台州发电厂AVC子站系统的实现

朱晓瑾

（台州发电厂，浙江 台州 318016）

发电厂是电力系统重要的无功电源，对电力系统的无功平衡和电压调整发挥着重要作用。目前调节发电机无功控制高压母线电压的方法，主要是由调度中心按照高峰、平谷和低谷等不同时段划分母线电压控制范围，按季度向各发电厂下达曲线指标，各发电厂值班人员根据调度的要求进行人工调节。这种沿用了多年的就地分散控制管理模式，在当前电网结构日益复杂的形势下已经暴露出了一些弊端。

为进一步提高浙江电网的电压质量，一方面需要优化无功资源配置，另一方面需加强电压/无功的控制能力，尽快投入自动电压控制系统（AVC），实现对全网电压/无功进行综合的在线优化决策、动态调度和管理，提高电网运行的安全性和经济性。

1 AVC子站的技术方案

1.1 新增硬件

台州发电厂AVC子站项目要求实现7-10号机组的自动电压控制功能。7，8号机组为2台330 MW机组，9，10号机为2台300 MW机组，分别接入2条相互独立的220 kV母线。省级电力调度中心（简称省调）AVC主站系统设定2个高压母线电压/全厂总无功目标值或电压控制曲线。

目前发电厂已投入运行的远动系统包括网控监控系统（NCS）和远动装置两部分。其中NCS的间隔层设备采用多台上海惠安公司智能测控装置D25组成分层、分布式网络系统；远动装置采用上海惠安公司的网络型双机热备GR90 RTU。

根据台州发电厂实际情况，AVC子站采用扩展RTU的一体化模式。在现有2台远动装置D200中各增加1块CPU，作为AVC主控模块加载AVC软件，将省调所发的电压目标或无功目标分解到每台机组，并根据每台机组的调节目标下发执行命令。增加7，8号机AVC测控屏，与远动装置D200间通过光缆通信，其中包括增加1块D20C作为7，8号机AVC控制输出模块，并采集相关AVC信号；9，10号机组AGC屏中增装AVC控制输出模块，利用现有9，10号机组AGC屏中的2块D20C作为9，10号机AVC控制输出模块并采集相关AVC信号。在远动机房增加1台工控机作为AVC当地功能服务器，在四期、五期集控室各增加1台PC机作为AVC操作员站；AVC当地功能服务器与D200之间通过串口通信，与AVC操作员站之间通过网络通信。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

1.2 数据采集

AVC子站需要采集高压母线和机组的相关数据，有通信方式与直采方式2种采集方法，各有利弊。通信方式避免重复采集，信息的一致性好、电缆使用量少、施工工作量小，但是需要“握手”程序，数据获取会有延时，数据转换精度会有损失。直采方式数据能即时获取，误差相对小，但是往往重复采样，一致性差，并且要增加变送器，电缆使用较多，施工工作量大。在兼顾避免信息重复采集、确保信息一致性及减少施工工作量的前提下，确定RTU已有的量采用通信方式，其它量采用直采方式的数据采集模式。

AVC子站需要采集的模拟量有：所有参与AVC调节的各机组有功功率、无功功率、定子电压、定子电流、转子电流、厂用母线电压、主变高压侧有功功率、无功功率、220 kV正/副母线电压。需要重新采样的模拟量有：定子电压、转子电流、厂用母线电压。需要采集的开关量有：所有参与AVC调节的各机组的断路器、隔离开关位置信号、发变组及励磁系统的故障/异常信号、允许AVC投入信号。AVC子站送出的 开关量有：AVC增磁、AVC减磁、机组AVC投入、机组AVC退出、AVC故障信号、AVC异常告警信号。另外，AVC子站将相关模拟量、开关量信息上传至AVC主站，为主站提供计算依据。

1.3 AVC的控制权

在机组DCS中，对AVC子站及励磁系统的“握手”逻辑进行组态。AVC子站必须收到机组DCS送出的AVC允许投入信号才能投入AVC控制。AVC允许投入的条件有：无发变组及励磁系统异常或故障、无AVC异常或故障及无CRT增减励磁操作。在允许条件中设计无CRT增减励磁操作的目的是为了在紧急情况下，运行人员拿回机组无功的控制权，以便对机组无功进行快捷地人为干预。

由于目前励磁调节系统不具备对省调下发计划指令的接收功能，只能接收无功调节的加、减信号，因此AVC送出的增减励磁信号通过DCS剔除过窄或过宽脉冲后，以适当的脉冲宽度进行无功控制，对AVC增减励磁信号进行脉冲调制是为了防止增减励磁接点的抖动或粘连。

2 AVC控制及保护策略

2.1 控制策略

AVC系统由3层控制组成，1级：单元控制（机组励磁系统），时间常数一般在毫秒-秒级；2级：本地控制（发电侧AVC子站），时间常数一般在秒-分钟级；3级：省调AVC主站，时间常数一般在分钟-小时级。AVC主站接收全网的数据，根据分层、分区无功平衡的原则，通过全网的优化计算，得出发电厂母线电压/无功的目标值并通过远动通道将发电厂母线电压/无功目标值发送至AVC子站。AVC子站接收主站指令的同时，通过发电厂远动系统接收与调度同源的机组和母线电压实时数据，充分考虑各种安全约束条件后估算出发电厂内机组总的无功功率，按照一定的原则合理分配至每台机组。

发电厂高压母线电压直接受发电机无功功率输出的影响，各发电机组间一般按功率因数相近分配无功，同时考虑机端电压在合适范围内，并且使发电机的功角留有一定裕度。AVC软件无功功率的分配原则有等功率因数分配、平均分配、等容量分配和等裕度分配方式。根据实际情况及以往的运行经验，选用等裕度分配原则控制各机组无功功率，确保每台机组的机端电压在合格的范围内，并有相似的调整裕度。AVC计算软件通过系统判断、拓扑结构识别、调节死区自学习、系统阻抗辩识、调节速度模糊控制、单机无功分配等计算，同时充分考虑各种约束条件后，发出增减励磁信号。

2.2 AVC运行约束条件

AVC控制需要充分考虑发电机的各种极限指标和约束条件，以保证发电机安全、稳定运行。装置对影响机组正常运行的参数具有保护和闭锁功能，使机组在正常工作条件下尽量满足系统的要求。例如：与主站通信中断、指令超过偏差、机端电压越限、母线电压越限、机组无功越限等，这些保护和闭锁必须与发电机励磁系统的各种限制以及发变组保护合理配合，一般至少留有10%的余地，杜绝定值整定不当带来的不良后果。定子电压和厂用电压的限制应考虑设备绝缘要求，不能高于最大允许值，也不能低于最小允许值。

此外，还设定了母线电压控制调节死区和机组无功调节死区，以避免频繁调节。AVC子站在满足以上运行约束条件时，装置闭锁输出，一旦运行条件正常，装置恢复正常运行。

一体化的AVC还有1个特点，就是上下位机集成于D200中，通过D200下发指令到D20C板来实现输出模块动作，用定时器电路（watchdog）来监测相应机组AVC的D20C是否在线，如果不在线，则该机组AVC下位机退出控制。

3 探讨与分析

3.1 采集模拟量的可靠性

不管是利用RTU已采样的模拟量，还是AVC新增采集的模拟量，其原始数据均来自电气量变送器，目前引入RTU与AVC的模拟量均只使用了单个变送器，一旦变送器本身故障或输入电源中断，可能出现数据异常，造成AVC发出误调节信号。为了避免此类情况的出现，RTU与AVC必须具备识别坏点的能力，如增加变送器，以便实现“三取二”或“三取中”逻辑，或利用其它相关量来判别是否出现坏点等。

3.2 通信延时的影响

AVC系统运用了大量的通信设备。由于通信存在延时，使得AVC对电网及机组的判断存在滞后和误差，易引起决策不当。通信延时与传输距离成正比，并且网络节点和其它数字设备也会产生延时。优化网络配置，可以在一定程度上缩短延时。但是通信的信道资源是有限的，因此高优先级的消息要优先发送，通过对优先级别的优化配置，可以有效地控制通信延迟。

3.3 确保发电机组安全稳定运行

当机组运行在无功上限或下限附近，而AVC又发出增减励磁指令时，可能出现超调，从而越过限制边界。励磁系统中的励磁限制动作，将无功调回到安全区，AVC再次起作用，又进行新一轮的调节，形成振荡现象，严重影响机组的安全稳定运行。另一种情况一般出现在后半夜，机组无功低，母线电压高，如果此时机组处于AVC调节模式，由于母线电压已经越限，必然闭锁增励磁，如此时发生机组无功越下限，无法由AVC将其恢复到正常范围，此时励磁调节系统必须做出快速反应，确保机组安全。

因此，发变组保护中的失磁、转子过热、定子过负荷等保护，励磁调节系统的低励限制、过励限制、定子电流限制等保护，AVC中的机组无功越限、定子电流越限、转子电流越限等闭锁条件，三者之间应配合良好，留出调节裕度，是杜绝此类现象发生，确保机组安全稳定运行的有效措施。

4 结语

一体化AVC利用现有的RTU设备，实现了现有资源的优化；其目标调节和反馈在同一装置内完成，实时闭环调节，减少通信延时和数据转换精度损失，提高了网络数据安全性；减少了现场安装调试、维护工程量和施工费用。

目前浙江省内发电厂正加快AVC子站系统的项目实施工作，待各发电厂AVC全部投入使用后，通过合理分配无功，可将系统无功储备保持在较高的水平，从而大大提高电网安全稳定水平和机组运行稳定水平，提高电压合格率，改善电能质量。

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