自動電壓控制系統(tǒng)在發(fā)電廠側(cè)的應(yīng)用

黃旭東

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江鎮(zhèn)海315208）

自動電壓控制系統(tǒng)在發(fā)電廠側(cè)的應(yīng)用

黃旭東

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江鎮(zhèn)海315208）

發(fā)電廠自動電壓控制系統(tǒng)是電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)，它接受調(diào)度命令，實現(xiàn)自動調(diào)壓功能。介紹了自動電壓控制子站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析了子站系統(tǒng)的保護及控制策略，總結(jié)了調(diào)試和運行中發(fā)現(xiàn)的問題并提出了解決措施。

發(fā)電廠；AVC；保護；策略

AVC（自動電壓控制）通過實時監(jiān)測電網(wǎng)電壓/無功，進行在線優(yōu)化計算，控制電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)設(shè)備進行實時最優(yōu)閉環(huán)控制，滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流，達到電壓優(yōu)質(zhì)和網(wǎng)損最小的目標(biāo)。

隨著浙江電網(wǎng)發(fā)電廠側(cè)AVC子站系統(tǒng)的投運，如何提高投運率和調(diào)節(jié)合格率成為關(guān)注的問題。結(jié)合某發(fā)電廠AVC子站工況，詳細分析了AVC子站的保護、附加策略邏輯及調(diào)試中出現(xiàn)的問題，為AVC子站系統(tǒng)的可靠運行提供建議。

1 AVC子站系統(tǒng)組成

1.1 發(fā)電廠AVC子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為某發(fā)電廠AVC子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，AVC系統(tǒng)由三級控制組成：

（1）單元控制（機組勵磁系統(tǒng)），控制時間常數(shù)一般為ms～s級，快速響應(yīng)系統(tǒng)電壓變化，其作用是保證機端電壓等于給定值；

（2）本地控制（發(fā)電廠側(cè)AVC子站），時間常數(shù)為s～min級，控制的主要目的是保證系統(tǒng)母線電壓等于設(shè)定值，如果控制目標(biāo)產(chǎn)生偏差，AVC按照預(yù)定的控制規(guī)律改變AVR（自動電壓調(diào)節(jié)器）的設(shè)定值；

（3）全局控制（AVC主站），時間常數(shù)為min～h級，以全系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標(biāo)，給出各廠站的優(yōu)化結(jié)果，并下達給本地控制器，作為本地控制器的跟蹤目標(biāo)。

1.2 AVC子站配置

某發(fā)電廠AVC子站采用山東積成電子的ies-AVC50系統(tǒng)，配置2臺上位機，互為備用，9臺下位機和2臺后臺機。AVC子站控制2個獨立的220 kV目標(biāo)電壓（2個獨立的升壓站）。

圖1 發(fā)電廠AVC子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

AVC上位機通過串口通信方式取得RTU（遠方數(shù)據(jù)終端）已有的信號，對RTU未采集的量，通過在下位機屏上加裝變送器來實現(xiàn)。

（1）從RTU采集的量有：220 kVⅠ，Ⅱ，Ⅲ段正副母電壓（6點）；機組有功、無功功率（18點）；發(fā)電機定子電流（5點）；主變有功、無功（18點）；機組斷路器、隔離開關(guān)位置信號，分段斷路器、母聯(lián)斷路器及隔離開關(guān)（共44點）。

（2）下位機直接采集的遙測量有：機組機端電壓共9點；機組廠用電電壓共15點；發(fā)電機定子電流共4點。

1.3 AVC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間的邏輯

（1）AVC上位機發(fā)出AVC請求投入信號將下位機投入，DCS（分散控制系統(tǒng)）如果允許AVC投入，將AVC允許投入信號置合。此時，DCS系統(tǒng)將控制權(quán)由手動控制方式切換為AVC系統(tǒng)控制方式，可以接收AVC系統(tǒng)發(fā)來的控制電壓信號，并下令至勵磁系統(tǒng)。

（2）AVC系統(tǒng)正式投入后，當(dāng)AVC請求投入信號由常閉變?yōu)槌７謺r，AVC允許投入信號必須迅速由常閉變?yōu)槌７?，切換到手動控制方式。

（3）AVC系統(tǒng)正式投入后，DCS系統(tǒng)可直接將AVC允許投入信號由常閉置為常分，將系統(tǒng)控制權(quán)由AVC控制方式切換為手動控制方式。

關(guān)于勵磁系統(tǒng)AVC與DCS增/減勵磁互鎖的問題有不同的觀點：有的認為AVC增/減勵磁和DCS增/減勵磁應(yīng)互鎖，明確責(zé)任；有的則認為不宜互鎖，當(dāng)AVC控制的時候，DCS也能夠調(diào)節(jié)，正常運行時規(guī)定DCS不得操作增/減勵磁，在出現(xiàn)異常情況可以手動干預(yù)，二者各有優(yōu)缺點。

2 AVC子站保護策略

AVC子站進行增/減勵磁調(diào)節(jié)時需要設(shè)置系列增/減勵磁限制條件。按照引起的后果又分為增/減勵磁雙向閉鎖、增勵磁單向閉鎖條件、減勵磁單向閉鎖條件及退出下位機4種情況。AVC子站設(shè)置3層保護，采用“人工投、自動退”的模式，保證安全地進行調(diào)節(jié)。

（1）第1層保護——下位機保護。在下位機裝置中可以針對采集的遙測、遙信量分別獨立設(shè)置為閉鎖條件，一旦條件滿足可以立即退出下位機，自動切換到發(fā)電廠手動控制狀態(tài)。

下位機裝置采集的遙信量包括“遠方/就地”、采集的遙測量有機組的機端電壓、廠用母線電壓信號，可以針對這些量設(shè)置對應(yīng)的保護。其中廠用母線電壓低值在下位機中不能設(shè)置延時，若投入該保護，需躲過電動機啟動時的母線電壓低值。

（2）第2層保護——上位機閉鎖模塊程序保護。上位機平臺軟件根據(jù)“閉鎖點選擇模塊AV CLOCK.exe”設(shè)置的閉鎖條件檢測所采集的遙測、遙信信號狀態(tài)，一旦發(fā)生閉鎖條件會退出下位機及自動控制狀態(tài)，切換到發(fā)電廠手動控制狀態(tài)，同時報警，形成事項記錄，可以針對監(jiān)控畫面上的所有量設(shè)置對應(yīng)的保護。

對下列量設(shè)置了退出值：機組開關(guān)量、上/下位機通信中斷、計算模塊退出、機組無功上/下限、發(fā)電機機端電壓上/下限、廠用母線電壓上限。

（3）第3層保護——上位機計算模塊保護。在AVQC計算模塊中可以設(shè)置機組的機端電壓、定子電流、廠用電母線電壓、高壓母線電壓、機組有功和無功的上/下限，一旦越限系統(tǒng)可以閉鎖相應(yīng)機組的增/減勵磁輸出，但機組AVC還在遠方控制狀態(tài)，可以針對監(jiān)控畫面上的所有量設(shè)置對應(yīng)的保護。

3 AVC子站控制策略

3.1 機組優(yōu)先調(diào)整策略

（1）在機組無功容量相同的情況下，若各臺機組無功相差在30 Mvar（可設(shè)置的變量）以內(nèi)，同時調(diào)整各臺機組的無功，如其中任意2臺機組無功差值達到30 Mvar，優(yōu)先調(diào)整無功較大（下調(diào)）或較?。ㄉ险{(diào)）的機組。

（2）在機組無功容量不同的情況下，分別求出各機組的無功標(biāo)幺值，比較無功標(biāo)幺值相差最大的2臺機組，按照容量較小的機組換算成有名值。若換算后的有名值相差30 Mvar，優(yōu)先調(diào)整無功標(biāo)幺值最大（下調(diào)）或最?。ㄉ险{(diào)）的機組。

3.2 AVC防止機組無功震蕩策略

AVC子站系統(tǒng)對機組無功、廠用母線電壓、機端電壓等設(shè)置回調(diào)功能后，在某些情況下會出現(xiàn)機組無功震蕩現(xiàn)象。為此AVC子站對相關(guān)量均設(shè)置了死區(qū)，死區(qū)值應(yīng)大于機組單次調(diào)節(jié)量。

某臺機組上位機定值設(shè)置如下：有功300 MW時，無功閉鎖上限設(shè)為130 Mvar，死區(qū)設(shè)為6 Mvar，無功退出值上限為140 Mvar。實際機組運行有功為300 MW時，無功在124～130 Mvar之間時進入增勵磁閉鎖狀態(tài)，上位機發(fā)該臺機組的增勵磁閉鎖信號。一旦機組無功過調(diào)到130～140 Mvar時，則機組無功進行回調(diào)，直至機組無功進入124～130 Mvar范圍之間。死區(qū)幅值應(yīng)大于機組單次無功調(diào)節(jié)量，否則容易越過閉鎖區(qū)進入回調(diào)區(qū)，可能出現(xiàn)機組無功震蕩現(xiàn)象。

3.3 回調(diào)功能

AVC子站對下列參數(shù)設(shè)置了回調(diào)功能：

（1）發(fā)電機機端電壓偏離給定的上/下限回調(diào)值范圍；

（2）機組廠用母線電壓偏離給定的上/下回調(diào)限值范圍；

（3）機組無功偏離給定的上/下回調(diào)限值范圍；

（4）系統(tǒng)母線電壓偏離給定的上/下回調(diào)限值范圍；

（5）AVC子站總無功上/下限越過省調(diào)下發(fā)的總無功上/下限回調(diào)值。

機組在相同無功的情況下，在不同運行工況下機端電壓、廠用母線電壓與無功不是呈線性關(guān)系，因此從保證設(shè)備可靠性方面考慮應(yīng)對發(fā)電機機端電壓、機組廠用母線電壓及機組無功功率設(shè)置回調(diào)功能，在上述參數(shù)到額定上/下限之前及時回調(diào)，保證設(shè)備運行在額定參數(shù)運行的工況下。

回調(diào)功能的投入能提高AVC的投運率，但影響AVC的調(diào)節(jié)合格率，因此對參數(shù)的設(shè)置要合理。

3.4 其他控制策略

（1）下列情況下，AVC遠方控制方式會自動切換為計劃曲線控制：

a.電壓單次最大調(diào)節(jié)量（省調(diào)下發(fā)的電壓設(shè)定值與母線當(dāng)前電壓值相比）大于2 kV時，AVC子站母線電壓執(zhí)行值維持最后1次正常設(shè)定值，連續(xù)15 min（每隔5 min省調(diào)下發(fā)1個指令）無正常指令下發(fā)后，自動切換到計劃曲線控制；

b.母線電壓容許設(shè)定值（省調(diào)下發(fā)的電壓設(shè)定值超過容許設(shè)定的最大值/最小值時）不在225～235 kV時，AVC子站母線電壓執(zhí)行值維持最后1次正常設(shè)定值，連續(xù)15 min無正常指令下發(fā)后，自動切換到計劃曲線控制；

c.因通道故障等原因若連續(xù)15 min無正常指令下發(fā)，則自動切換到計劃曲線控制。

發(fā)生上述3種情況時若指令恢復(fù)，則由計劃曲線控制方式自動切換至遠方控制方式。

（2）220 kV母線測量回路異?；蚰妇€檢修時引起母線偏差（各段母線最大偏差超過2 kV）報警時，AVC將不執(zhí)行計算程序（AVC下位機不會退出），運行人員應(yīng)及時將測量異常的此段母線退出，AVC會自動回復(fù)至正常運行方式。

（3）220 kV母線電壓死區(qū)為±0.5 kV，即實際母線電壓與省調(diào)指令電壓差值在±0.5 kV范圍內(nèi)視為電壓調(diào)節(jié)成功，AVC將不會再出調(diào)整策略。

（4）機組AVR異常、故障報警、運行模式“手動”或控制方式“就地”時，AVC裝置將退出遠方控制方式，此時AVC下位機仍在投入狀態(tài)。

4 AVC子站調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題

4.1 上/下位機通信問題

在交換機上（收、發(fā)各1根光纖）將至任意1臺機組下位機的“收”光纖拔掉，將造成所有機組下位機脫網(wǎng)，AVC子站系統(tǒng)將退出。若先拔掉“發(fā)”光纖，再拔“收”光纖，則無此現(xiàn)象。實際運行中一旦發(fā)生至任意1臺下位機的“收”光纖有問題（如光纖接口接觸不良、光纖斷裂等），將造成所有機組下位機脫網(wǎng)，而且脫網(wǎng)后無法判斷哪臺下位機通信有問題，給故障處理帶來很大困難，這是由于CAN網(wǎng)的通信機制造成的。

上位機與下位機通信中斷后，如果下位機裝置發(fā)出數(shù)據(jù)后收不到上位機返回的確認幀，按照重發(fā)機制會重復(fù)地向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)較多，造成網(wǎng)絡(luò)通信阻塞，該種情況在網(wǎng)絡(luò)通信正常時不會發(fā)生。如果要完全避免，需要修改CAN網(wǎng)底層通信機制，通信中斷時不讓下位機連續(xù)重發(fā)，程序改動較大，有可能影響到其他功能。例如，當(dāng)下位機與上位機的通信僅僅是暫時中斷時，瞬間后又恢復(fù)，如果沒有重發(fā)機制則通信就此中斷，不會自恢復(fù)。由于其他發(fā)電廠使用的是同一版本程序，已經(jīng)通過了多年的測試，如果修改，還需要經(jīng)過長時間測試檢驗，該項修改需要慎重。

可將原來的收、發(fā)各1根光纖更換為單根光纖，即上位機至下位機改為單光纖（收發(fā)均在1根光纖上）通信，一旦上位機至下位機的光纖有問題，只退出有問題的下位機，不會影響其他正常投運的下位機。

4.2 在正常運行時下位機異常退出

正常運行時機組AVC下位機會自動退出，原因是由于機組較多，數(shù)據(jù)量大導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信量較大，網(wǎng)絡(luò)負荷過重，造成上位機與下位機通信時偶爾有數(shù)據(jù)報文的丟失和誤碼現(xiàn)象。當(dāng)上位機與下位機通信阻塞超過一定時間，下位機判斷與上位機通信中斷就自動退出了自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。

因此，在AVC程序中加強對誤碼報文的容錯處理和檢驗機制，避免由于偶爾誤碼導(dǎo)致系統(tǒng)誤判的通信故障，防止偶爾由于通信誤碼、網(wǎng)絡(luò)擁堵造成的下位機異常退出現(xiàn)象。同時完善通信程序，將上位機與下位機由原隨機通信改為按順序通信，經(jīng)上述處理后下位機異常退出的現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)。

4.3 運行過程中出現(xiàn)機組無功調(diào)節(jié)失控

在AVC子站正常運行時出現(xiàn)機組無功亂調(diào)現(xiàn)象，退出AVC子站后發(fā)現(xiàn)主機AVQC程序（計算模塊）異常報警，而備用主機的AVQC程序又未進行切換。在原有工況下進行了機組開環(huán)試驗，機組無功調(diào)節(jié)確實出現(xiàn)失調(diào)現(xiàn)象，恢復(fù)AVQC程序后又再此進行機組開環(huán)試驗，機組無功調(diào)節(jié)恢復(fù)正常。

據(jù)此判斷機組無功調(diào)節(jié)失控現(xiàn)象是由AVQC程序異常引起，廠家對AVC子站的數(shù)據(jù)庫文件、AVQC程序進行了修改，至今再未出現(xiàn)過此現(xiàn)象。

4.4 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

（1）在調(diào)試中多次出現(xiàn)上位機指示已投入但下位機實際未投入，或下位機實際在投入情況下上位機進行退操作時提示返校失敗，直接原因為數(shù)據(jù)庫文件和通信程序文件中同一點號的狀態(tài)不一致引起，修改上述2個文件后正常。

（2）AVC子站運行中發(fā)現(xiàn)主站下發(fā)的總無功下限大于參與AVC調(diào)節(jié)機組的總無功，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象僅在某幾臺運行機組未投入AVC調(diào)節(jié)功能情況下會出現(xiàn)。后查明系A(chǔ)VC主站與子站對總無功上/下限的定義不一致引起。主站在計算總無功上/下限時是將所有機組的無功（包括AVC調(diào)節(jié)功能退出的機組）都計算在內(nèi)，而子站則未將AVC調(diào)節(jié)功能退出機組的無功計算在內(nèi)。后通過修改子站AVQC程序，將總無功上/下限計算方法與主站一致，系統(tǒng)運行正常。

（3）AVC子站系統(tǒng)在與省調(diào)閉環(huán)運行中，出現(xiàn)了下發(fā)的總無功上限低于機組實際總無功值的現(xiàn)象，影響了AVC子站系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)功能。檢查后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)該現(xiàn)象時主站收到的各機組發(fā)電機機端電壓值已到閉鎖上限值，進而減少了總無功，檢查AVC子站上各臺機組的發(fā)電機機端電壓值遠未到閉鎖值。經(jīng)過通道核對，AVC子站至省調(diào)SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是一致的，而到AVC主站后機端電壓值都高于實際值，后由AVC主站技術(shù)人員對該問題進行處理，AVC子站運行恢復(fù)正常。

5 AVC子站存在問題

（1）2臺上位機不能做到真正意義上的互為備用。按設(shè)計功能要求，2臺上位機應(yīng)互為備用，即主機中的通信模塊、計算模塊和數(shù)據(jù)庫模塊其中任一模塊發(fā)生異常時應(yīng)自動切換到備機中的對應(yīng)模塊，實際試驗時發(fā)現(xiàn)主機中的任一模塊異常退出后，備機中相對應(yīng)的模塊不會自動變?yōu)檫\行狀態(tài)，導(dǎo)致AVC子站退出遠方調(diào)節(jié)模式。AVC子站僅在主機失電的情況下才能自動切換至備機上運行。建議廠家對主備上位機不能自動切換的原因進行分析，從而實現(xiàn)互為備用的功能。

（2）數(shù)據(jù)庫存儲文件容量超過2G后，跟數(shù)據(jù)庫相關(guān)的部分功能就無法實現(xiàn)，如操作記錄查詢功能、歷史運行數(shù)據(jù)查詢功能、異常記錄查詢功能等。目前廠家的建議是定期手動清空數(shù)據(jù)庫存儲文件，但在手動清空數(shù)據(jù)庫存儲文件前需將AVC子站退出運行。根據(jù)實際運行情況，清空數(shù)據(jù)庫存儲文件的周期為5個月左右，建議實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲文件的自動轉(zhuǎn)存或清空功能。

（3）操作畫面不夠簡潔。由于ies-AVC50子站操作界面是廠家在發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)操作界面基礎(chǔ)上開發(fā)的，有些不需要參與AVC調(diào)節(jié)的菜單都未取消，導(dǎo)致操作界面繁瑣，給運行操作帶來不便。建議廠家重新開發(fā)或修改現(xiàn)有的操作界面，真正達到畫面簡潔、操作便利的效果。

6 結(jié)語

AVC子站系統(tǒng)投運前要在熟悉系統(tǒng)架構(gòu)的基

3 結(jié)語

采用圖像比對技術(shù)對于完善微機防誤閉鎖功能具有現(xiàn)實意義，但在具體實現(xiàn)中也會存在一定的困難：

（1）大量的原圖采集需要時間和設(shè)備條件，在如今變電所基建周期愈來愈短的情況下，實施有一定難度；

（2）后期使用中，如果遇到設(shè)備命名更改，設(shè)備變更等情況發(fā)生，則需要及時對圖庫進行更新，增加了運行維護人員的工作量和維護難度；

（3）現(xiàn)場設(shè)備命名牌、一次設(shè)備機構(gòu)等在長時間運行后，會發(fā)生褪色、銹蝕等情況，使得原圖與現(xiàn)場不一致，可能導(dǎo)致比對失敗，所以需要定期進行圖像比對維護，設(shè)備情況有變化時及時更新原圖；

（4）軟件的開發(fā)和微機解鎖鑰匙的改造，有較高的技術(shù)要求。

雖然，要實現(xiàn)圖像比對技術(shù)在防誤操作方面的應(yīng)用有一定難度，但是該技術(shù)的應(yīng)用可以彌補現(xiàn)階段防誤操作的不足，有效完善微機防誤系統(tǒng)，使得防誤閉鎖全覆蓋成為可能，符合現(xiàn)階段電網(wǎng)發(fā)展需要，在電網(wǎng)智能化發(fā)展的未來，必定有良好的應(yīng)用前景。

[1]浙江省電力公司.Q/GDW-11-154-2009 110～500 kV變電所防誤操作閉鎖邏輯規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2009.

[2]浙江省電力公司.Q/GDW-11-252-2010變電所運行管理規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3]國家電網(wǎng)公司.ISBN978-7-5083-9131-1國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（變電部分）[S].北京：中國電力出版社，2009.

（本文編輯：楊勇）

Application of Automatic Voltage Control System in Power Plant Side

HUANG Xudong
（Zhejiang Zheneng Zhenhai Power Generation Co.,Ltd.,Zhenhai Zhejiang 315208，China）

As a subsystem of grid automatic voltage control system（AVC），AVC in power plant receives dispatching order to implement automatic voltage regulation.The paper expounds structure of AVC substation system，analyzes protection and control strategy of substation system summarizes problems in commissioning and operation and proposes solutions.

power plant；AVC；protection；strategy

TM761+.2

：B

：1007-1881（2014）01-0043-04

2013-08-27

陳昱（1974-），男，江蘇吳縣人，工程師，高級技師，從事變電運行工作。