发电厂自动电压调节优化探究

国能荥阳热电有限公司 魏飚男

1 问题现象

原AVC系统采集电压接线方式：AVC系统#1下位机、#2下位机采集电压分别为：#1机发变组保护C柜切换箱切换后电压UAB1720，以及#2机发变组保护C柜切换箱切换后电压UAB2720。

原AVC系统电压调节逻辑：AVC系统#1下位机、#2下位机采集电压分别作为I母电压返回值与II母电压返回值。此时，由于为固定单元接线方式，故两条母线电压相等，为了防止调度下发的两条母线电压目标值不一致，导致经AVC调节的母线电压实际值，始终无法达到目标值或是调节无效的情况出现，AVC系统调节逻辑作以下设计：增设母线电压目标有效值和母线电压返回有效值两个中间变量来进行对比，从而实现母线电压的自动调节控制，其中母线电压目标有效值取调度下发的两条母线电压目标值的最新刷新量，母线电压返回有效值取两条母线电压返回值的最新刷新量。投入AVC后，系统将对两个有效值进行对比，并采用无功容量等比例或者等功率因数的方式分配两条母线上机组的无功出力。

1.1 问题1

分母运行时，根据I惠荥线和II惠荥线对侧线路结构的不同，两条线路及母线的电压实际值不再相等，调度下发的两条母线电压目标值也将不同。此时，取中间量进行对比来调节母线电压的逻辑已不再适用，无法正确的调节两台机组的无功出力和母线电压。

1.2 问题2

原自动电压控制系统接线方法中，未将母联开关状态信号与发变组南北刀闸信号接入。由于原先为双母线带母联合母固定单元运行方式，所以#1机固定挂于南母（I母），#2机固定挂于北母（II母）。在此种情况下，母联开关与刀闸状态都是固定的，故不需要引入这些状态接点。

在单机运行时，AVC系统将无功目标值下发至单台运行机组，而双机运行时，AVC系统按照等功率因数或者无功容量等比例方式分配两台机组无功（合母时两母线电压相等）。不需要将母联开关状态与发变组南北刀闸信号引入自动电压控制系统中，故无法将母联开关状态与发变组带载状态，自动电压控制系统操作员站操作界面上的母联开关符号与相关联，即使在NCS系统中分合母联开关，自动电压控制系统操作员站操作界面上的母联开关状态也不会改变，需手动改变其状态（只有显示作用）[1]。

1.3 问题3

新的运行方式下，#1AVC下位机和#2下位机采集到的母线电压不再固定为I母电压和II母电压。两条母线电压返回值（其值在逻辑中取#1AVC下位机和#2下位机采集电压）实际为#1、#2发变组C柜切换箱提供的切换后电压，在分母运行方式下，#1机组、#2机组均有可能投运于I母、II母，此时两条母线电压返回值并不能确定为实际的I母电压还是II母电压，但是调度下发的I母电压或II母电压目标值却是固定的，故不定的返回值与固定对应的目标值没有对比意义，无法正确调节两条母线对应机组无功出力从而达到调节电压的目的（最终可能出现I母电压实际值跟踪II母电压目标值的情况）。

1.4 问题4

AVC系统因调节无效自动退出概率变高。双机运行时，原系统在合母运行方式下按照等功率因数给两台机组下发无功目标和指令。但是分母运行后，原AVC系统仍按照等功率因数逻辑分配无功，但是此时双母实际电压值不同、双母电压目标值可能不同，再加上功率因数也可能不同，存在多个变量，很难同时满足要求，同时会导致母线电压达到目标值需要多次调整，在这个过程中出现连续调节无效概率增大，判据生效而自动退出该台机组AVC[2]。

从以上问题得出结论：需要引入母联开关以及发变组出口开关南北母刀状态，使系统自动判别母联开关与机组运行状态，不仅能提升自动化程度（画面能够直接显示），而且为调节逻辑判断奠定基础，即使以后改为合母运行方式，AVC系统仍能自适应，具有较高灵活性；分母运行时，双机运行时各机组应当独立进行调节，不应采用等功率因数分配无功目标的逻辑，并且适当减小调节无效判据值，可以减少AVC因调节无效自动退出概率。

2 方案设计

2.1 方案1

2.1.1 接线设计

电压接线思路：将I母电压、II母电压实际值接入#1AVC下位机及#2AVC下位机；刀闸状态接点接线思路：将#1机发变组出口开关南刀闸（I母刀闸）、北刀闸（II母刀闸）状态接点分别引入#1AVC下位机；将#2机发变组出口开关南刀闸（I母刀闸）、北刀闸（II母刀闸）状态接点分别引入#2AVC下位机；母联开关状态接点：从母联保护柜或者从母联汇控柜母联开关的辅助接点取。

2.1.2 逻辑修改设计

由于原AVC逻辑无法判断I母、II母电压返回值是I母还是II母电压实际值，且无法判断#1发变组、#2发变组投运于哪条母线，故无法适用于现有运行方式，需要进行逻辑修改。由于原AVC逻辑无法判断I母、II母电压返回值是I母还是II母电压实际值，且无法判断#1发变组、#2发变组投运于哪条母线，故无法适用于现有运行方式，需要进行逻辑修改。

重新定义母线电压返回值的赋值。原有的母线电压返回值取的是下位机对应的发变组C柜切换箱输出的切换后电压值，为了设计与接线配合的逻辑，增设四个中间变量：将#1AVC下位机、#2AVC下位机采集到的I母、II母电压实际值定义为U11、U12、U21、U22。I母电压返回值UI新定义：有效的U11、U21的平均值（U11、U21小于230.5kV或大于234.5kV将判定为无效值，直接舍弃，UI就等于有效的I母电压实际值）。II母电压返回值UII新定义：有效的U12、U22的平均值（U12、U22小于230.5kV或大于234.5kV将判定为无效值，直接舍弃，UII就等于有效的II母电压实际值）。

增设发变组投运判别逻辑。该判别逻辑取AVC下位机采集到的对应机组的投运状态情况来判别该发变组投运于I母还是II母。其逻辑关系下南刀闸状态接点、北刀闸状态接点、发变组投运情况分别为：合、分、投运于I母；分、合、投运于II母；分、分、发变组（或切换箱）未投运；合、合、切换箱接点异常。南刀闸状态变量QSF1、北刀闸状态变量QSF2、机组投运结果R分别为：1/0/0、0/1/1、0/0/×、1/1/×。具体如下。

状态变量值为0表示该刀闸为分闸、为1表示该刀闸为合闸，投运结果R值为0时表示该机组投运于I（南）母，为1时表示该机组投运II（北）母，×表示结果无效，即若出现QSF1=0,QSF2=0或QSF1=1,QSF2=1的情况，则不重新给R赋值（保持不变），逻辑判定为系统异常，并保持当前母线电压状态退出该机组AVC运行（切换为手动控制），且在AVC报警界面中显示“#×机组投运状态异常”。

由于保护C柜电压切换装置损坏，导致两对输出接点同时与刀闸状态相反的情况基本不会出现，所以此种情况不考虑，认为R=0或1即为该机组投运于I母或II母，所以#1机组在判断投运于哪条母线时，不需要考虑#2机组投运于哪条母线即R2的值为多少，#1机组AVC投运和调节逻辑中只关心R1的值，#2机组逻辑中亦只考虑R2的值。例如，对于#1机组来说，AVC正常投入，此时R1=0，若#2机组故障退运或者C柜切换装置故障退运，而R2值也由于某种原因变化为R2=0，则#1机AVC系统仍能正常运行，不会退运。当R1(#1机组投运结果)=0时，则表明其投运于I母，当R1(#1机组投运结果)=1时，则表明其投运于II母。

增设机组调节判断逻辑。分裂运行时，#1机AVC系统调节逻辑中是将I母电压返回值与I母电压目标值进行对比，进而调节#1发电机无功出力，但是若#1机组投运于II母，则无法完成调节（会出现II母实际电压跟踪I母电压目标值的情况，#2机组也同理），所以需要配合增设的发变组投运判别逻辑来进行调节判断。

逻辑设计：在得到R1的值后，若R1=0，则将I母电压返回值与I母电压目标值对比得出的无功目标值下发到#1机组AVC调节逻辑（最终下发给#1AVC下位机）；若R1=1，则将II母电压返回值与II母电压目标值对比得出的无功目标值下发到#1机组AVC调节逻辑（最终下发给#1AVC下位机）；在得到R2的值后，若R2=0，则将I母电压返回值与I母电压目标值对比得出的无功目标值下，发到#2机组AVC调节逻辑（最终下发给#2AVC下位机）；若R2=1，则将II母电压返回值与II母电压目标值对比得出的无功目标值下，发到#2机组AVC调节逻辑（最终下发给#2AVC下位机）。

增设母联开关状态变量；增加母联开关状态判别逻辑。新增加的母联开关状态变量Y值取#1下位机采集的母联开关状态信号（1表示母联开关闭合，0表示断开），并且要与界面母联开关状态进行关联。母联开关状态判别逻辑：该逻辑是用来判断母线运行方式是合母还是分裂运行，其作用为当Y=0时，执行正常的运行逻辑，当Y=1时，执行含有母线电压返回有效值和母线电压目标有效值两个中间变量及其逻辑。

2.2 方案2（本方案不需改造电压接线）

接线设计：刀闸状态接点接线设计。本方案刀闸状态接点接线设计同方案1中的刀闸状态接点接线设计；母联开关状态接点。同方案1中母联开关状态接点接线设计方法。逻辑设计：本方案逻辑设计类似方案1，但是由于未引入母线电压实际采样值，故需要根据机组南北刀闸状态信号判断采集后的切换电压为I母电压还是II母电压。

2.3 方案对比

方案1与方案2提出了两种改造方法，其相同点是：接线上均增加了开关刀闸状态接点和母联开关的状态接点；逻辑上增加的发变组投运判别逻辑、机组调节判断逻辑、母联开关状态变量是相同的，同时均取消了母线电压返回有效值和母线电压目标有效值两个中间变量及其逻辑。

不同点在于：方案1修改了电压接线，此种情况下，#1AVC下位机、#2AVC下位机均能够获得I母、II母电压实际值，而且可采集到4个有效的母线电压实际值，可靠性升高，缺点是对装置硬件要求提高，电压采集端子要求数量较多。而方案2中并未修改电压接线，#1AVC下位机、#2AVC下位机获得的仍为切换后电压，优点是改造现场工作量减小，且对硬件装置电压采集接点数量要求较低。

母线电压返回值均需要重新定义与赋值，但是方案1中由于装置能采集到可判定的I母电压实际值和II母电压实际值，所以赋值逻辑较为简单，而方案2中为了判别AVC下位机所采集到的当前电压值是I母电压实际值还是II母电压实际值，所以为增加了判别逻辑，导致逻辑结构复杂，程序设计增加难度且逻辑运算量加大，增加了对计算机硬件的要求。

方案1针对双母多机运行时，可将双母电压实际值分别接入各个机组对应的AVC下位机，母线电压返回值赋值逻辑可取多个采集电压的有效值的平均值，发变组投运逻辑也可作简单的相应的数量上的扩展，只有在分配母线上各投运机组的出力，需要增设无功容量等比例等分配逻辑；方案2若要扩展为双母多机运行时，其电压母线电压返回值赋值逻辑复杂程度与编程难度将大幅提升，故扩展较难。改造最终选择方案1。

3 实施效果

本公司根据方案1实施了改造，根据本公司机组实际情况，对调节逻辑进行了优化，主要有：一是合理减小调节无效判据定值，0.5MVar修改为0.2MVar。二是合理增大数据无效判定时长，10S修改为20S。三是减小指令最大步长限值，2kV修改为1.5kV。

改造后效果：自动电压调节系统（AVC）能够自动检测母联开关以及发变组出口开关南北刀闸的状态信号，自动化程度提高；新的系统对于两台机组自由选择带载母线的运行方式也能够完全应对，具有较高灵活性，即使后期改回合母运行方式也能够适用，不需再次改造；合理减小调节无效判据定值，降低因调节无效自动退出概率，提升AVC系统运行稳定性，方便运行操作。投运时间内，未再出现因调节无效自动退出的情况；增大数据无效判定时长，有效降低发生频次，增强调节跟随性，使调节跟随更快，从而使母线电压更快达到目标值；减小指令最大步长限值，使得投运时间内，未再出现因目标值变化过大导致无功大幅波动的情况。