Abstract: The structure configuration, function design, control mode, reactive power distribution mode and blocking condition of AVC of Guandi Hydropower Station are expounded in detail with the example of Guandi Power Plant. The test process and test results are expounded, and the AVC substation system is improved. A technical method of adjusting the accuracy and adjustment effect. During the test and a period of trial operation, some problems that hindered the realization of the AVC system function at the power plant side were found. By solving these practical problems, the AVC function was improved, the automatic voltage regulation function of the power plant was functioned normally, and the voltage stability level of the power grid was improved[1].

Key words: AVC control method   Hydropower plant   Power grid   Reactive open loop

【中图分类号】U665.12 【文献标识码】B  文章编号1606-5123（2018）08-0000-00

1 引言

随着四川电网的快速发展，电网规模不断扩大，需采用自动电压控制系统(AVC)进行电网和电厂的电压调整控制，以提高电网的电压稳定水平和电能质量。为此，四川电网分期进行主网、地区电网和各并网发电厂AVC的应用，拟建立一套覆盖全四川、综合考虑电网安全、经济和优质等多目标的先进适用的自动电压闭环控制系统，全面提升无功电压管理水平，实现网、省、地调以及厂站之间的协调控制。四川电网的无功电压控制系统采用基于电网全局无功电压优化计算，集安全性和经济性于一体的全网协调模式，集中控制决策、分级协调、分区控制的电网无功电压优化控制模式，综合考虑电网安全约束条件，通过在线优化计算，计算合理电压校正和无功优化策略，从而实现全网自动无功电压优化控制[2]。

官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市与盐源县交界的雅砻江干流河段上，是雅砻江干流卡拉至江口河段水电规划五级开发的第三个梯级电站。电站总装机容量240万千瓦(4×60万千瓦)，多年平均发电量约118.7亿千瓦时。

2 官地水电厂AVC功能设计

四川省调度中心根据无功分层、分区就地平衡的原则确定各个电压控制点的基准电压，电厂则根据目标值控制该站点的电压。电厂AVC系统接受主站AVC指令(省调AVC系统)，优化各机组实时无功出力，通过调节励磁调节器对母线电压实现闭环调节，达到母线电压控制的目标。以下分别从AVC控制方式、无功分配策略和安全闭锁条件3方面介绍官地电厂AVC系统的功能特点。

2.1 电厂AVC控制方式

官地电厂AVC系统有3种控制模式，分别为调度远方控制、电厂现地控制及电厂曲线控制，3种控制模式互相闭锁。

电厂AVC控制对象为母线电压和电压曲线，当控制对象为母线电压时，AVC系统会把全厂500kV母线电压作为调节无功功率增加或减小的依据，并以分配机组无功功率的方式完成电压调节；当控制对象为电压曲线时，AVC系统会根据电厂运行人员设定的电压曲线调节全厂无功功率,并使500kV母线电压与电压曲线一致。

电厂AVC设有全厂AVC和机组AVC功能投退开关，分别用以控制全厂AVC及机组AVC的投入、退出。

2.2 电厂AVC无功分配策略

AVC是指按预定条件和要求自动控制水电厂母线电压或全电厂无功功率的技术。在保证机组安全运行的条件下，为系统提供可充分利用的无功功率，减少电厂的功率损耗。水电厂AVC子站系统接收AVC主站系统下发的全厂控制目标(电厂高压母线电压、全厂总无功等)，按照控制策略合理分配给每台机组，通过调节发电机无功出力，达到全厂目标控制值，实现全厂多机组的电压无功自动控制。

全厂总无功功率目标值按照式(1)进行计算

                

 

 ：参加AVC的第i台机组的无功调整裕度。

：参加AVC机组的当前无功调整裕度之和。

不参加AVC的机组，AVC分配值跟踪机组无功实发值，此分配值不实际作用于改机组的无功调节。

分析比较后，三种分配策略无功成比例分配最为直观、简单且易发现问题，故选择无功成比例策略。

3 AVC安全闭锁条件

AVC系统，安全可靠运行是关键，防止数据采集异常、设备异常、系统扰动等不安全因素对AVC控制的影响是首要考虑的重点。结合官地水电厂的实际情况，做了以下安全闭锁逻辑设计。

3.1 遇到下列任一情况单机AVC自动退出

(1)机组LCU切换到现地位置；

(2)机组LCU调试态；

(3)机组LCU非发电态；

(4)励磁现地方式；

(5)励磁系统故障；

(6)LCU与上位机通讯故障；

(7)无功测量源故障；

(8)机组无功不可调。

3.2 遇到下列任一情况全厂AVC自动退出

(1)无机组参加AVC；

(2)母线电压越故障上下限；

(3)已并网机组状态突变；

(4)已并网机组事故/切机；

(5)已并网机组LCU与监控主机通讯中断；

(6)已并网机组无功测量源故障；

(7)系统电压振荡；

(8)合母运行时，I母与II母压差过大。

最后，AVC调度调节模式下，远动通讯故障，AVC自动切为电站调节模式。

4 官地水电厂AVC功能实现及试验

官地水电厂于2017年7月完成厂内AVC调试，达到系统设计和运行要求。

4.1 与调度核对AVC数据

与调度核对AVC相关四遥数据是否正确，保证整个试验调度都能远程监视。

4.2 安全闭锁检测

(1)条件不满足时，对应单机AVC无法投入(具体条件见3.1)；

(2)对于已投入单机AVC机组，对应机组条件不满足时，单机AVC自动退出；

(3)条件不满足时，全厂AVC无法投入(具体条件见3.2)；

(4)全厂AVC已投入时，条件变为不满足后，全厂AVC自动退出。

4.3 指令校验功能测试

(1)电压设定值限制或梯度值测试：机组AVC功能投入，全厂AVC功能投入，分别在“电厂”控制方式和“调度”控制方式下，测试：1. 调度下发电压设值超过电压调节上下限。2. 给定值与实发值差值超过步长限制。以上情况均应拒绝执行并给出对应报警。

(2)超时未收到电压设定值测试：目前省调正常5分钟下发一条命令，若电厂连续15分钟未收到命令，需自动切回电厂侧调节。

(3)机组P/Q 曲线验证试验：改变机组有功负荷，其无功上下限值跟随PQ曲线发生变化，由此得到各机组的P/Q曲线。AVC在调节过程中，参考此曲线，从而避免机组无功已到限值而AVC继续分配导致电压调节失败。

(4)厂内开环试验(开环试验：AVC程序仅计算无功分配指导值，不实际作用于机组无功调节)。单机开环试验，双机开环试验，三机开环试验，四机开环试验。试验分配值均满足预期。

(5)厂内闭环试验(闭环试验：AVC程序计算无功分配值，并作用于机组无功调节)。单机闭环试验，双机闭环试验，三机闭环试验，四机闭环试验(三机四机试验分别如图1、图2所示)。

5 机组LCU无功调节

常规AVC调节方式：远程调度下发电压设定值，电站监控系统调度通讯机接收到数据后，转发至监控系统AVC服务器，AVC服务器经过AVC程序分析运算后将无功功率分配至各个机组LCU，各机组LCU下发命令至励磁系统以实现无功调节。无功PID调节主要有以下三种方式。

5.1 无功PID调节主要方式

(1)脉冲调节方式：无功设定值下发至机组LCU后，LCU通过计算得到一个脉宽值，将得到的脉宽值发送至励磁系统从而实现无功调节。

(2)通讯调节方式：无功设定值下发至机组LCU后，LCU直接将此设定值通过通讯方式发送至励磁系统从而实现无功调节。

(3)模出调节方式：无功设定值下发至机组LCU后，LCU直接将此设定值以模出量形式转发至励磁系统从而实现无功调节。

5.2 母线稳压无功调节方式

然而，由于该电站现场无功波动较大，若以常规方式调节，会导致母线电压频繁波动，遂经过反复试验，改为以下调节方式调节无功功率。

官地电厂目前无功调节操作方式采用无功开环操作方式：由运行人员在监控系统后台画面上直接操作增磁、减磁开出(脉宽为1000ms)，动作相应机组LCU上的增磁(减磁)继电器，实现对励磁无功调节。为了实现AVC功能，需对机组LCU程序进行完善。增加“无功开环调节模式”变量，如图3所示。

5.3 AVC功能控制思路

     AVC功能控制思路是指控制母线电压闭环，机组无功开环工作原理。AVC功能模块在每个周期内(AVC周期为4S)，根据控制母线设定电压值与实际电压差值，根据无功分配策略(按比例分配)计算出所投入AVC功能机组的无功调节目标值，机组PLC程序根据接收到的AVC机组无功分配值计算调节脉宽，进行一次增磁(或减磁)开出，实现一个周期的电压闭环调节过程。

注1：修改PLC程序前，先点击单步增减按钮，观察1s脉冲无功的变化量多少，由此来确定PLC程序中无功与脉宽的大概线性关系。

注2：适当增加无功调节的死区，比如设定与实发差值小于3MVar，不开出脉冲，避免频繁调节。

注3：提前观察，调节1kV电压，全厂无功的变化量，以此来确定一个大概的调压系数。

5.4 机组LCU程序完善及功能测试

增加无功开环调节模式。当无功开环模式下收到监控系统设定无功负荷后，根据设定值与实发值的差值来给出增减/磁继电器一定时间的输出脉宽(此脉宽根据多次实测获得)。脉宽动作结束，此次调节执行完毕。

6 结束语

随着四川电网的快速发展，电网规模不断扩大，原有的电压调整手段已不能满足电网安全稳定优质运行的要求。需要采用AVC自动电压控制系统进行电网和电厂的电压调整控制以提高电网的电压稳定水平和电能质量。官地电厂经过调试和试运行，已具备电厂端AVC功能。通过试运行也发现了一些问题，如何从软件和硬件上完善系统需要电力同行共同探讨以便使AVC发挥应有的功能同时也便于电厂更好实施华中电网两个细则。

参考文献

[1] 单鹏珠,张柏,李勇.张河湾抽水蓄能电站AVC子站系统设计及应用实现,电网与清洁能源2017.04 137-142.

[2] 蒋建文,李兴全,单鹏珠等.紫坪铺水电厂AVC功能及其实现,水力发电,2010.8 69-71.

[3] 高一平.大峡水电站AVC的设计与实现,自动化应用,2017.6 106~107,145.

作者简介

张强 男 工学学士 研究方向：水电自动化装备运营管理工程