水電廠AVC系統(tǒng)試驗及典型問題分析

陳皓帆 穆小亮 許夢華 高稼瑞 任勇達(dá)

摘 要：首先，介紹了AVC系統(tǒng)測試現(xiàn)狀，指出了目前測試存在的不足;然后，結(jié)合水電廠AVC系統(tǒng)控制原理，在滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基礎(chǔ)上，提出了水電廠AVC系統(tǒng)試驗的重點內(nèi)容，并針對這些重點內(nèi)容設(shè)計試驗項目和試驗方法;最后，基于多個水電廠的試驗經(jīng)驗，分享試驗過程中發(fā)現(xiàn)的典型問題，為規(guī)范水電廠AVC系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供了數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：水電廠;AVC系統(tǒng);現(xiàn)場驗收

中圖分類號：TV736? 文獻標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）07-0017-03

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

0? ? 引言

隨著水電廠智能化腳步的加快，國家對水電廠運行效率的要求不斷提高，促使水電廠不斷應(yīng)用各種方式來提高效率。在此背景下，水電廠AVC系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展與應(yīng)用。然而，目前水電廠AVC系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗還只停留在LCU和監(jiān)控系統(tǒng)層面，重點驗證的是LCU側(cè)的功能和性能指標(biāo)，缺少對AVC系統(tǒng)整體、AVC系統(tǒng)與調(diào)度信息交互的驗證[1]。系統(tǒng)級現(xiàn)場試驗的缺失，不僅會給水電廠LCU的穩(wěn)定運行帶來隱患，情況嚴(yán)重時還會影響整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，因此，不管是電廠側(cè)還是電網(wǎng)公司側(cè)，都對AVC系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗越來越重視。同時，國家能監(jiān)局等管理機構(gòu)對電廠AVC系統(tǒng)現(xiàn)場檢測的要求也越來越高，現(xiàn)場檢測可以及時發(fā)現(xiàn)隱患，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

本文詳細(xì)分析了水電廠AVC系統(tǒng)的控制原理[2]，結(jié)合國行標(biāo)及相關(guān)管理文件，梳理需要試驗的重點內(nèi)容及測試方法。同時，結(jié)合在水電廠實際檢測的經(jīng)驗，分享檢測過程中發(fā)現(xiàn)的典型問題，以期提高水電廠AVC系統(tǒng)現(xiàn)場檢測的能力，為水電廠排除隱患提供數(shù)據(jù)支撐。

1? ? 水電廠AVC系統(tǒng)控制原理

1.1? ? AVC系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

AVC系統(tǒng)一般包括主站和子站兩個部分，其中主站一般位于調(diào)度端，子站一般位于電廠端。主站根據(jù)整個電網(wǎng)系統(tǒng)無功優(yōu)化潮流計算，將電壓控制指令下發(fā)到子站，同時接收子站反饋的狀態(tài)信息。水電廠AVC系統(tǒng)從功能邏輯上分為上位機和下位機，上位機主要功能是接收主站下發(fā)的調(diào)節(jié)指令，向下位機下發(fā)各機組的無功調(diào)節(jié)目標(biāo)值。AVC系統(tǒng)主要是在監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)，采用雙主模式、雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，配合分配策略，以整個電網(wǎng)安全穩(wěn)定為前提，實現(xiàn)水電廠的節(jié)水、節(jié)能，同時減少機組振動，保證機組穩(wěn)定目標(biāo)[3]。

1.2? ? AVC系統(tǒng)控制流程

以三機組配置的水電廠為例，AVC系統(tǒng)接收到上級調(diào)度中心實時下發(fā)的電壓調(diào)節(jié)指令，同時在線采集三機組的實時運行數(shù)據(jù)，在滿足電廠及電網(wǎng)要求的前提下，AVC系統(tǒng)通過自動計算，制訂出無功負(fù)荷分配策略，并將最終策略分配下發(fā)到三機組上，實現(xiàn)機組無功功率的自動增減，如圖1所示。機組的無功調(diào)節(jié)控制量僅取決于調(diào)度下發(fā)的調(diào)節(jié)指令，各個機組的狀態(tài)量（如機端電壓和電流、轉(zhuǎn)子電壓和電流、廠用電電壓、母線電壓等）用來判斷是否允許AVC投入及AVC調(diào)節(jié)安全閉鎖的條件。

1.3? ? AVC系統(tǒng)控制模式

AVC系統(tǒng)控制模式主要包括就地控制和遠(yuǎn)方控制兩種模式。

就地控制模式是指投入全廠AVC系統(tǒng)，控制權(quán)選擇為電廠端，通過監(jiān)控后臺向電廠下發(fā)調(diào)節(jié)指令，實現(xiàn)全廠機組無功自動控制。

遠(yuǎn)方控制模式是指投入全廠AVC系統(tǒng)，控制權(quán)選擇為調(diào)度端，通過調(diào)度主站向電廠下發(fā)調(diào)節(jié)指令，實現(xiàn)全廠機組無功自動控制。

2? ? 水電廠AVC系統(tǒng)測試

2.1? ? 測試重點

根據(jù)《遠(yuǎn)動終端設(shè)備》（GB/T 13729—2019）、《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)》（GB/T 13730—2002）、《電網(wǎng)運行準(zhǔn)則》（GB/T 31464—2015）等標(biāo)準(zhǔn)[4]，以及電監(jiān)會〔2006〕22號令《電網(wǎng)運行規(guī)則（試行）》、電監(jiān)市場〔2006〕42號《發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理規(guī)定》、調(diào)自〔2018〕129號《國調(diào)中心關(guān)于加強變電站自動化專業(yè)管理的工作意見》等文件的要求[5]，水電廠AVC系統(tǒng)現(xiàn)場驗收需要重點驗證以下內(nèi)容：

（1）調(diào)度與電廠之間通信一致性。驗證電廠與調(diào)度之間通信是否正常、數(shù)據(jù)上傳正確性、指令下發(fā)正確性，同時驗證電廠與調(diào)度之間數(shù)據(jù)的一致性、傳輸?shù)臅r延值等。

（2）保護邏輯完整性。驗證當(dāng)母線電壓、定子電壓及電流、轉(zhuǎn)子電壓及電流、廠用電電壓等出現(xiàn)異常或勵磁發(fā)生異常時，AVC系統(tǒng)是否能夠及時發(fā)現(xiàn)并給出告警信息，是否能夠正常啟動保護。

（3）指令合法性。驗證調(diào)度AVC指令合法性;驗證調(diào)度電壓指令非法時，電廠AVC系統(tǒng)是否能夠正確辨認(rèn)并采取正確措施。

（4）指令跟隨正確性。驗證AVC系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，機組按照調(diào)度的要求，在投入AVC情況下正常運行24 h，觀察運行過程中是否有異常告警及異常情況出現(xiàn)。

2.2? ? 試驗設(shè)計

針對上述需重點驗證的內(nèi)容，本文有針對性地設(shè)計了試驗項目，具體如下：

2.2.1? ? 通信一致性試驗

（1）上行數(shù)據(jù)傳輸試驗：按照調(diào)度下發(fā)給電廠的調(diào)度點表，現(xiàn)場技術(shù)人員在水電廠機組上依次進行數(shù)據(jù)傳動，試驗工程師在AVC系統(tǒng)上記錄遙信、遙測數(shù)據(jù)變化的正確性及數(shù)據(jù)變化的SOE時間，同時，調(diào)度值班員也同步記錄數(shù)據(jù)的變化情況及SOE時間，試驗工程師與調(diào)度值班員核對電廠側(cè)AVC系統(tǒng)上數(shù)據(jù)與調(diào)度側(cè)數(shù)據(jù)的一致性。

（2）下行指令下發(fā)試驗：根據(jù)電廠工作票內(nèi)容及電廠的實際運行情況，調(diào)度值班員給水電廠下發(fā)不同的電壓調(diào)節(jié)指令，試驗工程師在AVC系統(tǒng)上記錄電廠的指令接收情況，同時記錄機組的反饋值。

2.2.2? ? 保護功能試驗

（1）依次模擬勵磁異常、機端電壓越限、機端電流越限、母線電壓越限、廠用電電壓越限等異常情況，試驗工程師在AVC系統(tǒng)上查看實時告警情況及AVC系統(tǒng)反應(yīng)情況。

（2）依次模擬調(diào)度指令母線電壓調(diào)節(jié)上下限及幅度等情況，試驗工程師在AVC系統(tǒng)上查看實時告警情況及AVC系統(tǒng)反應(yīng)情況。

2.2.3? ? 指令合法性試驗

根據(jù)電廠實際情況，調(diào)度自動化值班員依次下發(fā)不同的遙調(diào)指令，包括正常的遙調(diào)指令和非法的遙調(diào)指令，在AVC系統(tǒng)上查看收到指令時的反應(yīng)情況，如當(dāng)收到非法指令的時候，AVC系統(tǒng)是否能夠正確給出告警并拒絕執(zhí)行。

2.2.4? ? 24 h試運行試驗

遠(yuǎn)方控制模式下，電廠側(cè)投入AVC控制，調(diào)度值班員根據(jù)曲線自動下發(fā)調(diào)節(jié)指令，機組持續(xù)運行24 h，然后試驗工程師在AVC系統(tǒng)上檢查機組24 h的運行曲線，查看機組的運行情況及電壓或無功功率的跟隨情況。

3? ? 典型問題分析

結(jié)合上述試驗項目，實驗室已配合開展了4個水電廠的AVC系統(tǒng)現(xiàn)場測試，填補了AVC系統(tǒng)整體測試、AVC系統(tǒng)與調(diào)度信息交互測試的空缺，提高了AVC系統(tǒng)的有效性。本文對AVC系統(tǒng)現(xiàn)場試驗過程中的典型問題進行了梳理，具體如下。

3.1? ? 通信異常，AVC功能未正常退出

測試條件：電廠控制模式下，斷開下位機與上位機之間的通信。

測試現(xiàn)象：下位機通信狀態(tài)正常告警，但機組AVC功能未退出，恢復(fù)后，機組AVC指令正常調(diào)節(jié)。

問題分析：廠家在做邏輯的時候，沒有考慮通信斷線退AVC的邏輯，AVC系統(tǒng)缺少此邏輯，根據(jù)調(diào)度要求，廠家修改配置文件，增加該邏輯。

安全隱患：通信異常情況下，AVC功能未退出，值班人員仍然可能下AVC調(diào)節(jié)指令，影響機組穩(wěn)定運行。

3.2? ? 保護功能缺失

測試條件：遠(yuǎn)方控制模式下，通過修改母線電壓上限值，模擬母線電壓越上限保護動作。

測試現(xiàn)象：AVC系統(tǒng)無閉鎖增磁出口告警，可根據(jù)電壓調(diào)節(jié)指令正常調(diào)節(jié)母線電壓。

問題分析：廠家邏輯關(guān)聯(lián)點錯誤，母線電壓運行的上下限值關(guān)聯(lián)到其他遙測點。

安全隱患：影響調(diào)度和電廠對機組運行狀態(tài)的判斷，當(dāng)告警發(fā)生時，無法及時采取有效應(yīng)對措施，還可能采取錯誤應(yīng)對措施，極端情況下可能會引起機組跳機。

3.3? ? 勵磁功能異常

測試條件：就地控制模式下，在LCU側(cè)手動模擬機組低勵和過勵信號。

測試現(xiàn)象：機組低勵和過勵時，機組AVC功能退出，邏輯不正確（正確邏輯：低勵動作時閉鎖機組減磁功能，過勵動作時閉鎖機組增磁功能，低勵動作和過勵動作都不應(yīng)該退出機組AVC功能）。

問題分析：廠家邏輯錯誤，按照要求修改邏輯。

安全隱患：AVC功能異常失效，調(diào)度和電廠無法再通過AVC系統(tǒng)對機組進行無功調(diào)節(jié)。

3.4? ? 雙機切換功能異常

測試條件：就地控制模式下，斷開遠(yuǎn)動主機與AVC控制系統(tǒng)主機A的通信網(wǎng)線。等通信正常后，恢復(fù)主機與AVC控制系統(tǒng)主機A的通信網(wǎng)線。

測試現(xiàn)象：AVC控制系統(tǒng)邏輯錯誤。斷開遠(yuǎn)動主機與AVC控制系統(tǒng)主機A、備機B的通信網(wǎng)線后，AVC系統(tǒng)界面變灰，恢復(fù)遠(yuǎn)動主機與AVC控制系統(tǒng)主機A、備機B的通信網(wǎng)線后，AVC控制系統(tǒng)A機、B機全部顯示為備機（正確邏輯：恢復(fù)后AVC系統(tǒng)A機、B機保持通信斷線前狀態(tài)，即AVC控制系統(tǒng)顯示A機為主機，B機為備機）。

問題分析：邏輯缺失，AVC系統(tǒng)廠家在做邏輯的時候，未做該邏輯。

安全隱患：這種情況下，會造成電廠和調(diào)度之間通信全部中斷，調(diào)度失去對電廠的控制，無法掌握電廠實時數(shù)據(jù)。

3.5? ? 模式切換功能異常

測試條件：就地控制模式下，Ⅰ段母線電壓實測值為533.27 kV，Ⅰ母電壓目標(biāo)編碼值設(shè)置為15 340，平穩(wěn)切換判定值為0.5 kV，此時，將電廠控制從就地控制模式切換為遠(yuǎn)方控制模式。

測試現(xiàn)象：AVC監(jiān)控系統(tǒng)邏輯錯誤。由于Ⅰ母電壓目標(biāo)編碼值與Ⅰ段母線電壓實測值之間的差值大于平穩(wěn)切換判定值，此時，將電廠控制從就地控制模式切換為遠(yuǎn)方控制模式，不應(yīng)該切換成功，而AVC監(jiān)控系統(tǒng)顯示切換成功。

問題分析：邏輯缺失，AVC系統(tǒng)廠家在做邏輯的時候，未做該邏輯。

安全隱患：這種情況下，可能會引起電壓的跳變，嚴(yán)重時甚至?xí)鹫麄€系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

4? ? 結(jié)語

開展AVC系統(tǒng)現(xiàn)場試驗，加強AVC系統(tǒng)級的測試研究，從AVC系統(tǒng)整體、AVC系統(tǒng)與調(diào)度信息交互等方面進行驗證，可以消除水電廠存在的安全隱患，彌補AVC系統(tǒng)現(xiàn)有測試的不足。

水電廠是國家重點工程的一類，并網(wǎng)投運前，借助專業(yè)的檢測機構(gòu)，對AVC系統(tǒng)進行專業(yè)的現(xiàn)場試驗，符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略。進一步規(guī)范水電廠AVC系統(tǒng)現(xiàn)場試驗，可以為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。同時，專業(yè)的AVC系統(tǒng)現(xiàn)場試驗可以保證AVC系統(tǒng)按照既定要求對母線電壓或全廠無功功率進行自動控制，使母線電壓維持在一個合理范圍內(nèi)，達(dá)到保證電能質(zhì)量的目的。

[參考文獻]

[1] 竇騫，盧廣陵，陳新凌.水電廠自動電壓控制系統(tǒng)子站試驗方法研究[J].電工材料，2021（5）：55-58.

[2] 吳揚文.水電廠監(jiān)控系統(tǒng)整體試驗方式優(yōu)化[J].水電站機電技術(shù)，2016，39（8）：57-59.

[3] 楊鳳英，邢占禮，楊柱石.自動電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用及相關(guān)問題探討[J].新疆電力技術(shù)，2014（4）：39-40.

[4] 張曉輝，張曉峰，胡曉芬.水電廠AVC運行需注意的問題[J].云南電力技術(shù)，2013，41（4）：65-67.

[5] 張欣麗.研究無功功率的意義及其補償裝置[J].科技信息，2011（28）：383.

收稿日期：2022-01-10

作者簡介：陳皓帆（1988—），男，湖南寧鄉(xiāng)人，碩士，工程師，從事水力發(fā)電廠繼電保護、監(jiān)控自動化技術(shù)管理及工程項目管理工作。