臺州發電廠AVC子站系統的實現

朱曉瑾

（臺州發電廠，浙江 臺州 318016）

發電廠是電力系統重要的無功電源，對電力系統的無功平衡和電壓調整發揮著重要作用。目前調節發電機無功控制高壓母線電壓的方法，主要是由調度中心按照高峰、平谷和低谷等不同時段劃分母線電壓控制范圍，按季度向各發電廠下達曲線指標，各發電廠值班人員根據調度的要求進行人工調節。這種沿用了多年的就地分散控制管理模式，在當前電網結構日益復雜的形勢下已經暴露出了一些弊端。

為進一步提高浙江電網的電壓質量，一方面需要優化無功資源配置，另一方面需加強電壓/無功的控制能力，盡快投入自動電壓控制系統（AVC），實現對全網電壓/無功進行綜合的在線優化決策、動態調度和管理，提高電網運行的安全性和經濟性。

1 AVC子站的技術方案

1.1 新增硬件

臺州發電廠AVC子站項目要求實現7-10號機組的自動電壓控制功能。7，8號機組為2臺330 MW機組，9，10號機為2臺300 MW機組，分別接入2條相互獨立的220 kV母線。省級電力調度中心（簡稱省調）AVC主站系統設定2個高壓母線電壓/全廠總無功目標值或電壓控制曲線。

目前發電廠已投入運行的遠動系統包括網控監控系統（NCS）和遠動裝置兩部分。其中NCS的間隔層設備采用多臺上海惠安公司智能測控裝置D25組成分層、分布式網絡系統；遠動裝置采用上海惠安公司的網絡型雙機熱備GR90 RTU。

根據臺州發電廠實際情況，AVC子站采用擴展RTU的一體化模式。在現有2臺遠動裝置D200中各增加1塊CPU，作為AVC主控模塊加載AVC軟件，將省調所發的電壓目標或無功目標分解到每臺機組，并根據每臺機組的調節目標下發執行命令。增加7，8號機AVC測控屏，與遠動裝置D200間通過光纜通信，其中包括增加1塊D20C作為7，8號機AVC控制輸出模塊，并采集相關AVC信號；9，10號機組AGC屏中增裝AVC控制輸出模塊，利用現有9，10號機組AGC屏中的2塊D20C作為9，10號機AVC控制輸出模塊并采集相關AVC信號。在遠動機房增加1臺工控機作為AVC當地功能服務器，在四期、五期集控室各增加1臺PC機作為AVC操作員站；AVC當地功能服務器與D200之間通過串口通信，與AVC操作員站之間通過網絡通信。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

1.2 數據采集

AVC子站需要采集高壓母線和機組的相關數據，有通信方式與直采方式2種采集方法，各有利弊。通信方式避免重復采集，信息的一致性好、電纜使用量少、施工工作量小，但是需要“握手”程序，數據獲取會有延時，數據轉換精度會有損失。直采方式數據能即時獲取，誤差相對小，但是往往重復采樣，一致性差，并且要增加變送器，電纜使用較多，施工工作量大。在兼顧避免信息重復采集、確保信息一致性及減少施工工作量的前提下，確定RTU已有的量采用通信方式，其它量采用直采方式的數據采集模式。

AVC子站需要采集的模擬量有：所有參與AVC調節的各機組有功功率、無功功率、定子電壓、定子電流、轉子電流、廠用母線電壓、主變高壓側有功功率、無功功率、220 kV正/副母線電壓。需要重新采樣的模擬量有：定子電壓、轉子電流、廠用母線電壓。需要采集的開關量有：所有參與AVC調節的各機組的斷路器、隔離開關位置信號、發變組及勵磁系統的故障/異常信號、允許AVC投入信號。AVC子站送出的 開關量有：AVC增磁、AVC減磁、機組AVC投入、機組AVC退出、AVC故障信號、AVC異常告警信號。另外，AVC子站將相關模擬量、開關量信息上傳至AVC主站，為主站提供計算依據。

1.3 AVC的控制權

在機組DCS中，對AVC子站及勵磁系統的“握手”邏輯進行組態。AVC子站必須收到機組DCS送出的AVC允許投入信號才能投入AVC控制。AVC允許投入的條件有：無發變組及勵磁系統異常或故障、無AVC異常或故障及無CRT增減勵磁操作。在允許條件中設計無CRT增減勵磁操作的目的是為了在緊急情況下，運行人員拿回機組無功的控制權，以便對機組無功進行快捷地人為干預。

由于目前勵磁調節系統不具備對省調下發計劃指令的接收功能，只能接收無功調節的加、減信號，因此AVC送出的增減勵磁信號通過DCS剔除過窄或過寬脈沖后，以適當的脈沖寬度進行無功控制，對AVC增減勵磁信號進行脈沖調制是為了防止增減勵磁接點的抖動或粘連。

2 AVC控制及保護策略

2.1 控制策略

AVC系統由3層控制組成，1級：單元控制（機組勵磁系統），時間常數一般在毫秒-秒級；2級：本地控制（發電側AVC子站），時間常數一般在秒-分鐘級；3級：省調AVC主站，時間常數一般在分鐘-小時級。AVC主站接收全網的數據，根據分層、分區無功平衡的原則，通過全網的優化計算，得出發電廠母線電壓/無功的目標值并通過遠動通道將發電廠母線電壓/無功目標值發送至AVC子站。AVC子站接收主站指令的同時，通過發電廠遠動系統接收與調度同源的機組和母線電壓實時數據，充分考慮各種安全約束條件后估算出發電廠內機組總的無功功率，按照一定的原則合理分配至每臺機組。

發電廠高壓母線電壓直接受發電機無功功率輸出的影響，各發電機組間一般按功率因數相近分配無功，同時考慮機端電壓在合適范圍內，并且使發電機的功角留有一定裕度。AVC軟件無功功率的分配原則有等功率因數分配、平均分配、等容量分配和等裕度分配方式。根據實際情況及以往的運行經驗，選用等裕度分配原則控制各機組無功功率，確保每臺機組的機端電壓在合格的范圍內，并有相似的調整裕度。AVC計算軟件通過系統判斷、拓撲結構識別、調節死區自學習、系統阻抗辯識、調節速度模糊控制、單機無功分配等計算，同時充分考慮各種約束條件后，發出增減勵磁信號。

2.2 AVC運行約束條件

AVC控制需要充分考慮發電機的各種極限指標和約束條件，以保證發電機安全、穩定運行。裝置對影響機組正常運行的參數具有保護和閉鎖功能，使機組在正常工作條件下盡量滿足系統的要求。例如：與主站通信中斷、指令超過偏差、機端電壓越限、母線電壓越限、機組無功越限等，這些保護和閉鎖必須與發電機勵磁系統的各種限制以及發變組保護合理配合，一般至少留有10%的余地，杜絕定值整定不當帶來的不良后果。定子電壓和廠用電壓的限制應考慮設備絕緣要求，不能高于最大允許值，也不能低于最小允許值。

此外，還設定了母線電壓控制調節死區和機組無功調節死區，以避免頻繁調節。AVC子站在滿足以上運行約束條件時，裝置閉鎖輸出，一旦運行條件正常，裝置恢復正常運行。

一體化的AVC還有1個特點，就是上下位機集成于D200中，通過D200下發指令到D20C板來實現輸出模塊動作，用定時器電路（watchdog）來監測相應機組AVC的D20C是否在線，如果不在線，則該機組AVC下位機退出控制。

3 探討與分析

3.1 采集模擬量的可靠性

不管是利用RTU已采樣的模擬量，還是AVC新增采集的模擬量，其原始數據均來自電氣量變送器，目前引入RTU與AVC的模擬量均只使用了單個變送器，一旦變送器本身故障或輸入電源中斷，可能出現數據異常，造成AVC發出誤調節信號。為了避免此類情況的出現，RTU與AVC必須具備識別壞點的能力，如增加變送器，以便實現“三取二”或“三取中”邏輯，或利用其它相關量來判別是否出現壞點等。

3.2 通信延時的影響

AVC系統運用了大量的通信設備。由于通信存在延時，使得AVC對電網及機組的判斷存在滯后和誤差，易引起決策不當。通信延時與傳輸距離成正比，并且網絡節點和其它數字設備也會產生延時。優化網絡配置，可以在一定程度上縮短延時。但是通信的信道資源是有限的，因此高優先級的消息要優先發送，通過對優先級別的優化配置，可以有效地控制通信延遲。

3.3 確保發電機組安全穩定運行

當機組運行在無功上限或下限附近，而AVC又發出增減勵磁指令時，可能出現超調，從而越過限制邊界。勵磁系統中的勵磁限制動作，將無功調回到安全區，AVC再次起作用，又進行新一輪的調節，形成振蕩現象，嚴重影響機組的安全穩定運行。另一種情況一般出現在后半夜，機組無功低，母線電壓高，如果此時機組處于AVC調節模式，由于母線電壓已經越限，必然閉鎖增勵磁，如此時發生機組無功越下限，無法由AVC將其恢復到正常范圍，此時勵磁調節系統必須做出快速反應，確保機組安全。

因此，發變組保護中的失磁、轉子過熱、定子過負荷等保護，勵磁調節系統的低勵限制、過勵限制、定子電流限制等保護，AVC中的機組無功越限、定子電流越限、轉子電流越限等閉鎖條件，三者之間應配合良好，留出調節裕度，是杜絕此類現象發生，確保機組安全穩定運行的有效措施。

4 結語

一體化AVC利用現有的RTU設備，實現了現有資源的優化；其目標調節和反饋在同一裝置內完成，實時閉環調節，減少通信延時和數據轉換精度損失，提高了網絡數據安全性；減少了現場安裝調試、維護工程量和施工費用。

目前浙江省內發電廠正加快AVC子站系統的項目實施工作，待各發電廠AVC全部投入使用后，通過合理分配無功，可將系統無功儲備保持在較高的水平，從而大大提高電網安全穩定水平和機組運行穩定水平，提高電壓合格率，改善電能質量。

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