齊娟，鄭澤銀，龔正熙

(福建福清核電有限公司，福建 福清350318)

自動(dòng)電壓控制(Automatic Voltage Control，簡(jiǎn)稱AVC)對(duì)發(fā)電廠而言，是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組的無(wú)功功率進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使得發(fā)電廠高壓母線的電壓值符合電網(wǎng)的要求，從而達(dá)到提高本地區(qū)的供電電壓水平，減少線路損耗，改善地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量的目的。同時(shí)AVC 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須受到發(fā)電機(jī)組的P－Q 曲線、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、廠用電電壓等因素的制約。

1 福清核電AVC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 AVC 系統(tǒng)配置

福清核電站AVC 子站不設(shè)立獨(dú)立的AVC 裝置，AVC 功能在南瑞科技NS2000 后臺(tái)實(shí)現(xiàn)。西門子公司生產(chǎn)的AK1703 遠(yuǎn)動(dòng)裝置，接收AVC 主站系統(tǒng)下發(fā)的遙調(diào)信號(hào)，NCS(Net Control System，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng))監(jiān)控后臺(tái)經(jīng)過(guò)分析后將信號(hào)發(fā)送給機(jī)組測(cè)控裝置，機(jī)組測(cè)控將增/減磁信號(hào)發(fā)給DCS(Distributed Control System，分散控制系統(tǒng))，DCS 經(jīng)過(guò)邏輯判斷后，下發(fā)至AVR 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置。福清核電6 臺(tái)機(jī)組測(cè)控裝置隨各機(jī)組分布置于機(jī)組的繼電保護(hù)室內(nèi)，AVC 子站即NS2000 后臺(tái)設(shè)在網(wǎng)控樓NCS 控制室內(nèi)〔1〕。

1.2 AVC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

福清核電目前只有1 臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，調(diào)度中心向遠(yuǎn)動(dòng)裝置下發(fā)500 kV 母線電壓的控制目標(biāo)值，遠(yuǎn)動(dòng)裝置以遙調(diào)的方式發(fā)送至NCS 監(jiān)控后臺(tái)，NCS 監(jiān)控后臺(tái)經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行方式、參數(shù)的判別計(jì)算和響應(yīng)的無(wú)功優(yōu)化分配策略分析，將脈沖調(diào)節(jié)的時(shí)間發(fā)給發(fā)變組測(cè)控裝置，測(cè)控單元根據(jù)下發(fā)的值的正負(fù)以及大小閉合增磁/減磁的接點(diǎn)并發(fā)送至DCS，DCS 系統(tǒng)對(duì)手動(dòng)增/減磁命令綜合判別后，向AVR 裝置發(fā)出調(diào)節(jié)機(jī)組無(wú)功功率的信號(hào)。

圖1 AVC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 AVC 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)之間的邏輯

1.3.1 AVC 投退邏輯

AVC 在NCS 后臺(tái)發(fā)出“AVC 請(qǐng)求投入”信號(hào)至DCS 系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)邏輯分析之后，如果投入條件滿足，將“AVC 投入信號(hào)”置合。此時(shí)，DCS 系統(tǒng)增/減磁控制為AVC 系統(tǒng)自動(dòng)控制方式，閉鎖了手動(dòng)控制信號(hào)，DSC 接收AVC 系統(tǒng)發(fā)來(lái)的增/減磁信號(hào)，并輸出至機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)〔2〕。

1.3.2 ACV 故障切換邏輯

AVC 系統(tǒng)投入后，當(dāng)AVC 的采樣、通信或者電源模塊等故障時(shí)，“AVC 故障”信號(hào)由常開變?yōu)槌ｉ]，“AVC 允許投入”信號(hào)必須迅速由常閉變?yōu)槌７?，并切換到DCS 手動(dòng)控制方式。正常情況下，DCS 也可手動(dòng)退出AVC，切換到手動(dòng)控制方式〔3〕。

1.3.3 AVC 與DCS 手動(dòng)增/減磁互鎖

關(guān)于AVC 系統(tǒng)與DCS 手動(dòng)增/減磁互鎖的問(wèn)題有不同的看法，選擇上互有利弊。有的認(rèn)為AVC 自動(dòng)控制和DCS 增/減勵(lì)磁應(yīng)互鎖，明確責(zé)任，互不影響;有的則認(rèn)為不宜互鎖，當(dāng)AVC 控制的時(shí)候，DCS 調(diào)節(jié)的功能也開放，但需人為規(guī)定DCS 不得操作增/減勵(lì)磁，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，可以立即實(shí)現(xiàn)手動(dòng)干預(yù)。因?yàn)楦Ｇ搴穗娪? 臺(tái)機(jī)組參與無(wú)功調(diào)節(jié)，而NCS 和DCS 的控制室分布在不同的廠房，在AVC 自動(dòng)控制和DCS 手動(dòng)調(diào)節(jié)模式的切換中，可能會(huì)出現(xiàn)溝通不暢等人因失誤造成DCS 手動(dòng)增/減磁誤操作，所以福清核電采用的方式是DCS 投入AVC 信號(hào)閉鎖其手動(dòng)增/減磁，實(shí)現(xiàn)互鎖，以保證在AVC 自動(dòng)控制時(shí)，不會(huì)有誤觸發(fā)DCS 手動(dòng)調(diào)節(jié)的可能。

2 福清核電AVC 控制策略

2.1 AVC 調(diào)節(jié)策略

福清核電AVC 調(diào)節(jié)采用的是一種改進(jìn)自適應(yīng)算法，簡(jiǎn)單的說(shuō)，是指在收到調(diào)度下發(fā)的目標(biāo)電壓值后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值的最小步長(zhǎng)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)電壓發(fā)生一個(gè)較小的變化，根據(jù)系統(tǒng)電壓與目標(biāo)電壓的差值，反復(fù)幾次(經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，一般經(jīng)過(guò)連續(xù)5—6 次逼近后，計(jì)算得到的系統(tǒng)阻抗基本能滿足工程需要)最小經(jīng)驗(yàn)值的自適應(yīng)調(diào)節(jié)后就可準(zhǔn)確計(jì)算出目前的系統(tǒng)阻抗值〔4〕。

2.1.1 改進(jìn)自適應(yīng)算法確定系統(tǒng)阻抗

系統(tǒng)阻抗X 計(jì)算的公式為:

式中 Qk－，Uk－，Qk+，Uk+分別為所有機(jī)組第k 次無(wú)功調(diào)整前后輸入系統(tǒng)的總無(wú)功和高壓側(cè)母線電壓。實(shí)際計(jì)算時(shí)，連續(xù)k 次采集母線電壓和機(jī)組實(shí)發(fā)無(wú)功，代入式中，得出第k 次計(jì)算的系統(tǒng)阻抗，然后再進(jìn)行k +1 次的系統(tǒng)阻抗計(jì)算。通過(guò)逐次逼近，最后可使計(jì)算出的X 與實(shí)際的系統(tǒng)阻抗誤差較小，滿足工程需要。

2.1.2 確定機(jī)組送入系統(tǒng)的無(wú)功目標(biāo)值機(jī)組送入系統(tǒng)的無(wú)功目標(biāo)值Qj的計(jì)算公式為:

式中 Uj，Ui，Qi，X 分別為高壓側(cè)母線電壓目標(biāo)值、當(dāng)前高壓側(cè)母線電壓、母線上所有機(jī)組送入系統(tǒng)的總無(wú)功、系統(tǒng)阻抗值。

2.1.3 無(wú)功功率在機(jī)組間的分配

福清核電設(shè)計(jì)建成6 臺(tái)機(jī)組，因此要考慮無(wú)功功率在機(jī)組間的分配，該廠采用的是以各發(fā)電機(jī)的無(wú)功裕量作為控制對(duì)象的相似的調(diào)整裕度法。根據(jù)各臺(tái)發(fā)電機(jī)的P/Q 功率圓圖，確定當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)各發(fā)電機(jī)無(wú)功的上下限值，以每臺(tái)機(jī)組的理想無(wú)功運(yùn)行值為目標(biāo)，將總目標(biāo)值與當(dāng)前實(shí)際總無(wú)功的偏差值做為調(diào)節(jié)值，以每臺(tái)機(jī)組的可調(diào)無(wú)功作為權(quán)系數(shù)，按照各臺(tái)機(jī)組的無(wú)功進(jìn)行相似調(diào)整裕度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)機(jī)組的目標(biāo)輸出無(wú)功保持均衡。

如電廠實(shí)際無(wú)功值小于目標(biāo)無(wú)功值，則需要增加機(jī)組無(wú)功值;如電廠實(shí)際無(wú)功值大于目標(biāo)無(wú)功值，則需要減少機(jī)組無(wú)功值。

2.2 AVC 閉鎖及約束條件

按照《福建電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)定》的要求，對(duì)照福清核電AVC 系統(tǒng)實(shí)際情況，該廠設(shè)置了一系列的閉鎖和約束條件，以保證AVC 功能的正常實(shí)現(xiàn)和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體如下:

1)AVC 功能退出時(shí)，母線電壓目標(biāo)設(shè)定為自動(dòng)跟蹤電廠實(shí)發(fā)值，避免投退AVC 功能的瞬間，某些非正常原因造成負(fù)荷的波動(dòng)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2)當(dāng)福建省調(diào)度中心與福清核電遠(yuǎn)動(dòng)裝置通信全部中斷時(shí)，AVC 系統(tǒng)控制權(quán)自動(dòng)地由調(diào)度中心側(cè)切到福清核電側(cè)，保證AVC 系統(tǒng)處于可控狀態(tài)。

4)當(dāng)福清核電發(fā)生有可能影響系統(tǒng)安全運(yùn)行的事件時(shí)，比如母線電壓(頻率)故障、機(jī)組有功功率/無(wú)功功率測(cè)量值故障、參與電壓調(diào)節(jié)機(jī)組的事故總信號(hào)、系統(tǒng)電壓震蕩超時(shí)或電壓越故限故障、AVC 調(diào)度值命令15 min 無(wú)變化、調(diào)度下發(fā)AVC 母線電壓目標(biāo)值越上下限、母線并列運(yùn)行時(shí)Ⅰ母線與Ⅱ母線直接電壓值相差過(guò)大，當(dāng)發(fā)生以上情況時(shí)，應(yīng)立刻自動(dòng)退出全廠AVC 功能，防止電廠的事故影響擴(kuò)大化，造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定運(yùn)行。

5)AVC 系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)組態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)量值越限時(shí)自動(dòng)閉鎖正方向(造成電壓越限更嚴(yán)重)的控制輸出，并給出告警信息，在測(cè)量值恢復(fù)正常后自動(dòng)解鎖，而反方向(電壓越限減小)的控制能保持正常輸出。系統(tǒng)組態(tài)因素主要包括:AVC 增/減磁閉鎖條件;高壓母線電壓越限閉鎖限制;轉(zhuǎn)子電壓、電流越限閉鎖限制;定子電壓、電流越限閉鎖限制;根據(jù)相應(yīng)的進(jìn)相限制或者P －Q限制曲線，有功、無(wú)功功率越限閉鎖限制;廠用電母線電壓閉鎖限制等〔5〕。

3 福清核電AVC 調(diào)試問(wèn)題及解決方法

3.1 AVC 靜態(tài)調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)不明原因閉鎖

問(wèn)題描述:AVC 母線電壓目標(biāo)值的控制來(lái)源可選擇“來(lái)自調(diào)度”或“來(lái)自廠內(nèi)”，廠內(nèi)靜態(tài)調(diào)試時(shí)將控制來(lái)源設(shè)置為“來(lái)自廠內(nèi)”，此時(shí)AVC系統(tǒng)跟蹤廠內(nèi)給定的目標(biāo)電壓。但是AVC 閉鎖邏輯中判斷母線電壓目標(biāo)值越限的依據(jù)始終默認(rèn)為“來(lái)自調(diào)度”，從而導(dǎo)致調(diào)度未下發(fā)母線電壓目標(biāo)值(默認(rèn)為0)時(shí)，全站AVC 功能因目標(biāo)電壓越限被閉鎖。

解決方法:調(diào)試階段臨時(shí)通過(guò)對(duì)調(diào)度下發(fā)目標(biāo)電壓值遙測(cè)置數(shù)解除閉鎖后全站AVC 功能恢復(fù)，建議廠家對(duì)AVC 程序中目標(biāo)電壓值越限閉鎖邏輯進(jìn)行優(yōu)化，在控制來(lái)源為“來(lái)自廠內(nèi)”時(shí)，將廠內(nèi)設(shè)定母線電壓目標(biāo)值作為閉鎖判據(jù)。

3.2 機(jī)組測(cè)控?zé)o法輸出增/減磁指令

問(wèn)題描述:為防止測(cè)控裝置增/減磁繼電器出現(xiàn)粘連，原設(shè)計(jì)考慮增、減磁指令均采用兩個(gè)雙位置繼電器接點(diǎn)串聯(lián)輸出，從而保證一個(gè)繼電器接點(diǎn)出現(xiàn)粘連情況下不會(huì)導(dǎo)致增減磁輸出失控。但Siemens 測(cè)控裝置使用的DO －2210 開出板不允許同一板卡上的兩個(gè)及以上DO 點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致2個(gè)接點(diǎn)不能同時(shí)閉合從而無(wú)法輸出增/減磁指令至DCS。

解決方法:通過(guò)將DCS 接收增/減磁脈沖方式更改為檢測(cè)到上升沿后輸出單個(gè)固定脈寬，實(shí)現(xiàn)了防粘連功能，同時(shí)將測(cè)控的繼電器串聯(lián)接點(diǎn)輸出更改為單繼電器接點(diǎn)輸出，靈活解決了增/減磁指令無(wú)法輸出的問(wèn)題。

3.3 增/減磁閉鎖條件恢復(fù)后無(wú)法自動(dòng)解鎖

問(wèn)題描述:AVC 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中，為了驗(yàn)證增/減磁正方向閉鎖功能，通過(guò)更改廠用電壓上限定值低于當(dāng)前廠用電壓值使AVC 增磁閉鎖。之后在恢復(fù)上限定值的同時(shí)更改廠用電壓下限值高于當(dāng)前廠用電壓值，發(fā)現(xiàn)增磁閉鎖無(wú)法自動(dòng)解鎖。

解決方法:經(jīng)過(guò)調(diào)試人員分析，通過(guò)更改閉鎖條件上下限定值的方法驗(yàn)證增/減磁閉鎖功能時(shí)，不能同時(shí)更改上、下限定值，否則程序無(wú)法自動(dòng)解鎖。在正常運(yùn)行情況下不影響系統(tǒng)閉鎖功能，但需要在調(diào)試過(guò)程中引起注意。

4 結(jié)語(yǔ)

福清核電AVC 子站通過(guò)NS2000 監(jiān)控后臺(tái)與機(jī)組測(cè)控以及DCS 相互配合實(shí)現(xiàn)，既考慮了各個(gè)系統(tǒng)的安全和獨(dú)立性，也滿足了設(shè)計(jì)和省網(wǎng)的要求。電廠人員要了解AVC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，理解AVC 子站的邏輯及控制策略，并且在AVC 調(diào)試過(guò)程中，講究調(diào)試方法，嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)試方案，以便盡早發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，積累經(jīng)驗(yàn)，為AVC 子站系統(tǒng)的運(yùn)行提供保障。

〔1〕李傳波，段周期，鄭衛(wèi)東. 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)AVC 在華能玉環(huán)電廠的工程設(shè)計(jì)〔J〕． 電氣技術(shù):2009(11):73-76．

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〔5〕劉鐵成. 發(fā)電廠側(cè)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用〔J〕． 華電技術(shù):2010，32(9):19-24．