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(wǎng)電壓穩(wěn)定、提高電能質(zhì)量的核心技術(shù)手段[1]。電網(wǎng)公司對發(fā)電廠普遍實施了嚴(yán)格的AVC調(diào)度運行考核機(jī)制,考核指標(biāo)通常涵蓋電壓調(diào)節(jié)率、投運率等。考核結(jié)果直接與電廠的經(jīng)濟(jì)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(yīng)滯后、調(diào)節(jié)超調(diào)/欠調(diào)、多機(jī)組協(xié)同控制效果不佳等問題,導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)率偏低,頻繁遭受考核,不僅造成了經(jīng)濟(jì)損失,也削弱了電廠對電網(wǎng)的支撐能力[2]。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下,新能源波動性加劇、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,對火電廠AVC的快速性、精準(zhǔn)性提出了更高要求,同時,電網(wǎng)公司對電廠AVC的調(diào)度考核也日趨嚴(yán)格。

某發(fā)電廠AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式:首先,由華東網(wǎng)調(diào)主站每隔5 min對廠內(nèi)具備調(diào)節(jié)條件的發(fā)電機(jī)組下發(fā)母線電壓指令,被廠內(nèi)AVC中控單元接收。隨后,中控單元根據(jù)收到的指令和遠(yuǎn)動終端RTU采集的實時數(shù)據(jù),算出實際母線電壓目標(biāo)值,并綜合考慮系統(tǒng)環(huán)境、設(shè)備、勵磁P/Q曲線、閉鎖條件等因素后進(jìn)行運算,給出當(dāng)前運行方式下的調(diào)節(jié)方式。接著,通過DC5系統(tǒng)向勵磁調(diào)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(jī)勵磁電流,進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力,使機(jī)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(diào)節(jié)性能考評指標(biāo)

為保障華東電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運行,維護(hù)電力企業(yè)的合法權(quán)益,促進(jìn)電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和并網(wǎng)發(fā)電廠協(xié)調(diào)發(fā)展,江蘇電力調(diào)控控制中心制定了相關(guān)考核細(xì)則對廠站AVC調(diào)節(jié)性能進(jìn)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(xì)則”開展,AVC考評數(shù)據(jù)統(tǒng)一由華東網(wǎng)調(diào)生成,由江蘇電網(wǎng)調(diào)度中心直接考核。AVC調(diào)節(jié)性能考評指標(biāo)分兩項:AVC投運率、AVC調(diào)節(jié)合格率。

1.1AVC投運率考評

并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組AVC裝置同相應(yīng)電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)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(dá)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(diào)節(jié)合格率考評

電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)AVC主站電壓指令下達(dá)后,機(jī)組AVC裝置在2 min內(nèi)調(diào)整到 目標(biāo)指令要求范圍內(nèi)1kV為合格,AVC調(diào)節(jié)合格率必須達(dá)到100%,2 min內(nèi)未調(diào)整到 目標(biāo)指令要求的視為不合格。AVC月調(diào)節(jié)達(dá)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(wǎng)發(fā)電企業(yè)AVC投運率及AVC調(diào)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(dá)。因此,發(fā)生以下任一種情況都將直接影響AVC調(diào)節(jié)合格率:

1)網(wǎng)調(diào)主站與華東調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)平面通信鏈路故障。

2)華東調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)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(yīng)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(zhuǎn)發(fā)AVR增/減磁調(diào)節(jié)。

2.1.3調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)置不合理

調(diào)節(jié)死區(qū)是指實測數(shù)值與目標(biāo)數(shù)值之間允許存在的合理偏差范圍。AVC子站應(yīng)實時監(jiān)測調(diào)節(jié)對象,當(dāng)調(diào)節(jié)對象數(shù)值與目標(biāo)數(shù)值之間的偏差值大于調(diào)節(jié)死區(qū)時,應(yīng)立即進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。而在一次連續(xù)調(diào)節(jié)過程中,當(dāng)調(diào)節(jié)對象數(shù)值與 目標(biāo)數(shù)值之間的偏差值小于調(diào)節(jié)死區(qū),AVC子站應(yīng)停止調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)置得過小或過大,會導(dǎo)致AVC過頻或過少地進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)行AVC規(guī)范中已將500 kV電壓等級調(diào)節(jié)死區(qū)規(guī)定為±0.5 kV。

2.1.4系統(tǒng)響應(yīng)滯后

指令傳輸延時、控制周期設(shè)置不合理、勵磁系統(tǒng)響應(yīng)慢等因素導(dǎo)致AVC動作延遲,在電網(wǎng)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(jù),在NCS系統(tǒng)自身仍有許多問題的情況下,AVC系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(shè)備誤動的可能性,給電網(wǎng)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(jù),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(dǎo)致AVR未及時調(diào)節(jié),造成不合格點。經(jīng)檢查AVC執(zhí)行終端觸發(fā)器脈寬為100 ms,DCS對應(yīng)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(diào)節(jié)最大步長不合理

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

2.1.8多機(jī)組協(xié)同控制難題

在分配全廠無功總 目標(biāo)到各臺機(jī)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(yīng)機(jī)組不同工況(如輔機(jī)故障、PSS投入狀態(tài))、檢修狀態(tài)變化,導(dǎo)致部分機(jī)組頻繁到達(dá)無功限值(進(jìn)相或遲相),影響整體調(diào)節(jié)能力,甚至引發(fā)機(jī)組間“無功震蕩”[5]。

2.1.9設(shè)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(dǎo)致AVC退出運行或控制失效,降低投運率和調(diào)節(jié)效果。

這些問題直接導(dǎo)致了電壓調(diào)節(jié)率不達(dá)標(biāo)、投運率不達(dá)標(biāo)、響應(yīng)超時等情況頻發(fā),是火電廠AVC考核費用產(chǎn)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?fù)鋱D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(diào)節(jié)率長期在95%左右徘徊(低于調(diào)度要求的100%),月度考核費用居高不下;尤其是在負(fù)荷快速變化或鄰近風(fēng)電場波動時,電壓波動大,調(diào)節(jié)響應(yīng)慢,多機(jī)組間無功分配不合理,單機(jī)易達(dá)限。

3 AVC調(diào)度考核策略優(yōu)化

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)與通信優(yōu)化

提升通信實時性與可靠性:優(yōu)化調(diào)度主站與電廠AVC主站、AVC主站與子站之間的通信網(wǎng)絡(luò)(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(jù)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(shù),確保全廠測量數(shù)據(jù)的時刻一致性,為精確控制和分析奠定基礎(chǔ)。

3.2考核數(shù)據(jù)深度分析與閉環(huán)改進(jìn)

建立考核數(shù)據(jù)庫:詳細(xì)記錄每次調(diào)度考核事件的時間、類型(電壓越限、響應(yīng)超時等)、相關(guān)機(jī)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(jìn)行深入分析,利用歷史數(shù)據(jù)和事件記錄,精準(zhǔn)定位問題根源(是參數(shù)問題、策略問題、設(shè)備故障還是外部擾動)。

閉環(huán)優(yōu)化機(jī)制:基于分析結(jié)果,有針對性地調(diào)整控制參數(shù)、優(yōu)化控制策略、修復(fù)設(shè)備缺陷或改進(jìn)維護(hù)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(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與維護(hù)管理強(qiáng)化

關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測:對勵磁系統(tǒng)關(guān)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(wù)器/工作站運行狀態(tài)進(jìn)行實時在線監(jiān)測和異常報警。

定期校驗與預(yù)防性維護(hù):嚴(yán)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(yù)防性維護(hù)計劃。

冗余配置與快速切換:關(guān)鍵信號(母線電壓)采用雙PT冗余采集,AVC主站服務(wù)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(diào)整AVC指令接收類型。當(dāng)前AVC上位機(jī)接收的是電壓增量,AVC上位機(jī)與電力調(diào)度中心AVC主站通信延時導(dǎo)致AVC調(diào)節(jié)的500 kV母線電壓不一致,直接影響了調(diào)節(jié)結(jié)果,因此,通過修改AVC指令類型,將其直接改為500 kV目標(biāo)電壓的數(shù)據(jù)類型,解決通信延時導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題。2)優(yōu)化NCS系統(tǒng)內(nèi)母線電壓參數(shù)精度。完成NCS系統(tǒng)母線測控裝置內(nèi)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(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。3)DCS與AVC執(zhí)行終端脈寬匹配。對DCS與AVC脈寬進(jìn)行適應(yīng)性修改后,AVC調(diào)節(jié)合格率有了大幅提高。4)設(shè)備升級與管理。完成兩臺機(jī)組勵磁系統(tǒng)關(guān)鍵板卡更換和參數(shù)校驗;升級PT二次回路;實施AVC服務(wù)器冗余改造。5)考核分析系統(tǒng)建設(shè)。部署專用系統(tǒng)自動采集、存儲和分析AVC運行數(shù)據(jù)及考核事件。

4優(yōu)化效果評估

通過長時間機(jī)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(diào)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(diào)節(jié)性能改善

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

4.3考核費用大幅降低

月度AVC相關(guān)考核費用平均下降85%以上,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.4 系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)

設(shè)備故障導(dǎo)致的AVC退出時間大幅減少,投運率接近100%。

5 結(jié)束語

面對日益嚴(yán)格的AVC調(diào)度考核要求,大型火電廠傳統(tǒng)的AVC控制策略和設(shè)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(yīng)整定、設(shè)備狀態(tài)精益管理以及考核數(shù)據(jù)閉環(huán)分析等關(guān)鍵技術(shù),在實踐中被證明能有效提升AVC系統(tǒng)的響應(yīng)速度、控制精度、協(xié)調(diào)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

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《機(jī)電信息》2025年第21期第6篇