水電廠AVC系統試驗及典型問題分析

陳皓帆 穆小亮 許夢華 高稼瑞 任勇達

摘 要：首先，介紹了AVC系統測試現狀，指出了目前測試存在的不足;然后，結合水電廠AVC系統控制原理，在滿足國家相關標準規定的基礎上，提出了水電廠AVC系統試驗的重點內容，并針對這些重點內容設計試驗項目和試驗方法;最后，基于多個水電廠的試驗經驗，分享試驗過程中發現的典型問題，為規范水電廠AVC系統的現場試驗，確保電網穩定運行提供了數據支撐。

關鍵詞：水電廠;AVC系統;現場驗收

中圖分類號：TV736? 文獻標志碼：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，促使水電廠不斷應用各種方式來提高效率。在此背景下，水電廠AVC系統得到了迅速發展與應用。然而，目前水電廠AVC系統的現場試驗還只停留在LCU和監控系統層面，重點驗證的是LCU側的功能和性能指標，缺少對AVC系統整體、AVC系統與調度信息交互的驗證[1]。系統級現場試驗的缺失，不僅會給水電廠LCU的穩定運行帶來隱患，情況嚴重時還會影響整個電網的穩定運行，因此，不管是電廠側還是電網公司側，都對AVC系統的現場試驗越來越重視。同時，國家能監局等管理機構對電廠AVC系統現場檢測的要求也越來越高，現場檢測可以及時發現隱患，提高電網運行的穩定性。

本文詳細分析了水電廠AVC系統的控制原理[2]，結合國行標及相關管理文件，梳理需要試驗的重點內容及測試方法。同時，結合在水電廠實際檢測的經驗，分享檢測過程中發現的典型問題，以期提高水電廠AVC系統現場檢測的能力，為水電廠排除隱患提供數據支撐。

1? ? 水電廠AVC系統控制原理

1.1? ? AVC系統控制結構

AVC系統一般包括主站和子站兩個部分，其中主站一般位于調度端，子站一般位于電廠端。主站根據整個電網系統無功優化潮流計算，將電壓控制指令下發到子站，同時接收子站反饋的狀態信息。水電廠AVC系統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的調節指令，向下位機下發各機組的無功調節目標值。AVC系統主要是在監控系統中實現，采用雙主模式、雙網冗余結構，配合分配策略，以整個電網安全穩定為前提，實現水電廠的節水、節能，同時減少機組振動，保證機組穩定目標[3]。

1.2? ? AVC系統控制流程

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

1.3? ? AVC系統控制模式

AVC系統控制模式主要包括就地控制和遠方控制兩種模式。

就地控制模式是指投入全廠AVC系統，控制權選擇為電廠端，通過監控后臺向電廠下發調節指令，實現全廠機組無功自動控制。

遠方控制模式是指投入全廠AVC系統，控制權選擇為調度端，通過調度主站向電廠下發調節指令，實現全廠機組無功自動控制。

2? ? 水電廠AVC系統測試

2.1? ? 測試重點

根據《遠動終端設備》（GB/T 13729—2019）、《地區電網調度自動化系統》（GB/T 13730—2002）、《電網運行準則》（GB/T 31464—2015）等標準[4]，以及電監會〔2006〕22號令《電網運行規則（試行）》、電監市場〔2006〕42號《發電廠并網運行管理規定》、調自〔2018〕129號《國調中心關于加強變電站自動化專業管理的工作意見》等文件的要求[5]，水電廠AVC系統現場驗收需要重點驗證以下內容：

（1）調度與電廠之間通信一致性。驗證電廠與調度之間通信是否正常、數據上傳正確性、指令下發正確性，同時驗證電廠與調度之間數據的一致性、傳輸的時延值等。

（2）保護邏輯完整性。驗證當母線電壓、定子電壓及電流、轉子電壓及電流、廠用電電壓等出現異常或勵磁發生異常時，AVC系統是否能夠及時發現并給出告警信息，是否能夠正常啟動保護。

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

（4）指令跟隨正確性。驗證AVC系統運行的穩定性，機組按照調度的要求，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。

2.2? ? 試驗設計

針對上述需重點驗證的內容，本文有針對性地設計了試驗項目，具體如下：

2.2.1? ? 通信一致性試驗

（1）上行數據傳輸試驗：按照調度下發給電廠的調度點表，現場技術人員在水電廠機組上依次進行數據傳動，試驗工程師在AVC系統上記錄遙信、遙測數據變化的正確性及數據變化的SOE時間，同時，調度值班員也同步記錄數據的變化情況及SOE時間，試驗工程師與調度值班員核對電廠側AVC系統上數據與調度側數據的一致性。

（2）下行指令下發試驗：根據電廠工作票內容及電廠的實際運行情況，調度值班員給水電廠下發不同的電壓調節指令，試驗工程師在AVC系統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系統上查看實時告警情況及AVC系統反應情況。

（2）依次模擬調度指令母線電壓調節上下限及幅度等情況，試驗工程師在AVC系統上查看實時告警情況及AVC系統反應情況。

2.2.3? ? 指令合法性試驗

根據電廠實際情況，調度自動化值班員依次下發不同的遙調指令，包括正常的遙調指令和非法的遙調指令，在AVC系統上查看收到指令時的反應情況，如當收到非法指令的時候，AVC系統是否能夠正確給出告警并拒絕執行。

2.2.4? ? 24 h試運行試驗

遠方控制模式下，電廠側投入AVC控制，調度值班員根據曲線自動下發調節指令，機組持續運行24 h，然后試驗工程師在AVC系統上檢查機組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系統現場測試，填補了AVC系統整體測試、AVC系統與調度信息交互測試的空缺，提高了AVC系統的有效性。本文對AVC系統現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。

測試現象：下位機通信狀態正常告警，但機組AVC功能未退出，恢復后，機組AVC指令正常調節。

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系統缺少此邏輯，根據調度要求，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調節指令，影響機組穩定運行。

3.2? ? 保護功能缺失

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

測試現象：AVC系統無閉鎖增磁出口告警，可根據電壓調節指令正常調節母線電壓。

問題分析：廠家邏輯關聯點錯誤，母線電壓運行的上下限值關聯到其他遙測點。

安全隱患：影響調度和電廠對機組運行狀態的判斷，當告警發生時，無法及時采取有效應對措施，還可能采取錯誤應對措施，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側手動模擬機組低勵和過勵信號。

測試現象：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，調度和電廠無法再通過AVC系統對機組進行無功調節。

3.4? ? 雙機切換功能異常

測試條件：就地控制模式下，斷開遠動主機與AVC控制系統主機A的通信網線。等通信正常后，恢復主機與AVC控制系統主機A的通信網線。

測試現象：AVC控制系統邏輯錯誤。斷開遠動主機與AVC控制系統主機A、備機B的通信網線后，AVC系統界面變灰，恢復遠動主機與AVC控制系統主機A、備機B的通信網線后，AVC控制系統A機、B機全部顯示為備機（正確邏輯：恢復后AVC系統A機、B機保持通信斷線前狀態，即AVC控制系統顯示A機為主機，B機為備機）。

問題分析：邏輯缺失，AVC系統廠家在做邏輯的時候，未做該邏輯。

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

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母電壓目標編碼值設置為15 340，平穩切換判定值為0.5 kV，此時，將電廠控制從就地控制模式切換為遠方控制模式。

測試現象：AVC監控系統邏輯錯誤。由于Ⅰ母電壓目標編碼值與Ⅰ段母線電壓實測值之間的差值大于平穩切換判定值，此時，將電廠控制從就地控制模式切換為遠方控制模式，不應該切換成功，而AVC監控系統顯示切換成功。

問題分析：邏輯缺失，AVC系統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，嚴重時甚至會引起整個系統的不穩定。

4? ? 結語

開展AVC系統現場試驗，加強AVC系統級的測試研究，從AVC系統整體、AVC系統與調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系統現有測試的不足。

水電廠是國家重點工程的一類，并網投運前，借助專業的檢測機構，對AVC系統進行專業的現場試驗，符合國家能源發展戰略。進一步規范水電廠AVC系統現場試驗，可以為保證電網安全穩定運行提供強有力的數據支撐。同時，專業的AVC系統現場試驗可以保證AVC系統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，達到保證電能質量的目的。

[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.水電廠監控系統整體試驗方式優化[J].水電站機電技術，2016，39（8）：57-59.

[3] 楊鳳英，邢占禮，楊柱石.自動電壓控制系統的應用及相關問題探討[J].新疆電力技術，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，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，湖南寧鄉人，碩士，工程師，從事水力發電廠繼電保護、監控自動化技術管理及工程項目管理工作。