1000MW火电厂AVC调度考核问题分析与策略优化

0引言

电力系统的安全稳定运行高度依赖电压水平的合格与稳定,发电厂 自动电压控制系统(以下简称AVC系统)是保障电网电压稳定、提高电能质量的核心技术手段[1]。电网公司对发电厂普遍实施了严格的AVC调度运行考核机制,考核指标通常涵盖电压调节率、投运率等。考核结果直接与电厂的经济效益(考核费用)挂钩。然而,许多大型火电厂在实际运行中面临着AVC系统响应滞后、调节超调/欠调、多机组协同控制效果不佳等问题,导致电压调节率偏低,频繁遭受考核,不仅造成了经济损失,也削弱了电厂对电网的支撑能力[2]。在构建新型电力系统的背景下,新能源波动性加剧、电网结构日趋复杂,对火电厂AVC的快速性、精准性提出了更高要求,同时,电网公司对电厂AVC的调度考核也日趋严格。

某发电厂AVC系统调节方式:首先,由华东网调主站每隔5 min对厂内具备调节条件的发电机组下发母线电压指令,被厂内AVC中控单元接收。随后,中控单元根据收到的指令和远动终端RTU采集的实时数据,算出实际母线电压目标值,并综合考虑系统环境、设备、励磁P/Q曲线、闭锁条件等因素后进行运算,给出当前运行方式下的调节方式。接着,通过DC5系统向励磁调节器(AVR)发出控制信号,最终通过增/减励磁指令来改变发电机励磁电流,进而调节发电机无功出力,使机组无功或母线电压维持在主站下发的母线电压指令附近[3]。

1AVC调节性能考评指标

为保障华东电力系统安全、优质、经济运行,维护电力企业的合法权益,促进电网经营企业和并网发电厂协调发展,江苏电力调控控制中心制定了相关考核细则对厂站AVC调节性能进行考评。目前,华东区域直代管电厂AVC考评是按照能源局“两个细则”开展,AVC考评数据统一由华东网调生成,由江苏电网调度中心直接考核。AVC调节性能考评指标分两项:AVC投运率、AVC调节合格率。

1.1AVC投运率考评

并网发电机组AVC装置同相应电力调度交易机构主站AVC闭环运行,且AVC月投运率低于98%时,接受AVC投运率考核,达不到要求的电厂,按每低于1%,每天每万千瓦考核12元[4]。

1.2AVC调节合格率考评

电力调度交易机构AVC主站电压指令下达后,机组AVC装置在2 min内调整到 目标指令要求范围内1kV为合格,AVC调节合格率必须达到100%,2 min内未调整到 目标指令要求的视为不合格。AVC月调节达不到要求的电厂,按每低于1%,每天每万千瓦考核12元。220 kV及以上、110 kV并网发电企业AVC投运率及AVC调节合格率合计考核费用上限分别为每月30万元、10万元[4]。

2AVC系统考核问题分析

2.1AVC系统考核问题的种类

2.1.1主站指令传输问题

AVC控制方式中最重要的一点是主站指令的正确送达。因此,发生以下任一种情况都将直接影响AVC调节合格率:

1)网调主站与华东调度数据网平面通信链路故障。

2)华东调度数据网平面与通信链路故障。

3)中控单元与AVC执行终端通信链路故障。

2.1.2DCS与AVC执行终端脉宽不匹配

现行AVC规范中明确要求AVC执行终端应以固定脉宽和固定的脉宽间隔发送增/减磁信号至发电厂控制系统(DCS),并转发AVR增/减磁调节。

2.1.3调节死区设置不合理

调节死区是指实测数值与目标数值之间允许存在的合理偏差范围。AVC子站应实时监测调节对象,当调节对象数值与目标数值之间的偏差值大于调节死区时,应立即进行电压调节。而在一次连续调节过程中,当调节对象数值与 目标数值之间的偏差值小于调节死区,AVC子站应停止调节。调节死区设置得过小或过大,会导致AVC过频或过少地进行调节。现行AVC规范中已将500 kV电压等级调节死区规定为±0.5 kV。

2.1.4系统响应滞后

指令传输延时、控制周期设置不合理、励磁系统响应慢等因素导致AVC动作延迟,在电网电压快速波动时难以跟上变化,电压合格率下降。

2.1.5过度依赖NCS系统

由于AVC系统过度依赖NCS系统提供的数据,在NCS系统自身仍有许多问题的情况下,AVC系统的基础条件并不牢固。因此,在控制精度、遥控可靠性、实时性等方面存在一定的问题,并有引起设备误动的可能性,给电网的安全运行带来一定的隐患。

2.1.6DCS与AVC执行终端脉宽不匹配

通过查询某火电厂DCS历史数据,发现其DCS在收到增/减磁命令后,未能及时发出增/减磁信号给AVR,导致AVR未及时调节,造成不合格点。经检查AVC执行终端触发器脉宽为100 ms,DCS对应的DPU扫描周期为200 ms。由于DCS扫描周期偏大,造成DCS失帧,指令丢失。

2.1.7AVC调节最大步长不合理

最大调节步长是指AVC子站可以设定的单次电压调节增量允许的最大范围。当调节对象实时数值与 目标数值之间的偏差值大于最大调节步长时,AVC子站应以最大调节步长限制生成本次调节 目标。因此,最大调节步长设置不合理,会直接影响AVC调节的精准度与效率。现行AVC规范中已将500 kV电压等级最大调节步长规定为1.5 kV。

2.1.8多机组协同控制难题

在分配全厂无功总 目标到各台机组时,传统的等功率因数、等无功裕度等策略可能无法适应机组不同工况(如辅机故障、PSS投入状态)、检修状态变化,导致部分机组频繁到达无功限值(进相或迟相),影响整体调节能力,甚至引发机组间“无功震荡”[5]。

2.1.9设备可靠性影响

电压互感器(PT)/电流互感器(CT)测量精度漂移、通信通道中断、励磁系统故障、AVC软硬件缺陷等都会直接导致AVC退出运行或控制失效,降低投运率和调节效果。

这些问题直接导致了电压调节率不达标、投运率不达标、响应超时等情况频发,是火电厂AVC考核费用产生的主要根源。

2.2该发电厂AVC系统考核问题

该4× 1 000 MW发电厂采用500 kV出线,AVC控制拓扑图如图1所示,其AVC系统主要采用母线电压增量加等功率因数分配策略。面临的主要问题如下:高压母线电压调节率长期在95%左右徘徊(低于调度要求的100%),月度考核费用居高不下;尤其是在负荷快速变化或邻近风电场波动时,电压波动大,调节响应慢,多机组间无功分配不合理,单机易达限。

3 AVC调度考核策略优化

3.1 系统架构与通信优化

提升通信实时性与可靠性:优化调度主站与电厂AVC主站、AVC主站与子站之间的通信网络(如采用高速厂级总线或独立光纤),减少传输延时和丢包率;采用规约(如IEC104)优化,确保指令和数据的快速、可靠传输。

高精度同步采样:推广使用基于IRIG—B或PTP的高精度同步采样技术,确保全厂测量数据的时刻一致性,为精确控制和分析奠定基础。

3.2考核数据深度分析与闭环改进

建立考核数据库:详细记录每次调度考核事件的时间、类型(电压越限、响应超时等)、相关机组工况、系统状态、AVC动作记录、天气等。

根因分析与溯源:对考核事件进行深入分析,利用历史数据和事件记录,精准定位问题根源(是参数问题、策略问题、设备故障还是外部扰动)。

闭环优化机制:基于分析结果,有针对性地调整控制参数、优化控制策略、修复设备缺陷或改进维护流程,形成“运行—考核—分析—优化”的闭环管理,持续提升AVC性能[1]。

3.3 设备状态监测与维护管理强化

关键设备在线监测:对励磁系统关键参数(励磁电压、电流、绕组温度)、PT/CT二次回路(测量值、通信状态)、AVC服务器/工作站运行状态进行实时在线监测和异常报警。

定期校验与预防性维护:严格执行PT/CT、电量变送器、励磁系统测量回路的定期精度校验;制定并落实励磁系统、AVC软硬件的预防性维护计划。

冗余配置与快速切换:关键信号(母线电压)采用双PT冗余采集,AVC主站服务器采用热备冗余配置,确保单点故障不影响系统整体运行。

通过综合分析,该单位主要采取如下优化策略:

1)调整AVC指令接收类型。当前AVC上位机接收的是电压增量,AVC上位机与电力调度中心AVC主站通信延时导致AVC调节的500 kV母线电压不一致,直接影响了调节结果,因此,通过修改AVC指令类型,将其直接改为500 kV目标电压的数据类型,解决通信延时导致的数据不一致问题。2)优化NCS系统内母线电压参数精度。完成NCS系统母线测控装置内电压精度参数修改,由出厂参数0.5%改为0.01%,提升数据传输的准确性。3)DCS与AVC执行终端脉宽匹配。对DCS与AVC脉宽进行适应性修改后,AVC调节合格率有了大幅提高。4)设备升级与管理。完成两台机组励磁系统关键板卡更换和参数校验;升级PT二次回路;实施AVC服务器冗余改造。5)考核分析系统建设。部署专用系统自动采集、存储和分析AVC运行数据及考核事件。

4优化效果评估

通过长时间机组运行观察发现,优化后效果显著,主要表现在如下几个方面。

4.1电压调节率显著提升

优化后高压母线电压月平均合格率稳定提升至99.9%以上。优化后波动幅度明显减小,跟踪更紧密。

4.2 调节性能改善

AVC系统对调度指令的响应时间由平均8 S缩短至5 S以内;调节精度(稳态偏差)控制在±0.15 kV内(优于±0.5 kV要求)。

4.3考核费用大幅降低

月度AVC相关考核费用平均下降85%以上,经济效益显著。

4.4 系统可靠性增强

设备故障导致的AVC退出时间大幅减少,投运率接近100%。

5 结束语

面对日益严格的AVC调度考核要求,大型火电厂传统的AVC控制策略和设备管理模式已显不足。本文提出的系统性优化方案,融合了控制参数自适应整定、设备状态精益管理以及考核数据闭环分析等关键技术,在实践中被证明能有效提升AVC系统的响应速度、控制精度、协调能力和运行可靠性,从而显著提高电压合格率,大幅降低考核费用,有力支撑电网安全稳定运行。

[参考文献]

[1] 易江,何浩波,张备建,等.火力发电厂AVC系统保护功能的实施策略[J].电气技术与经济,2024(4):173-176.

[2] 高亮亮.百万机组AVC调节合格率低原因分析及对策研究[J].河南电力,2023(增刊2):7-9.

[3]江苏电力调度控制中心.江苏统调电厂AVC子站技术规范[Z],2021.

[4] 国家能源局江苏监管办公室.江苏电力并网运行管理实施细则[Z],2022.

[5]梁东方,高万鑫,吕孝丹.发电厂AVC调节合格率偏低原因分析[J].电力安全技术,2022,24(9):53-55.

《机电信息》2025年第21期第6篇