臺州發(fā)電廠AVC子站系統(tǒng)的實現(xiàn)

朱曉瑾

（臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 318016）

發(fā)電廠是電力系統(tǒng)重要的無功電源，對電力系統(tǒng)的無功平衡和電壓調(diào)整發(fā)揮著重要作用。目前調(diào)節(jié)發(fā)電機無功控制高壓母線電壓的方法，主要是由調(diào)度中心按照高峰、平谷和低谷等不同時段劃分母線電壓控制范圍，按季度向各發(fā)電廠下達曲線指標，各發(fā)電廠值班人員根據(jù)調(diào)度的要求進行人工調(diào)節(jié)。這種沿用了多年的就地分散控制管理模式，在當前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的形勢下已經(jīng)暴露出了一些弊端。

為進一步提高浙江電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，一方面需要優(yōu)化無功資源配置，另一方面需加強電壓/無功的控制能力，盡快投入自動電壓控制系統(tǒng)（AVC），實現(xiàn)對全網(wǎng)電壓/無功進行綜合的在線優(yōu)化決策、動態(tài)調(diào)度和管理，提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。

1 AVC子站的技術(shù)方案

1.1 新增硬件

臺州發(fā)電廠AVC子站項目要求實現(xiàn)7-10號機組的自動電壓控制功能。7，8號機組為2臺330 MW機組，9，10號機為2臺300 MW機組，分別接入2條相互獨立的220 kV母線。省級電力調(diào)度中心（簡稱省調(diào)）AVC主站系統(tǒng)設(shè)定2個高壓母線電壓/全廠總無功目標值或電壓控制曲線。

目前發(fā)電廠已投入運行的遠動系統(tǒng)包括網(wǎng)控監(jiān)控系統(tǒng)（NCS）和遠動裝置兩部分。其中NCS的間隔層設(shè)備采用多臺上?；莅补局悄軠y控裝置D25組成分層、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；遠動裝置采用上?；莅补镜木W(wǎng)絡(luò)型雙機熱備GR90 RTU。

根據(jù)臺州發(fā)電廠實際情況，AVC子站采用擴展RTU的一體化模式。在現(xiàn)有2臺遠動裝置D200中各增加1塊CPU，作為AVC主控模塊加載AVC軟件，將省調(diào)所發(fā)的電壓目標或無功目標分解到每臺機組，并根據(jù)每臺機組的調(diào)節(jié)目標下發(fā)執(zhí)行命令。增加7，8號機AVC測控屏，與遠動裝置D200間通過光纜通信，其中包括增加1塊D20C作為7，8號機AVC控制輸出模塊，并采集相關(guān)AVC信號；9，10號機組AGC屏中增裝AVC控制輸出模塊，利用現(xiàn)有9，10號機組AGC屏中的2塊D20C作為9，10號機AVC控制輸出模塊并采集相關(guān)AVC信號。在遠動機房增加1臺工控機作為AVC當?shù)毓δ芊?wù)器，在四期、五期集控室各增加1臺PC機作為AVC操作員站；AVC當?shù)毓δ芊?wù)器與D200之間通過串口通信，與AVC操作員站之間通過網(wǎng)絡(luò)通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 數(shù)據(jù)采集

AVC子站需要采集高壓母線和機組的相關(guān)數(shù)據(jù)，有通信方式與直采方式2種采集方法，各有利弊。通信方式避免重復(fù)采集，信息的一致性好、電纜使用量少、施工工作量小，但是需要“握手”程序，數(shù)據(jù)獲取會有延時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度會有損失。直采方式數(shù)據(jù)能即時獲取，誤差相對小，但是往往重復(fù)采樣，一致性差，并且要增加變送器，電纜使用較多，施工工作量大。在兼顧避免信息重復(fù)采集、確保信息一致性及減少施工工作量的前提下，確定RTU已有的量采用通信方式，其它量采用直采方式的數(shù)據(jù)采集模式。

AVC子站需要采集的模擬量有：所有參與AVC調(diào)節(jié)的各機組有功功率、無功功率、定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流、廠用母線電壓、主變高壓側(cè)有功功率、無功功率、220 kV正/副母線電壓。需要重新采樣的模擬量有：定子電壓、轉(zhuǎn)子電流、廠用母線電壓。需要采集的開關(guān)量有：所有參與AVC調(diào)節(jié)的各機組的斷路器、隔離開關(guān)位置信號、發(fā)變組及勵磁系統(tǒng)的故障/異常信號、允許AVC投入信號。AVC子站送出的 開關(guān)量有：AVC增磁、AVC減磁、機組AVC投入、機組AVC退出、AVC故障信號、AVC異常告警信號。另外，AVC子站將相關(guān)模擬量、開關(guān)量信息上傳至AVC主站，為主站提供計算依據(jù)。

1.3 AVC的控制權(quán)

在機組DCS中，對AVC子站及勵磁系統(tǒng)的“握手”邏輯進行組態(tài)。AVC子站必須收到機組DCS送出的AVC允許投入信號才能投入AVC控制。AVC允許投入的條件有：無發(fā)變組及勵磁系統(tǒng)異?；蚬收稀oAVC異?；蚬收霞盁oCRT增減勵磁操作。在允許條件中設(shè)計無CRT增減勵磁操作的目的是為了在緊急情況下，運行人員拿回機組無功的控制權(quán)，以便對機組無功進行快捷地人為干預(yù)。

由于目前勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)不具備對省調(diào)下發(fā)計劃指令的接收功能，只能接收無功調(diào)節(jié)的加、減信號，因此AVC送出的增減勵磁信號通過DCS剔除過窄或過寬脈沖后，以適當?shù)拿}沖寬度進行無功控制，對AVC增減勵磁信號進行脈沖調(diào)制是為了防止增減勵磁接點的抖動或粘連。

2 AVC控制及保護策略

2.1 控制策略

AVC系統(tǒng)由3層控制組成，1級：單元控制（機組勵磁系統(tǒng)），時間常數(shù)一般在毫秒-秒級；2級：本地控制（發(fā)電側(cè)AVC子站），時間常數(shù)一般在秒-分鐘級；3級：省調(diào)AVC主站，時間常數(shù)一般在分鐘-小時級。AVC主站接收全網(wǎng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)分層、分區(qū)無功平衡的原則，通過全網(wǎng)的優(yōu)化計算，得出發(fā)電廠母線電壓/無功的目標值并通過遠動通道將發(fā)電廠母線電壓/無功目標值發(fā)送至AVC子站。AVC子站接收主站指令的同時，通過發(fā)電廠遠動系統(tǒng)接收與調(diào)度同源的機組和母線電壓實時數(shù)據(jù)，充分考慮各種安全約束條件后估算出發(fā)電廠內(nèi)機組總的無功功率，按照一定的原則合理分配至每臺機組。

發(fā)電廠高壓母線電壓直接受發(fā)電機無功功率輸出的影響，各發(fā)電機組間一般按功率因數(shù)相近分配無功，同時考慮機端電壓在合適范圍內(nèi)，并且使發(fā)電機的功角留有一定裕度。AVC軟件無功功率的分配原則有等功率因數(shù)分配、平均分配、等容量分配和等裕度分配方式。根據(jù)實際情況及以往的運行經(jīng)驗，選用等裕度分配原則控制各機組無功功率，確保每臺機組的機端電壓在合格的范圍內(nèi)，并有相似的調(diào)整裕度。AVC計算軟件通過系統(tǒng)判斷、拓撲結(jié)構(gòu)識別、調(diào)節(jié)死區(qū)自學習、系統(tǒng)阻抗辯識、調(diào)節(jié)速度模糊控制、單機無功分配等計算，同時充分考慮各種約束條件后，發(fā)出增減勵磁信號。

2.2 AVC運行約束條件

AVC控制需要充分考慮發(fā)電機的各種極限指標和約束條件，以保證發(fā)電機安全、穩(wěn)定運行。裝置對影響機組正常運行的參數(shù)具有保護和閉鎖功能，使機組在正常工作條件下盡量滿足系統(tǒng)的要求。例如：與主站通信中斷、指令超過偏差、機端電壓越限、母線電壓越限、機組無功越限等，這些保護和閉鎖必須與發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的各種限制以及發(fā)變組保護合理配合，一般至少留有10%的余地，杜絕定值整定不當帶來的不良后果。定子電壓和廠用電壓的限制應(yīng)考慮設(shè)備絕緣要求，不能高于最大允許值，也不能低于最小允許值。

此外，還設(shè)定了母線電壓控制調(diào)節(jié)死區(qū)和機組無功調(diào)節(jié)死區(qū)，以避免頻繁調(diào)節(jié)。AVC子站在滿足以上運行約束條件時，裝置閉鎖輸出，一旦運行條件正常，裝置恢復(fù)正常運行。

一體化的AVC還有1個特點，就是上下位機集成于D200中，通過D200下發(fā)指令到D20C板來實現(xiàn)輸出模塊動作，用定時器電路（watchdog）來監(jiān)測相應(yīng)機組AVC的D20C是否在線，如果不在線，則該機組AVC下位機退出控制。

3 探討與分析

3.1 采集模擬量的可靠性

不管是利用RTU已采樣的模擬量，還是AVC新增采集的模擬量，其原始數(shù)據(jù)均來自電氣量變送器，目前引入RTU與AVC的模擬量均只使用了單個變送器，一旦變送器本身故障或輸入電源中斷，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，造成AVC發(fā)出誤調(diào)節(jié)信號。為了避免此類情況的出現(xiàn)，RTU與AVC必須具備識別壞點的能力，如增加變送器，以便實現(xiàn)“三取二”或“三取中”邏輯，或利用其它相關(guān)量來判別是否出現(xiàn)壞點等。

3.2 通信延時的影響

AVC系統(tǒng)運用了大量的通信設(shè)備。由于通信存在延時，使得AVC對電網(wǎng)及機組的判斷存在滯后和誤差，易引起決策不當。通信延時與傳輸距離成正比，并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和其它數(shù)字設(shè)備也會產(chǎn)生延時。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，可以在一定程度上縮短延時。但是通信的信道資源是有限的，因此高優(yōu)先級的消息要優(yōu)先發(fā)送，通過對優(yōu)先級別的優(yōu)化配置，可以有效地控制通信延遲。

3.3 確保發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行

當機組運行在無功上限或下限附近，而AVC又發(fā)出增減勵磁指令時，可能出現(xiàn)超調(diào)，從而越過限制邊界。勵磁系統(tǒng)中的勵磁限制動作，將無功調(diào)回到安全區(qū)，AVC再次起作用，又進行新一輪的調(diào)節(jié)，形成振蕩現(xiàn)象，嚴重影響機組的安全穩(wěn)定運行。另一種情況一般出現(xiàn)在后半夜，機組無功低，母線電壓高，如果此時機組處于AVC調(diào)節(jié)模式，由于母線電壓已經(jīng)越限，必然閉鎖增勵磁，如此時發(fā)生機組無功越下限，無法由AVC將其恢復(fù)到正常范圍，此時勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須做出快速反應(yīng)，確保機組安全。

因此，發(fā)變組保護中的失磁、轉(zhuǎn)子過熱、定子過負荷等保護，勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的低勵限制、過勵限制、定子電流限制等保護，AVC中的機組無功越限、定子電流越限、轉(zhuǎn)子電流越限等閉鎖條件，三者之間應(yīng)配合良好，留出調(diào)節(jié)裕度，是杜絕此類現(xiàn)象發(fā)生，確保機組安全穩(wěn)定運行的有效措施。

4 結(jié)語

一體化AVC利用現(xiàn)有的RTU設(shè)備，實現(xiàn)了現(xiàn)有資源的優(yōu)化；其目標調(diào)節(jié)和反饋在同一裝置內(nèi)完成，實時閉環(huán)調(diào)節(jié)，減少通信延時和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度損失，提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全性；減少了現(xiàn)場安裝調(diào)試、維護工程量和施工費用。

目前浙江省內(nèi)發(fā)電廠正加快AVC子站系統(tǒng)的項目實施工作，待各發(fā)電廠AVC全部投入使用后，通過合理分配無功，可將系統(tǒng)無功儲備保持在較高的水平，從而大大提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和機組運行穩(wěn)定水平，提高電壓合格率，改善電能質(zhì)量。

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