2 功率调节培训教案Word文档格式.docx

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2.3.2现地无功调节操作15

2.4水电站经济运行及安全运行15

2.4.1自动发电控制AGC操作17

2.4.2自动电压控制AVC操作17

1水电站功率调节原理

1.1功率平衡

同步发电机的功率流程如图1.1所示。

P1为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗Pm，另一部分供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗PFe，PM为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率。

如果是负载运行，定子绕组中还存在定子铜耗Pcu1，P1=PM-Pcu1就是发电机的输出功率。

同步发电机的功率平衡方程式为：

图1.1同步发电机的功率流程

　　　　　　　　　　（1-1）

定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，以隐极机为例，则有：

　（1-2）

式中：

E0代表发电机励磁电动势，U为发电机机端电压，Xt=Xd=Xq。

1.2有功功率的调节

　　稳态运行时，同步发电机的转速由电网的频率决定，恒等于同步转速，由于P1-PM=TJΔw（TJ为发电机组的惯性常数）由此可知，当原动机和发电机电磁功率之间产生不平衡时，必然引起发电机转速的变化，亦引起系统频率的变化。

可见要改变发电机输送给电网的有功功率，就必须改变原动机提供的动力转矩，这一改变可以通过调节水轮机的进水量或汽轮机的汽门来达到。

同步发电机失去同步后，必须立即减小原动机输入的机械功率，否则将使转子达到极高的转速，以致离心力过大而损坏转子。

另外，失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。

因此，保持同步是十分重要的。

应当注意，有功功率的调整引起了功角的变化，若继续增加原动机的输入功率，功角随之会进一步增大，输出的电磁功率也会进一步增大。

当功角到达90°

时，电磁功率运行到稳定极限，若继续增加输入功率，则功率平衡关系被破坏。

这种情况使我们不希望出现的。

而当发电机的励磁电流不变时，有功增加时，发电机无功出力就会自动减小，在外界无功用户不变的情况下，则会出现无功缺额，发电机电压会出现下降现象，直到外界用户在电压下降时所耗无功自动减小重新与发电机无功出力达到平衡，电压则会下降到一个新的平衡点稳定运行。

反之有功减少时，无功出力会自动增加，在外界无功用户不变的情况下，则会出现无功过剩，发电机电压会出现升高现象，直到外界用户在电压升高时所耗无功自动增加重新与发电机无功出力达到平衡，电压则会升高到一个新的平衡点稳定运行。

因此如果只要求改变发电机所承担的有功功率时，应该在调节发电机有功功率的同时适当调节发电机的无功功率。

1.3无功功率的调节　

接在电网上运行的负载类型很多，多数负载除了消耗有功功率外，还要消耗电感性无功功率，如接在电网上运行的异步电机、变压器、电抗器等。

所以电网除了供应有功功率外，还要供应大量滞后性的无功功率。

电网所供给的全部无功功率一般由并网的发电机分担。

电网的电压和频率不会因为一台发电机运行情况的改变而改变，即并网发电机的电压和频率将维持常数。

如果保持原动机的拖动转矩不变（即不调节原动机的汽门、油门或水门），那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。

1.4水电站经济运行及安全运行（AGC/AVC）

1.4.1水电站自动发电控制AGC概述

AGC是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率来满足系统需要的技术，它是在水轮发电机组自动控制的基础上，实现全电厂自动化的一种方式。

根据水库上游来水量或电力系统的要求，考虑电厂及机组的运行限制条件，在保证电厂安全运行的前提下，以经济运行为原则，确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配。

在完成这些功能时，要避免由于电力系统负荷短时波动而导致机组的频繁起、停。

水电站自动发电控制（AGC）首先需确保安全，同时以经济为原则，使机组运行在优化工况，从而对全厂有功功率和系统频率的变化做出迅速的反应。

尤其是龙滩这样的巨型电站，不仅要考虑各种防误措施和运行限制条件，还需考虑超大容量机组的调节稳定性，防止大的负荷波动。

AGC的安全性策略分为功能约束和保护闭锁。

功能约束策略是保证机组负荷平稳分配，运行在可靠稳定区间；

保护闭锁策略则是在机组运行超出可靠稳定区域后采取的控制策略。

1.4.2水电站自动发电控制AVC概述

经过多年电网网架结构的加强和无功电源、无功补偿容量的大量增加，电网无功不足不再是主要矛盾，而电网无功潮流不合理分布和大机组无功功率不合理分配的矛盾日益显露。

因此，有必要从全局对电网无功潮流和发电机组无功功率进行协调控制，即实施电网自动电压控制（AVC）系统，以保证电网安全稳定运行，保证电压质量和减少网损，减轻运行人员劳动强度。

完整的AVC系统是一项复杂、庞大的系统工程。

不但要对发电机组无功进行控制，还要对电网中大量其他无功设备如电抗器、电容器和变压器分接头等进行控制，而且约束条件也远远多于AGC。

安徽电网AGC系统通过控制发电机组无功功率，结合地区负荷功率因数考核，实现发电机组无功的合理分配，实现厂站母线电压在合格范围，尽可能减少不同地区和电压等级之间的无功传输，减少线路损耗。

水电厂AVC是指按预定条件和要求自动控制水电厂母线电压或全厂无功功率的技术，通过快速调节电厂无功功率，使母线电压稳定在一个合理的范围内，从而达到提高电能质量的目的。

1.4.3自动发电控制（AGC）电厂控制系统

发电厂用于接受控制信号、控制发电机组调整发电功率的系统或设备有：

1）调速器

调速器是控制发电机组输出功率最基本的执行部件，改变调速器的功率基准值或转速基准值是进行频率二次调节最基本的方法。

对于那些具有功率基准值输入接口的功频电液调速器、或微机调速器，可通过RTU、或电厂自动化系统直接将功率设定值或升降命令发送到调速器，实现AGC控制。

2）调功装置

对于那些不具备功率基准值输入接口的调速器（如机械式调速器），必须由调功装置进行控制信号的转换，如转换成对调速电动机的控制信号。

同时，调功装置还具有功率限制控制、转速控制、汽温汽压保护等功能。

3）全厂控制系统

在有多台机组的电厂中，采用全厂控制系统对主站的AGC指令在机组之间进行负荷分配，能降低每台机组调节的频繁程度；

进一步提高负荷分配的经济性；

避开机组不宜运行的区域（如水电机组的振动区、气蚀区）；

当其中某些机组因运行工况不能响应控制指令时（如启、停辅机），将控制指令转移给其它机组。

因此，全厂控制系统是提高电厂的的安全性、经济性，改善控制性能的有效手段。

1.4.4AVC控制系统介绍

机组励磁调节系统是电力系统中最重要的电压和无功功率控制系统，响应速度快，可控制的容量大，不论是正常运行时保证电压水平和紧急控制时防止电压崩溃，都起着重要的作用。

机组无功电源是实现AVC的重要控制设备，但机组的无功出力应留有一定的备用容量，以满足电网的稳定运行要求。

AVC系统主站接收全网的数据，根据分层、分区无功平衡的原则,通过全网的优化计算，得出水电厂母线电压/无功的目标值，并通过远动通道将目标值发送至水电厂AVC系统。

水电厂AVC系统接收主站指令的同时，通过电厂远动系统接收与调度同源的机组和母线电压实时数据，充分考虑各种安全约束条件后估算出电厂内机组总的无功功率，按照一定的原则合理分配至每台机组，然后转发到各台机组的无功调节装置，调节装置通过比较机组实际无功和指令的差别，调节机组机端电压给定值，从而使机组AVR调节励磁电流直至机组无功达到指令要求。

AVC系统主站还可以将母线电压的计划曲线通过调度数据网下发至水电厂AVC系统，水电厂上位机（中控单元）将计划曲线保存在本地，当电厂与调度主站通信中断或有其他异常时，AVC系统将按照之前下发的计划曲线调节机组无功。

水电站AVC系统逻辑结构如图1.2所示。

图1.2水电站AVC系统逻辑结构

2水电站功率调节操作培训

发电机组功率调节是指有功功率和无功功率的手动（自动）调节。

有功功率的手动调节由PQ调节界面上的操作完成，体现为有功给定值的设定、增/减命令的下发等。

若有功实发值与给定值相差较大，可以通过机组单元接线界面上的操作完成功率的进一步调整，不改变给定值，直接调整实发值，调整到两者之差在允许范围。

有功功率的自动调节由自动发电控制（AGC）完成。

包含AGC运行方式的选择，控制目标的确定及相关安全性的考虑等等。

在无功功率调节过程中，包含恒功率因数和恒无功功率两种控制模式。

在恒Q模式下，无功调节同样在PQ调节界面上完成，同样体现为无功给定值的设置、增/减命令的下发等，与有功功率不同的是，无功调节不涉及二次调节。

在恒功率因数（PF）模式下，只需在单元接线的界面上设置功率因数的大小，即可完成无功功率调节，此时无功给定的操作及增（减）命令的下发都被屏蔽掉了。

无功功率的自动调节由自动电压控制（AVC）完成。

包含AVC运行方式的选择，控制目标（无功功率，母线电压）的确定等等。

AVC调节时，无功功率的手动调节都将被屏蔽掉，也不涉及无功功率的恒PF调节。

2.1与功率调节相关的操作画面介绍

功率调节分为远方和现地控制，远方功率控制在监控系统上进行，现地控制则是在调速器电气柜及励磁触摸屏上完成。

实际上，水电站的有功功率控制需要考虑更多的安全性与经济运行策略，而且有功功率控制目标需要跟踪负荷曲线，所以远方的有功功率控制主要采用AGC，同时配合机组开停机策略，完成有功功率的调节。

由于无功功率调节比有功更加复杂，所以一般不采用自动电压控制AVC，更多的是直接由监控系统的PQ调节界面完成，或者在现地触摸屏上完成。

2.1.1功率调节的远方操作画面

2.1.1.1单元接线操作画面

以1号机为例，其单元接线画面如下图所示，图左侧是发变组的单元接线形式，包含一系列电气元件。

右侧包含机组状态、调速系统、励磁系统的远方监控模块，通过这些模块可以对调速器电气柜和励磁触摸屏进行必要的操作。

图中下侧则是功率调节的操作模块，调节有功功率时，需操作按钮

置投入，然后通过增减按钮

可实现对有功功率的调节。

无功功率调节与有功类似，不同的是，无功功率的调节有两种模式：

恒Q和恒PF模式。

龙滩电厂励磁调节方式有：

自动电压调节（AVR）、励磁电流调节（FCR）、叠加功能调节（恒功率因数调节）、恒无功调节。

我厂现在使用的是：

自动电压调节（AVR）。

励磁电流调节（FCR）只是在做试验是用，比如升压试验等。

后面两种方式，目前未见使用。

AVR在PQ调节画面或单元接线中，每点击一次“±

”都是增减1MVar。

图2.1水电站1号机组单元接线画面

2.1.1.2机组PQ调节操作画面

图2.2水电站机组PQ调节画面

机组PQ调节界面如上图所示，此界面包含了所有机组的功率调节操作。

操作过程与单元接线上的操作类似，不再赘述。

2.1.1.3AGC操作画面

图2.3水电站AGC画面

龙滩电厂AGC控制模式有三种：

电厂定值方式，电厂曲线方式，调度定值方式。

通过负荷控制方式切换实现调度和电厂的控制，通过负荷给定方式切换选择定值或曲线方式进行设值。

AGC控制界面如图2.3所示。

电厂定值方式时，需将负荷给定方式切为“定值”

，将负荷控制方式切为“电厂”

；

电厂曲线方式时，需将负荷给定方式切为“曲线”

调度定值方式时，需将负荷给定方式切为“定值”

，将负荷控制方式切为“调度”

。

图中右下侧包含机组的振动区及机组调节范围

，它们由水电站水头确定，同时通过实际参与AGC调节的机组情况，确定全厂调节范围

及全厂联合振动区

全厂AGC功能投入时，如下闭锁条件之一被破坏，则全厂AGC退出，并报警、登录。

●无机组参加AGC；

●系统频率大于故障频率上限或小于故障频率下限；

●电厂有事故；

●AGC控制权在远方时，主机与通讯机通讯故障或通讯机与省调通讯故障。

机组AGC功能投入时，如下闭锁条件之一被破坏，则该机组AGC退出，并报警、登录。

●机组水头异常（包括大于水头上限、小于水头下限、水头梯度变化过大）；

●机组处于发电态时，有功不可调；

●LCU故障。

安全点须知:

1）全厂AGC投入前，一定要观察全厂出力与设定值是否一致，且各机组出力与AGC分配值一致，否则不能投入全厂AGC。

2）机组事故软压板，要求机组解列后投入软压板，防止停机机组事故信号导致全厂AGC退出。

3）AGC操作次序。

4）明日负荷曲线下发时间要求在0:

10-23:

50分之间。

在7日曲线在23：

50前未自动更新的情况下（每天要手动下发明日曲线），要求运行人员23:

50分之前退出AGC曲线方式，切为当地定值或者远方定值方式。

5）主机主从切换或者重新启动时，要求退出全厂AGC或者全厂AGC退出闭环调节（强烈建议退出全厂AGC），等待启动主机正常启动10分钟后，观察从机AGC及PQ画面及其他实时数据正常刷新及状态正常后再进行主从切换。

6）全厂AGC投入之前，要求全厂实发值与设定值相差不能超过35MW，否则全厂AGC不能投入。

7）全厂AGC投入后，在不同模式切换时，要求全厂实发值与设定值相差不能超过20MW，否则切换无效。

另外，要求在不同模式切换时，将全厂AGC退出闭环调节，转为开环调节，方式切换后，观察负荷设定值及分配正常后再投入闭环调节

8）现地定值可以切换为现地曲线及远方定值模式；

现地曲线只能切换为现地定值模式；

远方定值只能切换为现地定值模式。

9）“联合振动区”表示当前水头下的全厂机组的联合振动区，对调度而言，下发全厂总有功值不能落在联合振动区的上下限之间。

2.1.1.4AVC操作画面

图2.4水电站AVC画面

龙滩电厂AVC控制模式有三种：

通过AVC远方给定方式切换实现调度和电厂的控制，通过电压设定方式切换选择定值或曲线方式进行设值。

AVC控制界面如图2.4所示。

电厂定值方式时，需将电压设定方式切为“定值”

，将远方给定方式切为“电厂”

电厂曲线方式时，需将电压设定方式切为“曲线”

调度定值方式时，需将电压设定方式切为“定值”

，将远方给定方式切为“调度”

单机AVC与全厂AVC的投退条件没AGC复杂。

一般来说，只要无发电机故障或通信系统故障，同时具备一定的调节裕度就可以投入AVC。

但当机组的无功控制处于恒PF模式时，禁止投入相应机组的AVC控制。

AVC不涉及相关安全性策略。

故比AGC操作更加容易，但由于电压调节本身的特殊性，调节过程相对缓慢。

2.1.2功率调节的现地操作画面

功率调节的现地操作主要在调速器电气柜和励磁触摸屏上完成，通过转动调速器电气柜上面的负荷增减把手，可以实现对机组有功功率的控制，而通过调整励磁触摸屏上面的极端电压参考值，可以改变机组输出的无功功率。

2.1.2.1调速器电气柜操作画面

图2.51#机组调速器电气柜画面

柜子上面是一组表盘的显示，包括机组转速，导叶开度，导叶开限及有功功率。

位于中间的是一组指示灯，用来反映调速器的工作状态及控制模式。

左右两竖排代表调速器的电源开关。

最下面一排有四个可操作的把手或按钮，用来完成调速器控制方式的切换，停机复位及紧急停机功能的实现，及频率及负荷调整过程的实现。

2.1.2.2励磁触摸屏操作画面

图2.61#机组励磁触摸屏画面

如图2.6所示，右上角的手型键用来切换调节器控制方式-（远方/现地）

图形上方为功能显示画面：

包含励磁投退、磁场合闸/分闸、是否并网、控制方式-自动/手动、叠加控制-未选、故障信号、励磁启动允许或禁止、机组号，连接到通道1/2等等。

励磁投退、磁场合闸/分闸用于手动开停机；

是否并网由发电机输出有功功率来判断；

控制方式的选择见前面章节，叠加控制未选；

故障即励磁系统LCU故障，故障后执行紧急停机。

图7上可以完成触摸屏的所有操作，也称为触摸屏的操作图。

图中显示6块仪表-电机电压/电流/励磁电流/有功功率/功率因数/无功功率等

（1）电机电压即发电机出口线电压除以线电压基准值

（2）电机电流即发电机定子线电流除以线电流基准值

（3）励磁电流相对值。

（4）有功功率即发电机有功功率除以功率基准值

（5）功率因数cosφ=P/（

UI），U代表发电机出口线电压

（6）无功功率即发电机无功功率除以功率基准值

图2.6下方为一系列操作键：

励磁投入/切除、磁场开关、AVR通道选择、自动AVR/手动FCR、叠加控制切除、PSS投退、FAN1/FAN2等励磁风机的选择。

图7右下角则为励磁参考电压VF0给定值（相对值），通过此调节可以实现对无功功率的控制。

2.2远方功率调节

有功功率的远方调节由PQ调节界面（或相应机组的单元接线画面）上的操作完成，体现为有功给定值的设定、增/减命令的下发等。

2.2.1远方有功调节操作

以PQ调节界面为例，说明有功功率远方调节的操作过程。

龙滩水力发电厂机组有功功率P手动调节操作步骤如下：

1选择要调节的机组，检查机组是否处于发电状态，并处于有功可调状态。

检查机组LCU是否故障。

2打开机组PQ调节界面，投入机组有功调节，将有功调节使能位选择“投入”（

）。

通过界面上的

按钮调节机组有功功率给定值。

一次调节5MW，并观察有功实发值的变化。

由于调速器死区的存在，有时有功实发值无法跟踪到位。

当有功实发值与给定值差值在死区范围内时，认为一次有功功率调节结束，即可进入下一次调节。

3也可以通过给定值输入框

直接输入要有功功率调节目标值。

2.2.2远方无功调节操作

龙滩水力发电厂机组无功功率Q手动调节操作步骤如下：

1选择要调节的机组，检查机组是否处于发电状态，并处于无功可调状态。

2打开机组PQ调节界面，投入机组无功调节，将无功调节使能位选择“投入”（

3通过界面上的

按钮调节机组无功功率给定值。

一次调节1MWar，并观察无功实发值的变化。

4也可以通过给定值输入框

直接输入要无功功率调节目标值。

2.3现地功率调节

现地柜的调节包括励磁触摸屏上的机端电压控制和调速器电气柜上的负荷控制。

在实际电厂中，功率的调节主要集中在中央监控系统中进行，即通过远方功率调节完成。

现地柜的操作主要用于手动开停机中，包括调速器开机令的下发，而励磁触摸屏则完成发电机手动零起升压的操作。

2.3.1现地有功调节操作

在图6中机组调速器电气柜画面中，首先将电气柜的电源开关打开，然后将

置“现地”位。

旋转把手

朝不同的方向，可以实现有功功率调整及频率控制。

2.3.2现地无功调节操作

在图7所示的励磁触摸屏画面中，无功调节体现为机端电压的调整。

点击励磁触摸屏右上角的“手型”按钮

（远方工作方式），变成棕色

后，则代表励磁调节器工作在现地方式。

将运行方式

置手动位。

此时机端电压会自动跟踪触摸屏右下角的极端电压给定值Vf0。

然后通过

上面的按钮，可以调节机端电压给定值的大小，进而调节发电机的无功功率，适应无功调整的需求。

2.4水电站经济运行及安全运行

电力系统不但要能够安全可靠地供电，还要求电能质量高、经济效益好。

AGC功能是实现实时经济调度的前提条件。

开停机计划是经济调度的最基础部分，但却休现出最明显的经济效益。

它需要预先给出很接近实际的计划发电出力曲线负荷曲线，按照机组最优组合安排好开停机计划。

因此首先需要做好负荷预计，特别是短期负荷预计工作；

其次还要考虑机组特殊的技术条件，使之不至在正常启停时受损。

在此基础进行机组最优组合，研究负荷不断变化时发电机组启停目标及顺序问题。

其计算方法的实质是把容许启停的发电机组按其最小比耗（单位功率煤耗）排队，在某个总负荷下最优组合时，按最小比耗由小到大考虑投入，使得系统运行最为经济。

在开停机计划得以执行的基础上对临时的负荷波动（即负荷曲线上的“毛刺）,由AGC的可调功率来进行调整，以维持电网频率的稳定及出力变化部分在各机组之间的合理分配。

从而取得经济效益与衫会效益。

经济调度总的目标是在保证频率、电压等指标在高品质水平且系统能够安全、可靠地连续供电的基础上，合理调整，减小损耗，提高效率，以使整个系统运行获得最大的经济性。

从时间上可分短期、中期和长期。

其中短期实时经济调度是指在既定的运行方式及投人的运行设备组合情况下，根据系统内各参数及厂站之间以及实时数据和它们的变化趋势等总的状况来进行系统内厂站内部各机组的有功、无功功率的最佳分配；

合理调整网络内部电压，决定系统中有功、无功的贮备及其在电网各点的合理分布，以保证系统的可靠性指数和系统运行获得最大的经济性。

AGC功能针对分钟级负荷变化利用调速器调整汽轮机汽门或水轮机叶片改变发电机组的有功出力，而在下一时段对有功变化量在各机组之间按等微增率特性做出再分配，则正是短期实时经济调度的范畴。

AVC控制系统的一般运行原理为：

电厂当地功能接收调度中心系统下发的各台机组无功指令，然后转发到各台机组的无功调节装置，调节装置通过比较机组实际无功和指令的差别，调节机组机端电压给定值，从而使机组调节励磁电流直至机组无功达到指令要求。

无功调节装置还可以按照及以上母线电压曲线自动调节调节发电机励磁系统。

为保证机组安全，无功调节装置还具有严格的安全措施，可防止通信中断或信号异常误动作，在测得系统有大扰动时，自动闭锁控制，由机组根据自身逻辑反应。

即使无功调节装置误动，依靠自身的安全逻辑低励限制、过励限制等也能保证机组的安全运行。

2.4.1自动发电控制AGC操作

AGC包含多种控制模式及操作方式。

无论是何种控制模式，均遵循一般的操作顺序：

1投入机组有功调节（PQ调节界面）

→

2机组单机AGC投入

3投入负荷给定方式（曲线/定值）

4检查负荷控制方式（调度/电厂）

5检查全厂总有功实发值与当地（或调度）全厂总有功给定值是否一致，检查机组有功实发值与AGC分配机组有功是否一致→

⑥全厂AGC投入

观察AGC分配机组有功→

⑦投入AGC闭环

，观察各机组有功