无功电压自动控制系统调试方法研究

崔佳鹏，徐明宇，穆兴华，曹 融，王 宏，吕永生

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030；2.国网黑龙江省电力有限公司 调控中心，哈尔滨 150090；3.国网大庆供电公司,黑龙江 大庆 163485)

无功电压自动控制系统调试方法研究

崔佳鹏1，徐明宇1，穆兴华1，曹 融1，王 宏2，吕永生3

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030；2.国网黑龙江省电力有限公司 调控中心，哈尔滨 150090；3.国网大庆供电公司,黑龙江 大庆 163485)

电压稳定直接关系到电网的供电质量，各上网电厂均安装了无功电压自动控制(AVC)系统子站，与AVC主站构成了电网的无功电压自动控制系统，对电网电压进行自动调节和控制。本文介绍了AVC系统的原理和电厂侧子站控制实现方式，提出一种调节电网电压无功的AVC现场调试方法，可以为其他调试现场提供借鉴。

自动电压控制；发电厂AVC系统；AVC调试方法

随着电力系统快速发展，我国电网规模不断扩大，电网各级结构和运行方式变得日益复杂，传统的无功电压手动调节方式已经越来越不适用于电力系统的需要，无功电压自动控制(AVC)系统成为降低电网损耗[1]、减轻运行人员劳动强度、改善电能质量必不可少的手段[2]。根据国家电网统一部署，黑龙江电网已经完成AVC系统建设，并作为一个功能模块并入黑龙江省智能电网调度控制系统平台。黑龙江电网通过调度数据网作为数据通信的传输媒介，控制全部省调直调220kV及以上水火电厂的AVC电厂侧子站。随着AVC控制规模逐步扩大，AVC系统的控制能力将逐渐增强，系统调压、降损效果将更加显著。

发电厂侧AVC装置是电网无功电压控制系统的一个重要组成部分，是提高电网电压安全和运行管理水平，保证电能质量的重要技术手段[3]。但由于发电厂AVC系统牵涉到电气、热工、运行、通信等多种相关专业[4]，目前现场调试方法和调试手段多种多样，并不统一，多数的调试方法仅仅限于装置本身功能，AVC对电网实际无功电压调节并未进行详细的测试。本文提出一种完整的发电厂侧AVC系统调试方法，调试内容包括AVC子站的静态试验、动态试验，以及实际调节电网电压无功的AVC子站电压无功调节试验，希望能够给AVC系统调试的发电厂提供借鉴。

1 发电厂侧AVC系统控制原理及电 压调节方式

发电厂侧AVC子站既可以接受AVC主站的电压和电厂无功出力的目标值，进行全电网的闭环控制，也可以进行发电厂电压控制，保证发电厂的母线电压、无功出力在合理范围之内。发电厂AVC系统子站具有遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能，可独立采集机组运行实时机端电压、电流、母线电压、机组有功功率和无功功率等重要遥测模拟量，能够按照一定的算法将发电厂的无功总目标分配到各个机组，实现发电厂内多机的无功电压协调控制[5]。发电厂AVC系统是一个包含AVC后台机、上位机、机组下位机的完整系统，集成了机组运行数据的实时采集、调度数据网通信、人机交互、逻辑计算等多种模块。AVC上位机通过调度数据网接受来自主站的调控目标，与电厂实际运行情况进行对比，根据预先设计的控制策略实时给出电厂各机组发电机励磁系统的调控目标，实现发电厂多机组无功、电压的自动控制。AVC下位机对机组运行相关的闭锁条件等进行校核，通过DCS或者直接对机组励磁调节器进行控制。AVC后台机进行AVC系统的数据管理和分析功能。AVC系统如图1所示。

图1 AVC系统示意图Fig.1 Schematic diagram of AVC system

2 发电厂侧AVC系统调试方法

以黑龙江某火电厂的AVC系统调试为例。该发电厂是黑龙江地区常见的2×300 MW热电联产机组，单机组发电机出口电压互感器变比为20 000/100，电流互感器变比为15 000/5。

AVC系统调试第一步进行AVC装置屏柜的检查，包括装置、屏柜接线、电源、模拟通道采样、开关量通道开入开出等检查。第二步进行AVC系统静态试验，包括投退闭锁逻辑试验、增减磁以及保护定值试验，该试验可以通过继电保护测试仪模拟给AVC装置通入电压电流模拟机组运行，也可以在机组运行时进行试验。最后进行AVC系统动态试验，包括单机动态试验和全厂双机动态试验。通过在AVC系统设定母线电压或无功的目标值，自动调节全厂各机组励磁系统，达到预先设定的母线电压或无功目标值。

2.1 AVC装置检查

2.1.1 装置外观、接线检查

检查AVC装置外观、硬件配置、接线，应符合图纸设计，满足设计和运行要求。检查AVC装置背板接插件，无断线、短路等现象。

2.1.2 绝缘电阻测试

AVC装置绝缘电阻测试：用500 V摇表分别测量交流电流、交流电压、开入、开出、电源回路的绝缘电阻，绝缘电阻应大于20 MΩ。

整个二次回路绝缘电阻测试：用1 000 V摇表分别测量各回路对地绝缘电阻，绝缘电阻应大于1 MΩ。

2.1.3 电源检查

AVC装置的通电自检：给上装置电源开关，装置电源指示灯、运行闪灯亮，管理机正常启动，显示屏显示正常，管理机与装置通讯正常。

2.1.4 采样模拟通道检查

采样模拟通道检查利用继电保护测试仪在AVC装置相应采样通道通入电压电流，模拟全厂两台机组的发电机电压、电流、母线电压。模拟量采样和AVC系统计算的发电机有功无功出力显示均在合理范围内，AVC采样正确。

2.1.5 开关量开入开出通道检查

在AVC装置模拟开出AVC投入请求、退出请求、增减磁，在AVC装置相应节点利用万用表通断档测量正确。在AVC装置相应节点处，短接DCS允许AVC信号、励磁系统低励、过励限制、励磁系统故障信号，AVC装置开入显示正确。该AVC系统开关量开入开出通道正确，满足设计要求。

通过以上装置检查，说明AVC系统满足设计要求，可以继续进行静态和动态试验。

2.2 AVC静态试验

AVC装置静态试验是指验证DCS对AVC装置的投退控制和励磁系统对AVC装置的闭锁逻辑是否满足设计要求，AVC装置对励磁系统增磁减磁、机组无功的控制，以及AVC保护定值对AVC装置调节励磁系统的影响。

2.2.1 AVC无功调节及投退闭锁逻辑试验

机组正常运行时或利用继电保护测试仪输出电压电流模拟机组运行时，对AVC装置进行投退、逻辑闭锁以及无功调节试验，测试AVC装置能否满足设计要求，并在AVC上位机设定无功目标值，测试AVC系统是否能够正确地发出增减磁脉冲。试验结果如表1所示。

表1 AVC无功调节及投退闭锁逻辑试验Table 1 AVC reactive power regulation and logic test of busbar and locking

2.2.2 AVC保护定值校验

机组正常运行时或利用继电保护测试仪输出电压电流模拟机组运行时，AVC系统投入运行，修改AVC装置内的定值，测试AVC保护功能能否满足设计要求，如表2所示。

2.3 AVC动态试验

发电厂内AVC单机动态试验分别在已运行机组上进行单机AVC闭环试验，通过单机AVC闭环试验后，可以进行厂内多机组配合的AVC多机动态闭环试验。单机闭环试验验证AVC装置通过给励磁系统发送增减磁信号来调节机组无功出力和出口母线电压达到设定的目标值。

2.3.1 AVC单机闭环试验

每台机组单机AVC闭环试验约20 min，此时需要参与AVC调节的机组有功负荷稳定，不可以运行在振动区。运行的机组台数最少要求是1台，如有其他运行机组，其有功负荷也需稳定，不可以运行在振动区。单机AVC动态试验共做4次无功调节，投入试验机组的单机AVC，投全厂AVC，投入调节闭环，检查机组负荷应无变化并做好记录。

表2 AVC保护定值校验试验Table 2 AVC protection setting verification and test

第一次将全厂电压给定设定为母线实测电压+1 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。第二次将全厂电压给定设定为母线实测电压-1 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。第三次将全厂电压给定设定为母线实测电压+1 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。第四次将全厂电压给定设定为母线实测电压-1 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。

试验记录如表3、4所示。

表3 #1号机AVC单机动态试验Table 3 #1 unit AVC single-machine dynamic test

表4 #2号机AVC单机动态试验Table 4 #2 unit AVC single-machine dynamic test

通过单机闭环试验可以看出每台机组的AVC装置可以根据目标值自动调节机组无功出力和机组母线电压，调节时间满足实际需求。

3.2.2 双机闭环试验

双机闭环试验主要在合母方式下，控制对象为母线电压，多机分配方式设定为“按无功容量等比例分配”，在此方式下对全厂AVC无功功率分配及调节性能进行测试。双机开环闭环试验，约20 min，此时需要参与AVC调节的机组有功负荷稳定，不可以运行在振动区。双机闭环试验共做4次无功调节，投入试验机组的单机AVC,投全厂AVC，投入调节闭环，检查机组负荷应无变化并做好记录。

第一次将全厂电压给定设定为母线实测电压+1 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。第二次将全厂电压给定设定为母线实测电压-1 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。第三次将全厂电压给定设定为母线实测电压+2 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。第四次将全厂电压给定设定为母线实测电压-2 kV，检查试验机组无功功率分配及调节情况、母线电压变化情况并做好记录。

试验记录如表5所示。

表5 双机AVC闭环试验Table 5 Dual-machine AVC blocking test

通过双机闭环试验可以看出,AVC装置可以根据目标值自动调节全厂机组无功出力和母线电压,调节过程中机组运行平稳，无异常情况，调节时间满足实际需求，能够达到试验要求和目的。

2.4 AVC系统调试总结

通过静态试验以及全厂双机动态试验，对相关试验数据记录进行比对分析，该电厂2台机组能够及时响应并正确执行AVC上位机下发的母线电压目标值，试验期间机组有功负荷稳定，全厂有功负荷保持稳定。AVC系统厂内调试试验全部完成。

3 结 语

AVC装置的厂内调试牵扯面广，涉及到发电厂内各专业的协调以及各系统设备的相互配合，调试过程不仅需要被调试设备具备良好的扩展性、可调试性，调试前还需要准备多种事故预案，以便应对可能出现的各种紧急情况。例如：紧急情况下AVC系统的快速退出方案，下位机增减磁控制时触电粘连导致机组无功连续增减时的应对方案，如何在保证试验效果的情况下，不影响发电厂现有设备的正常运行。考虑到试验的安全性，AVC装置的静态调试一般在机组停机检修时进行，通常在机组并网前完成AVC系统的数据采样试验、接口试验，并网后进行动态调试，这样就会导致调试过程跨越机组检修过程。同时，为达到理想的控制效果，一般需要等本厂所有具备条件的机组全部单机调试完毕后再进行系统动态调试。

长远来看，发电厂AVC装置接入调度系统是大势所趋，本文以某发电厂侧AVC系统调试试验为例，介绍了AVC系统的测试方法和现场调试技术，希望能够给AVC系统调试的发电厂提供借鉴。

[1] 张金平,刘振富,郑国太.AC-4000A发电厂自动电压控制装置调试技术[J].电力系统自动化,2010,34(22): 120-123.ZHANG Jinping,LIU Zhenfu,ZHENG Guotai.Test technology of PAC-4000A power plant automatic voltage control device[J].Automation of Electric Power Systems,2010 34(22): 120-123.

[2] 黄旭东.自动电压控制系统在发电厂侧的应用[J].浙江电力,2014 (1): 43-46.HUANG Xudong.Application of automatic voltage control system in power plant side[J].Zhejiang Electric Power,2014 (1): 43-46.[3] 刘健.自动电压控制(AVC)子站功能及其建设实践[J].电力建设,2014,35(2): 95-100.LIU Jian.Function and construction practice of AVC sub station[J].Electric Power Construction,2014,35(2): 95-100.

[4] 李钦,温柏坚.广东电网电厂AVC子站建设研究[J].电力系统保护与控制,2008,36(21): 38-42.LI Qin,WEN Baijian.Research of the construction of AVC substation of power plant of Guangdong power grid[J].Power System Protection and Control,2008,36(21): 38-42.

[5] 王永平.JISHU自动电压控制技术(AVC)在电网中的应用研究[J].技术与市场,2011,18(12): 68-69.WANG Yongping.Applied research on automatic voltage control (AVC) in grid[J].Technology and Market,2011,18(12): 68-69.

(编辑 陈银娥)

Research on debugging method of automatic voltage control (AVC) system

CUI Jiapeng1，XU Mingyu1，MU Xinghua1，CAO Rong1，WANG Hong2，LÜ Yongsheng3

(1.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China;2.Regulation Center,State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited,Harbin 150030,China;3.State Grid Daqing Power Supply Company,Daqing 163485,China)

Voltage stability is directly related to the quality of power supply.At present,sub-stations of the automatic voltage control (AVC) system are all installed in the power plants,together with AVC master station to constitute AVC system of the grid for automatic adjustment and control to the grid voltage.In this paper,the principles of AVC system and implementation method to control power plant-side sub-station are described and a AVC field debugging method to adjust the grid voltage and reactive power is proposed,which can provide reference for other debugging sites.

automatic voltage control (AVC); power plant AVC system; AVC debugging method

2016-12-21;

2017-06-19。

崔佳鹏(1988—)，男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为智能电网、智能变电站调试工程及网源协调等。

TM933.3

A

2095-6843(2017)04-0299-04