0 引言

水电站自动电压控制（Automatic Voltage Con⁃ trol，AVC）系统是按预定条件和要求自动控制水电站母线电压或全站无功功率，在保证机组安全运行的条件下，为电网提供可充分利用的无功功率，减少电站的功率损耗。水电站AVC子站系统接收AVC主站系统下发的全站控制目标（电站高压母线电压、全站总无功功率等），按照控制策略（电压曲线、恒母线电压、恒无功功率）合理分配给每台机组，通过调节发电机无功出力，达到全站控制目标值，实现全站多机组电压无功自动控制^[1-4]。全站AVC功能可以实现对无功电压的自动调节，是保持电网电压稳定、提升电网电压品质和经济运行水平、提高无功电压管理水平的重要技术手段。

在实际运行中，常有AVC系统功能异常导致AVC调节合格率降低而被考核的现象，本文针对龙口水电站AVC母线电压无法进入死区范围、机组无功PID异常退出、无功功率分配异常、AVC调节失败、通信异常的情况进行了分析，对每种异常现象提出了有效的改进措施，取得了良好的效果。

1 水电站AVC系统概况

龙口水电站AVC系统包括调控EMS系统、电站监控系统AVC模块、远动通信设备及数据网、机组现地控制单元、机组励磁系统等。全站AVC系统结构如图 1所示。调度端主站通过远动通信与厂站端子站监控系统之间传输四遥数据。厂站端子站监控系统向调度端主站上传无功功率、母线电压、机组及全站AVC状态等遥测遥信值；调度端主站向厂站端子站监控系统下发母线电压目标设定值、母线电压参考值等遥调值。

龙口水电站AVC系统是采用南瑞集团水利水电技术分公司独立研发的NC2000上位机监控系统软件高级功能模块，在母线电压控制方式下，按照调度中心下发的母线电压目标设定值，通过控制策略计算得出需要承担的总无功功率，将总无功功率根据水电站AVC的分配策略，下发至运行机组进行发电机无功出力闭环调节，以维持母线电压在合格范围内，确保系统稳定运行^[5]。

2 全站AVC系统功能异常分析及改进 2.1 母线电压调节无法进入死区范围 2.1.1 异常现象

在母线电压控制方式下，电站根据调度中心下发的母线电压目标设定值调节机组无功功率，使电站母线电压维持在规定的死区范围^[6]。全站AVC功能投入初期，经常有母线电压在死区范围外波动而无法进入死区，导致电压调节不到位，造成AVC调节合格率低，对电网运行造成危害。

2.1.2 原因分析

经分析，原因有两点：一是上报调度端母线电压测量源与电站端具有高级功能的AVC模块调节母线电压输入测量源不一致；二是由于电压采集装置采集的数据波动^[7]，即用来参与全站AVC调节的母线电压测量源精度不够。经检查，上报调度端母线电压测量源与电站端AVC高级功能模块调节母线电压输入测量源一致，均为电压变送器采集。

变送器和交采表母线电压曲线图如图 2所示。虽然变送器和交采表精度均为0.2级，但变送器母线电压和交采表母线电压的输出有差异，交采表能更准确地反映母线电压实际值。经分析，电压变送器采集母线相电压数据，然后监控系统上位机将相电压转换成线电压，相当于将母线电压波动量放大，导致变送器测量准确度降低。

2.1.3 改进措施

在监控系统上位机高级功能模块的全站输入/输出参数中，将全站AVC母线电压测量值的逻辑源改为母线电压交采表测量源，同时修改上报给调度中心的母线电压测量源，以保证调度中心的母线电压测量源与全站AVC调节电压测量源保持一致（因各电站使用变送器和交采表型号不同，选取电压测量源应视现场实际情况而定）。改进后，全站AVC系统母线电压调节能够快速稳定进入死区范围。

2.2 机组无功PID控制程序异常退出 2.2.1 异常现象

监控系统现地控制单元的无功PID控制程序会根据全站AVC功能分配的无功功率设定值与实际无功功率的差值进行闭环控制调节，励磁调节器根据增减无功PID控制程序输出的脉宽来调节机组无功功率。水电机组PID功率调节应保证机组负荷能安全、平稳、快速地调整到设定目标值。

在机组并网且全站AVC功能投入运行状态下，监控系统根据调度中心下发母线电压目标设定值，按照分配策略进行无功功率分配。在调整机组无功功率时，经常出现无功功率调节超时、无功PID控制程序退出运行，导致机组无功功率不可调，机组AVC退出，电站AVC合格率降低。

2.2.2 原因分析

按照监控系统无功PID控制程序的原理，根据监控系统简报信号，分析出机组无功功率调节超时、无功PID退出运行是无功PID控制程序模块参数设置不合理导致。进一步分析论证，在无功PID控制程序模块中，积分项参数K_I的作用是只要设定值和实发值之间存在差值，积分部分就会不断累积差值输出控制量来消除差值，但积分系数太大会引起系统超调，甚至振荡。微分项参数K_D则反映了实发值的变化趋势，产生1个有效的早期修正值，它可以有效避免系统超调，克服振荡，加快系统的动态响应速度。目前在无功功率调节中通常不用K_I、K_D，所以龙口水电站无功PID模块参数中的积分系数K_I、微分系数K_D默认为0。在无功PID控制算法中起主导作用的比例系数K_P设置偏小（K_P=8），无法快速调节机组无功功率，是导致机组无功功率调节超时的主要原因。另外，无功PID控制程序模块参数中的最大调节次数M_T设置偏小（M_T=20），也是导致无功功率调节超时的原因。

2.2.3 改进措施

经过多次对监控系统和励磁系统的调节速率及相关参数进行修改，逐步增大比例系数K_P值和最大调节次数M_T值对机组进行变负荷调整试验，使监控系统和励磁系统在调整无功功率时配合合理。通过试验，选出满足机组无功PID调节要求的参数，其中比例系数K_P值为10，最大调节次数M_T值为30。修改机组无功PID控制参数后，再未发生机组无功功率调节超时、无功PID控制程序退出运行的现象，机组无功功率调节迅速平稳。

2.3 无功功率分配异常 2.3.1 异常现象

在某台机组检修、其余机组并网发电时，并网机组AVC投运，全站AVC系统分配无功功率时会出现分配异常的现象，分配的无功功率较正常值偏大或偏小，导致母线电压调节不能进入死区范围。检查监控系统主机AVC进程运行正常，与调度中心通信正常，能准确收到调度中心下发母线电压目标设定值。

2.3.2 原因分析

通过查阅监控系统历史曲线及一览表发现，无功功率分配异常情况均发生在机组检修期间，并且是在检修机组状态为不定态时。由于机组检修期间有相应定检项目，要求进行安全措施设置，这样使全站AVC功能中该检修机组输入/输出参数中的发电机状态发生改变（一般会由停机态变为不定态），从而导致全站AVC功能发生紊乱，无功功率分配异常。

2.3.3 改进措施

经分析，在机组检修期间，需运行人员手动投入该机组检修标记，将检修标记置位为1，确保该机组不参与AVC功能运算，待该机组检修结束、并网发电前，再退出检修标记，将检修标记置位为0。

在监控系统上位机AVC控制画面中，增加机组检修标记置位操作，链接测点为AVC高级运算中的机组检修标记。增加机组检修标记置位并按照要求进行操作后，在机组检修期间再未有无功功率分配异常现象发生。

2.4 AVC调节失败 2.4.1 异常现象

某日，运行值班员发现全站AVC功能不能按照调度中心下发的母线电压值进行机组无功功率分配，机组减磁闭锁动作，机组AVC无功功率调节失败。运行值班人员退出全站AVC控制方式，手动调整机组无功PID控制程序，无功功率调节正常，母线电压稳定。

2.4.2 原因分析

检查发现，当调度中心AVC主站下发机组降低无功功率指令时，虽然机组本身还具备降低无功功率调节能力，但由于减磁闭锁导致机组不再参与系统调节^[8]。全站AVC控制下机组减磁闭锁动作中，出口电压、励磁电流等数值均在正常范围内，但机组无功功率测值范围为0~48 Mvar，而对应的单机PID无功功率调节范围是-30~48 Mvar，即机组PID无功功率调节范围比AVC无功功率调节范围大，导致全站AVC控制下减磁闭锁动作后机组无功功率无法按照分配策略调整，而手动可以正常调节机组PID无功功率。

2.4.3 改进措施

根据调度中心要求，电站机组不允许进相运行，参照最新AVC系统控制下机组无功功率调节闭锁条件中的无功调节范围，修改监控系统现地控制单元程序中无功PID的无功功率调节最大值和最小值。改进后机组AVC无功功率调节分配正常，再未发生此类AVC调节失败现象。

2.5 通信异常 2.5.1 异常现象

在生产运行中，电站的远动通信系统偶尔会出现与调度中心通信中断的异常情况。当调度中心AVC主站下发母线电压目标设定值，而通信设备正处于故障尚未切至备用通道时，就会丢失AVC母线电压目标设定值，导致水电站AVC子站无法按照主站要求对母线电压进行调节，造成该点电压调节不合格。

2.5.2 原因分析

核对远动通信机与调度中心AVC主站配置信息，包括IP地址、路由装置、网关、通信地址等，经核查信息一致。登录远动通信机进行网络通信ping测试，ping调度侧路由器网关测试延时较高，且存在丢包现象。进一步检查发现，主要原因是电站侧路由器通信异常导致电站无法与AVC主站建立连接。

2.5.3 改进措施

检查电站侧路由通信盘柜接地情况，重新制作路由接地线后，测试网络通信延时正常；结合现场实际并咨询路由厂家，更换符合现场条件的新型号路由器，并根据调度中心要求对路由器进行配置，配置完成后，检测通道运行正常，测试通信机至调度中心主机，未发现丢包现象。改进后，电站与调度中心通信正常，调度中心AVC主站下发母线电压目标设定值准确无误。

3 结语

为保证全站AVC功能的可靠运行，首先要确保电压测量装置的可靠性与准确度；其次，优化监控系统全站AVC功能的控制策略及参数，针对现场实际情况调节监控系统的PID参数进行AVC涉网闭环试验，进一步完善调整控制策略。本文通过对龙口水电站全站AVC功能异常情况进行分析研究，提出相应的改进措施，提高了水电站AVC调节能力，保障了电力系统和机组的安全稳定运行。