随着现代电网规模的扩大、大功率机组的投运以及用户对电压质量要求的提高，自动电压控制技术在电网中的应用越来越普遍。自动电压控制（以下简称AVC）系统^{[1, 2]}是利用先进的计算机和通信技术，通过实时监测电网无功电压，对电网中发电机组的无功功率进行实时优化调节，保证电力系统的安全稳定和经济运行。电网调压^[3]从2个方面实现：变电站侧通过改变主变压器分接头位置和投切无功电容器组进行调节；电厂侧通过调节机组无功功率出力大小来实现。本文仅对电厂侧AVC系统调压进行分析。

在实际运行中，电网负荷^[4]低谷时段系统电压偏高，需要电厂侧机组吸收无功功率，降低电网电压；电网负荷高峰时段，系统电压偏低，则需要电厂侧机组多发无功功率，提高电网电压。AVC系统自动调节运行阶段，虽然对于系统电压具有明显的调节效果，但不能完全满足系统调压的目的，通过对内蒙古电网多家电厂机组的AVC系统进行调查分析，发现电厂侧发电机组普遍存在出力不足的情况。本文对电厂侧机组无功功率出力不足的原因进行了分析，并提出相应的建议。

AVC系统由AVC主站和AVC子站组成^[5]，AVC系统结构示意图如图 1所示。AVC主站运行于各省电力系统调度中心，根据系统无功优化潮流的计算，将某个节点的电压控制命令发送至子站，并接受子站回馈的状态信息；AVC子站接受主站的控制命令后，实现电厂本地控制。AVC子站包括上位机和执行终端（下位机），上位机是子站设备（AVC装置）中关键的控制单元，它接收主站发送的调节目标值，采集下位机上传的输入信号，对机组的运行状态进行判别，对全厂系统无功功率进行计算，对机组无功功率目标值进行分配。下位机采集发电机组的所有运行信息（包括机组有功功率、无功功率、机端电流、机端电压等），通过比较机组无功功率实测值与上位机给定的无功功率目标值的差值，向DCS装置或AVR装置发送增、减励磁指令，从而调节机组无功功率出力大小。

图1(Figure 1)

图1 AVC系统结构示意图

电力系统运行中，系统电压无法下调属常见问题，而多数情况下该问题是由于电厂侧AVC系统定值设置不合理引起的，具体分析如下。

机组投运前均需做进相试验，确定在不同负荷下机组的进相深度。设定AVC定值时应以进相试验数据为参考，并留有一定裕量。考虑到机组自身的安全运行，实际中通常会将电厂侧机组无功功率下限定值设置得较高，这就导致在系统母线电压偏高的情况下，当AVC主站下发机组减无功功率调度指令时，虽然机组本身还具备减无功功率调节能力，但由于减磁闭锁导致机组不再参与系统调节。当系统中多台机组具备调节能力而不参与机组调压时，将会导致系统中无功功率过剩，系统电压偏高。

机端电压限值的设置，原则上可以按照发电机额定电压5%进行设置（如机端电压20 kV的机组，其上限值、下限值宜设置为21 kV、19 kV），特殊机组可以把定值区间适当缩小。而实际运行中电厂侧的机端电压下限定值通常设置得较高，部分电厂机端电压下限定值设置为额定电压的99%，当AVC主站进行无功功率调节、无功功率下限仍有调节裕量时，机端电压率先达到定值下限，闭锁无功功率出力，使具有调节裕量的机组不再参与系统调压。若系统中多台机组具备调节能力而不参与系统调压，则将导致电网吸收无功功率的能力大幅降低，电网电压偏高。

内蒙古电网部分电厂采用的AVC装置由于生产厂商不同，其实现原理和定值含义略有不同，给AVC系统的运行和维护增加了难度。在定值设定中，若有效值和闭锁值设置一致或接近，将会影响机组出力。对于AVC装置，闭锁值是指当机组达到该定值时，AVC装置给主站发闭锁指令，同时不再参与系统AVC调节；有效值是指机组所能接受的极限值，当达到有效值时，AVC装置给主站同时发增、减磁闭锁，并退出运行。有的厂商在设计时考虑到系统安全，增加了反调功能，具备反调功能的AVC装置不会达到有效值。以机组无功功率上限为例，反调功能是指当机组无功功率实际值接近有效值定值上限时，AVC装置自动发减励磁指令，使无功功率实际值始终达不到无功功率有效值上限。反调有一定的幅度限制，在系统固化程序中可以根据实际情况进行设置。假设反调幅度为无功功率有效值的5%，当电厂侧AVC装置的有效值和闭锁值设置接近或一致时，有效值的反调边界就会包含闭锁值（见图 2a）。AVC主站给定的目标值在闭锁值和反调边界之间，当实际母线电压值达到反调边界时，母线电压低于目标值和闭锁值，装置不会发任何闭锁指令，此时机组具有调节裕量，但由于AVC装置的反调作用，使母线电压始终无法达到给定目标值。对于机组无功功率下限来说，就会出现机组无功功率出力不足，系统无功功率过剩而无法调节，AVC主站显示机组长时间不跟随主站指令，调节合格率低。

图2(Figure 2)

图2 闭锁值和有效值设置关系示意图

在设置有效值和闭锁值时，建议2个值之间要留有一定裕度，设置后机组几个参量之间的关系应如图 2b、2c所示。正常情况下，如果目标值高于闭锁值（见图 2c），机组调节达到闭锁值后，AVC装置发闭锁指令至主站，主站判断机组已经达到最大出力，不再对电厂侧机组进行考核。

当系统电压偏低、无功功率出力不足时，AVC主站向机组AVR装置发增励磁指令，电厂侧机组参与系统调压。由于发电机本身制造工艺的原因，机组无功功率出力增加后，定子电流增大，定子铁心温度急剧升高，导致定子铁心过热，限制了机组无功出力，从而影响机组参与电网系统调压的能力。

在复杂的电网结构中，特别是高电压等级、长距离输电线路，由于电容效应的存在，线路末端电压偏高。若电网末端电源点与负荷点不相匹配、参与系统调压的机组较少，即使机组发挥最大的吸收无功功率能力，机组在允许进相深度下运行，线路末端电压仍会偏高，从而使电压长期越上限运行。

电厂侧AVC系统下位机通常会通过DCS程序实现逻辑闭锁，在DCS逻辑中所有条件为“或”的关系，即任一条件满足均向AVC系统下位机发闭锁调压指令，若DCS系统设置的限制条件过多，则将导致AVC系统频繁发闭锁指令，机组有调节能力而不参与调压。

若电厂侧机组厂用段负荷过大，在正常运行时厂用段电压已经偏低，当参与系统调压、吸收无功功率后，厂用段电压会进一步下降，当电压过低时会导致部分380 V负荷无法正常运行，甚至出现发电机、电泵启动瞬间拖垮厂用电压的情况。鉴于上述情况，通常将电厂侧定值的范围设置得较窄，以保证厂用电压在较高的电压水平，而实际运行中会影响机组的出力水平，限制电网实际调压能力。

AVC系统在电网调压中担负着重要职责，但在实际应用中，由于AVC系统定值设置不合理，机组制造工艺存在缺陷，电网结构局限和其他原因，一定程度上限制了AVC系统的调压能力。因此设置合理的AVC系统运行定值，恰当的调整主变压器、厂用变压器分接头位置等，可以使机组更大程度地参与系统调压，改善电网运行状况。但对于机组已达到最大出力，系统电压仍然偏高，如何在现有的电网架构中进行改善，以及厂用电压偏低，大型发电机的启动瞬间会拉垮厂用电等问题，还需在今后进行更深层次的研究。