某9E燃机电厂新增AVC装置接入分析

摘要：某9E燃机电厂在建设初期未配置自动电压调节AVC装置，为维持系统电压水平和提高电力系统运行的稳定性，按江苏省电力调度控制中心文件要求新增AVC装置，本文主要对AVC装置配置进行简单介绍，并针对奥地利ELIN公司生产的THYNE4励磁系统和南汽励磁系统进行新增AVC装置接入分析。

关键词：励磁系统；AVC装置；接入；电压

0 引言

某9E燃机电厂燃机发电机采用美国通用电气公司生产的9A5型发电机，励磁控制系统为奥地利ELIN公司生产的THYNE4励磁系统，汽轮发电机采用南京汽轮机厂生产的QFW-60-2型发电机，励磁控制系统为南京汽轮机厂生产的双通道数字式励磁系统，公司基建时间较早，在建设初期未配置自动电压调节AVC装置。

为切实落实苏工信电力〔2018〕183 号《江苏电网统调发电机组运行考核办法》文件要求，江苏省内统调发电企业中装机规模达 10 万千瓦及以上的，均需配置厂站级自动电压控制装置（AVC），以此提升电网电压品质，降低电压崩溃事故而引起的大规模停电风险，保证电网安全稳定运行，公司新增国电南京自动化股份有限公司生产的GPSR660U系列AVC装置。

1 AVC装置

1.1 简介

在现代电力系统运行架构中，实时自动电压控制系统（Automatic Voltage Control， AVC）作为保障电网稳定的核心技术装备，在发电厂场景中发挥着关键作用。该系统的运行机制可从多维度进行解析：当发电机组处于正常运行工况时，AVC 系统首先构建双向信息交互通道，一方面动态实时接收调度主站下发的电压控制指令，另一方面通过分布式测控装置同步采集多元运行数据，涵盖系统母线电压、主变高压侧无功功率、发电机励磁电压 / 电流、定子电压 / 电流以及厂用段母线电压等关键电气参数。​

数据采集模块完成实时量测后，系统进入核心计算环节。通过建立包含线路参数、变压器模型及机组励磁特性的电气网络模型，利用最小二乘法等数值计算方法，对实时采集的电压电流数据进行递归处理，精确解算出发电厂侧的系统阻抗参数。该参数作为关键输入量，被接入内置的智能控制算法模型 —— 该模型基于最优潮流理论，以主站设定的目标电压为基准，结合电网无功功率平衡原则，计算出维持目标电压所需注入的母线无功功率总量。​

在无功分配环节，系统采用分层协调控制策略：首先依据各在线可调机组的额定容量、励磁调节范围及预先整定的 P-Q 运行曲线（该曲线表征机组有功功率与无功功率的耦合关系及调节裕度），建立多目标优化分配模型；然后通过自适应权重算法，将总无功需求合理分摊至各台机组，形成个性化的励磁调节指令。各发电机组的励磁系统接收到指令后，通过快速响应的晶闸管整流装置调整励磁电流，进而改变发电机端电压和无功输出，最终实现对电网电压水平的动态闭环控制。​

这种运行机制不仅确保了电力系统电压稳定性的实时维持，更通过精准的无功功率调度，有效降低了网络损耗，提升了发电机励磁资源的利用效率。系统集成的智能算法能够自适应电网运行方式的变化，在新能源并网比例不断提高的复杂工况下，为电力系统的安全稳定运行提供了可靠的技术支撑。

1.2 系统配置

AVC系统主要由上位机和下位机两大部分组成，包含通讯管理机等辅助设备。上位机通过通讯管理机经远动系统与江苏省电力调度控制中心AVC主站进行通信，实时接收AVC主站端的目标电压遥调指令和AVC装置投退操作遥控指令，并向AVC主站上传AVC系统运行的实时信息和报警信息，上位机与下位机间构建闭环运行体系以持续优化机组实时无功功率输出，下位机接收上位机下发的控制指令，借助调节发电机励磁电流参数，达成发电机自动电压控制目标。

苏州蓝天AVC系统的配置为：上位机两套（冗余配置）、下位机四套（与机组一对一配置）。

系统结构见图1所示：

1.3 控制调节方式

AVC 系统配置双套 AVC 上位机构建主备冗余架构，两套 AVC 上位机同步获取省调 AVC 主站系统发送的本厂 220kV 正、副母线目标调控电压值；

检测到异常指令时保持原有指令，防止机组无功电压剧烈波动，AVC 主机调控两条独立母线电压，基于目标调控电压值，通过独立运算自动得出本厂各台机组应承担的总无功输出量；

全面考量多重约束条件后，AVC 装置将总无功功率科学分配至每台机组，输出增减指令至励磁系统，由励磁系统调整机组无功功率，促使本厂 220kV 正、副母线趋近目标调控电压值。

AVC 装置通过脉冲调控模式将信号传输至发电机组励磁系统。当 AVC 装置出现异常或约束条件触发时，装置可自动退出运行，并远程输出一个无源接点信号至机组 DCS 系统。AVC 运行状态信号传送至 DCS，在机组监控屏显示运行状态，便于运行人员监控。

1.4 AVC子站信息要求

（1）AVC子站通过与DCS和远动装置（RTU）的通信获取所需电气信息。AVC子站需采集的信息包括：

（2）AVC装置需提供的信息包括：

2 现场安装调试

2.1 模拟量和开关量采集

AVC子站通过与远动装置（RTU）采用通讯接口获取所需电气信息，其中发电机励磁电压和励磁电流未送至远动装置（RTU），所以采用4-20mA硬接线方式将模拟量送入AVC下位机。

（1）励磁电压：采用信号隔离器并联接入电压回路转换成4-20mA信号送至AVC下位机；

（2）励磁电流；采用信号隔离器并联至分流器R30转换成4-20mA信号送至AVC下位机；

（3）厂用段母线电压通过6kV母线PT二次侧电压送至AVC下位机；

（4）其余开关量和模拟量均采用通讯接口从远动装置（RTU）接到通讯管理机送至AVC下位机。

2.2 AVC下位机出口增磁和减磁（无源接点）

（1）AVC下位机增磁和减磁出口接入励磁系统A34模块：Plus excitation order和Minus excitation order（见图3）。

（2）为防止AVC下位机出口中间继电器（电磁线圈）接点粘死，出口回路采用两对中间继电器串联重动的方式，增加继电器输出回路可靠性（见图4），并增加中间继电器接点粘死报警信号送至DCS控制系统，便于监视。

（3）AVC装置励磁系统增磁和减磁无功功率上限限制值根据发电机P-Q曲线进行设定，下限为0Mvar。

2.3 接口数据传输与存储

AVC上位机具备与远动设备（RTU）的数据接口：从RTU接受省调的目标电压指令、AVC投退指令；AVC主机提供投退信号、励磁异常等信号通过RTU上送到省调。

AVC上位机可以接受RTU主机的数据并能在AVC监控后台显示，具备历史数据存储，可以查看所有模拟量曲线和事件告警信息。

3 现场投运

AVC 系统设置 1 台后台管理机作为监控终端（见图 5），同步开展 220kV 正、副母线电压监测工作。该后台终端实现以下功能：电厂一次接线图的展示与管理，故障预警提示，数据库备份存储，运行 MMI 人机交互界面，对站内各机组有功功率、无功功率、电压、电流，以及电厂高压母线电压电流、厂用电母线电压等参数实施可视化监测，具备每日 96 点数据及电压合格率统计功能，AVC 闭环投运率统计等功能。

4 总结

电厂侧AVC装置主要是针对电网负荷波动造成的母线电压变化，来控制调节运行发电机组励磁，实现发电厂侧的电压控制，电厂接受主站下发的实时电压及指令，协调调节发电机励磁调节器，以确保母线电压及时跟踪为目标电压，本文主要为同类型机组针对AVC装置改造或新增AVC装置的接入提供借鉴意义。

作者简介：王彦琛（1984-），男，广州协鑫蓝天燃气热电有限公司副总经理，从事燃气轮机生产管理工作，有较丰富的燃气轮机电控系统调试和改造经验。