Abstract: This paper introduces the design and realization of automatic voltage control (AVC) slave station of 500kV hydropower plant in East China power grid, and introduces the technical requirements, system design and system realization of the AVC slave station system.

Keywords: Automatic voltage control     AVC

【中图分类号】TM714.2【文献标识码】B  文章编号1606-5123（2018）09-0000-00

1 引言

依据《Q_GDW-08-J107-2010 华东电网500kV涉网电厂AVC功能技术规范》以及《华东电网500kV涉网厂站AVC子站建设调试接入试验规程（试行）》文件，要求华东电网下属500kV涉网发电厂均需接入电网侧AVC主站，电厂侧AVC子站建设接入需按照技术规范以及试验规程要求统一在电厂的分布式控制系统DCS(Distributed Control System)中设计安全防护逻辑，并设计相应的操作与报警画面。

水电厂分布式控制系统DCS功能由水电厂计算机监控系统承接，因此，水电厂AVC子站建设接入时，按照技术规范以及试验规程要求，AVC功能的安全防护需由水电厂计算机监控系统实现。

2 技术要求

2.1 AVC的投退

水电厂计算机监控系统发出投入指令10s内收到AVC子站装置反馈的AVC投入状态信号后，监控系统需要把AVR励磁装置的增/减磁控制权切换至AVC自动控制方式，同时屏蔽监控系统手动增/减磁方式；若10s后仍未收到AVC子站装置投入状态信号，监控系统不切换AVR励磁装置增/减磁控制权限，并且输出AVC子站装置异常告警。

水电厂计算机监控系统发出退出指令，AVR励磁装置增/减磁控制权切回监控系统手动控制方式。如果10s内监控系统未收到AVC子站装置反馈AVC退出状态信号，监控系统需产生AVC子站装置异常告警。

2.2 AVC的安全闭锁

在AVC已投入状态下，AVC投入状态消失或者AVR 励磁装置自动信号消失或AVR励磁异常信号出现，水电厂计算机监控系统自动发出AVC退出指令；在AVC退出状态下，AVC投入状态不正确需给出AVC子站装置异常告警；在AVC退出状态下，实时数据采集异常，AVR励磁装置自动信号消失或AVR励磁装置异常信号出现，水电厂计算机监控系统闭锁AVC投入逻辑操作；在AVC已投入状态下，增/减磁信号输出大于3s或增/减磁信号同时输出，水电厂计算机监控系统自动发出AVC退出指令。

2.3 监控系统增/减磁设置

水电厂计算机监控系统装置在AVC投入状态下收到AVC子站装置发出的增/减磁指令后，需按照固定脉宽输出至AVR励磁装置。

3 系统设计

3.1 测点增加

根据技术要求增加AVR励磁装置相关IO测点以及机组AVC子站装置相关测点如表1所示，为增加AVC系统运行的可靠性，所有IO测点采用硬接线直接连接的方式增加，其中DI表示水电厂计算机监控系统的开关量输入信号，DO表示水电厂计算机监控系统的开关量输出信号，同时还需要使用到计算机监控系统中对励磁系统的升压、降压两个开关量输出信号。

3.2 控制模式

AVC子站系统接收电网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(电压曲线、恒母线电压、恒无功)合理分配给每台机组，通过调节发电机无功出力，达到全厂电压目标控制值，实现全厂多机组的电压无功自动控制。

华东电网某水电厂自动电压控制(AVC)根据调度下发母线电压，按照母线电压合理分配每台机组无功功率，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。

按照省调/当地给定的母线电压值，对全厂无功进行分配，使电厂母线电压维持在给定水平。

3.3 控制模式选择

AVC子站系统原则上应采用全厂控制模式，可以控制多台和单台机组。AVC工作方式还可由运行人员在AVC控制画面上选择。

(1)投入/退出：全厂AVC投入或退出，机组AVC投入或退出，如无机组投入AVC，全厂AVC投不上。

(2)当地/远方：远方方式时，电压给定值由省调设定，当地方式时电压给定值由运行人员通过画面设定。

(3)Ⅰ母/Ⅱ母控制

Ⅰ母控制：AVC子站系统按照Ⅰ母的电压根据实际厂内拓扑结构进行调节。

Ⅱ母控制：AVC子站系统按照Ⅱ母的电压根据实际厂内拓扑结构进行调节。

合母控制：AVC子站系统按照合法有效的母线电压进行调节。

3.4 必要的安全防护

(1)可靠的数据采集与通信。数据采集功能：AVC子站系统通过与水电厂计算机监控系统通信获取所需的测量数据，对于监控系统未采集的数据，AVC子站可根据需要进行采集，采集精度应满足性能指标要求，同时AVC子站系统通过远动装置实现与上级电网AVC主站的通信，支持以专线或网络方式及常用通信规约与上级电网AVC主站通信。

(2)安全策略。AVC子站系统应可以检测主站下发的非法命令，即防主站目标错误保护，当AVC检测到非法主站目标时，AVC子站闭锁AVC输出或者维持原值；同时为AVC子站系统在计算机监控系统中设置必要的安全逻辑闭锁条件，即AVC约束条件，当超过AVC约束条件的边界时，根据设定条件或者退出机组AVC或者退出全厂AVC功能。

4 系统实现

华东电网某水电厂新增AVC子站系统，按照分层分布式布置，含2台AVC服务器以及4台机组AVC装置。每台AVC服务器留有专门通信网口通过新增专用的数据网络通道，采用IEC-104规约用于和电网AVC主站进行AVC数据信息的交互，同时其机组运行工况数据通过其留有专门通信网口通过专用的数据通道，采用IEC-104规约自水电厂计算机监控系统中通信服务器采集。考虑到系统的稳定性和可靠性，AVC软件本身运行在监控系统的新增AVC服务器上，两台AVC服务器为主备冗余结构。每台机组均配置AVC子站装置，通过硬接线方式将相关IO信号与电厂计算机监控系统的各机组LCU连接，如图1所示，华东电网某水电厂1-4号机组均可参加AVC调节。

4.1 数据上行

如图1所示，电站所有数据采集由水电厂监控系统上位机监控主机负责，AVC子站系统作为独立的系统，与水电厂计算机监控系统相对独立又相互联系，AVC子站系统所需机组运行工况数据通过计算机监控系统上位机节点中通信服务器采集，使用IEC104规约；AVC子站系统所接收到监控系统数据，经运算处理，生成新的AVC的运行数据，这些数据，通过新增调度数据网络通道使用IEC104规约向上级电网AVC主站上送。

4.2 数据下行

如图1所示，AVC服务器接收调度下发的电压设定值或者有电厂运行人员通过画面下发的电压设定值，经过运算后，计算出参与AVC运行机组的无功设定值，该设定值再次经过AVC服务器中AVC应用程序处理，转换成对应的参与电厂AVC的机组的实时调整的AVC系统运算执行周期下的开关量信号输出，增减磁开出信号，此信号输出作为计算机监控系统相应机组LCU的开关量输入，机组LCU接收到开关量变位，即时输出固定毫秒级别的开出量脉冲给机组励磁装置，机组励磁装置响应该脉冲量，调整无功出力。

4.3 安全闭锁防护的实现

(1)机组AVC投入退出的实现。按照机组AVC子站系统投入退出的要求，根据增加的相关测点整理出如下机组AVC子站系统的投入与退出控制流程，程序由电厂计算机监控系统的机组LCU的PLC程序实现，如图2所示。

4.4 机组増磁减磁设置

机组LCU在PLC中设置，当收到机组AVC子站装置増磁信号时就对励磁系统开出100ms升压脉冲，当收到机组AVC装置减磁信号时就对励磁系统开出100ms降压脉冲，100ms的脉冲时间是通过试验验证机组励磁系统无功调节特性确定的时间。

5 结束语

华东电网某水电厂厂内AVC试验于2017年底完成，通过试验，验证了每台参与AVC的机组的无功调节性能，通过水电厂计算机监控系统增/减磁固定脉冲时间，优化机组AVR励磁装置无功调节响应的速度与效率，经过动态试验验证，可以确认现有的AVC子站系统可以高效快速的实现调节机组无功功率以达到调节电厂母线电压的目的，同时由计算机监控系统增加实现的AVC的必要的安全闭锁条件，为AVC程序的运行提供必要的安全保障，提高了AVC运行的可靠性。后续的调度AVC联调试验需要等待省调批复。

参考文献(略)

作者简介

陈伏高(1984- ) 男 工程师  研究方向：水电厂监控系统设计、实施与管理工程

刘振龙(1973- ) 男 高级工程师 研究方向：水电站集控中心建设与运行管理工程