CN104022519A - 火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，该系统包含：电压无功自动控制装置，其输出端电路连接电厂内的发电机励磁器和低压电抗器，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，并控制低压电抗器的投切操作；远程测控终端系统，其输入端电路连接电厂内电气设备，输出端通信连接电压无功自动控制装置，实时检测电厂内的电压无功实时信息，输出至电压无功自动控制装置。本发明同一个火电厂只需要安装一台集中型的自动电压控制装置，对多台发电机和多个低压电抗器进行集中控制，减少维护量。

Description

火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种用在火电厂的电能控制技术，具体涉及一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统及控制方法。

背景技术

在电力系统中，一般认为电压和无功功率相互关联，因而调节发电机的机端电压时，发电机的输出无功功率会随之而变化，同时电厂高压母线电压也会随之变化。为了发电厂所在的电力系统的安全稳定运行，必须在必要的时候将发电厂的发电机机端电压、高压母线电压、高压母线无功设定在一个特定的范围之内。在火电厂中，通过人工操作发电机的励磁器的空结点来调节发电机的机端电压，进而调节发电机输出无功、高压母线电压和高压母线无功，是调节火电厂电压无功的传统方式。随着计算机、电子与通讯技术的发展，人们已经开始考虑使用自动控制的方式来代替传统的人工调节火电厂电压无功状态的方式，并且考虑将多个发电厂置于一套电网自动电压控制系统中，进行多个发电厂的电压无功协调控制。

在《电力设计》杂志2005年2月第1期的《电网自动电压控制在大型火电厂的设计与实现》一文中，作者介绍了一种在火电厂中接收电网自动电压控制系统发出的高压母线电压设定指令，进而通过4-20mA的模拟电流信号对发电机进行控制，实现火电厂电压无功自动控制的系统。在该系统中，电厂自动电压无功控制装置根据接收到的电厂高压母线电压指令计算出每台发电机的机端电压设定值，利用4-20mA的模拟电流信号将该设定值传送给发电机集散控制系统（DCS），或是直接传送给发电机励磁控制系统，来设定发电机的机端电压，进而调节发电机的输出无功功率、高压母线电压和高压母线无功功率。

在《安徽电力》2005年12月第22卷第4期的《自动电压控制系统（AVC）在发电厂的应用》一文与《安徽电气工程职业技术学院学报》2004年3月第9卷第1期的《发电厂无功电压远方自动控制系统的探讨》一文中，介绍了一类分布式的调节发电厂各机组输出无功功率的系统。在该类系统中，需要给每一台发电机配备一台AVC调节装置，一般还需要在电厂内配备一台通讯上位机，由电网自动电压控制系统下发每台发电机的输出无功功率设定值，电厂通讯上位机将该设定值发送给每台发电机的AVC调节装置，由AVC调节装置将发电机输出无功调节到要求的设定值附近。

以上两种系统都存在一些不足和局限性。对第一种系统，存在的不足主要是：调节精度差，由于使用4-20mA的模拟电流信号来传送机端电压设定值，模拟电流信号误差较大，会带来很大的误差；对电厂已有系统要求高，电厂机组必须要装有能够对机组机端电压进行设定的DCS系统，或是机组励磁器必须要具有接收4-20mA的电流信号传送的设定值的功能。对第二种系统，存在的不足主要是：系统过于复杂，所需设备太多，增加系统维护量；不能进行电厂内各机组间无功的二次分配。同时，这两种系统都还存在一定的局限性：对电厂电压无功自动调节过程的监控不够，不能完整详细的监视调节过程中电厂各机组及母线的运行状态；调节功能较为单一，一般只能针对高压母线电压或发电机单机无功一种指令进行调节；调节过程中没有反馈信号发回调度中心，调度中心无法监视所下发指令的执行情况；没有考虑对电厂内的低压电抗器进行投切操作。

发明内容

本发明提供一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统及控制方法，对多台发电机和多个低压电抗器进行集中控制，减少维护量，实现发电厂内多机组优化调节，适用性强。

为实现上述目的，本发明提供一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特点是，该系统包含：

电压无功自动控制装置，其输出端电路连接电厂内的发电机励磁器和低压电抗器，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，并控制低压电抗器的投切操作；

远程测控终端系统，其输入端电路连接电厂内电气设备，输出端通信连接电压无功自动控制装置，实时检测电厂内的电压无功实时信息，输出至电压无功自动控制装置。

每个电厂内只设置一台该电压无功自动控制装置，该电压无功自动控制装置下电路连接若干个发电机励磁器和若干个低压电抗器。

上述电压无功自动控制装置还通信连接电网系统的系统调度中心。

上述电压无功自动控制装置与系统调度中之间连接有光电转换器，并通过光纤通信连接。

上述系统调度中心包含有电网自动电压控制系统服务器。

上述电压无功自动控制装置还通过光纤通信连接设置于厂站主控室的监控计算机，该监控计算机提供人机交互接口。

上述电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器距离大于一千米，电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器之间通过光缆连接。

上述电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器距离小于一千米，电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器之间通过屏蔽电缆连接，每路屏蔽电缆采用正、负两根电缆线。

上上述电压无功自动控制装置包含相互通信连接的协议转换模块、数据处理模块和调控电压脉冲生成模块；

所述协议转换模块包含协议机；

所述数据处理模块包含工控机；

所述调控电压脉冲生成模块包含脉冲控制器，脉冲控制器通过光猫池或与屏蔽电缆端口外界通信连接。

一种上述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统的控制方法，其特点是，该方法包含：

远程测控终端系统实时监测电厂内的电压无功实时信息，以及发电机励磁器和整个电厂系统的调节效果，上传至电压无功自动控制装置；

电压无功自动控制装置根据接收的信息，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，还对电厂内的低压电抗器进行偷窃操作；

对电厂内电压或无功进行闭环调节。

本发明火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统与现有技术的电网控制系统相比，其优点在于，本发明同一个火电厂只需要安装一台集中型的自动电压控制装置，对多台发电机和多个低压电抗器进行集中控制，减少维护量；

本发明可以实现火电厂内多台发电机的无功二次分配，实现发电厂内多机组优化调节；

本发明使用电压脉冲信号直接接入发电机励磁器，增加该发明系统的通用性。由于几乎所有的现有发电机励磁器都有增减励磁空结点，因而这种励磁器接入方式几乎可以适用于所有的发电机励磁器；

本发明在电厂内实现所设定电压或无功的闭环调节，增加调节的准确性；

本发明为电厂运行人员提供丰富的监控方式和接口，运行人员可以方便的对系统的执行情况进行监视，在必要时可以方便的对所发明的电压无功自动控制系统进行必要的干预；

本发明设有与电网自动电压控制系统的通讯接口，可以让电网自动电压控制系统方便的监视到所给的电厂电压无功设定命令的执行情况。

附图说明

图1为本发明火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统的系统模块图；

图2为本发明电压无功自动控制装置的结构示意图；

图3为本发明电压无功自动控制装置调控电压脉冲生成部分接线图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，本发明公开一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，包含电压无功自动控制装置1、远程测控终端系统2（RTU）、监控计算机5、系统调度中心。

核心部分是安装于电厂远动室和通讯室（也可安装于网控室）中的电压无功自动控制装置1，每个电厂可以只需要安装一套电压无功自动控制装置1。电压无功自动控制装置1输出端电路连接电厂内的若干发电机励磁器3和若干低压电抗器4，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，并控制低压电抗器的投切操作。在此电厂电压无功自动控制装置内，可以设置电厂内多台发电机的无功分配算法，根据特定的无功分配方式（如机端输出无功功率相等，或发电机功率因数相等）对各台发电机进行调节，实现多台发电机组的优化调节。

此电厂电压无功自动控制系统中，电压无功自动控制装置1直接将生成的电压脉冲信号接入发电机励磁器3，对各台发电机进行增减励磁调节。由于几乎所有的发电机励磁器3都有电压脉冲接入空结点，所以这种接入方法几乎适用于所有的发电机励磁器3。

当距离较近时（如数百米）可以使用屏蔽电缆来建立电压无功自动控制装置1与发电机励磁器3和低压电抗器4之间的通路，当距离太远时（如数千米）需要使用光缆来建立。电压无功自动控制装置1与发电机励磁器3之间的通路需要传送增励磁和减励磁两路独立的信号，电压无功自动控制装置1与低压电抗器4之间的通路需要传送投电抗器和切电抗器两路独立的信号。当使用屏蔽电缆时，每路信号需要使用正（+）与负（-）两根电缆线，故电压无功自动控制装置1与发电机励磁器3和低压电抗器4之间的通路，分别需要四根电缆线来传送电压脉冲信号；当使用光缆时，需要使用相应的配套光猫来进行光电转换，电压无功自动控制装置1与发电机励磁器3和低压电抗器4之间的通路都分别需要两路光纤通路。

系统调度中心中包含有电网自动电压控制系统服务器6。在电压无功自动控制装置1与系统调度中心的电网自动电压控制系统服务器6间需要建立通讯通路，以便电网自动电压控制系统服务器6下发控制指令给电厂和电压无功自动控制装置1上传电厂执行所收到的调控指令的情况。该通路一般为专用光纤通路，在开通该通路时，可能需要使用到光电转换器8和进行数据模式转换的调制解调器7（modem）。电压无功自动控制装置1还可以与电网自动电压控制系统进行通讯，上传电厂所收到的电网自动电压控制系统下发的调控指令的执行情况，供电网自动电压控制系统监视之用。

远程测控终端系统2用于实时检测电厂内的电压无功实时信息。电压无功自动控制装置1与电厂的远程测控终端系统2间需要建立通讯通路，以便电压无功自动控制装置1获取电厂的上述运行数据。电压无功自动控制装置1通过远程测控终端系统2获取电厂的电压无功实时信息，实时监测对发电机励磁器和整个电厂系统的调节效果，实现对特定电压或无功的闭环调节，此特定电压或无功可以是机端电压、机端输出无功功率、高压母线电压、高压母线无功功率等。

在电厂主控室（或值长室）可安装对电厂电压无功自动控制系统运行情况进行监控的监控计算机5（监控PC），该监控计算机5与电压无功自动控制装置1间需要构建专用通讯通路。当电压无功自动控制装置1与远程测控终端系统2之间，或电压无功自动控制装置1与监控计算机5之间的距离过远时，可使用光缆来建立所需要的通路，相应的，需要使用进行通讯的串口光猫或网口光猫51。

监控计算机5为电厂电压无功自动控制系统提供了多种监视电厂电压无功运行状态的人机界面接口，供电厂运行人员监视运行状态，且提供多种运行人员操作接口，供运行人员在必要的时候对系统运行情况进行干预和操作。

如图2所示，电压无功自动控制装置1中，主要可以分为协议转换模块、数据处理模块和调控电压脉冲生成模块。

协议转换模块的主要设备是一台协议机，主要完成调控命令接收、电厂数据接收和命令执行情况数据上传的功能。该协议机接收系统通讯层转发的电网自动电压控制指命，接收电厂的远程测控终端系统2采集的电厂内部实时运行数据，并将电压无功自动控制系统执行情况数据送回给调度中心主站。协议机主要使用N4F规约、101规约和104规约。

数据处理模块的主要功能是运行生成电厂设备调控命令的核心算法，并将系统相关数据储存进数据库中。这里所采用的核心算法需要综合考虑电厂的运行状态，在保持系统的稳定性的基础上生成适合电厂实际运行方式的励磁调节、电抗器投切等电压脉冲调控命令。

调控电压脉冲生成模块主要由信号转换电路和命令输出电路组成，其任务是将调节发电机励磁器3和控制低压电抗器4的脉冲信号解析成相应的励磁控制装置、电抗器投切装置实际需要的控制信号，并通过相应的电路下发控制信号，实现对这些装置的操作和调控。这部分主要包括压板、脉冲控制器、光猫池等。压板是一种硬件保护装置，可以在紧急情况下手动断开，阻断调控脉冲的下发。脉冲控制器是自行设计的控制脉冲下发的设备，它的作用是将可控设备的调节命令转化为可以直接控制设备动作的脉冲信号。光猫池是光通讯设备，由若干个RS232串口光猫和网口光猫组成，主要是实现电厂电压无功自动控制装置与其它设备通讯时的光电转换功能，此光猫池为可选设备，在通讯距离太远，需要使用光纤通讯时进行配备。

如图3所示，公开了一种电压无功自动控制装置1调控电压脉冲生成部分是当火电厂内安装有两台发电机和两台低压电抗器时，且直接通过屏蔽电缆传送电压脉冲信号时的脉冲生成部分的电路接线的实施例。该部分是通过光隔功率放大电路（1AP）和压板（1SB-6SB，其中5SB与6SB为备用）、固态继电器（1KM-8KM）来实现电压调控脉冲的隔离、放大和输出的。当控制更多的发电机和更多的低压电抗器时，需要相应的增加更多的压板和固态继电器；当距离太远，需要使用光缆来传送电压脉冲信号时，可以省去固态继电器，但在发电机励磁器旁需要增加隔离和功率放大电路。电压脉冲信号由命令及数据处理部分的PCI脉冲输出板生成后，经过光隔功率放大电路（1AP）进行光电隔离、功率放大，通过压板与固态继电器相连，驱动固态继电器，控制固态继电器的高压端开闭，从而控制接入发电机励磁器的空结点的断开和闭合，等同于对发电机励磁器输入了相应的电压脉冲调节信号，从而调节发电机励磁器。该压板可以用来在紧急情况下手动断开送入发电机励磁器的调节脉冲，保证系统的安全性。

本发明还公开一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统的控制方法，该方法包含：

远程测控终端系统实时监测电厂内的电压无功实时信息，以及发电机励磁器和整个电厂系统的调节效果，上传至电压无功自动控制装置。

电压无功自动控制装置根据接收的信息，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，还对电厂内的低压电抗器进行偷窃操作。

通过上述流程实现对电厂内电压或无功进行闭环调节。

采用这样的电厂电压无功自动控制系统后，一个火电厂内只需要安装一套电压无功自动控制装置就可以实现电厂内多台发电机和多个低压电抗器的调控，电厂运行人员不需要同时维护多套设备。安装的电压无功自动控制装置接收到电网自动电压控制系统下发的调节指令后，如果是整厂高压母线电压或无功的调节指令，可以通过所设定的优化分配算法，按照优化规律实现电厂内多台发电机的优化调节，保证电厂多台发电机运行在更合理的状态。电压无功自动控制装置是通过电压脉冲信号对发电机励磁器进行增减励磁调节的，通过对发电机励磁器的增减励磁调节，可以增减发电机的机端电压，进而可以调节发电机的输出无功功率，从而调节发电厂高压母线的电压和无功功率。在调节过程中，电压无功自动控制装置可以通过电厂RTU实时获取发电机状态信息及电厂内电压无功信息，随时监测所下发的每一个电压调节脉冲的调节效果，从而实现对特定电压或特定无功的闭环调节，提高调节精度。如果电厂电压无功自动控制装置接收的是低压电抗器投切指令，则在电厂运行人员同意执行指令后，发送特定的电压脉冲完成该低压电抗器的投切操作。在调节过程中，电厂运行人员可以随时通过多种方式监视系统的运行情况，在必要的时候可以通过所设定的多种接口和操作方式对调节过程进行干预。同时，电压无功自动控制装置可以实时的将所收到的调节指令的执行情况反馈给电网自动电压控制系统，便于电网自动电压控制系统进行监控。

因此，通过所发明的这套电厂电压无功自动控制系统，可以大大提高电厂的电压无功自动控制水平，经济方便的实现电厂内的电压无功自动控制，维护简便，调节准确，不会影响电厂现有系统的运行，而且功能全面丰富，可以保证系统的安全可靠性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，该系统包含：

电压无功自动控制装置，其输出端电路连接电厂内的发电机励磁器和低压电抗器，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，并控制低压电抗器的投切操作；

远程测控终端系统，其输入端电路连接电厂内电气设备，输出端通信连接电压无功自动控制装置，实时检测电厂内的电压无功实时信息，输出至电压无功自动控制装置。

2.如权利要求1所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，每个电厂内只设置一台该电压无功自动控制装置，该电压无功自动控制装置下电路连接若干个发电机励磁器和若干个低压电抗器。

3.如权利要求1所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述电压无功自动控制装置还通信连接电网系统的系统调度中心。

4.如权利要求3所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述电压无功自动控制装置与系统调度中之间连接有光电转换器，并通过光纤通信连接。

5.如权利要求3所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述系统调度中心包含有电网自动电压控制系统服务器。

6.如权利要求1所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述电压无功自动控制装置还通过光纤通信连接设置于厂站主控室的监控计算机，该监控计算机提供人机交互接口。

7.如权利要求1所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器距离大于一千米，电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器之间通过光缆连接。

8.如权利要求1所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器距离小于一千米，电压无功自动控制装置与发电机励磁器和低压电抗器之间通过屏蔽电缆连接，每路屏蔽电缆采用正、负两根电缆线。

9.如权利要求1所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统，其特征在于，所述电压无功自动控制装置包含相互通信连接的协议转换模块、数据处理模块和调控电压脉冲生成模块；

所述协议转换模块包含协议机；

所述数据处理模块包含工控机；

所述调控电压脉冲生成模块包含脉冲控制器，脉冲控制器通过光猫池或与屏蔽电缆端口外界通信连接。

10.一种如权利要求1至9中任意一项权利要求所述的火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统的控制方法，其特征在于，该方法包含：

远程测控终端系统实时监测电厂内的电压无功实时信息，以及发电机励磁器和整个电厂系统的调节效果，上传至电压无功自动控制装置；

电压无功自动控制装置根据接收的信息，输出电压脉冲信号至发电机励磁器，对发电机进行增减励磁调节，还对电厂内的低压电抗器进行偷窃操作；

对电厂内电压或无功进行闭环调节。