发电厂自动电压调控装置(AVC)改造及问题处理

发电厂自动电压调控装置（AVC）改造及问题处理
摘要：发电厂自动电压调控装置在电厂中的应用越来越重要，山西大唐国际临
汾热电有限责任公司通过PAC-4000A发电厂自动电压调控装置实现对高压母线电
压的控制，降低对网内无功补偿设备的要求。

关键词：继电保护；自动化；无功电压调节
1.电力系统自动电压控制系统（AVC）是电网调度自动化的有机组成部分，应
用先进的电子、网络通讯与自动控制技术，通过AVC对发电机无功出力进行实时
跟踪调控，对变电站无功补偿设备及主变分接头进行适时调整，有效地控制区域
电网无功的合理流动，优化电网内无功潮流的分布，改善电网整体的供电水平，
是提高电压质量，减少网损，降低运行人员的劳动强度的重要手段。

电厂AVC自动调控装置是电网AVC系统的子系统，它既能配合电网调度自动
化系统中的电网电压无功综合优化控制，实现对电网的无功优化，显著减少线损，提高电能质量，又能实现电厂的独立控制，以达到厂内降损节能，优化无功出力
和改善母线电压水平。

通过协调控制每台发电机的无功进相，电厂AVC装置可以
实现对高压母线电压的控制，降低对网内无功补偿设备的要求。

PAC-4000A发电厂自动电压控制装置以发电厂高压母线电压或总无功功率为
控制目标，通过调节各发电机无功功率来实现电压控制，同时在调节过程中，充
分考虑了发电机的各种极限指标，使控制过程中保证发电机在合格的参数下安全、稳定运行。

电网AVC系统包括装设于省调或地调的AVC主站，装设于发电厂或变电站的AVC子站两个部分。

AVC子站主要由上位机、下位机和后台工控机组成。

上位机
接收来自主站的调控目标，与实时监测的母线电压比较，根据控制策略实时给出
各个发电机励磁电流调控目标，通过现场总线发送到各下位机；下位机对闭锁和
约束条件进行校核后，经励磁系统进行励磁调节，后台机完成数据的分析和管理
功能。

2、原AVC系统情况
山西大唐国际临汾热电厂AVC子站调控对象为两台机组，AVC装置设计为单
台上位机两台下位机（1号和2号下位机）结构。

考虑就地监视与控制操作，配
置1台AVC后台机。

通过采集机组、励磁系统、电厂母线等参数，综合考虑安全
限制和约束条件，由电厂AVC监控主机根据AVC主站下传的母线电压目标值，计算电厂节点需注入系统的总目标无功，然后优化分配各机组无功，下发闭环控制
无功/电压指令，由控制机组励磁的下位机发出增减脉冲信号，通过调控机组励磁电流实现电厂电压/无功控制。

通过与调度AVC主站系统通信，接收主站下发的
电厂电压目标值/增量指令、投退命令，向主站上传装置的实时信息。

当AVC装
置异常、约束条件满足、退出时将提供相应的空接点信号至DCS/ECS或光字牌，
以方便运行监视和设备管理。

AVC装置具有与外部设备接口、与RTU通信接口、
与山西电网AVC主站系统网络通信等接口。

随着设备长周期的运行，设计AVC上位机电子元器件使用寿命为6年，超过
正常使用寿命，趋于老化状态。

现运行AVC装置属于第一代产品，第一代产品存
在AVC装置硬盘故障导致历史数据不完整、装置死机的问题，并且现有上位机系
统硬件结构升级滞后，不利于现场维护以及异常分析。

山西省调AVC主站软件已
经升级，我厂现有上位机系统硬件结构升级滞后，不具备独立的2块及以上网卡，不能实现山西省调关于双平面改造的要求。

其次AVC子站为单上位机机运行，没
有备用装置，如上位机出现故障将导致AVC系统退出运行，受到省调度考核。

AVC第一代产品于2015年初已经停止生产，AVC第一代产品已经不进行软件升级维护。

AVC第一代产品有出现死机问题，单独更换上位机主板是不能彻底解决问题，而且费用较高，运行一段时间后还会出现死机问题。

另外，AVC上位机与远动设备的电压数据不同源，造成调控母线电压合格率不能够达到100%，影响我公司双细则奖励收入。

3、现主要问题：
AVC子站网络配置：
AVC子站单上位机无法接入双平面。

AVC子站运行在第一平面网络接口，二平面网络接口现装置无法接入，硬件不支持。

需第二平面网络接口上为AVC主站提供IEC104Server服务和AVC数据交换服务。

AVC母线电压不同源：
AVC上位机母线电压通过电压互感器直集，采集到的电压与RTU上送调度电压存在一定误差，造成调控母线电压合格率不能够达到100%.
4、原系统配置图：
山西大唐国际临汾热电有限责任公司PAC-4000A发电厂自动电压调控装置由AVC上位机PAC-4000A-M、AVC下位机PAC-4000A-S、AVC 后台机PAC-4000A-P三个部分组成。

上位机接收来自主站的调控目标，与实时监测的母线电压比较，根据控制策略实时给出各个发电机励磁电流调控目标，通过现场总线发送到各下位机；下位机对闭锁和约束条件进行校核后，经励磁系统进行励磁调节；后台机完成数据的分析和管理功能。

配置方案如图所示。

图1 AVC子站原系统框图
5、AVC设备改造后情况
通过改造硬件设备采用工业级嵌入式上位机替换现运行装置的上位机，新的上位机在电磁兼容、系统稳定性、硬件接口、技术维护方面具有绝对的优势，能够彻底解决硬盘异常导致装置运行异常、死机的情况并改善运维水平。

软件方面在新的硬件平台上重新开发上位机应用软件，与远动数据接口以及与下位机的CAN数据接口。

增加AVC子站主备上位机，可以在4个网络接口上同时提供IEC104Server服务，且值班机直接由主站从哪个网络接口发送调整指令决定。

AVC子站上位机提供IEC104Server服务的条件
（1）上位机与远动通讯正常（保证上送母线电压同源）；
（2）上位机与下位机通讯正常（保证下位机励磁电流、厂用电等量测数据正常，增减磁调节通道正常）；
即上位机满足上述两个通讯条件即可提供IEC104Server服务，只当该上位机掉电或者当地通讯异常时停止对应网络接口的服务。

AVC子站上位机值班机（具备调控指令分解能力）的条件：
（1）与远动机通讯正常；
（2）与下位机通讯正常；
（3）正确收到调控指令；
由原设计IEC104Server链路层通即可以值班，改为，收到调控指令才可以值班。

即，AVC子站在其提供IEC104Server服务的任意一个网络接口上收到主站调控命令时，对应该网络接口的上位机为值班机，进行指令的分解执行。

修改后增加值班机切换把手、后台软切换开发功能。

原设计非值班机不提供IEC104Server服务，主站只能与值班机建立连接并完成调控指令等数据交换，当
人为切换值班机时，服务网络接口随之切换。

修改后，只要满足AVC子站上位机
值班机的条件中的通讯条件即可提供IEC104Server服务，当人为切换值班机后，
非值班机已建立链路不会中断，主站仍有条件向非值班机发送调控指令，非值班
机会立刻抢回值班权限。

6、AVC母线电压同源改造
AVC上位机母线电压通过电压互感器直集，采集到的电压与远动RTU上送调
度电压存在一定误差。

将AVC子站母线电压获取方式改为与RTU通讯获取，这样保证AVC收到的母线电压与调度收到的电压一致，保证数据同源性。

7、改造后优点
双上位机热备用设计，满足运行规范要求，提高AVC运行的安全性和可靠性，进而提高AVC装置投运率和调节合格率。

完善主备上位机自动切换逻辑，并增加值班机的手动切换功能。

取消上位机母线电压的测量，上位机与远动设备的数据交换增加母线电压第
二量测的遥测数据点。

实现母线电压同源，提高调控母线电压合格率。

新上位机满足调度接入二平面要求，硬件支持多网络接口服务。

8、现系统配置图：
图2 AVC子站现系统框图
9、改造过程中遇到问题处理
（1）AVC母线电压由原来的装置自采改由远动装置RTU通讯传输采集，改
造后发现AVC合格率不高，检查AVC接收电压变化太慢，且省调接收我厂RTU
母线遥测为方波曲线，分析原因RTU送到AVC电压变化死区为50V，满足AVC调节需要；而NCS上送RTU电压频率本身比较慢，造成远动RTU和AVC电压接收
变化慢。

最终发现NCS“原码遥测门槛”设置为10（4096），折算为537V，即当电压变化达到537V才上送RTU，最终导致AVC接收电压滞后，影响了AVC合格率，不能满足AVC调节要求，将“原码遥测门槛”改为1后即53.7V，电压变化速率加快，数据保证了实时性，AVC合格率显著提高。

（2）改造完成后，省调AVC统计可用率偏低。

当AVC与省调存在通讯不良时，子站AVC主机由值班机切换到备机，此时备机15分钟收不到遥调指令就会
转为“就地”模式，导致省调默认AVC已退出，影响了AVC可用率指标。

按照“双
主机双在线”原则，为保证双机时刻都为在线模式，改为除就地人工切换就地，其余状态始终为“远方”模式，即AVC两台主机随时做好准备，无论省调进行切换还
是某一通道质量不好时，都能保证AVC投入率为100%。

（3）运行一段时间后，发现省调统计AVC调节合格率仍然达不到100%。

对
照AVC调节曲线查不合格点，发现不合格点大多出现在104通道切换（通讯质量
不好，主备机切换）时，假如主备机切换频繁，合格率明显下降。

分析原因为
104通道切换，值班机得到的第一条指令为了状态平稳过渡是不执行的，如果切
换次数越多，那么合格率受影响越大。

针对这个问题，考虑从源头上即从AVC与
省调通讯质量上解决问题。

省调主站一定时间内收不到AVC发送“长帧”，认为通
讯不好，就会进行通道切换（主备机切换）；现将上送“长帧”时间缩短为5S，保
证与省调主站通讯保持良好。

运行到目前位置，AVC合格率基本能达到100%。

结束语：
随着电力系统自动化水平的不断提高，自动电压调控装置越来越重要；同时
双细则考核的执行，我厂PAC-4000A发电厂自动电压调控装置在我厂中成为重中之中，为日常的生产调节带来了很大的便利，最后对于提高我厂的实时监视、自动控制也起了很大的作用，更好地将电气系统直观地反映到运行人员的面前，便于运行人员的监视和操作，对于提高电力系统的的稳定性起到重要的作用。

参考文献：
[1]《PAC-4000A发电厂自动电压调控装置技术说明书》
[2] DL/T667-1999 远动设备及系统第5部分传输规约第103篇
[3]《继电保护设备信息接口配套标准》。