVC控制模式，其余機組勵磁系統(tǒng)置于本地手動控制(等功率因素cosφ分配)見表2。

上表需注意的是:電壓由527.01調至529過程中，1號，2號機組因調節(jié)達到機端電壓上限，調節(jié)閉鎖。3號機組無功分配值18.83 MVar，此時系統(tǒng)電壓維持在527.76kV。

經查詢歷史曲線，認為試驗數據記錄時間偏早，此記錄時間后，3號機組仍然繼續(xù)增加無功，約3分鐘后系統(tǒng)電壓達到529kV。此時3號機組實發(fā)無功約43MVar。

4.2.3 電廠AVC電壓曲線控制功能試驗

將1號、2號、4號機組投入AVC，共3臺機組進入AVC模式控制。(無功容量等比例分配)輸入今日電廠電壓設定曲線為:525kV→527kV→530kV。

AVC控制目標設為“電壓曲線”方式運行，觀察電壓調節(jié)性能(見表3)。

表3 AVC電壓曲線控制功能試驗值

4.3 模擬紫坪鋪電廠各種一二次故障情況，觀察紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)的動作行為

4.3.1 模擬電廠側永久中斷與省調通信通道試驗(中斷時間大于20s)

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。將全廠AVC控制權設為遠方調度。

AVC控制目標設為“電壓定值”方式運行，模擬電廠與調度通訊(101，104)永久中斷(中斷時間大于20s)，此時應退全廠AVC，同時AVC控制權自動切至“電廠”，各機組負荷應保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，同時AVC控制權自動切至“電廠”，各機組負荷保持不變。

4.3.2 模擬出線保護動作信號

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬線路保護跳閘動作，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.3 模擬安穩(wěn)系統(tǒng)動作信號

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬安穩(wěn)裝置動作，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.4 模擬AVC系統(tǒng)死機試驗

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

手動殺掉AGC運算進程agcavc，模擬AGC子系統(tǒng)死機的情況，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.5 模擬出線電壓越高限/低限值

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬系統(tǒng)電壓測量值為551kV和499kV，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.6 模擬出線電壓測量故障退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬出線電壓測量故障，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.7 模擬受控機組勵磁系統(tǒng)故障

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組勵磁故障信號，此時將退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.8 模擬在電廠側瞬時中斷與省調通信通道試驗(中斷時間不超過10s)

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。將全廠AVC控制權設為遠方調度。

AVC控制目標設為“電壓定值”方式運行，模擬電廠與調度通訊(101，104)瞬時中斷(中斷時間小于10s)，此時AVC運行方式保持不變，各機組負荷應保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:保持AVC狀態(tài)，各機組負荷保持不變。

4.3.9 模擬機端電壓越高限、低限

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組機端電壓為14.50kV及13.10kV，此時應報警，上調閉鎖時向上設值及下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

結論:1號機組分別出現“上調閉鎖”及“下調閉鎖”信號，上調閉鎖時向上設值及下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

4.3.10 模擬轉子電流，電壓越高限

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組機轉子電流為1 381A，模擬1號機組機轉子電壓為436V，此時應報警，向上設值對該機組無效。

結論:1號機組出現“上調閉鎖”信號，向上設值對該機組無效。

4.3.11 模擬機端電流越高限

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組機端電流為9 085A，此時應報警，向上設值對該機組無效。

結論:1號機組出現“上調閉鎖”信號，向上設值對該機組無效。

4.3.12 模擬機組無功達到上下限值

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。模擬1號機組實發(fā)無功大于(100－3.5)MVar，模擬1號機組實發(fā)無功小于(0.105*P－60+3.5)MVar，此時應報警，上調閉鎖時向上設值及下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

結論:1號機組出現“上調閉鎖”及“下調閉鎖”信號，上調閉鎖時向上設值及下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

4.3.13 模擬出線電壓越電壓曲線限值，持續(xù)16min

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC，投入遠方AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬出線電壓越電壓曲線限值，持續(xù)16min，此時將控制方式切回電廠，退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:控制方式切回電廠，退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.14 模擬機組LCU故障退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組雙CPU故障，此時將退出1號機組AVC和全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.15 模擬機組通訊故障退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

選1號機組進行模擬，斷開其與上位機通訊的電纜，此時將退出1號機組AVC和全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.16 模擬機組有事故動作退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組有事故動作，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.17 模擬機組無功功率測量故障退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組無功變送器輸出斷線故障，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.18 模擬機組并網信號消失退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

選1號機組進行模擬，解開該機組并網信號，此時將判斷該機組狀態(tài)不正確(機組未并網，機組沒有在控制忙，但定子電流大于1 000 A)，將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.19 模擬機組LCU切現地控制退單機AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

選1號機組進行模擬，將1號機組LCU柜控制權把手切至“現地”，此時將退出1號機組AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.20 模擬機組無功不可調退單機AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組無功不可調信號，此時將退出1號機組AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.21 模擬電壓設值命令超出正常范圍測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

AVC控制目標設為“電壓定值”方式運行，模擬電壓設值命令為536kV和499kV，此時應報警同時設值無效，各機組負荷應保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:報警同時設值無效，各機組負荷保持不變。

4.3.22 模擬無機組參加AVC退AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

手動將1號、3號機組退出AVC，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.23 模擬出線電壓越電壓曲線限值

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬紫坪鋪電廠出線電壓531kV(電壓曲線上限為530kV)，模擬紫坪鋪電廠出線電壓519kV(電壓曲線下限為520kV)。

結論:1號機組及3號機組出現“上調閉鎖”及“下調閉鎖”信號，保持AVC狀態(tài)，各機組負荷保持不變。

4.3.24 模擬機組機端電壓、機組轉子電流、機組機端電流故障退單機AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組機端電壓、轉子電流、機端電流故障，此時將退出1號機組AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.25 模擬機組勵磁系統(tǒng)切“現地”退單機AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組勵磁系統(tǒng)切“現地”運行(勵磁系統(tǒng)C通道運行即為切“現地”運行)，此時將退出1號機組AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.26 模擬廠用電Ⅰ母電壓越高限/低限退1號機組與2號機組AVC功能測試

將1號、2號機組和3號機組投入AVC，投入全廠AVC。4號機組不投入AVC。

模擬廠用電 I母電壓越高限(電壓大于11.025kV)，此時1號機組、2號機組和3號機組應報警“上調閉鎖”，上調閉鎖時向上設值對該機組無效;I母電壓越低限(電壓小于9.975kV)，此時1號機組、2號機組和3號機組應報警“下調閉鎖”，下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

結論:1號、2號和3號機組分別出現“上調閉鎖”及“下調閉鎖”信號，上調閉鎖時向上設值及下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

4.3.27 模擬廠用電Ⅲ母電壓越高限/低限退3號機組與4號機組AVC功能測試

將2號、3號和4號機組投入AVC，投入全廠AVC。1號機組不投入AVC。

模擬廠用電Ⅲ母電壓越高限(電壓大于11.025kV)，此時2號、3號和4號機組應報警“上調閉鎖”，上調閉鎖時向上設值對該機組無效;Ⅲ母電壓越低限(電壓小于9.975kV)，此時2號、3號和4號機組應報警“下調閉鎖”，下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

結論:2號、3號和4號機組分別出現“上調閉鎖”及“下調閉鎖”信號，上調閉鎖時向上設值及下調閉鎖時向下設值對該機組無效。

4.3.28 模擬廠用電故障退全廠AVC及全廠AGC功能測試

將2號、3號和4號機組投入AVC，投入全廠AVC，將2號、3號和4號機組投入AGC，投入全廠AGC。1號機組不投入AVC與AGC。

模擬廠用電Ⅰ母及Ⅲ母電壓同時無壓(電壓小于0.525kV)，此時將退出全廠AVC及全廠AGC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。結論:退全廠AVC及全廠AGC，各機組負荷保持不變。

4.3.29 模擬機組視在功率(S)耦合校驗失敗退單機AVC功能測試

將2號、3號和4號機組投入AVC，投入全廠AVC。1號機組不投入AVC。

模擬1號機組交采采集U，使得|S1－S2|＞6MVA(機組通過交采采集數據計算出的視在功率S1=√3UI，通過變送器采集數據計算出的視在功率S2=√P2+Q2，如果機組|S1－S2|＞6MVA，則該機組視在功率耦合校驗失敗)，此時將退出1號機組AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退1號機組AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.30 模擬機組有功品質壞(即有功測量故障)退單機AVC功能測試

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組有功品質壞，此時將退出全廠AVC，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:退全廠AVC，各機組負荷保持不變。

4.3.31 模擬AVC在調度控制，持續(xù)16min收不到調度新命令，則控制權切回電廠

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC，投入遠方AVC。2號和4號機組不投入AVC。

持續(xù)16min收不到調度新的命令，此時將控制方式切回電廠，各機組負荷保持不變。觀察該工況下各機組的負荷變化情況。

結論:控制方式切回電廠，各機組負荷保持不變。

4.3.32 模擬機組欠勵限值動作

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組機欠勵限值動作，此時應報警，向下設值對該機組無效。

結論:1號機組出現“下調閉鎖”信號，向下設值對該機組無效。

4.3.33 模擬機組過勵限值動作

將1號、3號機組投入AVC，投入全廠AVC。2號和4號機組不投入AVC。

模擬1號機組機過勵限值動作，此時應報警，向上設值對該機組無效。

結論:1號機組出現“上調閉鎖”信號，向上設值對該機組無效。

5 結束語

紫坪鋪電廠AVC試驗準備時間50余天，廠內試驗選擇夜間負荷低谷期間進行，試驗耗時10余小時。所有試驗項目、安全策略做到了盡可能完善，廠內試驗完成后不久，正式進行了與省調聯調試驗。

全廠AVC投運一年多以來，運行基本穩(wěn)定、可靠。2009年1月14日，國家電力監(jiān)管委員會華中監(jiān)管局下發(fā)了《華中區(qū)域并網發(fā)電輔助服務管理實施細則(試行)》及《華中區(qū)域并網運行管理實施細則(試行)》(以下簡稱《兩個細則》)，《兩個細則》將自動發(fā)電控制(AGC)正式納入對發(fā)電企業(yè)的考核范圍。相信不久以后，自動電壓控制(AVC)也必將成為電網電壓調節(jié)的主要手段。

［1］余寧，閻應飛，王群，等.紫坪鋪水電廠 AVC調試試驗報告［R］.成都:紫坪鋪水電廠，2009.

［2］四川省電力公司調度中心，四川省電力公司通信自動化中心.四川電網自動電壓控制系統(tǒng)(AVC)功能規(guī)范［S］.2008.