易 江 何浩波 張備建 楊杰欽

（1.貴州省習水鼎泰能源開發(fā)有限責任公司 2.上?；莅蚕到y(tǒng)控制有限公司）

0 引言

自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測系統(tǒng)電壓和機組無功，自動調節(jié)控制運行發(fā)電機組，進行無功-電壓優(yōu)化閉環(huán)運行，實現(xiàn)系統(tǒng)電壓合格及無功功率合理分配［1-3］。系統(tǒng)電壓與發(fā)電機組機端電壓成近似的線性關系，而機端電壓隨其無功出力變化，無功出力又受其勵磁電流的影響。AVC通過動態(tài)調節(jié)勵磁調節(jié)器的電壓給定值來控制發(fā)電機的機端電壓，從而實現(xiàn)發(fā)電廠電壓無功自動調控的目的，如圖1所示。

圖1 勵磁電壓與母線電壓的關系圖

1 系統(tǒng)構成

自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)，主要由主站AVC系統(tǒng)、子站AVC系統(tǒng)、通信通道等組成［4-5］，如圖2所示。主站AVC系統(tǒng)安裝在調度側，用于實時監(jiān)測系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)無功運行情況，完成AVC系統(tǒng)計算分析及下發(fā)控制調節(jié)指令等功能，同時接受AVC系統(tǒng)子站設備的反饋信息。子站AVC系統(tǒng)安裝在電廠側，接受并執(zhí)行調度側控制指令等功能，通過調節(jié)機組無功出力，及時調節(jié)系統(tǒng)電壓，并反饋相關信息至AVC系統(tǒng)主站。通信通道基于調度數(shù)據網，實現(xiàn)主站AVC系統(tǒng)和子站AVC系統(tǒng)的通信及數(shù)據傳輸。

圖2 AVC系統(tǒng)構成

2 AVC系統(tǒng)保護試驗

由于AVC系統(tǒng)保護試驗涉及面廣，關系到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，必須成立由調度中心和電廠組成試驗的領導和工作小組，以加強對整個試驗過程的協(xié)調和管理，確保試驗過程中機組和電網的安全穩(wěn)定。

2.1 試驗目的

結合電廠機電設備運行的實際情況和發(fā)電機運行參數(shù)及機組保護和自動裝置限制值整定，作為試驗驗證范圍，根據整定定值逐一驗證，并詳細記錄試驗過程和試驗數(shù)據。驗證AVC系統(tǒng)能夠根據實時指令，正確、及時地將系統(tǒng)母線電壓控制在目標范圍內，驗證保護策略的全面性、響應正確性。

2.2 試驗條件

（1）參加調試的各機組運行正常，機組負荷大于30%PE；

（2）參加調試的各機組勵磁系統(tǒng)運行正常；

（3）AVC系統(tǒng)與電廠設備連接正確；

（4）子站系統(tǒng)軟硬件安裝完畢，軟件模擬測試功能正確；

2.3 試驗準備

（1）檢查子站系統(tǒng)有關的畫面、數(shù)據庫、參數(shù)修改已經完成；

（2）熟悉AVC系統(tǒng)的運行方式和工作流程，掌握AVC投退流程；

（3）計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示關鍵數(shù)據，如機端電壓、機端電流，勵磁電流、勵磁電流、開關站母線電壓、廠用電壓等進行校核，保證監(jiān)控參數(shù)的準確性；

（4）參加試驗人員和運行人員熟悉試驗方案，了解試驗步驟，對試驗過程中的關鍵控制環(huán)節(jié)能夠采取有效的控制措施。

3 AVC系統(tǒng)保護策略

AVC系統(tǒng)的運行，必須在保障電廠設備安全的前提下，進一步發(fā)揮AVC系統(tǒng)的優(yōu)勢，避免系統(tǒng)的誤控、不控等異常情況。所以實施AVC系統(tǒng)保護功能，顯得尤為重要。

3.1 整定AVC保護定值

發(fā)電機出線端處的標準額定功率因數(shù)一般為過勵0.8、0.85、0.9，根據制造廠商發(fā)電機運行容量曲線P-Q圖及該功率因數(shù)確定AVC系統(tǒng)控制機組滯相范圍。根據制造廠商發(fā)電機運行容量曲線P-Q圖及發(fā)電機進相運行試驗報告，同時參考調控中心對電廠進相運行管理規(guī)定，確定AVC系統(tǒng)控制機組調節(jié)進相范圍，如圖3所示。

圖3 機組進相范圍整定

同時，AVC系統(tǒng)控制過程中，合理整定AVC運行定值，是非常重要的一個環(huán)節(jié)，是保障機組安全和電網穩(wěn)定的基礎。涉及系統(tǒng)母線電壓、機端電壓、廠用母線電壓、機組無功是必須進行設置，并嚴格計算整定。根據現(xiàn)場實際調節(jié)，可將勵磁電壓、勵磁電流、380V母線電壓作為AVC系統(tǒng)控制的可選保護條件。

3.2 AVC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)調節(jié)互鎖

AVC系統(tǒng)調節(jié)過程中，需要實現(xiàn)AVC自動調節(jié)勵磁和DCS手動調節(jié)勵磁的唯一性，避免多方控制，出現(xiàn)重復調節(jié)、反復調節(jié)、超調等異?，F(xiàn)象。所以DCS側必須實現(xiàn)互鎖邏輯閉鎖控制，并建立AVC系統(tǒng)與DCS之間的信息交互，如圖4所示。

圖4 AVC與DCS信息交互

DCS側互鎖邏輯功能實施要求如下：

當DCS側檢測勵磁開關為合位，并操作DCS畫面上的“允許”按鈕時，DCS發(fā)送允許信號為1至AVC系統(tǒng)；當DCS側監(jiān)測勵磁開關為分位，或操作DCS畫面上的“禁止”按鈕時，DCS發(fā)允許信號為0至AVC系統(tǒng)。

當機組DCS接收到機組“AVC投退”信號為1時，閉鎖機組DCS畫面上的手動增、減磁控制按鈕；當機組DCS接收到機組“AVC投退”信號為0時， DCS按照原有手動方式調節(jié)。

當機組“AVC投退”與機組“AVC增磁”條件同時成立時，DCS輸出增磁至AVR，增磁脈寬為固定脈寬寬度，或等同于接收到AVC增磁脈沖寬度。

當機組“AVC投退”與機組“AVC減磁” 條件同時成立時，DCS輸出減磁至AVR，減磁脈寬為固定脈寬寬度，或等同于接收到AVC減磁脈沖寬度。

3.3 AVC系統(tǒng)脈寬整定

AVC系統(tǒng)控制輸出方式分為：脈沖調節(jié)、脈寬調節(jié)和模擬量調節(jié)。對于采用脈沖調節(jié)、脈寬調節(jié)的機組，由專用AVC控制輸出板將模擬量轉換為脈沖或脈寬方式調節(jié)勵磁調節(jié)器。對于需要模擬量調節(jié)的機組，通過數(shù)模轉換，將AVC調節(jié)指令（數(shù)值）輸出4～20mA模擬量進行調節(jié)，目前多采用固定脈沖或可變脈寬方式。

為保證AVC系統(tǒng)快速響應、并實現(xiàn)穩(wěn)定控制，必須對AVC系統(tǒng)輸出脈寬進行整定。AVC系統(tǒng)控制出口一般采用可變脈寬或固定脈寬方式，由于國內勵磁調節(jié)器多數(shù)采用恒壓方式，所以密切關注機端電壓的變化范圍，合理整定脈寬大小與機端電壓的變化關系，即能保證快速響應調節(jié)，又能避免或減少超調現(xiàn)象，達到快速、穩(wěn)定調節(jié)控制。

3.4 AVC系統(tǒng)數(shù)據異常自動退出

當出現(xiàn)勵磁系統(tǒng)異?；蚬收系惹闆r時，影響電廠機組安全運行，需實現(xiàn)AVC系統(tǒng)自動退出功能。當發(fā)電機正常停機或事故停機時，無需參與AVC系統(tǒng)調節(jié)，同樣也需要實現(xiàn)AVC自動退出功能。當出現(xiàn)涉及影響電網穩(wěn)定、機組安全運行等緊急情況時，可手動退出AVC控制，避免事故范圍的擴大。

3.5 AVC系統(tǒng)數(shù)據異常停止調節(jié)

AVC系統(tǒng)運行過程中，實時監(jiān)視系統(tǒng)母線電壓、發(fā)電機有功功率、發(fā)電機無功功率、發(fā)電機定子電壓、廠用母線電壓、勵磁電壓、勵磁電流等AVC系統(tǒng)相關重要數(shù)據，當數(shù)據長時間不刷新、或數(shù)據質量標志位異常，需要實現(xiàn)AVC系統(tǒng)停止調節(jié)功能，避免AVC系統(tǒng)無法監(jiān)測到真實數(shù)據出現(xiàn)誤控，影響設備安全。當相關重要數(shù)據恢復后，AVC系統(tǒng)能自動恢復控制。

AVC系統(tǒng)控制過程中，由于系統(tǒng)擾動、廠站端大型設備啟停等原因造成無功、電壓等量測的突變，可能出現(xiàn)反調現(xiàn)象。當出現(xiàn)反調現(xiàn)象時，AVC系統(tǒng)能立即告警響應，并停止調節(jié)，避免繼續(xù)調節(jié)，影響電網穩(wěn)定、機組設備安全。

3.6 AVC系統(tǒng)單向閉鎖保護

當出現(xiàn)系統(tǒng)母線電壓、發(fā)電機無功功率、發(fā)電機定子電壓、廠用母線電壓、勵磁電壓、勵磁電流、380V母線電壓等AVC系統(tǒng)相關重要數(shù)據，超過設置定值時，AVC系統(tǒng)必須即能保證設備安全，又能繼續(xù)有效控制。即當實測越設置上限定值時，AVC系統(tǒng)停止執(zhí)行增磁命令，但可繼續(xù)執(zhí)行減磁命令。當實測越設置下限定值時，AVC系統(tǒng)停止執(zhí)行減磁命令，但可繼續(xù)執(zhí)行增磁命令。

勵磁調節(jié)器過勵、欠勵信號也是非常關鍵的運行參數(shù)，當過勵時，AVC系統(tǒng)停止執(zhí)行增磁命令，但可繼續(xù)執(zhí)行減磁命令，當欠勵時，AVC系統(tǒng)停止執(zhí)行減磁命令，但可繼續(xù)執(zhí)行增磁命令。

3.7 AVC系統(tǒng)反拉功能

當出現(xiàn)發(fā)電機無功、發(fā)電機定子電壓、廠用母線電壓、380V母線電壓等AVC系統(tǒng)相關重要數(shù)據越限時，由于系統(tǒng)影響及勵磁恒壓方式的運行，這些重要數(shù)據可能出現(xiàn)進一步超限運行，影響機組運行安全。所以需要實現(xiàn)AVC系統(tǒng)對重要數(shù)據的反拉功能，并合理設置反拉定值及反拉結束定值，將數(shù)據反拉到可控范圍內，同時需要實現(xiàn)反拉數(shù)據的雙向閉鎖定值，避免數(shù)據異常造成異常反拉，保障設備安全和機組安全穩(wěn)定運行。由于系統(tǒng)母線電壓為某一區(qū)域電網運行工況，不建議實現(xiàn)系統(tǒng)母線電壓的反拉功能，避免通過調節(jié)某臺機組，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

實現(xiàn)重要數(shù)據的反拉功能時，反拉定值設置需要遵循如下原則：

雙邊閉鎖上限值>反拉上限值>反拉上限結束值>單邊閉鎖上限值

雙邊閉鎖下限值>反拉下限值>反拉下限結束值>單邊閉鎖下限值

由于發(fā)電機無功根據發(fā)電機有功的變化，滯相定值和進相定值跟隨變動，無功反拉定值及無功雙邊閉鎖定值需要具備自動計算功能，并遵循反拉定值設置原則。

反拉功能設置定值舉例，如發(fā)電機定子電壓額定運行參數(shù)為20kV，單向閉鎖上限為21kV，單向閉鎖下限為19kV，設置反拉上限為21.2kV，反拉至21.1kV，設置反拉下限為18.8kV，反拉至18.9kV，雙向閉鎖上限22.2kV，雙向閉鎖下限17.8kV，統(tǒng)計表如表1所示。

表1 反拉功能設置定值表

3.8 控制繼電器粘連防護

當AVC系統(tǒng)控制繼電器出現(xiàn)粘連，且勵磁調節(jié)器無過濾有效脈沖保護時，極易出現(xiàn)機組異常停機等重大事故。所以防止繼電器粘連，可采用雙控制板串聯(lián)輸出，將概率降低一般，如圖5所示。同時，需要采用合格的繼電器，統(tǒng)計繼電器的動作次數(shù)，達到壽命年限，定期更換。

圖5 雙控制板接線圖

3.9 機組無功調節(jié)無效性判別

AVC系統(tǒng)運行過程中，可能會出現(xiàn)AVC系統(tǒng)控制板故障、硬接線通道故障、或控制勵磁調節(jié)器的出口繼電器故障等原因，導致機組無功始終無法調節(jié)到位，AVC系統(tǒng)需要具備機組無功調節(jié)無效個數(shù)統(tǒng)計。當調節(jié)無效個數(shù)達到限值時，AVC系統(tǒng)實現(xiàn)自動告警提醒功能或自動退出AVC功能，提醒運維人員及時發(fā)現(xiàn)并查清故障，盡快恢復AVC系統(tǒng)正常運行。

3.10 指令有效性判別

AVC系統(tǒng)需支持多種指令類型控制，常用的控制指令類型包括系統(tǒng)電壓絕對值方式、電壓增量編碼值方式、全廠總無功方式、單機無功方式等。當系統(tǒng)電壓指令（或無功指令）越限值、越最大調節(jié)步長時，AVC系統(tǒng)具備對有效指令識別功能，對正確指令立即執(zhí)行，對非法指令拒絕執(zhí)行功能。

3.11 本地計劃曲線控制功能

AVC系統(tǒng)具備288點本地計劃曲線控制功能，或帶寬控制功能，滿足不同調度機構對本地方式控制的要求。當運行在本地計劃曲線方式時，AVC系統(tǒng)每5min自動更新電壓控制指令。當運行在本地帶寬方式時，軟件自動識別有效的可控上限曲線和下限曲線，當系統(tǒng)電壓運行在限值以內，AVC停止對勵磁系統(tǒng)的控制，當系統(tǒng)電壓超過限值，立即進行有效控制，將系統(tǒng)電壓反拉至限值內。

3.12 遠方指令不更新判斷處理

AVC系統(tǒng)運行過程中，可能出現(xiàn)調度指令長時間不更新，一般設置判斷時間15min。若調度要求，當子站AVC系統(tǒng)長時間未收到調度的合法指令時，需自動切換到AVC就地方式運行。所以需合理設置AVC就地曲線、控制上限曲線、控制下限曲線，并定期維護，避免指令異常時，進行無效控制。

3.13 雙控主機的運行處理

無論一體化AVC系統(tǒng)配置或獨立AVC系統(tǒng)配置，目前趨勢都是采用雙主機運行，但需要實現(xiàn)只有其中一臺為主控主機，將指令發(fā)給AVC系統(tǒng)控制模塊，避免雙主機同時將控制指令下發(fā)，出現(xiàn)重復調節(jié)、超調等異?，F(xiàn)象，造成系統(tǒng)電壓波動。

4 結束語

經過現(xiàn)場實施與設計經驗表明：AVC系統(tǒng)在電網運行中發(fā)揮著顯著作用，為保證AVC系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行，積極發(fā)揮AVC系統(tǒng)在電網中的作用，在實施AVC系統(tǒng)保護時必須采取可靠措施，值得我們不斷的探討與研究。