發(fā)電廠自動電壓調(diào)節(jié)優(yōu)化探究

國能滎陽熱電有限公司 魏飚男

1 問題現(xiàn)象

原AVC系統(tǒng)采集電壓接線方式：AVC系統(tǒng)#1下位機(jī)、#2下位機(jī)采集電壓分別為：#1機(jī)發(fā)變組保護(hù)C柜切換箱切換后電壓UAB1720，以及#2機(jī)發(fā)變組保護(hù)C柜切換箱切換后電壓UAB2720。

原AVC系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)邏輯：AVC系統(tǒng)#1下位機(jī)、#2下位機(jī)采集電壓分別作為I母電壓返回值與II母電壓返回值。此時，由于為固定單元接線方式，故兩條母線電壓相等，為了防止調(diào)度下發(fā)的兩條母線電壓目標(biāo)值不一致，導(dǎo)致經(jīng)AVC調(diào)節(jié)的母線電壓實(shí)際值，始終無法達(dá)到目標(biāo)值或是調(diào)節(jié)無效的情況出現(xiàn)，AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)邏輯作以下設(shè)計(jì)：增設(shè)母線電壓目標(biāo)有效值和母線電壓返回有效值兩個中間變量來進(jìn)行對比，從而實(shí)現(xiàn)母線電壓的自動調(diào)節(jié)控制，其中母線電壓目標(biāo)有效值取調(diào)度下發(fā)的兩條母線電壓目標(biāo)值的最新刷新量，母線電壓返回有效值取兩條母線電壓返回值的最新刷新量。投入AVC后，系統(tǒng)將對兩個有效值進(jìn)行對比，并采用無功容量等比例或者等功率因數(shù)的方式分配兩條母線上機(jī)組的無功出力。

1.1 問題1

分母運(yùn)行時，根據(jù)I惠滎線和II惠滎線對側(cè)線路結(jié)構(gòu)的不同，兩條線路及母線的電壓實(shí)際值不再相等，調(diào)度下發(fā)的兩條母線電壓目標(biāo)值也將不同。此時，取中間量進(jìn)行對比來調(diào)節(jié)母線電壓的邏輯已不再適用，無法正確的調(diào)節(jié)兩臺機(jī)組的無功出力和母線電壓。

1.2 問題2

原自動電壓控制系統(tǒng)接線方法中，未將母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)信號與發(fā)變組南北刀閘信號接入。由于原先為雙母線帶母聯(lián)合母固定單元運(yùn)行方式，所以#1機(jī)固定掛于南母（I母），#2機(jī)固定掛于北母（II母）。在此種情況下，母聯(lián)開關(guān)與刀閘狀態(tài)都是固定的，故不需要引入這些狀態(tài)接點(diǎn)。

在單機(jī)運(yùn)行時，AVC系統(tǒng)將無功目標(biāo)值下發(fā)至單臺運(yùn)行機(jī)組，而雙機(jī)運(yùn)行時，AVC系統(tǒng)按照等功率因數(shù)或者無功容量等比例方式分配兩臺機(jī)組無功（合母時兩母線電壓相等）。不需要將母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)與發(fā)變組南北刀閘信號引入自動電壓控制系統(tǒng)中，故無法將母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)與發(fā)變組帶載狀態(tài)，自動電壓控制系統(tǒng)操作員站操作界面上的母聯(lián)開關(guān)符號與相關(guān)聯(lián)，即使在NCS系統(tǒng)中分合母聯(lián)開關(guān)，自動電壓控制系統(tǒng)操作員站操作界面上的母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)也不會改變，需手動改變其狀態(tài)（只有顯示作用）[1]。

1.3 問題3

新的運(yùn)行方式下，#1AVC下位機(jī)和#2下位機(jī)采集到的母線電壓不再固定為I母電壓和II母電壓。兩條母線電壓返回值（其值在邏輯中取#1AVC下位機(jī)和#2下位機(jī)采集電壓）實(shí)際為#1、#2發(fā)變組C柜切換箱提供的切換后電壓，在分母運(yùn)行方式下，#1機(jī)組、#2機(jī)組均有可能投運(yùn)于I母、II母，此時兩條母線電壓返回值并不能確定為實(shí)際的I母電壓還是II母電壓，但是調(diào)度下發(fā)的I母電壓或II母電壓目標(biāo)值卻是固定的，故不定的返回值與固定對應(yīng)的目標(biāo)值沒有對比意義，無法正確調(diào)節(jié)兩條母線對應(yīng)機(jī)組無功出力從而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的（最終可能出現(xiàn)I母電壓實(shí)際值跟蹤II母電壓目標(biāo)值的情況）。

1.4 問題4

AVC系統(tǒng)因調(diào)節(jié)無效自動退出概率變高。雙機(jī)運(yùn)行時，原系統(tǒng)在合母運(yùn)行方式下按照等功率因數(shù)給兩臺機(jī)組下發(fā)無功目標(biāo)和指令。但是分母運(yùn)行后，原AVC系統(tǒng)仍按照等功率因數(shù)邏輯分配無功，但是此時雙母實(shí)際電壓值不同、雙母電壓目標(biāo)值可能不同，再加上功率因數(shù)也可能不同，存在多個變量，很難同時滿足要求，同時會導(dǎo)致母線電壓達(dá)到目標(biāo)值需要多次調(diào)整，在這個過程中出現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)無效概率增大，判據(jù)生效而自動退出該臺機(jī)組AVC[2]。

從以上問題得出結(jié)論：需要引入母聯(lián)開關(guān)以及發(fā)變組出口開關(guān)南北母刀狀態(tài)，使系統(tǒng)自動判別母聯(lián)開關(guān)與機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，不僅能提升自動化程度（畫面能夠直接顯示），而且為調(diào)節(jié)邏輯判斷奠定基礎(chǔ)，即使以后改為合母運(yùn)行方式，AVC系統(tǒng)仍能自適應(yīng)，具有較高靈活性；分母運(yùn)行時，雙機(jī)運(yùn)行時各機(jī)組應(yīng)當(dāng)獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)，不應(yīng)采用等功率因數(shù)分配無功目標(biāo)的邏輯，并且適當(dāng)減小調(diào)節(jié)無效判據(jù)值，可以減少AVC因調(diào)節(jié)無效自動退出概率。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 方案1

2.1.1 接線設(shè)計(jì)

電壓接線思路：將I母電壓、II母電壓實(shí)際值接入#1AVC下位機(jī)及#2AVC下位機(jī)；刀閘狀態(tài)接點(diǎn)接線思路：將#1機(jī)發(fā)變組出口開關(guān)南刀閘（I母刀閘）、北刀閘（II母刀閘）狀態(tài)接點(diǎn)分別引入#1AVC下位機(jī)；將#2機(jī)發(fā)變組出口開關(guān)南刀閘（I母刀閘）、北刀閘（II母刀閘）狀態(tài)接點(diǎn)分別引入#2AVC下位機(jī)；母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)接點(diǎn)：從母聯(lián)保護(hù)柜或者從母聯(lián)匯控柜母聯(lián)開關(guān)的輔助接點(diǎn)取。

2.1.2 邏輯修改設(shè)計(jì)

由于原AVC邏輯無法判斷I母、II母電壓返回值是I母還是II母電壓實(shí)際值，且無法判斷#1發(fā)變組、#2發(fā)變組投運(yùn)于哪條母線，故無法適用于現(xiàn)有運(yùn)行方式，需要進(jìn)行邏輯修改。由于原AVC邏輯無法判斷I母、II母電壓返回值是I母還是II母電壓實(shí)際值，且無法判斷#1發(fā)變組、#2發(fā)變組投運(yùn)于哪條母線，故無法適用于現(xiàn)有運(yùn)行方式，需要進(jìn)行邏輯修改。

重新定義母線電壓返回值的賦值。原有的母線電壓返回值取的是下位機(jī)對應(yīng)的發(fā)變組C柜切換箱輸出的切換后電壓值，為了設(shè)計(jì)與接線配合的邏輯，增設(shè)四個中間變量：將#1AVC下位機(jī)、#2AVC下位機(jī)采集到的I母、II母電壓實(shí)際值定義為U11、U12、U21、U22。I母電壓返回值UI新定義：有效的U11、U21的平均值（U11、U21小于230.5kV或大于234.5kV將判定為無效值，直接舍棄，UI就等于有效的I母電壓實(shí)際值）。II母電壓返回值UII新定義：有效的U12、U22的平均值（U12、U22小于230.5kV或大于234.5kV將判定為無效值，直接舍棄，UII就等于有效的II母電壓實(shí)際值）。

增設(shè)發(fā)變組投運(yùn)判別邏輯。該判別邏輯取AVC下位機(jī)采集到的對應(yīng)機(jī)組的投運(yùn)狀態(tài)情況來判別該發(fā)變組投運(yùn)于I母還是II母。其邏輯關(guān)系下南刀閘狀態(tài)接點(diǎn)、北刀閘狀態(tài)接點(diǎn)、發(fā)變組投運(yùn)情況分別為：合、分、投運(yùn)于I母；分、合、投運(yùn)于II母；分、分、發(fā)變組（或切換箱）未投運(yùn)；合、合、切換箱接點(diǎn)異常。南刀閘狀態(tài)變量QSF1、北刀閘狀態(tài)變量QSF2、機(jī)組投運(yùn)結(jié)果R分別為：1/0/0、0/1/1、0/0/×、1/1/×。具體如下。

狀態(tài)變量值為0表示該刀閘為分閘、為1表示該刀閘為合閘，投運(yùn)結(jié)果R值為0時表示該機(jī)組投運(yùn)于I（南）母，為1時表示該機(jī)組投運(yùn)II（北）母，×表示結(jié)果無效，即若出現(xiàn)QSF1=0,QSF2=0或QSF1=1,QSF2=1的情況，則不重新給R賦值（保持不變），邏輯判定為系統(tǒng)異常，并保持當(dāng)前母線電壓狀態(tài)退出該機(jī)組AVC運(yùn)行（切換為手動控制），且在AVC報(bào)警界面中顯示“#×機(jī)組投運(yùn)狀態(tài)異?！薄?/p>

由于保護(hù)C柜電壓切換裝置損壞，導(dǎo)致兩對輸出接點(diǎn)同時與刀閘狀態(tài)相反的情況基本不會出現(xiàn)，所以此種情況不考慮，認(rèn)為R=0或1即為該機(jī)組投運(yùn)于I母或II母，所以#1機(jī)組在判斷投運(yùn)于哪條母線時，不需要考慮#2機(jī)組投運(yùn)于哪條母線即R2的值為多少，#1機(jī)組AVC投運(yùn)和調(diào)節(jié)邏輯中只關(guān)心R1的值，#2機(jī)組邏輯中亦只考慮R2的值。例如，對于#1機(jī)組來說，AVC正常投入，此時R1=0，若#2機(jī)組故障退運(yùn)或者C柜切換裝置故障退運(yùn)，而R2值也由于某種原因變化為R2=0，則#1機(jī)AVC系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，不會退運(yùn)。當(dāng)R1(#1機(jī)組投運(yùn)結(jié)果)=0時，則表明其投運(yùn)于I母，當(dāng)R1(#1機(jī)組投運(yùn)結(jié)果)=1時，則表明其投運(yùn)于II母。

增設(shè)機(jī)組調(diào)節(jié)判斷邏輯。分裂運(yùn)行時，#1機(jī)AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)邏輯中是將I母電壓返回值與I母電壓目標(biāo)值進(jìn)行對比，進(jìn)而調(diào)節(jié)#1發(fā)電機(jī)無功出力，但是若#1機(jī)組投運(yùn)于II母，則無法完成調(diào)節(jié)（會出現(xiàn)II母實(shí)際電壓跟蹤I母電壓目標(biāo)值的情況，#2機(jī)組也同理），所以需要配合增設(shè)的發(fā)變組投運(yùn)判別邏輯來進(jìn)行調(diào)節(jié)判斷。

邏輯設(shè)計(jì)：在得到R1的值后，若R1=0，則將I母電壓返回值與I母電壓目標(biāo)值對比得出的無功目標(biāo)值下發(fā)到#1機(jī)組AVC調(diào)節(jié)邏輯（最終下發(fā)給#1AVC下位機(jī)）；若R1=1，則將II母電壓返回值與II母電壓目標(biāo)值對比得出的無功目標(biāo)值下發(fā)到#1機(jī)組AVC調(diào)節(jié)邏輯（最終下發(fā)給#1AVC下位機(jī)）；在得到R2的值后，若R2=0，則將I母電壓返回值與I母電壓目標(biāo)值對比得出的無功目標(biāo)值下，發(fā)到#2機(jī)組AVC調(diào)節(jié)邏輯（最終下發(fā)給#2AVC下位機(jī)）；若R2=1，則將II母電壓返回值與II母電壓目標(biāo)值對比得出的無功目標(biāo)值下，發(fā)到#2機(jī)組AVC調(diào)節(jié)邏輯（最終下發(fā)給#2AVC下位機(jī)）。

增設(shè)母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)變量；增加母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)判別邏輯。新增加的母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)變量Y值取#1下位機(jī)采集的母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)信號（1表示母聯(lián)開關(guān)閉合，0表示斷開），并且要與界面母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)判別邏輯：該邏輯是用來判斷母線運(yùn)行方式是合母還是分裂運(yùn)行，其作用為當(dāng)Y=0時，執(zhí)行正常的運(yùn)行邏輯，當(dāng)Y=1時，執(zhí)行含有母線電壓返回有效值和母線電壓目標(biāo)有效值兩個中間變量及其邏輯。

2.2 方案2（本方案不需改造電壓接線）

接線設(shè)計(jì)：刀閘狀態(tài)接點(diǎn)接線設(shè)計(jì)。本方案刀閘狀態(tài)接點(diǎn)接線設(shè)計(jì)同方案1中的刀閘狀態(tài)接點(diǎn)接線設(shè)計(jì)；母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)接點(diǎn)。同方案1中母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)接點(diǎn)接線設(shè)計(jì)方法。邏輯設(shè)計(jì)：本方案邏輯設(shè)計(jì)類似方案1，但是由于未引入母線電壓實(shí)際采樣值，故需要根據(jù)機(jī)組南北刀閘狀態(tài)信號判斷采集后的切換電壓為I母電壓還是II母電壓。

2.3 方案對比

方案1與方案2提出了兩種改造方法，其相同點(diǎn)是：接線上均增加了開關(guān)刀閘狀態(tài)接點(diǎn)和母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)接點(diǎn)；邏輯上增加的發(fā)變組投運(yùn)判別邏輯、機(jī)組調(diào)節(jié)判斷邏輯、母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)變量是相同的，同時均取消了母線電壓返回有效值和母線電壓目標(biāo)有效值兩個中間變量及其邏輯。

不同點(diǎn)在于：方案1修改了電壓接線，此種情況下，#1AVC下位機(jī)、#2AVC下位機(jī)均能夠獲得I母、II母電壓實(shí)際值，而且可采集到4個有效的母線電壓實(shí)際值，可靠性升高，缺點(diǎn)是對裝置硬件要求提高，電壓采集端子要求數(shù)量較多。而方案2中并未修改電壓接線，#1AVC下位機(jī)、#2AVC下位機(jī)獲得的仍為切換后電壓，優(yōu)點(diǎn)是改造現(xiàn)場工作量減小，且對硬件裝置電壓采集接點(diǎn)數(shù)量要求較低。

母線電壓返回值均需要重新定義與賦值，但是方案1中由于裝置能采集到可判定的I母電壓實(shí)際值和II母電壓實(shí)際值，所以賦值邏輯較為簡單，而方案2中為了判別AVC下位機(jī)所采集到的當(dāng)前電壓值是I母電壓實(shí)際值還是II母電壓實(shí)際值，所以為增加了判別邏輯，導(dǎo)致邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，程序設(shè)計(jì)增加難度且邏輯運(yùn)算量加大，增加了對計(jì)算機(jī)硬件的要求。

方案1針對雙母多機(jī)運(yùn)行時，可將雙母電壓實(shí)際值分別接入各個機(jī)組對應(yīng)的AVC下位機(jī)，母線電壓返回值賦值邏輯可取多個采集電壓的有效值的平均值，發(fā)變組投運(yùn)邏輯也可作簡單的相應(yīng)的數(shù)量上的擴(kuò)展，只有在分配母線上各投運(yùn)機(jī)組的出力，需要增設(shè)無功容量等比例等分配邏輯；方案2若要擴(kuò)展為雙母多機(jī)運(yùn)行時，其電壓母線電壓返回值賦值邏輯復(fù)雜程度與編程難度將大幅提升，故擴(kuò)展較難。改造最終選擇方案1。

3 實(shí)施效果

本公司根據(jù)方案1實(shí)施了改造，根據(jù)本公司機(jī)組實(shí)際情況，對調(diào)節(jié)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，主要有：一是合理減小調(diào)節(jié)無效判據(jù)定值，0.5MVar修改為0.2MVar。二是合理增大數(shù)據(jù)無效判定時長，10S修改為20S。三是減小指令最大步長限值，2kV修改為1.5kV。

改造后效果：自動電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AVC）能夠自動檢測母聯(lián)開關(guān)以及發(fā)變組出口開關(guān)南北刀閘的狀態(tài)信號，自動化程度提高；新的系統(tǒng)對于兩臺機(jī)組自由選擇帶載母線的運(yùn)行方式也能夠完全應(yīng)對，具有較高靈活性，即使后期改回合母運(yùn)行方式也能夠適用，不需再次改造；合理減小調(diào)節(jié)無效判據(jù)定值，降低因調(diào)節(jié)無效自動退出概率，提升AVC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，方便運(yùn)行操作。投運(yùn)時間內(nèi)，未再出現(xiàn)因調(diào)節(jié)無效自動退出的情況；增大數(shù)據(jù)無效判定時長，有效降低發(fā)生頻次，增強(qiáng)調(diào)節(jié)跟隨性，使調(diào)節(jié)跟隨更快，從而使母線電壓更快達(dá)到目標(biāo)值；減小指令最大步長限值，使得投運(yùn)時間內(nèi)，未再出現(xiàn)因目標(biāo)值變化過大導(dǎo)致無功大幅波動的情況。