紫坪铺水电厂AVC试验综述

余 宁，王 群

(四川紫坪铺水电厂，四川成都 610091)

1 前 言

在自动装置的作用和给定电压约束条件下，发电机的励磁、变电站和用户的无功补偿装置的出力以及变压器的分接头都能按指令自动进行闭环调整，使其注入电网的无功逐渐接近电网要求的最优值，从而使全网有接近最优的无功电压潮流，这个过程叫自动电压控制(Automatic Voltage Control，简称AVC)，它是现代电网控制的一项重要功能。

紫坪铺水利枢纽工程位于四川省岷江上游都江堰市麻溪乡境内，距成都60km，大坝为混凝土面板堆石坝，坝高156m，总库容11.12亿m3。紫坪铺电厂于2005年11月首台机组投产发电，2006年4月4台机组全部投产。监控系统上位机采用南瑞自控公司自主研发的NC2000系统。电站于2009年7月正式进行厂内AVC试验及与四川省调中心进行AVC联合调试，为四川电网第二家进行AVC试验的中大型水电站。

2 试验体系

2.1 控制原则

(1)紫坪铺电厂自动电压控制系统的控制方式采用厂内设定出线电压目标值，进行试验。

(2)紫坪铺AVC系统在投入控制期间，根据设定的电压目标值计算调节策略。

2.2 试验期间电厂主要运行方式

紫坪铺电厂4台机组运行或备用。

2.3 安全措施

依据国家相关规定及四川电网相关要求，与调度专业人员协商每项试验的详细步骤和对应的安全防范措施，并写入《试验方案》。

2.4 组织安全措施

试验设工作组和测试组，工作组负责整个厂内AVC试验的组织领导和现场试验方案审定，测试组主要负责整个试验的准备工作、具体测试工作、试验记录和试验报告编写等。

3 控制参数设置

4 厂内AVC试验

4.1 AVC系统开环调试

4.1.1 AVC控制功能投入/退出性能测试

AVC调节方式在“开环”，AVC控制目标在“电压”，进行各机组单机AVC的投入、退出，观察机组有功、无功负荷应维持在原值无变化。

结论:满足试验目标。

4.1.2 电厂AVC系统下发出线电压目标值的变化量，观察紫坪铺电厂AVC系统的信息处理和控制输出状况

AVC调节方式在“开环”，AVC控制目标在“电压”，投入1号机组、2号机组、3号机组AVC，变化出线电压目标值(525.39－524kV)，观察各机组无功实发负荷应维持在原设定值无变化，人工设定值控制输出无效，各机组无功负荷分配值做相应变化。

结论:满足试验目标。

4.1.3 紫坪铺电厂主计算机切换对AVC的影响

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。进行主计算机切换，此时应保持AVC状态，各机组负荷应保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:保持AVC状态，各机组负荷保持不变。

4.1.4 单次电压设值命令的变化值越限

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。AVC控制目标设为“电压定值”方式运行，模拟单次电压设值由527.39kV设为522kV(单次电压设值超过5kV)，此时应报警同时设值无效，各机组负荷应保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:报警同时设值无效，各机组负荷保持不变。

4.2 AVC系统闭环调试

AVC系统闭环调试内容包括:单机调整(受控机组退出AGC控制)、测试机组穿越振动区时紫坪铺电厂AVC系统动作行为、无功重新分配过程测试、三机调整(受控机组退出AGC控制)、单机调整(受控机组投入AGC控制)、三机调整(受控机组投入AGC控制)、AVC方式及功能设置切换、电厂AVC电压曲线控制功能等试验。以下仅对测试机组穿越振动区时紫坪铺电厂AVC系统动作行为、三机调整(受控机组投入AGC控制)及电厂AVC电压曲线控制功能试验加以叙述。

4.2.1 测试机组穿越振动区时紫坪铺电厂AVC系统动作行为

试验前1号机组有功为30MW;投入1号机组单机AVC，投入全厂AVC，控制目标为电压，调节闭环，将出线电压由525kV设为527kV，此时将1号机组强制穿越振动区(将1号机组有功由30MW→50MW→75MW→95MW)，观察AVC系统动作行为是否正常，(当前水头下震动区:43MW－88MW)(无功容量等比例分配见表1)。

表1 单机AVC试验值(1号机)

表2 三机调整AVC试验值

结论:AVC系统动作行为正常。

4.2.2 三机调整(受控机组投入AGC控制)

将1号、2号、3号机组投入AVC控制模式，其余机组励磁系统置于本地手动控制(等功率因素cosφ分配)见表2。

上表需注意的是:电压由527.01调至529过程中，1号，2号机组因调节达到机端电压上限，调节闭锁。3号机组无功分配值18.83 MVar，此时系统电压维持在527.76kV。

经查询历史曲线，认为试验数据记录时间偏早，此记录时间后，3号机组仍然继续增加无功，约3分钟后系统电压达到529kV。此时3号机组实发无功约43MVar。

4.2.3 电厂AVC电压曲线控制功能试验

将1号、2号、4号机组投入AVC，共3台机组进入AVC模式控制。(无功容量等比例分配)输入今日电厂电压设定曲线为:525kV→527kV→530kV。

AVC控制目标设为“电压曲线”方式运行，观察电压调节性能(见表3)。

表3 AVC电压曲线控制功能试验值

4.3 模拟紫坪铺电厂各种一二次故障情况，观察紫坪铺电厂AVC系统的动作行为

4.3.1 模拟电厂侧永久中断与省调通信通道试验(中断时间大于20s)

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。将全厂AVC控制权设为远方调度。

AVC控制目标设为“电压定值”方式运行，模拟电厂与调度通讯(101，104)永久中断(中断时间大于20s)，此时应退全厂AVC，同时AVC控制权自动切至“电厂”，各机组负荷应保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，同时AVC控制权自动切至“电厂”，各机组负荷保持不变。

4.3.2 模拟出线保护动作信号

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟线路保护跳闸动作，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.3 模拟安稳系统动作信号

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟安稳装置动作，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.4 模拟AVC系统死机试验

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

手动杀掉AGC运算进程agcavc，模拟AGC子系统死机的情况，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.5 模拟出线电压越高限/低限值

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟系统电压测量值为551kV和499kV，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.6 模拟出线电压测量故障退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟出线电压测量故障，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.7 模拟受控机组励磁系统故障

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组励磁故障信号，此时将退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.8 模拟在电厂侧瞬时中断与省调通信通道试验(中断时间不超过10s)

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。将全厂AVC控制权设为远方调度。

AVC控制目标设为“电压定值”方式运行，模拟电厂与调度通讯(101，104)瞬时中断(中断时间小于10s)，此时AVC运行方式保持不变，各机组负荷应保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:保持AVC状态，各机组负荷保持不变。

4.3.9 模拟机端电压越高限、低限

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组机端电压为14.50kV及13.10kV，此时应报警，上调闭锁时向上设值及下调闭锁时向下设值对该机组无效。

结论:1号机组分别出现“上调闭锁”及“下调闭锁”信号，上调闭锁时向上设值及下调闭锁时向下设值对该机组无效。

4.3.10 模拟转子电流，电压越高限

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组机转子电流为1 381A，模拟1号机组机转子电压为436V，此时应报警，向上设值对该机组无效。

结论:1号机组出现“上调闭锁”信号，向上设值对该机组无效。

4.3.11 模拟机端电流越高限

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组机端电流为9 085A，此时应报警，向上设值对该机组无效。

结论:1号机组出现“上调闭锁”信号，向上设值对该机组无效。

4.3.12 模拟机组无功达到上下限值

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。模拟1号机组实发无功大于(100－3.5)MVar，模拟1号机组实发无功小于(0.105*P－60+3.5)MVar，此时应报警，上调闭锁时向上设值及下调闭锁时向下设值对该机组无效。

结论:1号机组出现“上调闭锁”及“下调闭锁”信号，上调闭锁时向上设值及下调闭锁时向下设值对该机组无效。

4.3.13 模拟出线电压越电压曲线限值，持续16min

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC，投入远方AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟出线电压越电压曲线限值，持续16min，此时将控制方式切回电厂，退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:控制方式切回电厂，退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.14 模拟机组LCU故障退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组双CPU故障，此时将退出1号机组AVC和全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.15 模拟机组通讯故障退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

选1号机组进行模拟，断开其与上位机通讯的电缆，此时将退出1号机组AVC和全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.16 模拟机组有事故动作退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组有事故动作，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.17 模拟机组无功功率测量故障退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组无功变送器输出断线故障，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.18 模拟机组并网信号消失退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

选1号机组进行模拟，解开该机组并网信号，此时将判断该机组状态不正确(机组未并网，机组没有在控制忙，但定子电流大于1 000 A)，将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.19 模拟机组LCU切现地控制退单机AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

选1号机组进行模拟，将1号机组LCU柜控制权把手切至“现地”，此时将退出1号机组AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.20 模拟机组无功不可调退单机AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组无功不可调信号，此时将退出1号机组AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.21 模拟电压设值命令超出正常范围测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

AVC控制目标设为“电压定值”方式运行，模拟电压设值命令为536kV和499kV，此时应报警同时设值无效，各机组负荷应保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:报警同时设值无效，各机组负荷保持不变。

4.3.22 模拟无机组参加AVC退AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

手动将1号、3号机组退出AVC，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.23 模拟出线电压越电压曲线限值

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟紫坪铺电厂出线电压531kV(电压曲线上限为530kV)，模拟紫坪铺电厂出线电压519kV(电压曲线下限为520kV)。

结论:1号机组及3号机组出现“上调闭锁”及“下调闭锁”信号，保持AVC状态，各机组负荷保持不变。

4.3.24 模拟机组机端电压、机组转子电流、机组机端电流故障退单机AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组机端电压、转子电流、机端电流故障，此时将退出1号机组AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.25 模拟机组励磁系统切“现地”退单机AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组励磁系统切“现地”运行(励磁系统C通道运行即为切“现地”运行)，此时将退出1号机组AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.26 模拟厂用电Ⅰ母电压越高限/低限退1号机组与2号机组AVC功能测试

将1号、2号机组和3号机组投入AVC，投入全厂AVC。4号机组不投入AVC。

模拟厂用电 I母电压越高限(电压大于11.025kV)，此时1号机组、2号机组和3号机组应报警“上调闭锁”，上调闭锁时向上设值对该机组无效;I母电压越低限(电压小于9.975kV)，此时1号机组、2号机组和3号机组应报警“下调闭锁”，下调闭锁时向下设值对该机组无效。

结论:1号、2号和3号机组分别出现“上调闭锁”及“下调闭锁”信号，上调闭锁时向上设值及下调闭锁时向下设值对该机组无效。

4.3.27 模拟厂用电Ⅲ母电压越高限/低限退3号机组与4号机组AVC功能测试

将2号、3号和4号机组投入AVC，投入全厂AVC。1号机组不投入AVC。

模拟厂用电Ⅲ母电压越高限(电压大于11.025kV)，此时2号、3号和4号机组应报警“上调闭锁”，上调闭锁时向上设值对该机组无效;Ⅲ母电压越低限(电压小于9.975kV)，此时2号、3号和4号机组应报警“下调闭锁”，下调闭锁时向下设值对该机组无效。

结论:2号、3号和4号机组分别出现“上调闭锁”及“下调闭锁”信号，上调闭锁时向上设值及下调闭锁时向下设值对该机组无效。

4.3.28 模拟厂用电故障退全厂AVC及全厂AGC功能测试

将2号、3号和4号机组投入AVC，投入全厂AVC，将2号、3号和4号机组投入AGC，投入全厂AGC。1号机组不投入AVC与AGC。

模拟厂用电Ⅰ母及Ⅲ母电压同时无压(电压小于0.525kV)，此时将退出全厂AVC及全厂AGC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。结论:退全厂AVC及全厂AGC，各机组负荷保持不变。

4.3.29 模拟机组视在功率(S)耦合校验失败退单机AVC功能测试

将2号、3号和4号机组投入AVC，投入全厂AVC。1号机组不投入AVC。

模拟1号机组交采采集U，使得|S1－S2|＞6MVA(机组通过交采采集数据计算出的视在功率S1=√3UI，通过变送器采集数据计算出的视在功率S2=√P2+Q2，如果机组|S1－S2|＞6MVA，则该机组视在功率耦合校验失败)，此时将退出1号机组AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退1号机组AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.30 模拟机组有功品质坏(即有功测量故障)退单机AVC功能测试

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组有功品质坏，此时将退出全厂AVC，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:退全厂AVC，各机组负荷保持不变。

4.3.31 模拟AVC在调度控制，持续16min收不到调度新命令，则控制权切回电厂

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC，投入远方AVC。2号和4号机组不投入AVC。

持续16min收不到调度新的命令，此时将控制方式切回电厂，各机组负荷保持不变。观察该工况下各机组的负荷变化情况。

结论:控制方式切回电厂，各机组负荷保持不变。

4.3.32 模拟机组欠励限值动作

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组机欠励限值动作，此时应报警，向下设值对该机组无效。

结论:1号机组出现“下调闭锁”信号，向下设值对该机组无效。

4.3.33 模拟机组过励限值动作

将1号、3号机组投入AVC，投入全厂AVC。2号和4号机组不投入AVC。

模拟1号机组机过励限值动作，此时应报警，向上设值对该机组无效。

结论:1号机组出现“上调闭锁”信号，向上设值对该机组无效。

5 结束语

紫坪铺电厂AVC试验准备时间50余天，厂内试验选择夜间负荷低谷期间进行，试验耗时10余小时。所有试验项目、安全策略做到了尽可能完善，厂内试验完成后不久，正式进行了与省调联调试验。

全厂AVC投运一年多以来，运行基本稳定、可靠。2009年1月14日，国家电力监管委员会华中监管局下发了《华中区域并网发电辅助服务管理实施细则(试行)》及《华中区域并网运行管理实施细则(试行)》(以下简称《两个细则》)，《两个细则》将自动发电控制(AGC)正式纳入对发电企业的考核范围。相信不久以后，自动电压控制(AVC)也必将成为电网电压调节的主要手段。

［1］余宁，阎应飞，王群，等.紫坪铺水电厂 AVC调试试验报告［R］.成都:紫坪铺水电厂，2009.

［2］四川省电力公司调度中心，四川省电力公司通信自动化中心.四川电网自动电压控制系统(AVC)功能规范［S］.2008.