發電廠自動電壓調節優化探究

國能滎陽熱電有限公司 魏飚男

1 問題現象

原AVC系統采集電壓接線方式：AVC系統#1下位機、#2下位機采集電壓分別為：#1機發變組保護C柜切換箱切換后電壓UAB1720，以及#2機發變組保護C柜切換箱切換后電壓UAB2720。

原AVC系統電壓調節邏輯：AVC系統#1下位機、#2下位機采集電壓分別作為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，為了防止調度下發的兩條母線電壓目標值不一致，導致經AVC調節的母線電壓實際值，始終無法達到目標值或是調節無效的情況出現，AVC系統調節邏輯作以下設計：增設母線電壓目標有效值和母線電壓返回有效值兩個中間變量來進行對比，從而實現母線電壓的自動調節控制，其中母線電壓目標有效值取調度下發的兩條母線電壓目標值的最新刷新量，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，系統將對兩個有效值進行對比，并采用無功容量等比例或者等功率因數的方式分配兩條母線上機組的無功出力。

1.1 問題1

分母運行時，根據I惠滎線和II惠滎線對側線路結構的不同，兩條線路及母線的電壓實際值不再相等，調度下發的兩條母線電壓目標值也將不同。此時，取中間量進行對比來調節母線電壓的邏輯已不再適用，無法正確的調節兩臺機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接線方法中，未將母聯開關狀態信號與發變組南北刀閘信號接入。由于原先為雙母線帶母聯合母固定單元運行方式，所以#1機固定掛于南母（I母），#2機固定掛于北母（II母）。在此種情況下，母聯開關與刀閘狀態都是固定的，故不需要引入這些狀態接點。

在單機運行時，AVC系統將無功目標值下發至單臺運行機組，而雙機運行時，AVC系統按照等功率因數或者無功容量等比例方式分配兩臺機組無功（合母時兩母線電壓相等）。不需要將母聯開關狀態與發變組南北刀閘信號引入自動電壓控制系統中，故無法將母聯開關狀態與發變組帶載狀態，自動電壓控制系統操作員站操作界面上的母聯開關符號與相關聯，即使在NCS系統中分合母聯開關，自動電壓控制系統操作員站操作界面上的母聯開關狀態也不會改變，需手動改變其狀態（只有顯示作用）[1]。

1.3 問題3

新的運行方式下，#1AVC下位機和#2下位機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下位機和#2下位機采集電壓）實際為#1、#2發變組C柜切換箱提供的切換后電壓，在分母運行方式下，#1機組、#2機組均有可能投運于I母、II母，此時兩條母線電壓返回值并不能確定為實際的I母電壓還是II母電壓，但是調度下發的I母電壓或II母電壓目標值卻是固定的，故不定的返回值與固定對應的目標值沒有對比意義，無法正確調節兩條母線對應機組無功出力從而達到調節電壓的目的（最終可能出現I母電壓實際值跟蹤II母電壓目標值的情況）。

1.4 問題4

AVC系統因調節無效自動退出概率變高。雙機運行時，原系統在合母運行方式下按照等功率因數給兩臺機組下發無功目標和指令。但是分母運行后，原AVC系統仍按照等功率因數邏輯分配無功，但是此時雙母實際電壓值不同、雙母電壓目標值可能不同，再加上功率因數也可能不同，存在多個變量，很難同時滿足要求，同時會導致母線電壓達到目標值需要多次調整，在這個過程中出現連續調節無效概率增大，判據生效而自動退出該臺機組AVC[2]。

從以上問題得出結論：需要引入母聯開關以及發變組出口開關南北母刀狀態，使系統自動判別母聯開關與機組運行狀態，不僅能提升自動化程度（畫面能夠直接顯示），而且為調節邏輯判斷奠定基礎，即使以后改為合母運行方式，AVC系統仍能自適應，具有較高靈活性；分母運行時，雙機運行時各機組應當獨立進行調節，不應采用等功率因數分配無功目標的邏輯，并且適當減小調節無效判據值，可以減少AVC因調節無效自動退出概率。

2 方案設計

2.1 方案1

2.1.1 接線設計

電壓接線思路：將I母電壓、II母電壓實際值接入#1AVC下位機及#2AVC下位機；刀閘狀態接點接線思路：將#1機發變組出口開關南刀閘（I母刀閘）、北刀閘（II母刀閘）狀態接點分別引入#1AVC下位機；將#2機發變組出口開關南刀閘（I母刀閘）、北刀閘（II母刀閘）狀態接點分別引入#2AVC下位機；母聯開關狀態接點：從母聯保護柜或者從母聯匯控柜母聯開關的輔助接點取。

2.1.2 邏輯修改設計

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母電壓實際值，且無法判斷#1發變組、#2發變組投運于哪條母線，故無法適用于現有運行方式，需要進行邏輯修改。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母電壓實際值，且無法判斷#1發變組、#2發變組投運于哪條母線，故無法適用于現有運行方式，需要進行邏輯修改。

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對應的發變組C柜切換箱輸出的切換后電壓值，為了設計與接線配合的邏輯，增設四個中間變量：將#1AVC下位機、#2AVC下位機采集到的I母、II母電壓實際值定義為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母電壓實際值）。

增設發變組投運判別邏輯。該判別邏輯取AVC下位機采集到的對應機組的投運狀態情況來判別該發變組投運于I母還是II母。其邏輯關系下南刀閘狀態接點、北刀閘狀態接點、發變組投運情況分別為：合、分、投運于I母；分、合、投運于II母；分、分、發變組（或切換箱）未投運；合、合、切換箱接點異常。南刀閘狀態變量QSF1、北刀閘狀態變量QSF2、機組投運結果R分別為：1/0/0、0/1/1、0/0/×、1/1/×。具體如下。

狀態變量值為0表示該刀閘為分閘、為1表示該刀閘為合閘，投運結果R值為0時表示該機組投運于I（南）母，為1時表示該機組投運II（北）母，×表示結果無效，即若出現QSF1=0,QSF2=0或QSF1=1,QSF2=1的情況，則不重新給R賦值（保持不變），邏輯判定為系統異常，并保持當前母線電壓狀態退出該機組AVC運行（切換為手動控制），且在AVC報警界面中顯示“#×機組投運狀態異常”。

由于保護C柜電壓切換裝置損壞，導致兩對輸出接點同時與刀閘狀態相反的情況基本不會出現，所以此種情況不考慮，認為R=0或1即為該機組投運于I母或II母，所以#1機組在判斷投運于哪條母線時，不需要考慮#2機組投運于哪條母線即R2的值為多少，#1機組AVC投運和調節邏輯中只關心R1的值，#2機組邏輯中亦只考慮R2的值。例如，對于#1機組來說，AVC正常投入，此時R1=0，若#2機組故障退運或者C柜切換裝置故障退運，而R2值也由于某種原因變化為R2=0，則#1機AVC系統仍能正常運行，不會退運。當R1(#1機組投運結果)=0時，則表明其投運于I母，當R1(#1機組投運結果)=1時，則表明其投運于II母。

增設機組調節判斷邏輯。分裂運行時，#1機AVC系統調節邏輯中是將I母電壓返回值與I母電壓目標值進行對比，進而調節#1發電機無功出力，但是若#1機組投運于II母，則無法完成調節（會出現II母實際電壓跟蹤I母電壓目標值的情況，#2機組也同理），所以需要配合增設的發變組投運判別邏輯來進行調節判斷。

邏輯設計：在得到R1的值后，若R1=0，則將I母電壓返回值與I母電壓目標值對比得出的無功目標值下發到#1機組AVC調節邏輯（最終下發給#1AVC下位機）；若R1=1，則將II母電壓返回值與II母電壓目標值對比得出的無功目標值下發到#1機組AVC調節邏輯（最終下發給#1AVC下位機）；在得到R2的值后，若R2=0，則將I母電壓返回值與I母電壓目標值對比得出的無功目標值下，發到#2機組AVC調節邏輯（最終下發給#2AVC下位機）；若R2=1，則將II母電壓返回值與II母電壓目標值對比得出的無功目標值下，發到#2機組AVC調節邏輯（最終下發給#2AVC下位機）。

增設母聯開關狀態變量；增加母聯開關狀態判別邏輯。新增加的母聯開關狀態變量Y值取#1下位機采集的母聯開關狀態信號（1表示母聯開關閉合，0表示斷開），并且要與界面母聯開關狀態進行關聯。母聯開關狀態判別邏輯：該邏輯是用來判斷母線運行方式是合母還是分裂運行，其作用為當Y=0時，執行正常的運行邏輯，當Y=1時，執行含有母線電壓返回有效值和母線電壓目標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）

接線設計：刀閘狀態接點接線設計。本方案刀閘狀態接點接線設計同方案1中的刀閘狀態接點接線設計；母聯開關狀態接點。同方案1中母聯開關狀態接點接線設計方法。邏輯設計：本方案邏輯設計類似方案1，但是由于未引入母線電壓實際采樣值，故需要根據機組南北刀閘狀態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，其相同點是：接線上均增加了開關刀閘狀態接點和母聯開關的狀態接點；邏輯上增加的發變組投運判別邏輯、機組調節判斷邏輯、母聯開關狀態變量是相同的，同時均取消了母線電壓返回有效值和母線電壓目標有效值兩個中間變量及其邏輯。

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

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母電壓實際值和II母電壓實際值，所以賦值邏輯較為簡單，而方案2中為了判別AVC下位機所采集到的當前電壓值是I母電壓實際值還是II母電壓實際值，所以為增加了判別邏輯，導致邏輯結構復雜，程序設計增加難度且邏輯運算量加大，增加了對計算機硬件的要求。

方案1針對雙母多機運行時，可將雙母電壓實際值分別接入各個機組對應的AVC下位機，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，發變組投運邏輯也可作簡單的相應的數量上的擴展，只有在分配母線上各投運機組的出力，需要增設無功容量等比例等分配邏輯；方案2若要擴展為雙母多機運行時，其電壓母線電壓返回值賦值邏輯復雜程度與編程難度將大幅提升，故擴展較難。改造最終選擇方案1。

3 實施效果

本公司根據方案1實施了改造，根據本公司機組實際情況，對調節邏輯進行了優化，主要有：一是合理減小調節無效判據定值，0.5MVar修改為0.2MVar。二是合理增大數據無效判定時長，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：自動電壓調節系統（AVC）能夠自動檢測母聯開關以及發變組出口開關南北刀閘的狀態信號，自動化程度提高；新的系統對于兩臺機組自由選擇帶載母線的運行方式也能夠完全應對，具有較高靈活性，即使后期改回合母運行方式也能夠適用，不需再次改造；合理減小調節無效判據定值，降低因調節無效自動退出概率，提升AVC系統運行穩定性，方便運行操作。投運時間內，未再出現因調節無效自動退出的情況；增大數據無效判定時長，有效降低發生頻次，增強調節跟隨性，使調節跟隨更快，從而使母線電壓更快達到目標值；減小指令最大步長限值，使得投運時間內，未再出現因目標值變化過大導致無功大幅波動的情況。