福清核電廠AVC系統的實現方式分析

齊娟，鄭澤銀，龔正熙

(福建福清核電有限公司，福建 福清350318)

自動電壓控制(Automatic Voltage Control，簡稱AVC)對發電廠而言，是通過對發電機組的無功功率進行控制和調節，使得發電廠高壓母線的電壓值符合電網的要求，從而達到提高本地區的供電電壓水平，減少線路損耗，改善地區電網的電能質量的目的。同時AVC 系統運行時必須受到發電機組的P－Q 曲線、發電機組運行狀態、廠用電電壓等因素的制約。

1 福清核電AVC 系統結構

1.1 AVC 系統配置

福清核電站AVC 子站不設立獨立的AVC 裝置，AVC 功能在南瑞科技NS2000 后臺實現。西門子公司生產的AK1703 遠動裝置，接收AVC 主站系統下發的遙調信號，NCS(Net Control System，網絡監控系統)監控后臺經過分析后將信號發送給機組測控裝置，機組測控將增/減磁信號發給DCS(Distributed Control System，分散控制系統)，DCS 經過邏輯判斷后，下發至AVR 發電機勵磁裝置。福清核電6 臺機組測控裝置隨各機組分布置于機組的繼電保護室內，AVC 子站即NS2000 后臺設在網控樓NCS 控制室內〔1〕。

1.2 AVC 系統結構

福清核電目前只有1 臺機組投入運行，AVC系統結構如圖1 所示，調度中心向遠動裝置下發500 kV 母線電壓的控制目標值，遠動裝置以遙調的方式發送至NCS 監控后臺，NCS 監控后臺經過對機組的運行方式、參數的判別計算和響應的無功優化分配策略分析，將脈沖調節的時間發給發變組測控裝置，測控單元根據下發的值的正負以及大小閉合增磁/減磁的接點并發送至DCS，DCS 系統對手動增/減磁命令綜合判別后，向AVR 裝置發出調節機組無功功率的信號。

圖1 AVC 系統結構示意圖

1.3 AVC 系統與DCS 系統之間的邏輯

1.3.1 AVC 投退邏輯

AVC 在NCS 后臺發出“AVC 請求投入”信號至DCS 系統，DCS 系統經過邏輯分析之后，如果投入條件滿足，將“AVC 投入信號”置合。此時，DCS 系統增/減磁控制為AVC 系統自動控制方式，閉鎖了手動控制信號，DSC 接收AVC 系統發來的增/減磁信號，并輸出至機組勵磁系統〔2〕。

1.3.2 ACV 故障切換邏輯

AVC 系統投入后，當AVC 的采樣、通信或者電源模塊等故障時，“AVC 故障”信號由常開變為常閉，“AVC 允許投入”信號必須迅速由常閉變為常分，并切換到DCS 手動控制方式。正常情況下，DCS 也可手動退出AVC，切換到手動控制方式〔3〕。

1.3.3 AVC 與DCS 手動增/減磁互鎖

關于AVC 系統與DCS 手動增/減磁互鎖的問題有不同的看法，選擇上互有利弊。有的認為AVC 自動控制和DCS 增/減勵磁應互鎖，明確責任，互不影響;有的則認為不宜互鎖，當AVC 控制的時候，DCS 調節的功能也開放，但需人為規定DCS 不得操作增/減勵磁，當出現異常情況時，可以立即實現手動干預。因為福清核電有6 臺機組參與無功調節，而NCS 和DCS 的控制室分布在不同的廠房，在AVC 自動控制和DCS 手動調節模式的切換中，可能會出現溝通不暢等人因失誤造成DCS 手動增/減磁誤操作，所以福清核電采用的方式是DCS 投入AVC 信號閉鎖其手動增/減磁，實現互鎖，以保證在AVC 自動控制時，不會有誤觸發DCS 手動調節的可能。

2 福清核電AVC 控制策略

2.1 AVC 調節策略

福清核電AVC 調節采用的是一種改進自適應算法，簡單的說，是指在收到調度下發的目標電壓值后，對系統進行一個經驗值的最小步長調節，使系統電壓發生一個較小的變化，根據系統電壓與目標電壓的差值，反復幾次(經過工程實踐，一般經過連續5—6 次逼近后，計算得到的系統阻抗基本能滿足工程需要)最小經驗值的自適應調節后就可準確計算出目前的系統阻抗值〔4〕。

2.1.1 改進自適應算法確定系統阻抗

系統阻抗X 計算的公式為:

式中 Qk－，Uk－，Qk+，Uk+分別為所有機組第k 次無功調整前后輸入系統的總無功和高壓側母線電壓。實際計算時，連續k 次采集母線電壓和機組實發無功，代入式中，得出第k 次計算的系統阻抗，然后再進行k +1 次的系統阻抗計算。通過逐次逼近，最后可使計算出的X 與實際的系統阻抗誤差較小，滿足工程需要。

2.1.2 確定機組送入系統的無功目標值機組送入系統的無功目標值Qj的計算公式為:

式中 Uj，Ui，Qi，X 分別為高壓側母線電壓目標值、當前高壓側母線電壓、母線上所有機組送入系統的總無功、系統阻抗值。

2.1.3 無功功率在機組間的分配

福清核電設計建成6 臺機組，因此要考慮無功功率在機組間的分配，該廠采用的是以各發電機的無功裕量作為控制對象的相似的調整裕度法。根據各臺發電機的P/Q 功率圓圖，確定當前運行狀態各發電機無功的上下限值，以每臺機組的理想無功運行值為目標，將總目標值與當前實際總無功的偏差值做為調節值，以每臺機組的可調無功作為權系數，按照各臺機組的無功進行相似調整裕度的調節，實現各臺機組的目標輸出無功保持均衡。

如電廠實際無功值小于目標無功值，則需要增加機組無功值;如電廠實際無功值大于目標無功值，則需要減少機組無功值。

2.2 AVC 閉鎖及約束條件

按照《福建電網自動電壓控制(AVC)系統運行管理規定》的要求，對照福清核電AVC 系統實際情況，該廠設置了一系列的閉鎖和約束條件，以保證AVC 功能的正常實現和機組的安全穩定運行。具體如下:

1)AVC 功能退出時，母線電壓目標設定為自動跟蹤電廠實發值，避免投退AVC 功能的瞬間，某些非正常原因造成負荷的波動，影響電網的穩定運行。

2)當福建省調度中心與福清核電遠動裝置通信全部中斷時，AVC 系統控制權自動地由調度中心側切到福清核電側，保證AVC 系統處于可控狀態。

4)當福清核電發生有可能影響系統安全運行的事件時，比如母線電壓(頻率)故障、機組有功功率/無功功率測量值故障、參與電壓調節機組的事故總信號、系統電壓震蕩超時或電壓越故限故障、AVC 調度值命令15 min 無變化、調度下發AVC 母線電壓目標值越上下限、母線并列運行時Ⅰ母線與Ⅱ母線直接電壓值相差過大，當發生以上情況時，應立刻自動退出全廠AVC 功能，防止電廠的事故影響擴大化，造成電網的不穩定運行。

5)AVC 系統根據系統組態，當出現相應的測量值越限時自動閉鎖正方向(造成電壓越限更嚴重)的控制輸出，并給出告警信息，在測量值恢復正常后自動解鎖，而反方向(電壓越限減小)的控制能保持正常輸出。系統組態因素主要包括:AVC 增/減磁閉鎖條件;高壓母線電壓越限閉鎖限制;轉子電壓、電流越限閉鎖限制;定子電壓、電流越限閉鎖限制;根據相應的進相限制或者P －Q限制曲線，有功、無功功率越限閉鎖限制;廠用電母線電壓閉鎖限制等〔5〕。

3 福清核電AVC 調試問題及解決方法

3.1 AVC 靜態調試時，出現不明原因閉鎖

問題描述:AVC 母線電壓目標值的控制來源可選擇“來自調度”或“來自廠內”，廠內靜態調試時將控制來源設置為“來自廠內”，此時AVC系統跟蹤廠內給定的目標電壓。但是AVC 閉鎖邏輯中判斷母線電壓目標值越限的依據始終默認為“來自調度”，從而導致調度未下發母線電壓目標值(默認為0)時，全站AVC 功能因目標電壓越限被閉鎖。

解決方法:調試階段臨時通過對調度下發目標電壓值遙測置數解除閉鎖后全站AVC 功能恢復，建議廠家對AVC 程序中目標電壓值越限閉鎖邏輯進行優化，在控制來源為“來自廠內”時，將廠內設定母線電壓目標值作為閉鎖判據。

3.2 機組測控無法輸出增/減磁指令

問題描述:為防止測控裝置增/減磁繼電器出現粘連，原設計考慮增、減磁指令均采用兩個雙位置繼電器接點串聯輸出，從而保證一個繼電器接點出現粘連情況下不會導致增減磁輸出失控。但Siemens 測控裝置使用的DO －2210 開出板不允許同一板卡上的兩個及以上DO 點同時動作，導致2個接點不能同時閉合從而無法輸出增/減磁指令至DCS。

解決方法:通過將DCS 接收增/減磁脈沖方式更改為檢測到上升沿后輸出單個固定脈寬，實現了防粘連功能，同時將測控的繼電器串聯接點輸出更改為單繼電器接點輸出，靈活解決了增/減磁指令無法輸出的問題。

3.3 增/減磁閉鎖條件恢復后無法自動解鎖

問題描述:AVC 動態試驗過程中，為了驗證增/減磁正方向閉鎖功能，通過更改廠用電壓上限定值低于當前廠用電壓值使AVC 增磁閉鎖。之后在恢復上限定值的同時更改廠用電壓下限值高于當前廠用電壓值，發現增磁閉鎖無法自動解鎖。

解決方法:經過調試人員分析，通過更改閉鎖條件上下限定值的方法驗證增/減磁閉鎖功能時，不能同時更改上、下限定值，否則程序無法自動解鎖。在正常運行情況下不影響系統閉鎖功能，但需要在調試過程中引起注意。

4 結語

福清核電AVC 子站通過NS2000 監控后臺與機組測控以及DCS 相互配合實現，既考慮了各個系統的安全和獨立性，也滿足了設計和省網的要求。電廠人員要了解AVC 系統結構，理解AVC 子站的邏輯及控制策略，并且在AVC 調試過程中，講究調試方法，嚴格執行調試方案，以便盡早發現并解決問題，積累經驗，為AVC 子站系統的運行提供保障。

〔1〕李傳波，段周期，鄭衛東. 自動電壓控制系統AVC 在華能玉環電廠的工程設計〔J〕． 電氣技術:2009(11):73-76．

〔2〕黃旭東. 自動電壓控制系統在發電廠側的應用〔J〕． 浙江電力:2014(1):43-46，58．

〔3〕彭小梅. 淺談自動電壓控制系統(AVC)在發電廠的調試和應用〔J〕． 科技創新與應用:2013(20):13-14．

〔4〕李昀. 一種采用改進自適應算法的AVC 軟件的研制及應用〔C〕． 2012年中國電機工程學會年會．

〔5〕劉鐵成. 發電廠側自動電壓控制系統的原理及應用〔J〕． 華電技術:2010，32(9):19-24．