水电厂AVC系统试验及典型问题分析

陈皓帆 穆小亮 许梦华 高稼瑞 任勇达

摘 要：首先，介绍了AVC系统测试现状，指出了目前测试存在的不足;然后，结合水电厂AVC系统控制原理，在满足国家相关标准规定的基础上，提出了水电厂AVC系统试验的重点内容，并针对这些重点内容设计试验项目和试验方法;最后，基于多个水电厂的试验经验，分享试验过程中发现的典型问题，为规范水电厂AVC系统的现场试验，确保电网稳定运行提供了数据支撑。

关键词：水电厂;AVC系统;现场验收

中图分类号：TV736  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）07-0017-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.005

0    引言

随着水电厂智能化脚步的加快，国家对水电厂运行效率的要求不断提高，促使水电厂不断应用各种方式来提高效率。在此背景下，水电厂AVC系统得到了迅速发展与应用。然而，目前水电厂AVC系统的现场试验还只停留在LCU和监控系统层面，重点验证的是LCU侧的功能和性能指标，缺少对AVC系统整体、AVC系统与调度信息交互的验证[1]。系统级现场试验的缺失，不仅会给水电厂LCU的稳定运行带来隐患，情况严重时还会影响整个电网的稳定运行，因此，不管是电厂侧还是电网公司侧，都对AVC系统的现场试验越来越重视。同时，国家能监局等管理机构对电厂AVC系统现场检测的要求也越来越高，现场检测可以及时发现隐患，提高电网运行的稳定性。

本文详细分析了水电厂AVC系统的控制原理[2]，结合国行标及相关管理文件，梳理需要试验的重点内容及测试方法。同时，结合在水电厂实际检测的经验，分享检测过程中发现的典型问题，以期提高水电厂AVC系统现场检测的能力，为水电厂排除隐患提供数据支撑。

1    水电厂AVC系统控制原理

1.1    AVC系统控制结构

AVC系统一般包括主站和子站两个部分，其中主站一般位于调度端，子站一般位于电厂端。主站根据整个电网系统无功优化潮流计算，将电压控制指令下发到子站，同时接收子站反馈的状态信息。水电厂AVC系统从功能逻辑上分为上位机和下位机，上位机主要功能是接收主站下发的调节指令，向下位机下发各机组的无功调节目标值。AVC系统主要是在监控系统中实现，采用双主模式、双网冗余结构，配合分配策略，以整个电网安全稳定为前提，实现水电厂的节水、节能，同时减少机组振动，保证机组稳定目标[3]。

1.2    AVC系统控制流程

以三机组配置的水电厂为例，AVC系统接收到上级调度中心实时下发的电压调节指令，同时在线采集三机组的实时运行数据，在满足电厂及电网要求的前提下，AVC系统通过自动计算，制订出无功负荷分配策略，并将最终策略分配下发到三机组上，实现机组无功功率的自动增减，如图1所示。机组的无功调节控制量仅取决于调度下发的调节指令，各个机组的状态量（如机端电压和电流、转子电压和电流、厂用电电压、母线电压等）用来判断是否允许AVC投入及AVC调节安全闭锁的条件。

1.3    AVC系统控制模式

AVC系统控制模式主要包括就地控制和远方控制两种模式。

就地控制模式是指投入全厂AVC系统，控制权选择为电厂端，通过监控后台向电厂下发调节指令，實现全厂机组无功自动控制。

远方控制模式是指投入全厂AVC系统，控制权选择为调度端，通过调度主站向电厂下发调节指令，实现全厂机组无功自动控制。

2    水电厂AVC系统测试

2.1    测试重点

根据《远动终端设备》（GB/T 13729—2019）、《地区电网调度自动化系统》（GB/T 13730—2002）、《电网运行准则》（GB/T 31464—2015）等标准[4]，以及电监会〔2006〕22号令《电网运行规则（试行）》、电监市场〔2006〕42号《发电厂并网运行管理规定》、调自〔2018〕129号《国调中心关于加强变电站自动化专业管理的工作意见》等文件的要求[5]，水电厂AVC系统现场验收需要重点验证以下内容：

（1）调度与电厂之间通信一致性。验证电厂与调度之间通信是否正常、数据上传正确性、指令下发正确性，同时验证电厂与调度之间数据的一致性、传输的时延值等。

（2）保护逻辑完整性。验证当母线电压、定子电压及电流、转子电压及电流、厂用电电压等出现异常或励磁发生异常时，AVC系统是否能够及时发现并给出告警信息，是否能够正常启动保护。

（3）指令合法性。验证调度AVC指令合法性;验证调度电压指令非法时，电厂AVC系统是否能够正确辨认并采取正确措施。

（4）指令跟随正确性。验证AVC系统运行的稳定性，机组按照调度的要求，在投入AVC情况下正常运行24 h，观察运行过程中是否有异常告警及异常情况出现。

2.2    试验设计

针对上述需重点验证的内容，本文有针对性地设计了试验项目，具体如下：

2.2.1    通信一致性试验

（1）上行数据传输试验：按照调度下发给电厂的调度点表，现场技术人员在水电厂机组上依次进行数据传动，试验工程师在AVC系统上记录遥信、遥测数据变化的正确性及数据变化的SOE时间，同时，调度值班员也同步记录数据的变化情况及SOE时间，试验工程师与调度值班员核对电厂侧AVC系统上数据与调度侧数据的一致性。

（2）下行指令下发试验：根据电厂工作票内容及电厂的实际运行情况，调度值班员给水电厂下发不同的电压调节指令，试验工程师在AVC系统上记录电厂的指令接收情况，同时记录机组的反馈值。

2.2.2    保护功能试验

（1）依次模拟励磁异常、机端电压越限、机端电流越限、母线电压越限、厂用电电压越限等异常情况，试验工程师在AVC系统上查看实时告警情况及AVC系统反应情况。

（2）依次模拟调度指令母线电压调节上下限及幅度等情况，试验工程师在AVC系统上查看实时告警情况及AVC系统反应情况。

2.2.3    指令合法性试验

根据电厂实际情况，调度自动化值班员依次下发不同的遥调指令，包括正常的遥调指令和非法的遥调指令，在AVC系统上查看收到指令时的反应情况，如当收到非法指令的时候，AVC系统是否能够正确给出告警并拒绝执行。

2.2.4    24 h试运行试验

远方控制模式下，电厂侧投入AVC控制，调度值班员根据曲线自动下发调节指令，机组持续运行24 h，然后试验工程师在AVC系统上检查机组24 h的运行曲线，查看机组的运行情况及电压或无功功率的跟随情况。

3    典型问题分析

结合上述试验项目，实验室已配合开展了4个水电厂的AVC系统现场测试，填补了AVC系统整体测试、AVC系统与调度信息交互测试的空缺，提高了AVC系统的有效性。本文对AVC系统现场试验过程中的典型问题进行了梳理，具体如下。

3.1    通信异常，AVC功能未正常退出

测试条件：电厂控制模式下，断开下位机与上位机之间的通信。

测试现象：下位机通信状态正常告警，但机组AVC功能未退出，恢复后，机组AVC指令正常调节。

问题分析：厂家在做逻辑的时候，没有考虑通信断线退AVC的逻辑，AVC系统缺少此逻辑，根据调度要求，厂家修改配置文件，增加该逻辑。

安全隐患：通信异常情况下，AVC功能未退出，值班人员仍然可能下AVC调节指令，影响机组稳定运行。

3.2    保护功能缺失

测试条件：远方控制模式下，通过修改母线电压上限值，模拟母线电压越上限保护动作。

测试现象：AVC系统无闭锁增磁出口告警，可根据电压调节指令正常调节母线电压。

问题分析：厂家逻辑关联点错误，母线电压运行的上下限值关联到其他遥测点。

安全隐患：影响调度和电厂对机组运行状态的判断，当告警发生时，无法及时采取有效应对措施，还可能采取错误应对措施，极端情况下可能会引起机组跳机。

3.3    励磁功能异常

测试条件：就地控制模式下，在LCU侧手动模拟机组低励和过励信号。

测试现象：机组低励和过励时，机组AVC功能退出，逻辑不正确（正确逻辑：低励动作时闭锁机组减磁功能，过励动作时闭锁机组增磁功能，低励动作和过励动作都不应该退出机组AVC功能）。

问题分析：厂家逻辑错误，按照要求修改逻辑。

安全隐患：AVC功能异常失效，调度和电厂无法再通过AVC系统对机组进行无功调节。

3.4    双机切换功能异常

测试条件：就地控制模式下，断开远动主机与AVC控制系统主机A的通信网线。等通信正常后，恢复主机与AVC控制系统主机A的通信网线。

测试现象：AVC控制系统逻辑错误。断开远动主机与AVC控制系统主机A、备机B的通信网线后，AVC系统界面变灰，恢复远动主机与AVC控制系统主机A、备机B的通信网线后，AVC控制系统A机、B机全部显示为备机（正确逻辑：恢复后AVC系统A机、B机保持通信断线前状态，即AVC控制系统显示A机为主机，B机为备机）。

问题分析：逻辑缺失，AVC系统厂家在做逻辑的时候，未做该逻辑。

安全隐患：这种情况下，会造成电厂和调度之间通信全部中断，调度失去对电厂的控制，无法掌握电厂实时数据。

3.5    模式切换功能异常

测试条件：就地控制模式下，Ⅰ段母线电压实测值为533.27 kV，Ⅰ母电压目标编码值设置为15 340，平稳切换判定值为0.5 kV，此时，将电厂控制从就地控制模式切换为远方控制模式。

测试现象：AVC监控系统逻辑错误。由于Ⅰ母电压目标编码值与Ⅰ段母线电压实测值之间的差值大于平稳切换判定值，此时，将电厂控制从就地控制模式切换为远方控制模式，不应该切换成功，而AVC监控系统显示切换成功。

问题分析：逻辑缺失，AVC系统厂家在做逻辑的时候，未做该逻辑。

安全隐患：这种情况下，可能会引起电压的跳变，严重时甚至会引起整个系统的不稳定。

4    结语

开展AVC系统现场试验，加强AVC系统级的测试研究，从AVC系统整体、AVC系统与调度信息交互等方面进行验证，可以消除水电厂存在的安全隐患，弥补AVC系统现有测试的不足。

水电厂是国家重点工程的一类，并网投运前，借助专业的检测机构，对AVC系统进行专业的现场试验，符合国家能源发展战略。进一步规范水电厂AVC系统现场试验，可以为保证电网安全稳定运行提供强有力的数据支撑。同时，专业的AVC系统现场试验可以保证AVC系统按照既定要求对母线电压或全厂无功功率进行自动控制，使母线电压维持在一个合理范围内，达到保证电能质量的目的。

[参考文献]

[1] 窦骞，卢广陵，陈新凌.水电厂自动电压控制系统子站试验方法研究[J].电工材料，2021（5）：55-58.

[2] 吴扬文.水电厂监控系统整体试验方式优化[J].水电站机电技术，2016，39（8）：57-59.

[3] 杨凤英，邢占礼，杨柱石.自动电压控制系统的应用及相关问题探讨[J].新疆电力技术，2014（4）：39-40.

[4] 张晓辉，张晓峰，胡晓芬.水电厂AVC运行需注意的问题[J].云南电力技术，2013，41（4）：65-67.

[5] 張欣丽.研究无功功率的意义及其补偿装置[J].科技信息，2011（28）：383.

收稿日期：2022-01-10

作者简介：陈皓帆（1988—），男，湖南宁乡人，硕士，工程师，从事水力发电厂继电保护、监控自动化技术管理及工程项目管理工作。