CN103401247A - 电厂升压站监控系统中实现agc和avc的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，在通信管理机中通过算法形式实现AGC和AVC的优化方法，在操作员工作站上实现AGC和AVC的配置、监视，最后通信管理机将分配好的值或者指令通过AGC/AVC接口单元直接发向各个机组的控制单元，本发明在升压站监控系统中实现了AGC和AVC，使原本独立的三个系统得到了统一，从而加快了调度对电网负荷和电压的调节速度，提高了调节的可靠性，减少了发电用户的投资成本和运行维护成本，满足了现在发电厂自动化系统以及地区电网控制的高性价比、高可靠性、高稳定运行性、高灵活性和可维护性等要求。

Description

电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法

技术领域

本发明涉及一种实现AGC和AVC的优化方法，具体涉及一种电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，本发明属于发电技术领域。

背景技术

自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）在发电厂的自动化系统中广泛的应用，对于平衡地区电网负荷以及改善地区电网的电能质量发挥了重大作用。

AGC的全称为发电自动发电控制系统，是能量管理系统EMS的重要组成部分，它的目标是将电网频率和本控制区域交换功率控制允许的范围内，即把区域偏差限定在一定的范围内，其实现方式是中调通过调节本区域内的AGC机组出力，维持电网频率或者区域联络交换功率在规定的范围内，对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。

AVC的全称为发电厂无功电压远方自动控制系统。即中调通过对各发电厂的发电机组的无功功率进行远方控制，提高各发电厂高压母线的电压水平，从而达到提高本地区的供电电压水平，改善地区电网的电能质量的目的。

目前大部分发电厂的AVC系统、AGC系统以及升压站监控系统相互独立，需要通过通讯联系这三个系统以及地区的调度系统，这样AGC、AVC系统响应调度的调节指令比较慢，从而会影响到调度对于电网的负荷和电压的快速调节。另外，由于这三个系统各自独立，需要对这三个系统进行分别采购，因此增加了设备，随着设备的增多也就增加了设备发生故障的概率，影响了系统的稳定性。由于增加了设备，对于发电用户的投资费用、运行的管理费用以及维护费用也会大幅增高，因此这三个系统相互独立已经不能适应现在发电厂自动化的需求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电厂实现自动发电控制和自动电压控制的优化方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一：通信管理机接收调度下发的各台机组的有功目标值和母线电压目标值，将所述有功目标值和母线电压目标值存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示；

步骤二：通信管理机判断各台机组是否满足预先设定的有功保护约束条件，如果满足所述有功保护约束条件，则将所述机组的有功目标值通过AGC/AVC接口单元发向所述机组并返回步骤一，如果不满足所述有功保护约束条件，则等待下一次调度发来的有功目标值，在下一次调度发来有功目标值后返回步骤一；同时设置电压偏差的死区阀值δ，若母线电压目标值与母线电压测量值之差ΔU大于死区阀值δ则进入步骤三，否则返回步骤一；

步骤三：通信管理机辨识电厂的系统阻抗X，将系统阻抗X存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示；

步骤四：通信管理机计算电厂的无功目标值Q_AVC；

$Q_{\mathrm{AVC}}=\frac{U_{t\arg \mathrm{et}}\×(U_{t\arg \mathrm{et}}-U_{\mathrm{mea}})}{X}+\frac{Q_{\mathrm{AVCMea}}}{U_{\mathrm{mea}}}\×U_{t\arg \mathrm{et}},$ 所述U_target为母线电压的目标值，所述U_mea为母线电压的测量值，所述Q_AVCMea为电厂并网点的无功实时值，将无功目标值Q_AVC存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示；

步骤五：通信管理机判断各台机组是否满足预先设定的无功保护约束条件，不满足所述无功保护约束条件的机组不参与无功电压控制；在通信管理机中配置所述无功保护约束条件，并在操作员站上显示；

步骤六：根据各台机组的功率原图和进相试验，按照参与无功电压控制的发电机的无功裕量大小计算各台机组的无功增量

或无功减量

步骤七：根据机组的无功增量

或无功减量

和AGC/AVC接口装置的无功调节量/脉冲的比值，计算出需要发向AGC/AVC接口装置的脉冲个数N；

步骤八：将N个脉冲定时的依次发向AGC/AVC接口装置，同时检测机组无功的测量值和母线电压的测量值，并在操作员站上显示；在发送过程中，如果母线电压满足调度的要求，则直接返回步骤一，如果机组无功到达了无功目标值，而母线电压没有达到母线电压目标值，则继续向AGC/AVC接口装置发送脉冲，直到母线电压满足调度的要求，然后返回步骤一。

前述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤三包括：对系统阻抗X设置上下限值，当不能辨识出系统阻抗X时，将系统阻抗X设置为默认配置的阻抗值。

前述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤三包括：采用多个高压母线电压值来辨识电厂的系统阻抗X，两个高压母线电压值之间的差值大于0.5％的额定母线电压。

前述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述无功保护约束条件包括模拟量越限保护条件、状态量闭锁保护条件、通信中断保护条件中的一种或多种。

前述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤六包括：

步骤a：根据各台机组的功率原图和进相试验，计算出参与无功电压控制机组的无功可调上限值和无功可调下限值；

步骤b：计算无功目标值Q_AVC和无功实时值Q_AVCMea的差值，记为无功增量ΔQ＝Q_AVC-Q_AVCMea，若无功增量ΔQ大于零，转至步骤c，若无功增量ΔQ小于零，转至步骤d；

步骤c：根据机组的无功可调上限值，计算第i台参与无功电压控制的机组的无功增量

${Q_i}^{+}=\frac{Q_{\mathrm{Gi}\max }-Q_{\mathrm{Gi}}}{\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{Gk}\max }-Q_{\mathrm{Gk}})}{Q}_{\mathrm{AVC}},$

所述j为参与无功电压控制的机组的台数，0＜i≤j，所述Q_Gk为第k台参与无功电压控制机组的无功实时值，所述Q_Gkmax为第k台参与无功电压控制机组的无功最大值，Q_AVC为电厂的总无功目标值；

步骤d：根据机组的无功可调下限值，计算第i台参与无功电压控制的机组的无功减量

${Q_i}^{-}=\frac{Q_{\mathrm{Gi}}-Q_{\mathrm{Gi}\min }}{\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{Gk}}-Q_{\mathrm{Gk}\min })}{Q}_{\mathrm{AVC}},$

所述j为参与无功电压控制的机组的台数，0＜i≤j，所述Q_Gk为第k台参与无功电压控制机组的无功实时值，所述Q_Gkmax为第k台参与无功电压控制机组的无功最小值，Q_AVC为电厂的总无功目标值。

前述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述无功调节量/脉冲的比值范围是2-5Mvar/脉冲。

前述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤八包括：N个脉冲定时的时间间隔为3－5秒。

本发明的有益之处在于：本发明在升压站监控系统中实现了AGC和AVC，使原本独立的三个系统得到了统一，从而加快了调度对电网负荷和电压的调节速度，提高了调节的可靠性，减少了发电用户的投资成本和运行维护成本，满足了现在发电厂自动化系统以及地区电网控制的高性价比、高可靠性、高稳定运行性、高灵活性和可维护性等要求。

附图说明

图1是本发明电厂升压站监控系统一种的结构示意图；

图2是本发明机组的一种功率原图；

图3是本发明一个优选实施的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

图1所示是本发明电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法所基于的电压升压站监控系统的各个组件连接图。通信管理机接收调度下发的各台机组的有功目标值和母线电压目标值，电厂升压站监控系统包括通信管理机、操作员站、服务器、机组测控单元、AGC/AVC接口单元，通信管理机、操作员站、服务器、机组测控单元、AGC/AVC接口单元之间通过以太网相连。本发明在通信管理机中通过算法形式实现AGC和AVC的优化方法，在操作员工作站上实现AGC和AVC的配置、监视，最后通信管理机将分配好的值或者指令通过AGC/AVC接口单元直接发向各个机组的控制单元，从而实现对火电厂的有功和电压的优化控制。

如图3所示，本发明包括如下步骤：

步骤一：通信管理机接收调度下发的各台机组的有功目标值和母线电压目标值，将有功目标值和母线电压目标值存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示。

步骤二：通信管理机判断各台机组是否满足预先设定的有功保护约束条件，如果满足所述有功保护约束条件，则将所述机组的有功目标值通过AGC/AVC接口单元发向所述机组并返回步骤一，如果不满足所述有功保护约束条件，则等待下一次调度发来的有功目标值，在下一次调度发来有功目标值后返回步骤一；同时设置电压偏差的死区阀值δ，若母线电压目标值与母线电压测量值之差ΔU大于死区阀值δ则进入步骤三，否则返回步骤一。本发明不限制有功保护约束条件的具体类型，比如其可以是通过有功上限值和下限值来约束。如果位于有功上限值和下限值之间，则满足有功保护约束条件，否则即不满足有功保护约束条件。

步骤三：通信管理机辨识电厂的系统阻抗X，将系统阻抗X存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示。本发明中的系统阻抗X表示电站到母线的系统阻抗。本发明不限制系统阻抗X的具体计算方式。但作为优选，设第s次调整前，高压母线电压U^s-，向系统发出无功Q^s-，调整后分别为U^s+、Q^s+，这时可以写出方程式为：(Q^s+/U^s+-Q^s-/U^s-)X＝(U^s+-U^s-)。

设有t次调整记录，则有

$\left[\begin{array}{c}.\\ .\\ (Q^{s+}/U^{s+}-Q^{s-}/U^{s-})\\ .\\ .\end{array}\right]X=\left[\begin{array}{c}.\\ .\\ (U^{s+}-U^{s-})\\ .\\ .\end{array}\right]$

简写为[ΔQ/U]X＝[ΔU]

两边乘以[ΔQ/U]^T，整理后可得

在系统阻抗自学习辨识的时候，充分注意选取数据的有效性和时效性，并结合历史运行经验确定系统阻抗是否合理。

辨识过程中的考虑因素，主要体现在以下几个方面：对其设置上下限值，当不能辨识出系统阻抗时，取其默认配置的阻抗；保证辨识系统阻抗的前后两次电压差值必须大于一定数值才能计算系统阻抗，根据经验设置为0.5％额定母线电压较为合理；对于t值的确定是一个很困难的问题，取多少次合理，没有一个可以衡量的标准。根据经验可以将其设置成5。由于t值是一个滚动向前的过程，保证了辨识的实时性。

相对于其他算法，自学习算法能够准确的找到变化的参数值，进而提高无功电压控制的精度。

步骤四：通信管理机计算电厂的无功目标值Q_AVC；

$Q_{\mathrm{AVC}}=\frac{U_{t\arg \mathrm{et}}\×(U_{t\arg \mathrm{et}}-U_{\mathrm{mea}})}{X}+\frac{Q_{\mathrm{AVCMea}}}{U_{\mathrm{mea}}}\×U_{t\arg \mathrm{et}},$ U_target为母线电压的目标值，U_mea为母线电压的测量值，Q_AVCMea为电厂并网点的无功实时值，将无功目标值Q_AVC存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示。

步骤五：通信管理机判断各台机组是否满足预先设定的无功保护约束条件，不满足无功保护约束条件的机组不参与无功电压控制；在通信管理机中配置无功保护约束条件，并在操作员站上显示，本发明同样不限制无功保护约束条件的具体类型，比如无功保护约束条件包括模拟量越限保护条件、状态量闭锁保护条件、通信中断保护条件中的一种或多种。举例而言，模拟量越限保护条件如高压母线电压越限，状态量闭锁保护条件如应闭锁控制；通信中断保护条件如光机组的保护动作等等。

步骤六：根据各台机组的功率原图和进相试验，按照参与无功电压控制的发电机的无功裕量大小计算各台机组的无功增量

或无功减量

本发明不限制无功增量

或无功减量

的具体获得方式，作为优选，步骤六包括：

步骤a：根据各台机组的功率原图和进相试验，计算出参与无功电压控制机组的无功可调上限值和无功可调下限值，如图2所示是机组的功率原图，图2的横坐标为机组的有功，纵坐标为机组的无功，右下虚线曲线部分为发电机的进相试验曲线。将功率原图分为P0-P5五个区间，当需要计算Pn点的无功最大值和最小值时，可以判断出Pn点位于P2-P3之间，将P2和P3两点的无功最大值和最小值各做一条直线，通过线性化计算出Pn点的无功最大值和最小值，很明显计算出来的最大值、最小值和实际的最大值、最小值有一定的出入，但是他们是非常接近的，可以近似的认为他们一致。发电机的进相曲线是发电机实际运行的曲线，

因此计算最小值时需要按照进相曲线来计算无功的最大值和最小值。

步骤b：计算无功目标值Q_AVC和无功实时值Q_AVCMea的差值，记为无功增量ΔQ＝Q_AVC-Q_AVCMea，若无功增量ΔQ大于零，转至步骤c，若无功增量ΔQ小于零，转至步骤d；

步骤c：根据机组的无功可调上限值，计算第i台参与无功电压控制的机组的无功增量

${Q_i}^{+}=\frac{Q_{\mathrm{Gi}\max }-Q_{\mathrm{Gi}}}{\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{Gk}\max }-Q_{\mathrm{Gk}})}{Q}_{\mathrm{AVC}},$

所述j为参与无功电压控制的机组的台数，0＜i≤j，所述Q_Gk为第k台参与无功电压控制机组的无功实时值，所述Q_Gkmax为第k台参与无功电压控制机组的无功最大值，Q_AVC为电厂的总无功目标值；

步骤d：根据机组的无功可调下限值，计算第i台参与无功电压控制的机组的无功减量

${Q_i}^{-}=\frac{Q_{\mathrm{Gi}}-Q_{\mathrm{Gi}\min }}{\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{Gk}}-Q_{\mathrm{Gk}\min })}{Q}_{\mathrm{AVC}},$

所述j为参与无功电压控制的机组的台数，0＜i≤j，所述Q_Gk为第k台参与无功电压控制机组的无功实时值，所述Q_Gkmax为第k台参与无功电压控制机组的无功最小值，Q_AVC为电厂的总无功目标值。

步骤七：根据机组的无功增量

或无功减量

和AGC/AVC接口装置的无功调节量/脉冲的比值，计算出需要发向AGC/AVC接口装置的脉冲个数N，这里的

或者

作为优选，无功调节量/脉冲的比值范围是2-5Mvar/脉冲，如果脉冲太窄，调节速度慢，如果脉冲太宽，会影响机组的稳定运行。。

步骤八：将N个脉冲定时的依次发向AGC/AVC接口装置，同时检测机组无功的测量值和母线电压的测量值，并在操作员站上显示；在发送过程中，如果母线电压满足调度的要求，则直接返回步骤一，如果机组无功到达了无功目标值，而母线电压没有达到母线电压目标值，则继续向AGC/AVC接口装置发送脉冲，直到母线电压满足调度的要求，然后返回步骤一作为优选，N个脉冲定时的时间间隔为3－5秒，如果太快机组来不及响应，太慢调节速度慢，影响无功的调节，影响母线电压的调节。

作为进一步优选，上述步骤二和步骤八中，当通信管理机通过一个通信口同时向AGC/AVC接口单元发送有功目标值和无功脉冲时，需要增加发送队列，优化发送过程，满足AGC和AVC同时控制的要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一：通信管理机接收调度下发的各台机组的有功目标值和母线电压目标值，将所述有功目标值和母线电压目标值存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示；

步骤二：通信管理机判断各台机组是否满足预先设定的有功保护约束条件，如果满足所述有功保护约束条件，则将所述机组的有功目标值通过AGC/AVC接口单元发向所述机组并返回步骤一，如果不满足所述有功保护约束条件，则等待下一次调度发来的有功目标值，在下一次调度发来有功目标值后返回步骤一；同时设置电压偏差的死区阀值δ，若母线电压目标值与母线电压测量值之差ΔU大于死区阀值δ则进入步骤三，否则返回步骤一；

步骤三：通信管理机辨识电厂的系统阻抗X，将系统阻抗X存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示；

步骤四：通信管理机计算电厂的无功目标值Q_AVC；

$Q_{\mathrm{AVC}}=\frac{U_{t\arg \mathrm{et}}\×(U_{t\arg \mathrm{et}}-U_{\mathrm{mea}})}{X}+\frac{Q_{\mathrm{AVCMea}}}{U_{\mathrm{mea}}}\×U_{t\arg \mathrm{et}},$ 所述U_target为母线电压目标值，所述U_mea为母线电压测量值，所述Q_AVCMea为电厂并网点的无功实时值，将无功目标值Q_AVC存入通信管理机的文件中，并转发到服务器中，在操作员站上显示；

步骤五：通信管理机判断各台机组是否满足预先设定的无功保护约束条件，不满足所述无功保护约束条件的机组不参与无功电压控制；在通信管理机中配置所述无功保护约束条件，并在操作员站上显示；

步骤六：根据各台机组的功率原图和进相试验，按照参与无功电压控制的发电机的无功裕量大小计算各台机组的无功增量或无功减量

步骤七：根据机组的无功增量

或无功减量

和AGC/AVC接口装置的无功调节量/脉冲的比值，计算出需要发向AGC/AVC接口装置的脉冲个数N；

步骤八：将N个脉冲定时的依次发向AGC/AVC接口装置，同时检测机组无功的测量值和母线电压的测量值，并在操作员站上显示；在发送过程中，如果母线电压满足调度的要求，则直接返回步骤一，如果机组无功到达了无功目标值，而母线电压没有达到母线电压目标值，则继续向AGC/AVC接口装置发送脉冲，直到母线电压满足调度的要求，然后返回步骤一。

2.根据权利要求1所述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤三包括：对系统阻抗X设置上下限值，当不能辨识出系统阻抗X时，将系统阻抗X设置为默认配置的阻抗值。

3.根据权利要求2所述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤三包括：采用多个高压母线电压值来辨识电厂的系统阻抗X，两个高压母线电压值之间的差值大于0.5％的额定母线电压。

4.根据权利要求3所述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述无功保护约束条件包括模拟量越限保护条件、状态量闭锁保护条件、通信中断保护条件中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤六包括：

步骤a：根据各台机组的功率原图和进相试验，计算出参与无功电压控制机组的无功可调上限值和无功可调下限值；

步骤b：计算无功目标值Q_AVC和无功实时值Q_AVCMea的差值，记为无功增量ΔQ＝Q_AVC-Q_AVCMea，若无功增量ΔQ大于零，转至步骤c，若无功增量ΔQ小于零，转至步骤d；

步骤c：根据机组的无功可调上限值，计算第i台参与无功电压控制的机组的无功增量

${Q_i}^{+}=\frac{Q_{\mathrm{Gi}\max }-Q_{\mathrm{Gi}}}{\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{Gk}\max }-Q_{\mathrm{Gk}})}{Q}_{\mathrm{AVC}},$

所述j为参与无功电压控制的机组的台数，0＜i≤j，所述Q_Gk为第k台参与无功电压控制机组的无功实时值，所述Q_Gkmax为第k台参与无功电压控制机组的无功最大值，Q_AVC为电厂的总无功目标值；

步骤d：根据机组的无功可调下限值，计算第i台参与无功电压控制的机组的无功减量

${Q_i}^{-}=\frac{Q_{\mathrm{Gi}}-Q_{\mathrm{Gi}\min }}{\underset{1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{Gk}}-Q_{\mathrm{Gk}\min })}{Q}_{\mathrm{AVC}},$

所述j为参与无功电压控制的机组的台数，0＜i≤j，所述Q_Gk为第k台参与无功电压控制机组的无功实时值，所述Q_Gkmax为第k台参与无功电压控制机组的无功最小值，Q_AVC为电厂的总无功目标值。

6.根据权利要求5所述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述无功调节量/脉冲的比值范围是2-5Mvar/脉冲。

7.根据权利要求6所述的电厂升压站监控系统中实现AGC和AVC的优化方法，其特征在于，所述步骤八包括：N个脉冲定时的时间间隔为3－5秒。

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