CN107910873A - 一种实时监测自动电压控制系统 - Google Patents
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Abstract
电力系统的负荷是经常变化的，负荷发生变化后，不仅频率受到影响，电压也受到影响。同时对于自动电压控制系统，都应当保证其控制策略不会给电网运行带来安全问题，而随着区域电力系统互联的发展，电力系统动态行为的监测和控制日益受到广泛关注。本发明提供了一种实时监测自动电压控制系统，可从AVC星型网子站的计算机控制系统中获得AVC终端的遥测数据，并上送到AVC主站，同时接收AVC主站下发的控制命令，实现电厂的自动电压控制功能，同时具有预警系统，保证实时控制不会给电网运行带来安全问题，并且同步采集电网各关键节点的电压、电流相量和温度值并实时上送电力系统实时动态监测系统,可对电网的动态运行状态进行实时精准的状态预测。
Description
技术领域
本发明属电力系统控制领域，更准确地说本发明涉及一种大规模电厂实时监测自动电压控制系统。
背景技术
电力系统的负荷是经常变化的，有的是有规律性的，如随着工厂的上班负荷会增加；有的是随机的，如某条输电线突然跳闸。负荷发生变化后，系统的频率将随之变化。为了维持系统的频率，就需要进行调节，使频率恢复到原先的水平，也就是期望的水平，当然允许一定的误差。这个误差随系统规模的大小而变。一般来说，大系统允许的误差要小些，如0.1Hz，小系统允许的误差大些。严格地说，负荷发生变化后，不仅频率受到影响，电压也受到影响。
同时对于自动电压控制系统，无论是采用了何种控制模式，都应当保证其控制策略不会给电网运行带来安全问题。因此，可由自动电压控制系统将其控制策略提交给电网实时安全预警系统进行分析，当校核通过后，再将控制策略下发执行，保证实时控制不会给电网运行带来安全问题。
与此同时随着区域电力系统互联的发展，电力系统动态行为的监测和控制日益受到广泛关注。该系统将成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源，并逐步与EMS系统及安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控。该技术规范强调了对电力系统动态过程的实时监测。
大量的应用实践证明，电网实时动态监测系统能监测电网运行状态、进行系统特性分析，准确捕捉电力系统在故障扰动、低频振荡和系统试验等情况下的动态过程及行为特性，成为校核电力系统稳定计算模型的有效手段，取得了较好的社会效益和经济效益。
电力系统动态过程的实时监测对电力系统的稳定分析、预警、调度、事故分析、参数辨识及在线稳定决策都大为有益，将给电力系统的运行及控制带来巨大变革性影响，为解决复杂电力系统的系列难题提供了新的有效的手段。WAMS实时同步测量、快速传输的特点非常适合实现大范围快速控制，是控制区间功率交换、限制事故区域扩展、提高主网架安全稳定水平的最具潜力的手段之一。因此大力发展电网实时动态监测系统是十分必要的。
发明内容
本发明克服了现有技术中自动电压控制系统只能对电压进行检测的缺点，提供了一种实时监测自动电压控制系统，可从AVC星型网子站的计算机控制系统中获得AVC终端的遥测数据，并可将这些重要数据上送到AVC主站，同时接收AVC主站下发的控制命令，实现电厂的自动电压控制功能，并且具有预警系统，保证实时控制信号的准确性，与此同时同步采集电网各关键节点的电压、电流相量和温度值并实时上送电力系统实时动态监测系统,可对电网的动态运行状态进行实时精准的状态预测。
本发明的技术方案是：一种实时监测自动电压控制系统，包括AVC自动电压控制模块(Automatic Voltage Control)、AVR自动电压调节模块(Automatic
voltage regulator)和电网实时监测模块。
其中AVC自动电压控制模块包括：AVC主站，AVC星型网子站、AVC中控单元、安全预警装置和AVC终端；AVR自动电压调节模块包括：改变励磁调节器，通过改变励磁调节器电压给定值实现励磁电流的增减。
AVC中控单元是AVC系统的核心部件,AVC绝大部分功能都是由其实现的。包括接收处理调度中心AVC主站下发的调节指令；收集机组与高压母线电压等相关实时模拟量以及反映运行状态的实时遥测信息。根据采集的信息按照制定的控制策略进行分析运算,预测无功总量，对无功合理地分配,并将分配结果传至AVC终端还具备将AVC运行状态向调度上传，控制模式切换、参数整定、历史数据保存/查询等功能。AVC中控单元有主备之分，由两台高性能的工控机组成。如若AVC中控单元主机出现故障，备机将自动升为主机，担负起所有工作,不会影响系统的正常运行。AVC中控单元主要功能：(1)实现与RTU通讯，获取主站下发的控制信息，包括电厂主变高压侧母线(节点)电压目标值(全厂模式)；单台机组无功出力目标值(单机模式)；AVC子站远方/就地控制切换命令。(2)实现与RTU通讯,通过RTU上传子站运行状态，包括投入/退出状态信号，增/减磁闭锁信号。(3)实现与RTU通讯，获取RTU采集的遥测信息。
AVC终端是AVC系统的执行机构，主要作用是将相关的实时数据上传到上位机进行分析处理，同时接收上位机以通讯方式下发的控制指令，执行操作于励磁调节器，将所辖机组的无功闭环调整至目标值。同时根据指令输出AVC状态信号和调节信号。AVC终端王要功能:(1)采集遥测信息，以通讯报文方式上传给AVC单元；(2)接收AVC中控单元下发的控制指令，按照指令操作于励磁调节器，并以无源空节点方式输出运行状态信号和调节信号。
AVC控制信号(增磁、减磁)由AVC终端输出,接入AVR自动电压调节模块。根据现场的实际情况有两种方式,一种是通过硬回路实现增磁、减磁逻辑；另一种是由DCS来实现逻辑,最终由DCS输出命令至AVR自动电压调节模块。第一种方式：不经过DCS的控制方式，在未引入AVC调节功能前,运行人员通过调节增、减磁手把来改变发电机无功。引入AVC后，在AVC正常投入运行时,增、减磁出口压板投入。执行终端投切手把在断位,此时人工手动增、减磁手把ZCK即使导通但由于手把在断位,人工调节命令无效，在AVC退出运行时,手把导通,人工可以调节。第二种方式：经过DCS的控制方式，AVC控制信号(增磁、减磁)由AVC终端输出，接入AVR自动电压调节模块，增设DCS来实现逻辑，最终由DCS输出命令至AVR自动电压调节模块。
对于自动电压控制系统，无论是采用了何种控制模式，都应当保证其控制策略不会给电网运行带来安全问题。因此，可由自动电压控制系统将其控制策略提交给电网实时安全预警系统进行分析，当校核通过后，再将控制策略下发执行，保证实时控制不会给电网运行带来安全问题。由电网实时安全预警系统对电网的实时运行状态进行评估，当电网安全时，由自动电压控制系统进行稳态下的无功电压优化控制，维持电网经济运行和电压质量；而当电网不安全时，则根据预警系统的“诊断”结果，如果是电压安全问题，则转入以提高电压稳定裕度为目标的电压安全预防控制。
AVR自动电压调节模块包括：改变励磁调节器，通过改变励磁调节器电压给定值实现励磁电流的增减。AVC主站与AVC星型网子站通信互联、AVC星型网子站、AVC星型网子站和AVC中控单元形成环形封闭通信互联，AVC中控单元通过AVC终端与改变励磁调节器通信互联；AVC终端通过AVC星型网子站将遥测数据上传到AVC星型网子站，通过AVC星型网子站分析后上传到AVC主站，AVC星型网子站远程接收AVC主站回发的控制指令，通过动态调节改变励磁调节器的电压给定值，改变发电机励磁电流来实现电压无功自动调控。
安全预警装包括电压稳定实时预警单元、电压稳定在线校核单元和电压稳定在线分析单元。电压稳定在线分析单元的基本功能是评估当前系统的稳定裕度；电压稳定实时预警单元的基本功能是时刻跟踪电网运行状态的变化，自动进行相应的预警分析计算；电压稳定在线校核单元的功能室如果施加AVC控制信号后，能够改善系统的电压稳定裕度或施加控制后系统的电压稳定裕度在允许的限值内，则判为校核通过，允许执行AVC控制信号；如果施加控制后系统的电压稳定裕度不在允许的限值内，则给出告警。
其中AVC终端遥测信号包括：高压侧母线电压；机组定子电压；机组定子电流；机组有功功率；机组无功功率。
电网实时监测模块包括：相量测量装置PMU(Phasor Measurement Unit)，用于同步相量的测量和输出并进行动态记录。相量测量装置PMU用于同步相量的测量和输出并进行动态记录；PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。实时动态监测系统主站是安装在电力系统调度中心、变电站或发电厂的计算机系统，主站管理和控制相量测量装置的工作状态；接收来自子站或其他主站的测量数据、事件标识、暂态记录文件、动态记录文件等，对这些数据进行分析、处理、存储、归档，利用这些数据开展电力系统稳态分析、全网动态过程记录和事后分析、电力系统动态模型辩识和校正、暂态稳定预测及控制、电压和频率稳定监视及控制、低频振荡分析及抑制、故障定位及线路参数测量等方面的研究和应用。主站可以接收EMS等其它系统的数据；开放相量数据给其他应用软件系统调用，并转存到历史数据库。主站中还包括高级应用层，集中了在线电网运行动态监测系统(直观的图形显示、调度决策辅助系统)、数据处理，数据的管理与维护及离线分析等工具与软件。所有这些应用给电力系统分析和控制提供了新的视角和方法，成为制定电力系统控制策略和确定电力系统设计、运行、规划方案的重要依据。
同步相量测量的基本原理如下：利用高精度同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量，通过通信系统传送到电网的控制中心或保护、控制器中，用于实现全网运行监测控制或实现区域保护和控制。相量测量装置PMU是利用高精度同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量，通过通信系统传送到电网的控制中心或保护、控制器中，用于实现全网运行监测控制或实现区域保护和控制，交流电力系统的电压、电流信号可以使用相量表示，如下式子所示：
设正弦信号：
可以采用相量表示为：
其中X为幅值(有效值)，为相角；变换器要处理的瞬时电压或电流信号通过式子②傅里叶变换后用相量的形式表示出来。
光纤光栅温度测量装置，是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用的实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜，从而对电厂或变电站的设备进行测温；光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆(用于远距离信号传输)、光纤光栅传感网络分析仪及计算机等终端监测设备组成。系统工作时，光纤光栅传感网络分析仪内部光源发出连续的宽带光，经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅温度传感器，这些传感器内部的测量敏感件――光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光纤光栅传感网络分析仪内部探测器来测定出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长，从而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同，所以可以将这些传感器串接组网实现多点同时测量，大大简化了传感器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。
在电力系统温度监测中，温度传感头通常安装在户外，并且在电力方面还会有很强的电磁干扰，环境比较恶劣，传统测温技术如红外线测温、热电耦、热电阻、半导体温度传感、感温电缆等技术由于受各种因素的影响，经常会产生误差大、漏报、误报等现象。而光纤光栅传感器作为目前国际上最新一代的光纤传感器，由于其具有本质防爆、抗强电磁干扰、电绝缘性好、防雷击、高精度、重量轻、体积小，能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个光纤光栅温度传感器进行分布式测量等优点，所以在电力系统统测温方面具有其它测温方式无法比拟的优势。
时钟同步单元，现有PMU大多依靠美国的GPS系统进行授时，本发明采用GPS和北斗系统双对时。通讯装置，用于电厂或变电站端的数据接收和转发。所述电力实时监测系统以同步相量测量、光纤光栅温度测量和通讯装置为基础，对电力系统进行相量和设备温度的动态监测和分析。
AVC主站与AVC星型网子站通信互联、AVC星型网子站、安全预警装置和AVC中控单元形成环形封闭通信互联，AVC中控单元通过AVC终端与改变励磁调节器通信互联；相量测量装置PMU和光纤光栅温度测量装置分别与发电机相连接，用于同步相量的测量和输出并进行动态记录，时钟同步单元协助相量测量装置PMU对时，相量测量装置PMU和光纤光栅温度测量装置通过通讯装置与AVC星型网子站相连接。
AVC终端将发电机传来的遥测数据通过AVC中控单元上传到AVC星型网子站，通过AVC星型网子站分析后上传到AVC主站，AVC星型网子站远程接收AVC主站回发的控制指令，通过安全预警装置检验后通过AVC终端给动态调节改变励磁调节器的电压给定值，改变发电机励磁电流来实现电压无功自动调控；电网实时监测模块连接在发电机与AVC星型网子站之间，以同步相量测量、光纤光栅温度测量和通讯装置为基础，对发电机和电网节点进行相量和设备温度的动态监测和分析，监测和分析结果通过通讯装置直接传送到AVC星型网子站。
本发明通过这种方式进行电压自动控制，能进行电网电压自动控制的同时也可以保证实时控制信号的准确性，与此同时同步采集电网各关键节点的电压、电流相量和温度值并实时上送电力系统实时动态监测系统,可对电网的动态运行状态进行实时精准的状态预测。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，是一种实时监测自动电压控制系统，包括AVC主站1(即调度网)，AVC星型网子站2(即电厂)、安全预警装置3、AVC中控单元4、AVC终端8、改变励磁调节器9和发电机10，还包括相量测量装置PMU11、时钟同步单元12、光纤光栅温度测量装置13和通讯装置14，其中安全预警装置3包括了电压稳定在线分析单元5、电压稳定在线校核单元6和电压稳定实时预警单元7。
AVC主站1(即调度网)与AVC星型网子站2(即电厂)通信互联、AVC星型网子站2、安全预警装置3和AVC中控单元4形成环形封闭通信互联，AVC中控单元4通过AVC终端8与改变励磁调节器9通信互联，改变励磁调节器9与发电机10通信互联；相量测量装置PMU11和光纤光栅温度测量装置13分别与发电机10相连接，用于同步相量的测量和输出并进行动态记录，时钟同步单元12协助相量测量装置PMU11对时，相量测量装置PMU11和光纤光栅温度测量装置13通过通讯装置14与AVC星型网子站2(即电厂)相连接。
本发明的工作原理是：AVC终端8将发电机10传来的遥测数据通过AVC中控单元4上传到AVC星型网子站2，通过AVC星型网子站2分析后上传到AVC主站1，AVC星型网子站2远程接收AVC主站1回发的控制指令，通过安全预警装置3检验后通过AVC终端8给动态调节改变励磁调节器9的电压给定值，改变发电机10的励磁电流来实现电压无功自动调控；电网实时监测模块连接在发电机10与AVC星型网子站2(即电厂)之间，以同步相量测量装置11、光纤光栅温度测量装置13和通讯装置14为基础，对发电机10和电网节点进行相量和设备温度的动态监测和分析，监测和分析结果通过通讯装置直接传送到AVC星型网子站2(即电厂)。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种实时监测自动电压控制系统，其特征在于：包括AVC自动电压控制模块(Automatic Voltage Control)、AVR自动电压调节模块(Automatic voltage regulator)和电网实时监测模块；
其中AVC自动电压控制模块包括：AVC主站，AVC星型网子站、AVC中控单元、安全预警装置和AVC终端，所述AVC星型网子站为电厂；
AVR自动电压调节模块包括：改变励磁调节器，通过改变励磁调节器电压给定值实现励磁电流的增减，所述AVC终端输出AVC控制信号,接入AVR自动电压调节模块；
电网实时监测模块包括：
相量测量装置PMU(Phasor Measurement Unit)，用于同步相量的测量和输出并进行动态记录；
时钟同步单元，采用GPS和北斗系统双对时；
光纤光栅温度测量装置，是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用的实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜，从而对电厂或变电站的设备进行测温；
所述AVC主站与所述AVC星型网子站通信互联，所述AVC星型网子站、安全预警装置和所述AVC中控单元形成环形封闭通信互联，所述AVC中控单元通过所述AVC终端与所述改变励磁调节器通信互联，所述改变励磁调节器与发电机通信互联；
所述AVC终端将发电机传来的遥测数据通过所述AVC中控单元上传到所述AVC星型网子站，通过所述AVC星型网子站分析后上传到所述AVC主站，所述AVC星型网子站远程接收所述AVC主站回发的控制指令，通过所述安全预警装置检验后通过所述AVC终端给动态调节所述改变励磁调节器的电压给定值，改变发电机励磁电流来实现电压无功自动调控；所述电网实时监测模块连接在发电机与所述AVC星型网子站之间，以所述同步相量测量、光纤光栅温度测量和通讯装置为基础，对发电机和电网节点进行相量和设备温度的动态监测和分析，监测和分析结果通过通讯装置直接传送到所述AVC星型网子站。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测自动电压控制系统，其特征在于：所述安全预警装置包括电压稳定实时预警单元、电压稳定在线校核单元和电压稳定在线分析单元。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测自动电压控制系统，其特征在于：所述遥测数据包括：高压侧母线电压、机组定子电压、机组定子电流、机组有功功率、机组无功功率。
4.根据权利要求1所述的一种实时监测自动电压控制系统，其特征在于：所述AVC终端输出AVC控制信号,接入AVR自动电压调节模块，可增设DCS来实现逻辑，最终由DCS输出命令至AVR自动电压调节模块。
5.根据权利要求1所述的一种实时监测自动电压控制系统，其特征在于：相量测量装置PMU是利用高精度同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量，通过通信系统传送到电网的控制中心或保护、控制器中，用于实现全网运行监测控制或实现区域保护和控制，交流电力系统的电压、电流信号可以使用相量表示，如下式子所示：
设正弦信号：
可以采用相量表示为：其中X为幅值(有效值)，为相角；变换器要处理的瞬时电压或电流信号通过式子②傅里叶变换后用相量的形式表示出来。
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