黄旭东

（浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江镇海315208）

自动电压控制系统在发电厂侧的应用

黄旭东

（浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江镇海315208）

发电厂自动电压控制系统是电网自动电压控制系统的子系统，它接受调度命令，实现自动调压功能。介绍了自动电压控制子站系统的结构，分析了子站系统的保护及控制策略，总结了调试和运行中发现的问题并提出了解决措施。

发电厂；AVC；保护；策略

AVC（自动电压控制）通过实时监测电网电压/无功，进行在线优化计算，控制电网无功调节设备进行实时最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流，达到电压优质和网损最小的目标。

随着浙江电网发电厂侧AVC子站系统的投运，如何提高投运率和调节合格率成为关注的问题。结合某发电厂AVC子站工况，详细分析了AVC子站的保护、附加策略逻辑及调试中出现的问题，为AVC子站系统的可靠运行提供建议。

1 AVC子站系统组成

1.1 发电厂AVC子站系统结构

图1为某发电厂AVC子站系统结构，AVC系统由三级控制组成：

（1）单元控制（机组励磁系统），控制时间常数一般为ms～s级，快速响应系统电压变化，其作用是保证机端电压等于给定值；

（2）本地控制（发电厂侧AVC子站），时间常数为s～min级，控制的主要目的是保证系统母线电压等于设定值，如果控制目标产生偏差，AVC按照预定的控制规律改变AVR（自动电压调节器）的设定值；

（3）全局控制（AVC主站），时间常数为min～h级，以全系统的安全、经济运行为优化目标，给出各厂站的优化结果，并下达给本地控制器，作为本地控制器的跟踪目标。

1.2 AVC子站配置

某发电厂AVC子站采用山东积成电子的ies-AVC50系统，配置2台上位机，互为备用，9台下位机和2台后台机。AVC子站控制2个独立的220 kV目标电压（2个独立的升压站）。

图1 发电厂AVC子站系统结构

AVC上位机通过串口通信方式取得RTU（远方数据终端）已有的信号，对RTU未采集的量，通过在下位机屏上加装变送器来实现。

（1）从RTU采集的量有：220 kVⅠ，Ⅱ，Ⅲ段正副母电压（6点）；机组有功、无功功率（18点）；发电机定子电流（5点）；主变有功、无功（18点）；机组断路器、隔离开关位置信号，分段断路器、母联断路器及隔离开关（共44点）。

（2）下位机直接采集的遥测量有：机组机端电压共9点；机组厂用电电压共15点；发电机定子电流共4点。

1.3 AVC系统与DCS系统之间的逻辑

（1）AVC上位机发出AVC请求投入信号将下位机投入，DCS（分散控制系统）如果允许AVC投入，将AVC允许投入信号置合。此时，DCS系统将控制权由手动控制方式切换为AVC系统控制方式，可以接收AVC系统发来的控制电压信号，并下令至励磁系统。

（2）AVC系统正式投入后，当AVC请求投入信号由常闭变为常分时，AVC允许投入信号必须迅速由常闭变为常分，切换到手动控制方式。

（3）AVC系统正式投入后，DCS系统可直接将AVC允许投入信号由常闭置为常分，将系统控制权由AVC控制方式切换为手动控制方式。

关于励磁系统AVC与DCS增/减励磁互锁的问题有不同的观点：有的认为AVC增/减励磁和DCS增/减励磁应互锁，明确责任；有的则认为不宜互锁，当AVC控制的时候，DCS也能够调节，正常运行时规定DCS不得操作增/减励磁，在出现异常情况可以手动干预，二者各有优缺点。

2 AVC子站保护策略

AVC子站进行增/减励磁调节时需要设置系列增/减励磁限制条件。按照引起的后果又分为增/减励磁双向闭锁、增励磁单向闭锁条件、减励磁单向闭锁条件及退出下位机4种情况。AVC子站设置3层保护，采用“人工投、自动退”的模式，保证安全地进行调节。

（1）第1层保护——下位机保护。在下位机装置中可以针对采集的遥测、遥信量分别独立设置为闭锁条件，一旦条件满足可以立即退出下位机，自动切换到发电厂手动控制状态。

下位机装置采集的遥信量包括“远方/就地”、采集的遥测量有机组的机端电压、厂用母线电压信号，可以针对这些量设置对应的保护。其中厂用母线电压低值在下位机中不能设置延时，若投入该保护，需躲过电动机启动时的母线电压低值。

（2）第2层保护——上位机闭锁模块程序保护。上位机平台软件根据“闭锁点选择模块AV CLOCK.exe”设置的闭锁条件检测所采集的遥测、遥信信号状态，一旦发生闭锁条件会退出下位机及自动控制状态，切换到发电厂手动控制状态，同时报警，形成事项记录，可以针对监控画面上的所有量设置对应的保护。

对下列量设置了退出值：机组开关量、上/下位机通信中断、计算模块退出、机组无功上/下限、发电机机端电压上/下限、厂用母线电压上限。

（3）第3层保护——上位机计算模块保护。在AVQC计算模块中可以设置机组的机端电压、定子电流、厂用电母线电压、高压母线电压、机组有功和无功的上/下限，一旦越限系统可以闭锁相应机组的增/减励磁输出，但机组AVC还在远方控制状态，可以针对监控画面上的所有量设置对应的保护。

3 AVC子站控制策略

3.1 机组优先调整策略

（1）在机组无功容量相同的情况下，若各台机组无功相差在30 Mvar（可设置的变量）以内，同时调整各台机组的无功，如其中任意2台机组无功差值达到30 Mvar，优先调整无功较大（下调）或较小（上调）的机组。

（2）在机组无功容量不同的情况下，分别求出各机组的无功标幺值，比较无功标幺值相差最大的2台机组，按照容量较小的机组换算成有名值。若换算后的有名值相差30 Mvar，优先调整无功标幺值最大（下调）或最小（上调）的机组。

3.2 AVC防止机组无功震荡策略

AVC子站系统对机组无功、厂用母线电压、机端电压等设置回调功能后，在某些情况下会出现机组无功震荡现象。为此AVC子站对相关量均设置了死区，死区值应大于机组单次调节量。

某台机组上位机定值设置如下：有功300 MW时，无功闭锁上限设为130 Mvar，死区设为6 Mvar，无功退出值上限为140 Mvar。实际机组运行有功为300 MW时，无功在124～130 Mvar之间时进入增励磁闭锁状态，上位机发该台机组的增励磁闭锁信号。一旦机组无功过调到130～140 Mvar时，则机组无功进行回调，直至机组无功进入124～130 Mvar范围之间。死区幅值应大于机组单次无功调节量，否则容易越过闭锁区进入回调区，可能出现机组无功震荡现象。

3.3 回调功能

AVC子站对下列参数设置了回调功能：

（1）发电机机端电压偏离给定的上/下限回调值范围；

（2）机组厂用母线电压偏离给定的上/下回调限值范围；

（3）机组无功偏离给定的上/下回调限值范围；

（4）系统母线电压偏离给定的上/下回调限值范围；

（5）AVC子站总无功上/下限越过省调下发的总无功上/下限回调值。

机组在相同无功的情况下，在不同运行工况下机端电压、厂用母线电压与无功不是呈线性关系，因此从保证设备可靠性方面考虑应对发电机机端电压、机组厂用母线电压及机组无功功率设置回调功能，在上述参数到额定上/下限之前及时回调，保证设备运行在额定参数运行的工况下。

回调功能的投入能提高AVC的投运率，但影响AVC的调节合格率，因此对参数的设置要合理。

3.4 其他控制策略

（1）下列情况下，AVC远方控制方式会自动切换为计划曲线控制：

a.电压单次最大调节量（省调下发的电压设定值与母线当前电压值相比）大于2 kV时，AVC子站母线电压执行值维持最后1次正常设定值，连续15 min（每隔5 min省调下发1个指令）无正常指令下发后，自动切换到计划曲线控制；

b.母线电压容许设定值（省调下发的电压设定值超过容许设定的最大值/最小值时）不在225～235 kV时，AVC子站母线电压执行值维持最后1次正常设定值，连续15 min无正常指令下发后，自动切换到计划曲线控制；

c.因通道故障等原因若连续15 min无正常指令下发，则自动切换到计划曲线控制。

发生上述3种情况时若指令恢复，则由计划曲线控制方式自动切换至远方控制方式。

（2）220 kV母线测量回路异常或母线检修时引起母线偏差（各段母线最大偏差超过2 kV）报警时，AVC将不执行计算程序（AVC下位机不会退出），运行人员应及时将测量异常的此段母线退出，AVC会自动回复至正常运行方式。

（3）220 kV母线电压死区为±0.5 kV，即实际母线电压与省调指令电压差值在±0.5 kV范围内视为电压调节成功，AVC将不会再出调整策略。

（4）机组AVR异常、故障报警、运行模式“手动”或控制方式“就地”时，AVC装置将退出远方控制方式，此时AVC下位机仍在投入状态。

4 AVC子站调试中发现的问题

4.1 上/下位机通信问题

在交换机上（收、发各1根光纤）将至任意1台机组下位机的“收”光纤拔掉，将造成所有机组下位机脱网，AVC子站系统将退出。若先拔掉“发”光纤，再拔“收”光纤，则无此现象。实际运行中一旦发生至任意1台下位机的“收”光纤有问题（如光纤接口接触不良、光纤断裂等），将造成所有机组下位机脱网，而且脱网后无法判断哪台下位机通信有问题，给故障处理带来很大困难，这是由于CAN网的通信机制造成的。

上位机与下位机通信中断后，如果下位机装置发出数据后收不到上位机返回的确认帧，按照重发机制会重复地向上位机发送数据，有可能导致网络传送数据较多，造成网络通信阻塞，该种情况在网络通信正常时不会发生。如果要完全避免，需要修改CAN网底层通信机制，通信中断时不让下位机连续重发，程序改动较大，有可能影响到其他功能。例如，当下位机与上位机的通信仅仅是暂时中断时，瞬间后又恢复，如果没有重发机制则通信就此中断，不会自恢复。由于其他发电厂使用的是同一版本程序，已经通过了多年的测试，如果修改，还需要经过长时间测试检验，该项修改需要慎重。

可将原来的收、发各1根光纤更换为单根光纤，即上位机至下位机改为单光纤（收发均在1根光纤上）通信，一旦上位机至下位机的光纤有问题，只退出有问题的下位机，不会影响其他正常投运的下位机。

4.2 在正常运行时下位机异常退出

正常运行时机组AVC下位机会自动退出，原因是由于机组较多，数据量大导致网络通信量较大，网络负荷过重，造成上位机与下位机通信时偶尔有数据报文的丢失和误码现象。当上位机与下位机通信阻塞超过一定时间，下位机判断与上位机通信中断就自动退出了自动调节状态。

因此，在AVC程序中加强对误码报文的容错处理和检验机制，避免由于偶尔误码导致系统误判的通信故障，防止偶尔由于通信误码、网络拥堵造成的下位机异常退出现象。同时完善通信程序，将上位机与下位机由原随机通信改为按顺序通信，经上述处理后下位机异常退出的现象没有再出现。

4.3 运行过程中出现机组无功调节失控

在AVC子站正常运行时出现机组无功乱调现象，退出AVC子站后发现主机AVQC程序（计算模块）异常报警，而备用主机的AVQC程序又未进行切换。在原有工况下进行了机组开环试验，机组无功调节确实出现失调现象，恢复AVQC程序后又再此进行机组开环试验，机组无功调节恢复正常。

据此判断机组无功调节失控现象是由AVQC程序异常引起，厂家对AVC子站的数据库文件、AVQC程序进行了修改，至今再未出现过此现象。

4.4 调试中出现的问题

（1）在调试中多次出现上位机指示已投入但下位机实际未投入，或下位机实际在投入情况下上位机进行退操作时提示返校失败，直接原因为数据库文件和通信程序文件中同一点号的状态不一致引起，修改上述2个文件后正常。

（2）AVC子站运行中发现主站下发的总无功下限大于参与AVC调节机组的总无功，经过检查后发现该现象仅在某几台运行机组未投入AVC调节功能情况下会出现。后查明系AVC主站与子站对总无功上/下限的定义不一致引起。主站在计算总无功上/下限时是将所有机组的无功（包括AVC调节功能退出的机组）都计算在内，而子站则未将AVC调节功能退出机组的无功计算在内。后通过修改子站AVQC程序，将总无功上/下限计算方法与主站一致，系统运行正常。

（3）AVC子站系统在与省调闭环运行中，出现了下发的总无功上限低于机组实际总无功值的现象，影响了AVC子站系统的正常调节功能。检查后发现出现该现象时主站收到的各机组发电机机端电压值已到闭锁上限值，进而减少了总无功，检查AVC子站上各台机组的发电机机端电压值远未到闭锁值。经过通道核对，AVC子站至省调SCADA系统中的数据是一致的，而到AVC主站后机端电压值都高于实际值，后由AVC主站技术人员对该问题进行处理，AVC子站运行恢复正常。

5 AVC子站存在问题

（1）2台上位机不能做到真正意义上的互为备用。按设计功能要求，2台上位机应互为备用，即主机中的通信模块、计算模块和数据库模块其中任一模块发生异常时应自动切换到备机中的对应模块，实际试验时发现主机中的任一模块异常退出后，备机中相对应的模块不会自动变为运行状态，导致AVC子站退出远方调节模式。AVC子站仅在主机失电的情况下才能自动切换至备机上运行。建议厂家对主备上位机不能自动切换的原因进行分析，从而实现互为备用的功能。

（2）数据库存储文件容量超过2G后，跟数据库相关的部分功能就无法实现，如操作记录查询功能、历史运行数据查询功能、异常记录查询功能等。目前厂家的建议是定期手动清空数据库存储文件，但在手动清空数据库存储文件前需将AVC子站退出运行。根据实际运行情况，清空数据库存储文件的周期为5个月左右，建议实现数据库存储文件的自动转存或清空功能。

（3）操作画面不够简洁。由于ies-AVC50子站操作界面是厂家在发电厂网络监控系统操作界面基础上开发的，有些不需要参与AVC调节的菜单都未取消，导致操作界面繁琐，给运行操作带来不便。建议厂家重新开发或修改现有的操作界面，真正达到画面简洁、操作便利的效果。

6 结语

AVC子站系统投运前要在熟悉系统架构的基

3 结语

采用图像比对技术对于完善微机防误闭锁功能具有现实意义，但在具体实现中也会存在一定的困难：

（1）大量的原图采集需要时间和设备条件，在如今变电所基建周期愈来愈短的情况下，实施有一定难度；

（2）后期使用中，如果遇到设备命名更改，设备变更等情况发生，则需要及时对图库进行更新，增加了运行维护人员的工作量和维护难度；

（3）现场设备命名牌、一次设备机构等在长时间运行后，会发生褪色、锈蚀等情况，使得原图与现场不一致，可能导致比对失败，所以需要定期进行图像比对维护，设备情况有变化时及时更新原图；

（4）软件的开发和微机解锁钥匙的改造，有较高的技术要求。

虽然，要实现图像比对技术在防误操作方面的应用有一定难度，但是该技术的应用可以弥补现阶段防误操作的不足，有效完善微机防误系统，使得防误闭锁全覆盖成为可能，符合现阶段电网发展需要，在电网智能化发展的未来，必定有良好的应用前景。

[1]浙江省电力公司.Q/GDW-11-154-2009 110～500 kV变电所防误操作闭锁逻辑规范[S].北京：中国电力出版社，2009.

[2]浙江省电力公司.Q/GDW-11-252-2010变电所运行管理规范[S].北京：中国电力出版社，2010.

[3]国家电网公司.ISBN978-7-5083-9131-1国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）[S].北京：中国电力出版社，2009.

（本文编辑：杨勇）

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

陈昱（1974-），男，江苏吴县人，工程师，高级技师，从事变电运行工作。