(内蒙古国华准格尔发电有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市 010300)
摘要：本文通过对电厂在AVC系统建设、改造及运行中碰到的实际问题和事件，提出了AVC系统控制逻辑及策略优化建议，从发电厂的角度看，提高了系统无功及电压的稳定。但从整个电网系统的角度来看，仍有大量需要进一步研究和解决的难题，比如交、直流协调电压控制，大规模风电及光伏接入后电压控制问题等等，是电厂、电网及设备厂商不断的努力的方向。
关键词：发电厂AVC自动电压控制系统；优化；应用
1厂站AVC系统工作原理和应用现状
自动电压无功控制系统上位机通过RTU通道获取到省级调度中心主站传输的母线电压控制目标，再结合厂站内发电机有功功率、电压等实时监测值，采用公式，系统自动运算得到厂商需要实际的总无功功率目标，按照现场设定的无功分配控制原则，再结合多种约束因素以后，对厂站内发电机功无功功率进行科学合理的配置。每个机组内的自动电压无功控制下位机，把增、减控制信号转换为不同宽度的脉冲信号，来对每个发电机组励磁调节器提供控制信号，从而对厂站内每个机组的无功功率实现自动调整，可以使220千伏母线电压与省级调度中心分配的控制指标保持相符。
某发电厂根据等功率因数分配方式来对无功量进行调控，使每个发电机组无功量和有功建立起线性关系式，当无功功率达到上下限状态时则不再加入到调整控制，该电厂内有两座220千伏升压站，站点相关1500米，甲站内的1号、2号母线与乙站A、B母线都利用连接线实现电气连接，总长度可达到1800米，经过外架设杆塔实现与开关本体的电气连接，为单回路连接方式。5号发电机组容量为140兆瓦、6号、7号机组容量为330兆瓦、8号、9号机组容量600兆瓦，5-7号发电机组与220千伏的乙站进行连接，8-9号机组与甲站连接。自动电压无功控制系统上位机获取到省级调度中以主站对母线电压控制目标，通过内部的数据运算将控制指令传输到每个发电机组中来实现无功电压调控。
2AVC子站控制策略的优化
2.1总无功需求较小工况的无功分配策略
AVC子站接收到母线目标指令后，有一个调节阈值（调节死区）的判断，即目标值与实际值的绝对差值必须大于调节阈值才会进行策略计算，分配给机组无功目标出力。分配策略一般有等裕度法、等功率因素法及等比例法几种分配策略，应用较多的是等功率因素法，它能使各台机组根据有功出力来分配无功负荷。机组收到目标无功出力后同样也要进行调节阈值的判断，以避免频繁的调节。
在某种工况下，系统运行稳定，母线目标值与当前值差不大但又超过调节死区（一般为0.3kV），那么AVC子站计算出总无功变化量也较小，不论按上述何种分配策略，各台机组的无功目标都在调节阈值内，导致这些机组最终都不会去执行调节指令，母线电压不会变化最终影响调节合格率的情况。如何避免这种情况的发生，有一种办法是降低机组无功调节阈值，但一味的降低阈值可能会带来机组无功调节的紊乱，AVC子站系统为避免这种情况，当判断出现所有机组无功目标都在阈值以内时，自动选择无功实时值与目标值差最小的最一台机组，将该台机组的无功变化量除以机组数叠加到其余机组无功变化量上，若第一轮计算其余机组无功变化量还在阈值内，则进行类似的第二轮计算，直到剩余机组的无功变化量在调节阈值以内，这样就可以保证执行AVC子站的无功目标指令，达到调节母线电压的目的。
2.2限制值附近的防振荡调节
AVC子站系统调节目的是让发电厂母线电压自动跟随调度下发的母线电压指令，但当目标指令在母线电压的限制值附近时，由于AVC系统限制或反拉的作用，极易出现振荡调节现象。一般AVC系统对各电气量设置有越限闭锁和反拉功能，如母线电压、机端电压、厂用电电压等，越限闭锁值与反拉值一般设置在0.1PU.，所以AVC子站在调节指令发出前还需进行是否越限值计算，以防指令调节后达到反拉值以上，励磁重新将无功出力调回当前值或当前值以下，出现于目标指令相反的调节效果，避免出现调节振荡。
2.3母线电压高但机组无功出力偏低工况的调节
正常情况下，发电机机组无功发出越多，母线电压会越高。但在特殊工况下也有例外，有些电厂在后半夜及节假日，系统由于负荷大幅降低的原因，系统电压上升至较高水平，导致电厂母线电压随着升高。按一般的AVC子站逻辑，母线电压升高至机组增磁闭锁值后，会对所以机组增磁闭锁；同时由于系统电压高，系统需要机组大量的吸收无功，甚至进相运行。一方面机组在进相运行需要增加无功，而另一方面由于母线电压高AVC系统又自动闭锁了机组增磁操作，如果系统电压持续升高，可能使机组持续的深度进相，直到励磁调节器低励限制动作，影响机组的安全运行。对于此类特殊工况，AVC系统应根据采集到的电气量进行智能诊断，同时在指令计算时忽略由于母线电压高而导致的增闭锁条件，尽快使机组脱离危险运行区间。
3AVC子站运行安全约束条件
3.1AVC与励磁调节器的配合
AVC作为二级电压自动调节手段，而且最终调节必须依靠AVR来完成，所以其控制参数应与AVR配合，以免发生安全事件。在AVR发生异常或故障时应退出或闭锁AVC，而且AVC的调节范围应比AVR的调节范围要小，逻辑框图如图2所示。其中需要特别注意的是，AVR发生异常时必须经一定延时才能退出或闭锁AVC，以免系统在发生扰动时AVR强励动作触发相关告警信号，导致退出AVC功能，影响AVC的投运率指标。
3.2AVC与机组运行参数的配合
AVC系统在机组运行参数超限时，也会退出或闭锁机组电压调节，如机组有功功率、厂用电压、发电机电压、发电机电流等等。在设置这些运行参数超限定值时，需特别注意在铭牌参数上增加一定裕度。比如某燃机电厂冬季AVC调节合格率较夏季一直偏低，后检查调节不合格点发现均是有功超上限闭锁AVC调节引起。该机组铭牌参数480MW，冬季由于环境温度低，燃机发电效率较夏季高，最高出力能带到500MW以上，而AVC装置设置的有功功率闭锁上限是480MW，在480MW-500MW负荷期间，AVC是闭锁调节的，导致合格率冬季比夏季低。
3.3AVC与继电保护的配合
以发变组V/Hz保护为例，如表1所示，V/Hz倍数具体以发电机厂家出具的V/Hz能力曲线为准，建议AVC、AVR与保护装置间取一定级差,并且大于0.02PU，以防AVC、AVR与保护装置间由于采样偏差造成保护误动作。某厂1号机组AVC、AVR与保护装置V/Hz设置的保护定值如表二所示，虽有一定级差但仅为0.01PU。2014年7月该机组在50%负荷时发生通讯故障导致母线电压不刷新，AVC判定调节未到位，机端电压持续上升达到1.05PU时越上限闭锁，但此时保护装置采集到的V/Hz倍数已达到1.06（保护电压与AVC电压取自不同电压互感器），保护装置V/Hz反时限启动，经长延时后保护出口将该机组解列。
表1发电机机组在AVC、AVR与保护装置间的配合关系
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结束语
电力系统自动电压控制（AVC），是指电网调度自动化系统对系统电压进行实时跟踪，通过网内发电机的无功出力调整来控制区域电网无功的合理流动，优化电网无功潮流分布的一种自动化控制技术。AVC系统有效提高了电网电压质量，大幅提高了电网运行的稳定性和经济性，但发电厂在AVC系统建设、改造还有运行中，特别是随着近年可再生能源及特高压交直流输电大规模接入电网运行后，还是遇到了许多亟待解决与优化的问题，严重时甚至会造成发电机组的非计划停运。因此，有必要对发电厂AVC系统以往暴露出的问题进行总结，分析AVC控制环节中的薄弱因素，并提出有针对性的措施，以提高发电厂电压自动调节精度及电网无功稳定性。
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