0引言

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行高度依賴電壓水平的合格與穩(wěn)定,發(fā)電廠 自動電壓控制系統(tǒng)(以下簡稱AVC系統(tǒng))是保障電網電壓穩(wěn)定、提高電能質量的核心技術手段[1]。電網公司對發(fā)電廠普遍實施了嚴格的AVC調度運行考核機制,考核指標通常涵蓋電壓調節(jié)率、投運率等?？己私Y果直接與電廠的經濟效益(考核費用)掛鉤。然而,許多大型火電廠在實際運行中面臨著AVC系統(tǒng)響應滯后、調節(jié)超調/欠調、多機組協(xié)同控制效果不佳等問題,導致電壓調節(jié)率偏低,頻繁遭受考核,不僅造成了經濟損失,也削弱了電廠對電網的支撐能力[2]。在構建新型電力系統(tǒng)的背景下,新能源波動性加劇、電網結構日趨復雜,對火電廠AVC的快速性、精準性提出了更高要求,同時,電網公司對電廠AVC的調度考核也日趨嚴格。

某發(fā)電廠AVC系統(tǒng)調節(jié)方式:首先,由華東網調主站每隔5 min對廠內具備調節(jié)條件的發(fā)電機組下發(fā)母線電壓指令,被廠內AVC中控單元接收。隨后,中控單元根據收到的指令和遠動終端RTU采集的實時數(shù)據,算出實際母線電壓目標值,并綜合考慮系統(tǒng)環(huán)境、設備、勵磁P/Q曲線、閉鎖條件等因素后進行運算,給出當前運行方式下的調節(jié)方式。接著,通過DC5系統(tǒng)向勵磁調節(jié)器(AVR)發(fā)出控制信號,最終通過增/減勵磁指令來改變發(fā)電機勵磁電流,進而調節(jié)發(fā)電機無功出力,使機組無功或母線電壓維持在主站下發(fā)的母線電壓指令附近[3]。

1AVC調節(jié)性能考評指標

為保障華東電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質、經濟運行,維護電力企業(yè)的合法權益,促進電網經營企業(yè)和并網發(fā)電廠協(xié)調發(fā)展,江蘇電力調控控制中心制定了相關考核細則對廠站AVC調節(jié)性能進行考評。目前,華東區(qū)域直代管電廠AVC考評是按照能源局“兩個細則”開展,AVC考評數(shù)據統(tǒng)一由華東網調生成,由江蘇電網調度中心直接考核。AVC調節(jié)性能考評指標分兩項:AVC投運率、AVC調節(jié)合格率。

1.1AVC投運率考評

并網發(fā)電機組AVC裝置同相應電力調度交易機構主站AVC閉環(huán)運行,且AVC月投運率低于98%時,接受AVC投運率考核,達不到要求的電廠,按每低于1%,每天每萬千瓦考核12元[4]。

1.2AVC調節(jié)合格率考評

電力調度交易機構AVC主站電壓指令下達后,機組AVC裝置在2 min內調整到 目標指令要求范圍內1kV為合格,AVC調節(jié)合格率必須達到100%,2 min內未調整到 目標指令要求的視為不合格。AVC月調節(jié)達不到要求的電廠,按每低于1%,每天每萬千瓦考核12元。220 kV及以上、110 kV并網發(fā)電企業(yè)AVC投運率及AVC調節(jié)合格率合計考核費用上限分別為每月30萬元、10萬元[4]。

2AVC系統(tǒng)考核問題分析

2.1AVC系統(tǒng)考核問題的種類

2.1.1主站指令傳輸問題

AVC控制方式中最重要的一點是主站指令的正確送達。因此,發(fā)生以下任一種情況都將直接影響AVC調節(jié)合格率:

1)網調主站與華東調度數(shù)據網平面通信鏈路故障。

2)華東調度數(shù)據網平面與通信鏈路故障。

3)中控單元與AVC執(zhí)行終端通信鏈路故障。

2.1.2DCS與AVC執(zhí)行終端脈寬不匹配

現(xiàn)行AVC規(guī)范中明確要求AVC執(zhí)行終端應以固定脈寬和固定的脈寬間隔發(fā)送增/減磁信號至發(fā)電廠控制系統(tǒng)(DCS),并轉發(fā)AVR增/減磁調節(jié)。

2.1.3調節(jié)死區(qū)設置不合理

調節(jié)死區(qū)是指實測數(shù)值與目標數(shù)值之間允許存在的合理偏差范圍。AVC子站應實時監(jiān)測調節(jié)對象,當調節(jié)對象數(shù)值與目標數(shù)值之間的偏差值大于調節(jié)死區(qū)時,應立即進行電壓調節(jié)。而在一次連續(xù)調節(jié)過程中,當調節(jié)對象數(shù)值與 目標數(shù)值之間的偏差值小于調節(jié)死區(qū),AVC子站應停止調節(jié)。調節(jié)死區(qū)設置得過小或過大,會導致AVC過頻或過少地進行調節(jié)。現(xiàn)行AVC規(guī)范中已將500 kV電壓等級調節(jié)死區(qū)規(guī)定為±0.5 kV。

2.1.4系統(tǒng)響應滯后

指令傳輸延時、控制周期設置不合理、勵磁系統(tǒng)響應慢等因素導致AVC動作延遲,在電網電壓快速波動時難以跟上變化,電壓合格率下降。

2.1.5過度依賴NCS系統(tǒng)

由于AVC系統(tǒng)過度依賴NCS系統(tǒng)提供的數(shù)據,在NCS系統(tǒng)自身仍有許多問題的情況下,AVC系統(tǒng)的基礎條件并不牢固。因此,在控制精度、遙控可靠性、實時性等方面存在一定的問題,并有引起設備誤動的可能性,給電網的安全運行帶來一定的隱患。

2.1.6DCS與AVC執(zhí)行終端脈寬不匹配

通過查詢某火電廠DCS歷史數(shù)據,發(fā)現(xiàn)其DCS在收到增/減磁命令后,未能及時發(fā)出增/減磁信號給AVR,導致AVR未及時調節(jié),造成不合格點。經檢查AVC執(zhí)行終端觸發(fā)器脈寬為100 ms,DCS對應的DPU掃描周期為200 ms。由于DCS掃描周期偏大,造成DCS失幀,指令丟失。

2.1.7AVC調節(jié)最大步長不合理

最大調節(jié)步長是指AVC子站可以設定的單次電壓調節(jié)增量允許的最大范圍。當調節(jié)對象實時數(shù)值與 目標數(shù)值之間的偏差值大于最大調節(jié)步長時,AVC子站應以最大調節(jié)步長限制生成本次調節(jié) 目標。因此,最大調節(jié)步長設置不合理,會直接影響AVC調節(jié)的精準度與效率?，F(xiàn)行AVC規(guī)范中已將500 kV電壓等級最大調節(jié)步長規(guī)定為1.5 kV。

2.1.8多機組協(xié)同控制難題

在分配全廠無功總 目標到各臺機組時,傳統(tǒng)的等功率因數(shù)、等無功裕度等策略可能無法適應機組不同工況(如輔機故障、PSS投入狀態(tài))、檢修狀態(tài)變化,導致部分機組頻繁到達無功限值(進相或遲相),影響整體調節(jié)能力,甚至引發(fā)機組間“無功震蕩”[5]。

2.1.9設備可靠性影響

電壓互感器(PT)/電流互感器(CT)測量精度漂移、通信通道中斷、勵磁系統(tǒng)故障、AVC軟硬件缺陷等都會直接導致AVC退出運行或控制失效,降低投運率和調節(jié)效果。

這些問題直接導致了電壓調節(jié)率不達標、投運率不達標、響應超時等情況頻發(fā),是火電廠AVC考核費用產生的主要根源。

2.2該發(fā)電廠AVC系統(tǒng)考核問題

該4× 1 000 MW發(fā)電廠采用500 kV出線,AVC控制拓撲圖如圖1所示,其AVC系統(tǒng)主要采用母線電壓增量加等功率因數(shù)分配策略。面臨的主要問題如下:高壓母線電壓調節(jié)率長期在95%左右徘徊(低于調度要求的100%),月度考核費用居高不下;尤其是在負荷快速變化或鄰近風電場波動時,電壓波動大,調節(jié)響應慢,多機組間無功分配不合理,單機易達限。

3 AVC調度考核策略優(yōu)化

3.1 系統(tǒng)架構與通信優(yōu)化

提升通信實時性與可靠性:優(yōu)化調度主站與電廠AVC主站、AVC主站與子站之間的通信網絡(如采用高速廠級總線或獨立光纖),減少傳輸延時和丟包率;采用規(guī)約(如IEC104)優(yōu)化,確保指令和數(shù)據的快速、可靠傳輸。

高精度同步采樣:推廣使用基于IRIG—B或PTP的高精度同步采樣技術,確保全廠測量數(shù)據的時刻一致性,為精確控制和分析奠定基礎。

3.2考核數(shù)據深度分析與閉環(huán)改進

建立考核數(shù)據庫:詳細記錄每次調度考核事件的時間、類型(電壓越限、響應超時等)、相關機組工況、系統(tǒng)狀態(tài)、AVC動作記錄、天氣等。

根因分析與溯源:對考核事件進行深入分析,利用歷史數(shù)據和事件記錄,精準定位問題根源(是參數(shù)問題、策略問題、設備故障還是外部擾動)。

閉環(huán)優(yōu)化機制:基于分析結果,有針對性地調整控制參數(shù)、優(yōu)化控制策略、修復設備缺陷或改進維護流程,形成“運行—考核—分析—優(yōu)化”的閉環(huán)管理,持續(xù)提升AVC性能[1]。

3.3 設備狀態(tài)監(jiān)測與維護管理強化

關鍵設備在線監(jiān)測:對勵磁系統(tǒng)關鍵參數(shù)(勵磁電壓、電流、繞組溫度)、PT/CT二次回路(測量值、通信狀態(tài))、AVC服務器/工作站運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測和異常報警。

定期校驗與預防性維護:嚴格執(zhí)行PT/CT、電量變送器、勵磁系統(tǒng)測量回路的定期精度校驗;制定并落實勵磁系統(tǒng)、AVC軟硬件的預防性維護計劃。

冗余配置與快速切換:關鍵信號(母線電壓)采用雙PT冗余采集,AVC主站服務器采用熱備冗余配置,確保單點故障不影響系統(tǒng)整體運行。

通過綜合分析,該單位主要采取如下優(yōu)化策略:

1)調整AVC指令接收類型。當前AVC上位機接收的是電壓增量,AVC上位機與電力調度中心AVC主站通信延時導致AVC調節(jié)的500 kV母線電壓不一致,直接影響了調節(jié)結果,因此,通過修改AVC指令類型,將其直接改為500 kV目標電壓的數(shù)據類型,解決通信延時導致的數(shù)據不一致問題。2)優(yōu)化NCS系統(tǒng)內母線電壓參數(shù)精度。完成NCS系統(tǒng)母線測控裝置內電壓精度參數(shù)修改,由出廠參數(shù)0.5%改為0.01%,提升數(shù)據傳輸?shù)臏蚀_性。3)DCS與AVC執(zhí)行終端脈寬匹配。對DCS與AVC脈寬進行適應性修改后,AVC調節(jié)合格率有了大幅提高。4)設備升級與管理。完成兩臺機組勵磁系統(tǒng)關鍵板卡更換和參數(shù)校驗;升級PT二次回路;實施AVC服務器冗余改造。5)考核分析系統(tǒng)建設。部署專用系統(tǒng)自動采集、存儲和分析AVC運行數(shù)據及考核事件。

4優(yōu)化效果評估

通過長時間機組運行觀察發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后效果顯著,主要表現(xiàn)在如下幾個方面。

4.1電壓調節(jié)率顯著提升

優(yōu)化后高壓母線電壓月平均合格率穩(wěn)定提升至99.9%以上。優(yōu)化后波動幅度明顯減小,跟蹤更緊密。

4.2 調節(jié)性能改善

AVC系統(tǒng)對調度指令的響應時間由平均8 S縮短至5 S以內;調節(jié)精度(穩(wěn)態(tài)偏差)控制在±0.15 kV內(優(yōu)于±0.5 kV要求)。

4.3考核費用大幅降低

月度AVC相關考核費用平均下降85%以上,經濟效益顯著。

4.4 系統(tǒng)可靠性增強

設備故障導致的AVC退出時間大幅減少,投運率接近100%。

5 結束語

面對日益嚴格的AVC調度考核要求,大型火電廠傳統(tǒng)的AVC控制策略和設備管理模式已顯不足。本文提出的系統(tǒng)性優(yōu)化方案,融合了控制參數(shù)自適應整定、設備狀態(tài)精益管理以及考核數(shù)據閉環(huán)分析等關鍵技術,在實踐中被證明能有效提升AVC系統(tǒng)的響應速度、控制精度、協(xié)調能力和運行可靠性,從而顯著提高電壓合格率,大幅降低考核費用,有力支撐電網安全穩(wěn)定運行。

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《機電信息》2025年第21期第6篇