紫坪铺电厂自动电压控制(AVC) 功能简述及投运初期故障分析

余 宁

(四川紫坪铺水电厂，四川 成都 610091)

1 前 言

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。工程以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益，它是西部开发标志性工程。紫坪铺电厂总装机760MW(4×190MW)，年发电量约34.17亿kW·h，年利用小时4 496h，以一回500kV出线接入成都环网。

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。随着电网规模的不断扩大和自动化水平的不断提高，具备自动电压控制 (AVC)功能的机组在电网中的作用越来越大，自动电压控制技术已成为现代电网运行中不可缺少的手段。在第 27届中国电网调度运行会议上将AVC列入现代电网调度发展新技术之一，紫坪铺电厂为进一步推动四川电网的AVC工作开展，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联合调试试验，并于此后半年进行了AVC远方控制试运行。

2 AVC的主要功能

水电厂自动电压控制(AVC)是指按预定条件和要求，自动控制水电厂母线电压或全厂无功功率的技术。在保证电厂安全运行的前提下，为系统提供可充分利用的无功功率，减少电厂的功率损耗。采用AVC可以满足电力系统对机组安全发电和安全运行的要求，同时可根据实际需要满足运行人员的一些特殊要求。并且对全厂母线电压的变化及一些特殊情况做出迅速反应，直接执行或提示，防止事故进一步扩大。

2.1 四川电网AVC系统结构及功能

四川电网AVC系统结构如图1所示。

省调AVC主站通过EMS系统实时下发高压母线电压控制命令给紫坪铺电厂的监控系统。同时将“省调AVC系统在控状态”信息一并下发变电站，该状态信息仅作为变电站侧的监视信号，不纳入逻辑计算。数据交换内容见表1。

2.2 紫坪铺电厂AVC系统主要功能的实现

2.2.1 AVC的分配算法

AVC分配算法通常有四种，即：无功功率控制对象的分配算法；带电压监视功率控制的分配算法；全厂电压控制对象的分配算法；电压补偿模式的分配算法。根据四川省调度中心的要求，紫坪铺电厂AVC分配算法为全厂电压控制对象的分配算法。即AVC投入省调期间，控制对象为出线电压：按照省调给定母线电压增量值(△V)，对全厂无功进行分配，使电厂母线电压维持在给定水平。

式中QACT——为当前实发无功；

△V——为实际母线电压与给定电压值偏差；

KVNOR——为母线电压在正常电压值范围内的调压系数；

图1 四川电网AVC系统总体结构示意

省(地)调AVC系统与直调电厂间数据传输电厂上传模拟量电厂上传开关量省(地)调下传模拟量省(地)调下传开关量通信规约1.电厂高压侧母线电压2.各机组有功、无功3.计及PQ特性的无功上、下限制值1.机组是否闭环运行2.机组增、减磁闭锁3.全厂远方/就地信号1.电厂高压母线电压目标值 AVC是否在控 101、104规约

当母线电压值在正常电压范围以外，按紧急调压系数进行调节

KVEMG——为母线电压在正常电压值范围外的紧急调压系数。

在紫坪铺电厂AVC试运行期间，也常采用电压曲线方式控制母线电压，即按照中调或当地事先设定的电压曲线对全厂无功进行分配，使母线电压维持在曲线设定值水平，分配算法同上。

2.2.2 AVC分配原则

紫坪铺电厂主要采用等功率因数原则。此外，还可采用无功容量成比例原则，因后种分配原则使用较少，在此不作介绍。

式中n——为参加AVC的机组数；

Pi——为参加AVC的第i台机组的当前有功实发值;

QiAVC——为分配到第i台参加AVC机组的无功。

2.2.3 AVC控制方式

2.2.3.1 AVC控制权切换方式

紫坪铺电厂AVC控制权分别为：调度控制、现场中控室控制和成都远控中心控制。以上三种控制权限互相闭锁，相应的出线电压设定值分别为：调度设定值、当地设定值和成都远控中心设定值。

2.2.3.2 AVC“开环”及“闭环”控制切换方式

紫坪铺电厂AVC控制分为“开环”及“闭环”两种方式。

AVC控制方式为“开环”时，全厂的AVC程序运行在负荷指导方式，AVC程序计算出的负荷值仅在监控画面中予以显示，不会进行实际调节。

AVC控制方式为“闭环”时，全厂的AVC程序运行在实际控制方式，AVC程序计算出的各机组无功分配值将下发至机组LCU，由机组LCU向励磁系统发出增磁或减磁信号，最终由机组励磁系统完成无功调节。

2.2.3.3 AVC功能投退开关

紫坪铺电厂设置的AVC功能投退开关有：全厂AVC功能投退开关和机组AVC功能投退开关。如无机组投入AVC，则全厂AVC功能投入无效；如全厂AVC未投入，则单机AVC功能投入无效。

3 故障类型分析

3.1 采集精度

紫坪铺电厂为一回500kV出线，AVC投入后省调要求出线电压精度应达到±0.5kV以内，而电厂监控系统上位机显示的电压变化幅度在±1.2kV，不能满足省调AVC要求。

紫坪铺电厂出线电压采集使用的是斯威特PM130E型电功率表，通过RS485与现地LCU的SJ30通讯模件进行数据通讯，SJ30通讯模件对采集的数据进行一次数据换算处理后，上送给上位机进行二次数据换算，换算遵循公式Y=aX(Y：电压；a：换算系数；X：码值)。经对PLC程序在线观察，发现上送码值为整型(430左右)，系数为1.218，因此，若码值变化1，则电压变化1.2kV左右，此情况与上位机显示的电压变化幅度相符，加之数据采集处理过程过于繁琐，两次数据换算，使上位机最终采集的电压数据精度损失过大。

根据上述情况，将换算系数a由1.218修改为0.125，码值X范围由0-450修改为0-4400，并现采取将SJ30通讯模件采集数据一次上送，仅由上位机进行一次数据处理。

以上措施大大提高了出线电压的采集精度，满足了省调要求。

3.2 参数的合理设定

2009年10月以来，AVC系统闭环试运行。数次出现机组视在功率(S)耦合校验失败退单机AVC。经查询历史曲线发现，因功率变送器与交采装置采集量采集原理不同，交采装置(通讯量)数据采集时间会滞后于功率变送器(模拟量)数据采集时间。因此将有可能造成同一时标下S1与S2相差过大，机组强励动作时，此现象更加明显。在保证AVC投运率及该闭锁措施不失效的前提下，只有适当增加视在功率比较值。

3.3 增加实用闭锁措施

2009年11月6日，1号机组LCU柜停电检修，全厂AVC退出。

根据最初省调对AVC闭锁条件的设定，“机组LCU故障(双CCU故障)”、“机组LCU通讯故障”、“机组无功功率测量故障”以及“机组有功功率测量故障”均作为退出全厂AVC功能的闭锁条件。如此以来，大大的妨碍了日常检修工作的开展。如单台机组检修、更换单台机组功率变送器等，势必将影响到正常发电机组AVC功能的投入。

经与厂家技术人员协商，在紫坪铺电厂上位机单元监视图中设置了“检修投入/退出”按钮，并对部分AGVC脚本程序进行相应修改，以优化紫坪铺电厂AVC功能。

当机组需要检修且机组在停机时，可由运行人员对该按钮进行操作，对检修机组加以闭锁，即当机组为检修标记时不再判断该机组LCU状态，以保证其他机组AVC功能的正常投入。

4 结 语

一个手动调压正常的电厂，在AVC功能投运后，势必会出现诸多问题，这些问题涉及硬件、软件、运行方式等等。一些以往被忽视问题将会重新引起重视，一些以往使用正常的设备将会暴露出新的问题。本文从维护角度对紫坪铺电厂AVC功能进行了简要介绍，对投入试运行后所碰到的一些典型问题加以说明，希望对已经投运AVC功能，或即将投入AVC功能的其他兄弟电厂有所帮助。

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。

参考文献：

[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(4).

[3] 方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M].北京：中国电力出版社，2004.