CN108879706A - 一种自动电压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动电压控制系统，系统主要包含子站系统和主站系统。所述子站系统是电网无功电压优化控制系统的前置部分，安装于电厂控制室，通过优化控制各机组的无功出力，实时调节电厂高压侧节点电压，每一个子站设置有一个节点，且在所述节点设置一个上位机，所述上位机上挂接每台发电机相应的下位机。所述主站系统，是省电力调度通信中心，与所述子站的上位机通过RTU通道连接，读取子站系统上传的实时信息，并且发送控制指令给所述子站。

Description

一种自动电压控制系统

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，特别是涉及一种自动电压控制系统。

背景技术

自动电压控制系统(AVC)主要的控制对象包括电厂发电机组和变电站的低压电容器、电抗器等无功设备，以及主变分接头等调压设备。发电机自动电压无功控制装置是电厂侧自动电压-无功优化控制终端，是全网自动电压AVC控制系统的智能节点，具有无功分配、就地控制等智能决策功能，但发电机AVC装置的性能评估还没有专门检定方法。

随着华东电网的建设，华东电网直流接入规模越来越大，导致电源开机不足，电网无功需求较大。并且华东网调、上海市调已经将500kV、220kV电厂全面接入各级调度AVC控制，AVC系统子站(厂侧系统)的智能化控制要求不断提升，两个细则考核对电源侧的无功控制形成巨大压力。如何更好的利用子站(电源侧)无功源，保证电网的安全运行，对AVC子站的无功控制提出了更高的要求。

为此本发明提出一种自动电压控制系统测试方法研究，能够利用电网实时运行的数据，从整个系统的角度，科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给各个子站装置，以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环的进行电压的实时优化控制。解决了无功电压优化控制方案的在线生成，实时下发，闭环自动控制等一整套分析、决策、控制；再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题。能够有效地克服传统电网无功电压管理机制中存在的不足，解决电网当前和未来面临的电压控制问题。

发明内容

为了解决上述的现有技术上的缺陷，本发明提供一种自动电压控制系统，系统包含：

若干个子站系统，安装于每一个电厂控制室，通过优化控制各机组的无功出力，实时调节电厂高压侧节点电压；

每一个子站设置有一个节点，且在所述节点设置一个上位机；

所述上位机上挂接每台发电机相应的下位机，所述下位机与电厂的发电机或励磁系统电信号连接，并读取数据之后发送给所述上位机；

主站系统，是省电力调度通信中心，与所述子站系统的上位机通过RTU通道连接，读取每一个子站系统的上位机上存储的电厂实时信息，并且发送控制指令给每一个子站系统；

所述主站系统包含：

滤波模块，将SCADA传输上来的遥测、遥信数据，进行可信性的预评估；

在线自适应分区模块，采用基于交叉逼近的解析类最优潮流算法求解三级电压控制策略的无功电压优化问题，给二级电压控制提供协调策略，实现全局电压优化控制的时空解耦；

控制决策模块，通过数据采集环节、数据滤波环节、决策环节、策略计算环节求解协调二级电压控制问题，得到控制变量的调节策略，交给策略执行模块；

策略执行模块，提供包含全厂控制、直控机组、全站控制、直控变电站控制的多种模式，实现二级电压控制。

优选地，所述主站系统进一步包含：

运行监视模块，是分区域统计和监视动态无功备用和静态无功备用，还对各分区的无功备用不足进行告警，并且监视节点的实时运行信息、发电机的实时运行信息、变电站无功设备的运行信息、电网范围的有功损耗和网损率、当前AVC系统各环节的运行情况、电厂AVC子站的实时运行信息；

闭锁设置模块，对异常情形进行人工闭锁，包括：系统闭锁、区域级闭锁、厂站级闭锁、设备级闭锁。

优选地，所述子站系统包含：

全厂控制模式，发电厂AVC子站系统接收AVC主站系统下发的电厂变高侧节点电压控制目标值，即全厂总无功指令后，根据控制目标值，按照经济控制策略，将总无功功率合理分配给对应每台机组，或AVC子站系统直接通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，使电厂变高侧节点电压达到控制目标值；

单机控制模式，发电厂AVC子站系统直接接收AVC主站系统下发的每台机组的无功出力目标值，AVC子站系统直接或通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，最终使各机组无功出力达到目标值。

优选地，所述子站系统控制方式包含：

闭环控制方式，AVC主站系统实时向电厂侧AVC子站系统下发电厂变高侧节点电压控制目标值，即全厂总无功指令，根据该控制目标值，按照经济控制策略，计算出各台机组的无功出力目标值，或者AVC主站实时向电厂侧AVC子站系统直接下发各机组的无功出力目标值，由AVC子站系统通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，使电厂变高侧节点电压或者各机组无功出力向目标值逼进，形成电厂侧AVC子站系统与AVC主站系统的闭环控制；

开环控制方式，AVC主站系统定时向电厂侧AVC子站系统下发电厂变高侧节点电压计划曲线或定时手动录入调度下发电压计划曲线，当由于与AVC主站通讯中断使电厂侧AVC子站系统退出闭环运行时，将自动跟踪设定的电压计划曲线进行调节。

优选地，所述控制决策模块的数据采集环节从电网中实时采集二级电压控制所需要的数据；

所述滤波环节根据前后多个采样断面的数据进行综合比较，过滤掉明显错误的采样数据，防止由于瞬间扰动或者通讯错误引起的数据波动进入控制环节；

所述决策环节根据中枢节点实际电压幅值和设定值之间的偏差决定是否需要进行反馈控制；

所述决策执行环节下发所述决策环节的信息。

优选地，主站以遥调方式下发节点电压指令，采用104通信方式或文本文件形式，上位机经过解析，得到主站下发的节点电压指令；

子站将各机组的AVC运行状态信号以遥信方式上传至主站；

所述遥信量均由下位机输出，采用104通信方式或文本文件形式。

优选地，子站系统对高压节点电压目标值进行处理,计算出该厂向系统输送的总无功目标值,将其与当前值比较后的偏差值按约定的予案，对能承担无功变化的机组进行分配,在通过各种约束条件的前提下向各机组的下位机发出调节无功指令,下位机通过改变发电机AVR的给定值来改变发电机的输出无功；

在高压节点电压目标值指令未发生改变时始终维持高压母线电压在目标值。

优选地，高压侧节点无功目标值计算方法：

其中，Uⁱ为当前高压侧节点电压；Qⁱ为母线上所有机组送入系统的总无功；U^j为要求调节的高压侧母线电压目标值；Q^j为需向系统送出的总无功；系统电抗用X表示；

系统电抗确定方法：

(Q^k+/U^k+-Q^k-/U^k-)·X＝U^k+-U^k-

其中，Q^k-,U^k-,Q^k+,U^k+分别为所有机组第k次无功调整前后输入系统的总无功和高压侧母线电压；

无功在机组间的分配方式为按计算的总无功调节目标值，扣除不可调机组的无功出力，加上机组主变消耗无功及厂用电消耗无功后，将该目标值在所有可调无功出力的机组间进行优化分配；

根据当前运行点各发电机无功的上下限，以每台机的理想无功运行点为目标，将总目标值与总理想无功的偏差值，以每台机组的可调无功作为权系数，进行分配，得到每台机组的目标输出无功。

优选地，AVC子站系统还执行以下的操作，包含：

机组无功自动协调分配，按照等功率因数、等无功裕度、等视在功率的分配原则，合理协调各机组的无功出力，实现优化调节；

多重自动切换，包含：双主机自动切换、中控单元-执行终端双通道自动切换、远动系统双通道切换、双母线自动切换、远方/本地自动切换；

多电压等级监控，同时监控多个电压等级的不同母线，或分别监控分裂运行的同电压等级母线，并实现协调控制；

以高压侧母线电压、全厂总无功出力、指定机组无功出力作为控制目标；

过调保护，采用防过调保护装置，当调节继电器接点粘死或子站系统故障时，均可自动断开调节回路，避免造成机组低励或过激磁；

数据耦合校验，机组量测数据之间进行耦合校验，以互相验证数据可靠性；

设置启动退出方式，远方：电压无功自动调控系统接入两路开关量分别作为启动/退出信号，现场可使用两对干触点远操控制电压无功自动调控系统投切；就地：电压无功自动调控系统监控中心对电压无功自动调控系统执行终端进行启动/退出；

事件记录，为保证事件记录时间准确，具备与GPS通讯对时功能，运行监视模块通过串口以报文方式和现场GPS通讯。

本发明的优点在于能够利用电网实时运行的数据，从整个系统的角度，科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给各个子站装置，以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环的进行电压的实时优化控制。解决了无功电压优化控制方案的在线生成，实时下发，闭环自动控制等一整套分析、决策、控制；再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题。能够有效地克服传统电网无功电压管理机制中存在的不足，解决电网当前和未来面临的电压控制问题。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为AVC主站系统的控制决策模块的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如附图1所示，本发明提供一种自动电压控制系统，系统包含若干个子站系统和主站系统构成。子站系统是电网无功电压优化控制系统的前置部分，安装于每一个电厂控制室，通过优化控制各机组的无功出力，实时调节电厂高压侧节点电压；每一个子站设置有一个节点，且在所述节点设置一个上位机；所述上位机上挂接每台发电机相应的下位机，所述下位机与电厂的发电机或励磁系统电信号连接，并读取数据之后发送给所述上位机。主站系统是省电力调度通信中心，与所述子站系统的上位机通过RTU通道连接，读取每一个子站系统的上位机上存储的电厂实时信息，并且发送控制指令给每一个子站系统。

一个完整的AVC主站，包含：滤波模块、在线自适应分区模块、运行监视模块、控制决策模块、策略执行模块、闭锁设置模块等几大部分。

滤波模块，控制模块进行决策所采用的数据是直接由数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)传输上来的生数据(遥测、遥信)，但是对于这些数据的可信性需要有一个预评估，滤波模块的输出将供控制器模块做出决策。滤波模块可以基本分成横向滤波和纵向滤波两种情况。

横向滤波所关注的是一个断面内的数据，它利用同一时刻下不同的测点之间应满足的相互约束关系，来对采集到的数据进行分析。从本质上说，这部分工作类似于一个状态估计器，所不同的是它并不是要给出经过状态估计的结果是多少，而是要在这个结果的基础上，和原有的SCADA数据进行比较，对SCADA生数据进行评估，如果出现误差太大的情况，那么应该认为此局部的量测系统出现故障，此时根据数据故障的性质决定是否进行控制模式的切换，或是进行局部屏蔽，同时给出报警信息。为了保证控制的安全性和可靠性，SCADA数据质量不好时可以采取以下对策：作为无功电压控制系统，另必须要解决的一个问题是防止控制器不必要的动作。引起不必要动作的可能性很多，针对不同的可能性也要有不同的技术手段去解决。

纵向滤波环节所针对的主要是如下两种情况：

(1)由于量测系统的瞬时误差引起控制器误动。对于某一个点的量测，在某一个时刻可能由于量测系统的噪声等影响突然出现了一个较大的值。该值由于超过了限制，导致控制器动作。

(2)由于负荷特性引起控制器误动。如果某地存在轧钢厂等冲击负荷，常常导致电压出现瞬时的阶跃，如果数据采集环节刚好采集到了这样的数据，也会导致控制器的误动。

这两种情况也有所区别，第一种情况是采集环节的错误造成，第二种情况不存在错误，但这种电压越限频率太高，不应该也不能够利用二级电压控制环节加以解决，因此不属于本项目所要解决的问题，应该将这样的数据过滤掉。

在线自适应分区模块，实现分区的方法有两种，一种是欧洲模式的硬件分区；一种是在线自适应软分区方法。由于国内电网发展迅速，运行工况变化幅度很大，以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应，同时研制地理上分布的区域控制器，投资也很大。因此，对于中国电网，以硬件形式实现的二级区域控制器模式在实现上是有困难的。考虑到这种困难，同时也考虑到国内实际的电力调度管理体制和自动化的软硬件基础，应采用基于“在线自适应分区”的三级电压优化控制模式。在该模式中，采用基于交叉逼近的解析类最优潮流算法来求解三级电压控制策略的无功电压优化问题，以满足计算速度，收敛性，等实时应用的要求，给二级电压控制提供可靠的协调策略。毋需建设“硬”区域电压控制器，而是在调度中心EMS系统上，统一开发区域二级控制和三级控制软件，以软件方式来实现全局电压优化控制的时空解耦，这种模式投资小且适合发展变化频繁的中国电网。

运行监视模块，分区域统计和监视动态无功备用，含发电机、调相机和SVC的无功备用，分上调备用和下调备用，按功率圆图考虑发电机不同有功出力水平下的无功备用。分区域统计和监视静态无功备用，含并联电容器和并联电抗器的无功备用，按照电容器可投/退和电抗器可投/退分别统计。还对各分区的无功备用不足进行告警。

监视母线的实时运行信息，包括：支持监视当前母线电压信息，含：母线当前电压值、当前设定电压值、当前电压与设定电压之间的差值、电压上下限，可对电压越限进行告警；支持以实时曲线方式监视母线电压的变化情况，含：母线电压的变化趋势、上下限曲线、计算得到的母线电压设定值等，通过该曲线可以观测到母线电压对设定值的跟踪情况；支持监视母线电压的统计信息，包括：今日电压与设定值电压之间的最大差值及出现时刻，今日最高电压及出现时刻，今日最低电压及出现时刻等。

监视控制发电机的实时运行信息，包括：发电机当前有功、当前无功、增磁闭锁信号、减磁闭锁信号等。监视变电站无功设备的运行信息，包括：调相机当前无功、增减磁闭锁信号等；当前投运、退出及可投切的无功补偿设备；OLTC档位；SVC当前无功。监视优化电网范围的有功损耗和网损率，可分电压等级、设备等分类统计。监视当前AVC系统各环节的运行情况，包括：当前控制工作状态(开环/闭环/闭锁)，当前数据采集的刷新周期(秒)，当前策略计算的周期(秒)等。监视电厂AVC子站的实时运行信息，包括：当前运行状态(投入/退出/闭锁)、当前控制模式(远方控制/就地控制)等。

控制决策模块，二级电压控制模块的整体控制流程可分为数据采集环节、数据滤波环节、决策环节、策略计算环节、策略执行环节几大部分，如下附图2所示。其中数据采集环节从电网中实时采集二级电压控制所需要的数据，主要包括中枢母线电压值、控制母线(发电机高压侧母线)电压值、发电机有功和无功出力、重要线路潮流值等信息，这些信息直接从SCADA实时库中获取，可以降低对状态估计的依赖，从而防止状态估计效果不好导致系统工作异常。滤波环节根据前后5个采样断面的数据进行综合比较，过滤掉明显错误的采样数据，防止由于瞬间扰动或者通讯错误引起的数据波动进入控制环节。决策环节根据中枢母线实际电压幅值和设定值之间的偏差决定是否需要进行反馈控制，如果偏差在死区范围之内，认为满足要求，不需要进行控制，此时直接下发保持命令使得控制发电机保持此刻状态；如果需要控制，进入经济控制策略计算环节，在考虑各种约束的条件下，求解协调二级电压控制问题，得到控制变量的调节策略，交给策略执行环节利用遥控和遥调等手段下发。

经济控制策略执行模块，用户可以设定系统处于开环控制还是闭环控制。如果用户设置下发指令，那么系统将进入闭环控制状态，计算得到的经济控制策略将发送给电厂的PVC装置，从而完成闭环的控制。如果设置不下发指令，那么系统处于开环的运行状态，经济控制策略将显示给用户作为参考，但并不执行。还可以通过命令执行接口下发控制指令，并保存日志。

用户可以根据当前的系统情况，实时的修改中枢母线的设定值曲线，通过改变控制目标来对闭环控制进行干预。如果三级电压控制的最优潮流不能给出计算结果，二级电压控制可以默认的中枢母线设定值进行控制，保证正常工作。

经济控制策略执行模块具备抗干扰能力，在通道中断、量测故障的情况下有备用措施，保持连续稳定控制。提供全厂控制、直控机组、全站控制、直控变电站控制等多种模式。

闭锁设置模块，可以对异常情形进行人工闭锁，包括：

系统闭锁：选择开环计算模式，只计算不控制；

区域级闭锁：能够对选定的区域设置是否参与计算和控制；

厂站级闭锁：能够对选定的厂站闭锁该厂站所有设备的控制指令；

设备级闭锁：仅闭锁该设备的控制指令。

闭锁模式包括：

成功闭锁：设备操作成功后需要闭锁、防止连续操作。

失败闭锁：设备操作失败后的闭锁、防止误操作。

未处理闭锁：设备操作过程中的闭锁、防止误操作。

故障闭锁：设备多次操作失败后的闭锁、防止误操作。

电厂子站系统

电厂子站系统是整个电压控制系统的前置部分，安装于电厂控制室，通过优化控制各机组的无功出力，达到实时调节电厂高压侧母线电压的目的。

如附图1所示，子站系统应由上位机和下位机两部分构成。每个节点有一台上位机，该节点上挂接的每台发电机各有一台相应的下位机。上位机通过RTU通道与设于调通中心的主站通信，向主站系统上传所需的实时信息，接受主站端的控制指令，并与多个下位机(VQR)间实现闭环运行，优化分配各机组实时输出的无功；或根据预置的高压侧母线的电压曲线，离线完成厂站端无功电压的优化控制。下位机接受上位机下传的控制指令，通过调节发电机励磁电流，实现发电机的无功电压优化控制。子站上位机还将该厂AVC的状态信号：自检正常、投入返回、通信正常、闭环运行、增磁闭锁、减磁闭锁等信号反送到主站(具体需要那些信号由主站确定)。

子站系统是自动电压控制系统的前置部分，通过优化控制各机组的无功出力、无功补偿装置、变压器抽头，达到实时调节电厂高压侧母线电压的目的，是自动电压控制系统的命令执行机构。它应具备如下功能：

实时数据安全检验，确保接收到指令的正确性；接收主站下发的电压遥调命令；根据电压遥调命令计算无功调节量，并在厂站中的发电机之间合理分配；具有秒级的响应时间；能够上传工作状态、故障状态、励磁异常等遥信信息给主站；应具有事故闭锁功能；子站装置应有硬件安全保障措施；当主站与子站通信中断时，可以自动切换到本地自动控制状态，根据预先设置的电压曲线进行就地自动控制。

当主站与子站通信恢复时，可以自动切换到调度主站的远方自动控制状态。主站下发给电厂子站的控制目标可以选择高压侧母线电压V_H，也可以选择发电机无功出力Q_g，本项目建议采用高压侧母线电压作为主站和子站之间的控制协调变量，主要出于以下考虑：

(1)主站和子站之间界面分割清晰。主站只给出对高压侧母线电压的期望，而具体如何调节发电机无功有子站系统负责，由于子站系统属于本地控制，可以更可靠的从电厂内部采集大量的信号，因此可以保证对无功的调节更加合理和安全；这样主站和子站之间的界面从V_H处分开，主站更关心电网的经济与安全，而电厂内部的控制协调与安全考虑由子站系统负责，二者各司其职，目的明确，责任划分清晰。

(2)由于高压侧母线电压的变化相对较为平缓，更有规律可循，而无功变化则比较频繁。因此电厂侧用户可以方便的预先定制电厂高压侧母线电压的设定值曲线，保证即使主站和子站之间的通道出现问题，子站仍能够根据预置曲线独立完成本地控制，从而提高控制的可靠性。

(3)电厂子站系统将高压侧母线电压控制在设定值，相当于缩短了控制节点与被控节点之间的电气距离，对电网安全更有好处。

主站侧通过三级电压优化控制给出各区域中枢母线电压的设定值，并通过二级电压控制具体给出电厂高压侧母线电压的控制策略，并下发给电厂子站装置。对于未建设子站装置的电厂，在优化过程中可以设置成不可调节，这样在计算优化策略时将不考虑这些发电机的控制能力。

如果希望没有安装子站装置的电厂也能参与全网的无功调节，可以通过已有的数据通道将控制指令下发到电厂侧，显示给电厂值班员，由值班员人工完成跟踪，在这种情况下，这些电厂也要作为参与控制的电厂进入优化和控制策略计算环节。

子站系统对高压母线电压目标值进行处理,计算出该厂向系统输送的总无功目标值,将其与当前值比较后的偏差值按约定的予案对能承担无功变化的机组进行分配,在通过各种约束条件的前提下向各机组的下位机发出调节无功指令,下位机通过改变发电机AVR的给定值来改变发电机的输出无功。在高压母线电压目标值指令未发生改变时始终维持高压母线电压在目标值。

电压和无功分配计算方法如下：

1.高压侧母线无功目标值

设当前高压侧母线电压为Uⁱ，母线上所有机组送入系统的总无功为Qⁱ。要求调节的高压侧母线电压目标值为U^j，需向系统送出的总无功为Q^j。系统电抗用X表示，则机组送入系统的总无功调节目标值为：

因此，根据Uⁱ，Qⁱ，U^j和X即可确定送入系统的总无功调节目标值Q^j。上式中系统电抗X为待定值。

2.系统电抗确定

根据如下方法计算

(Q^k+/U^k+-Q^k-/U^k-)·X＝U^k+-U^k-

上式中，Q^k-,U^k-,Q^k+,U^k+分别为所有机组第k次无功调整前后输入系统的总无功和高压侧母线电压。

3.无功在机组间的分配

按计算的总无功调节目标值，扣除不可调机组的无功出力，加上机组主变消耗无功及厂用电消耗无功后，将该目标值在所有可调无功出力的机组间进行优化分配。

根据当前运行点各发电机无功的上下限，以每台机的理想无功运行点为目标，将总目标值与总理想无功的偏差值，以每台机组的可调无功作为权系数，进行分配，得到每台机组的目标输出无功。

将在现场调试中，按平均、比例、等功率因数及向最佳无功运行点调节方式，为参与调压的不同机组分配无功目标值。综合应用上述几种分配方式，以获取最佳的无功分配效果。

4.机组升压变消耗无功的计算

按机端电流、主变阻抗，采用如下方法计算：

Q_T＝3·I²·X_T

5.厂用电消耗的无功可按发电机正常运行时的无功设置一个固定值。

主站以遥调方式下发母线电压指令，采用104通信方式或文本文件形式，上位机经过解析，得到主站下发的母线电压指令。

子站可将各机组的AVC运行状态信号以遥信方式上传至主站。所有遥信量均由下位机输出，采用104通信方式或文本文件形式。因遥信量较多，建议只选取其中的一部分上传。

每台下位机可输出的遥信量包括：自检正常信号、投入返回信号、通信正常信号、闭环运行信号(推荐)、增闭锁信号(推荐)、减闭锁信号(推荐)。

AVC子站还具备以下功能：

(1)机组无功自动协调分配，可按照等功率因数、等无功裕度、等视在功率多种不同的分配原则，合理协调各机组的无功出力，实现优化调节。

(2)多重自动切换，有效提高系统可靠性。

双主机自动切换：中控单元为双机冗余配置(可根据需要组态成单机或双机系统)，主机和备机同时工作，可实现数据同步和自动切换，当主机或备机任一端出现故障或退出时，不影响系统正常运行。

中控单元-执行终端双通道自动切换：可布置为环形双通道，同时工作，其中任一节点均可通过不同通道访问，实现自由切换。

远动系统双通道：可使用并行双通道与远动系统通讯，其中任一通道故障均不影响数据采集。

双母线自动切换：同时监视两条母线，其中任一母线检修或故障，可自动切换到监控另一条母线。由于主站指令为母线电压调整量，因此监控任一母线均能保持同方向调节，有效防止切换后误调节。

远方/本地自动切换：在主站故障或通讯中断时，可自动切换到本地控制模式。可设置切换速度，防止因主站指令与本地预置曲线相差过大而导致母线电压大幅度调节。

(3)多电压等级监控，可同时监控多个电压等级的不同母线，也可分别监控分裂运行的同电压等级母线，并实现协调控制。

(4)多种控制目标，可根据需要，设置以高压侧母线电压、全厂总无功出力、指定机组无功出力作为控制目标

(5)过调保护，采用独有的防过调保护装置，当调节继电器接点粘死或子站系统故障时，均可自动断开调节回路，避免造成机组低励或过激磁。

(6)数据耦合校验，机组量测数据之间进行耦合校验，以互相验证数据可靠性。(根据定子电压、有功功率和无功功率量测值计算出定子电流，再与定子电流量测值比较，若超出设定的允许范围，则耦合校验失败)。

(7)启动退出方式，远方：电压无功自动调控系统接入两路开关量分别作为启动/退出信号。现场可使用两对干触点远操控制电压无功自动调控系统投切。就地：电压无功自动调控系统监控中心对电压无功自动调控系统执行终端进行启动/退出。

(8)事件记录功能，为保证事件记录时间准确，具备与GPS通讯对时功能，运行监视模块通过串口以报文方式和现场GPS通讯。

为了对子站性能进行评估，例如可以在华东电网D5000的III区中建立检定平台，基于“网省一体化电网控制数字仿真技术”，建立完整的AVC平台功能，使得AVC能够完整的运行。AVC能够自动获取模型，自动保存和装载AVC控制模型，根据时钟来计算出AVC控制指令，发送控制指令到检定电厂子站。电厂检定子站从基础平台数据中心中获取电厂子站模型，并采集当前的电网数据，用于计算。接收到AVC控制指令后，检定子站计算出控制结果，发送到子站模拟单元，子站模拟单元模拟发电厂调节作用，调节完成后，反馈数据到基础平台数据中心；完成一个控制逻辑；最终控制一段时间后，由子站模拟评估单元给出检定子站的技术评估数据。其中，调度侧AVC主站，模拟华东网调AVC主站的策略，结合目前的三区SCADA系统，建立虚拟环境。

仿真数据中心在基础断面上通过潮流计算，为AVC主站、AVC子站等提供基础的电网数据；建立仿真前置，通过104和各个检定子站进行通信。采用III区平台应用提供的数据表，使用研究态下的表；通过平台提供的断面存储和恢复工具，把历史上某个断面恢复到实时库数据表中；作为基础平台数据中心，为AVC模块提供模型和实时数据，为AVC子站行为模块提供模型和数据；同时AVC子站行为模块计算后的数据，更新到基础平台数据中心；

子站模拟单元检测仿真前置，读取检定子站的控制指令，接收到指令后，驱动仿真电力系统进行计算；子站评估单元根据检定子站的控制结果，进行数据分析，给出子站的评定报告。

检定平台中的AVC，可以建立和电网模型相对应的控制模型，控制模型包括：AVC的控制参数、控制分区、参与控制的电厂和变电站等。

AVC控制模型的自动建模功能如下：平台启动时，可以装载历史的电网模型，AVC启动时，根据当前的电网模型自动匹配对应的AVC模型。

I区AVC定时自动存储控制模型，包括AVC的控制对象和各对象的控制参数，周期同步到III区系统中；III区系统能够存储I区同步的模型；

AVC系统具备控制模型自动定期存储功能，存储的AVC控制模型内容包括：AVC三级控制全局无功优化参数：包括优化计算周期、启动方式、优化电压步长参数等。

AVC二级控制软分区模型：包括分区数量，每个分区名称，每个分区包括的母线和发电机组，每个分区的中枢母线等。

AVC二级控制的电厂控制模型：包括电厂AVC子站名称，子站所控制的发电机数量和名称，子站控制的控制母线名称和参数、子站和主站交互的遥测和遥信点名，主站向子站下发的无功电压控制指令类型等。

AVC二级控制的变电站控制模型：包括控制变电站的名称、变电站控制类型；变电站母线电压控制阈值参数；主变绕组关口无功控制阈值参数；变电站控制对象设备中电容器控制参数、主变分头控制参数、SVC/SVG控制参数等。

AVC二级控制中变电站网省协同控制模型：包括下级省调的AVC集控站模型参数、下级变电站AVC子站模型参数、主变低压侧模型参数等。

AVC二级控制的下级协调控制模型：包括协调区域的名称和协调类型、角色参数；协调区域包含的协调控制关口模型参数；协调区域包含的协调控制母线模型参数；协调控制区域包含的协调优化母线模型参数；

母线电压计划曲线模型：记录与当前模型存储时标相匹配的全部母线电压计划曲线，包括当日各时段的母线电压控制上/下限制,考核上/下限值,电压运行的默认值。

自动存储的AVC模型可以日、周、月等不同的时间周期自动存储，也提供人工触发存储的功能。存储的AVC模型以打包形式存入数据文件中，并可以上传制定的文件服务器。

在实时态下的AVC应用中，AVC主站与电厂AVC子站、变电站AVC子站以及下级调度AVC之间需要实时交互大量的数据，以完成实时自动控制的功能。AVC主站需要从电厂、电站接收遥信、遥测数据，并向子站下发遥控、遥调数据。这些交互数据都是需要主站和子站的运行维护人员建立并通过数据传动核对后，才能投入相关的AVC自动控制。

在检定平台中的AVC应用中，其电厂子站数据都是由基础平台数据中心实现的，包括：主站和平台数据中心交互，主站和子站之间的数据交互，子站和模拟系统数据交互，子站和平台数据中心数据交互等；新增加一个检定子站时，可能部分数据不会全面，因此这些交互的数据可以由AVC模块自动生成并写入到基础数据平台中，具体包括：

电厂AVC子站交互数据自动生成：包括电厂AVC子站上送的运行状态、工作状态、机组增减磁闭锁状态遥信，以及AVC主站向电厂AVC子站下发的控制母线控制指令。

电厂子站模型是通过模型拆分形成的电厂CIM模型，电厂检定子站直接读取CIM模型导入到检测系统中；四遥数据通过CIM-E格式文件，由主站系统直接生成；电厂子站的四遥量测数据，直接导入CIM-E格式文件，形成接收数据列表，检测子站的前置接收端通过104规约接收主站数据。

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 (9)

1.一种自动电压控制系统，其特征在于，系统包含：

若干个子站系统，安装于每一个电厂控制室，通过优化控制各机组的无功出力，实时调节电厂高压侧节点电压；

每一个子站设置有一个节点，且在所述节点设置一个上位机；

所述上位机上挂接每台发电机相应的下位机，所述下位机与电厂的发电机或励磁系统电信号连接，并读取数据之后发送给所述上位机；

主站系统，是省电力调度通信中心，与所述子站系统的上位机通过RTU通道连接，读取每一个子站系统的上位机上存储的电厂实时信息，并且发送控制指令给每一个子站系统；

所述主站系统包含：

滤波模块，将SCADA传输上来的遥测、遥信数据，进行可信性的预评估；

在线自适应分区模块，采用基于交叉逼近的解析类最优潮流算法求解三级电压控制策略的无功电压优化问题，给二级电压控制提供协调策略，实现全局电压优化控制的时空解耦；

控制决策模块，通过数据采集环节、数据滤波环节、决策环节、策略计算环节求解协调二级电压控制问题，得到控制变量的调节策略，交给策略执行模块；

策略执行模块，提供包含全厂控制、直控机组、全站控制、直控变电站控制的多种模式，实现二级电压控制。

2.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，

所述主站系统进一步包含：

运行监视模块，是分区域统计和监视动态无功备用和静态无功备用，还对各分区的无功备用不足进行告警，并且监视节点的实时运行信息、发电机的实时运行信息、变电站无功设备的运行信息、电网范围的有功损耗和网损率、当前AVC系统各环节的运行情况、电厂AVC子站的实时运行信息；

闭锁设置模块，对异常情形进行人工闭锁，包括：系统闭锁、区域级闭锁、厂站级闭锁、设备级闭锁。

3.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，

所述子站系统包含：

全厂控制模式，发电厂AVC子站系统接收AVC主站系统下发的电厂变高侧节点电压控制目标值，即全厂总无功指令后，根据控制目标值，按照经济控制策略，将总无功功率合理分配给对应每台机组，或AVC子站系统直接通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，使电厂变高侧节点电压达到控制目标值；

单机控制模式，发电厂AVC子站系统直接接收AVC主站系统下发的每台机组的无功出力目标值，AVC子站系统直接或通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，最终使各机组无功出力达到目标值。

4.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，

所述子站系统控制方式包含：

闭环控制方式，AVC主站系统实时向电厂侧AVC子站系统下发电厂变高侧节点电压控制目标值，即全厂总无功指令，根据该控制目标值，按照经济控制策略，计算出各台机组的无功出力目标值，或者AVC主站实时向电厂侧AVC子站系统直接下发各机组的无功出力目标值，由AVC子站系统通过DCS系统向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，使电厂变高侧节点电压或者各机组无功出力向目标值逼进，形成电厂侧AVC子站系统与AVC主站系统的闭环控制；

开环控制方式，AVC主站系统定时向电厂侧AVC子站系统下发电厂变高侧节点电压计划曲线或定时手动录入调度下发电压计划曲线，当由于与AVC主站通讯中断使电厂侧AVC子站系统退出闭环运行时，将自动跟踪设定的电压计划曲线进行调节。

5.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，

所述控制决策模块的数据采集环节从电网中实时采集二级电压控制所需要的数据；

所述滤波环节根据前后多个采样断面的数据进行综合比较，过滤掉明显错误的采样数据，防止由于瞬间扰动或者通讯错误引起的数据波动进入控制环节；

所述决策环节根据中枢节点实际电压幅值和设定值之间的偏差决定是否需要进行反馈控制；

所述决策执行环节下发所述决策环节的信息。

6.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，主站以遥调方式下发节点电压指令，采用104通信方式或文本文件形式，上位机经过解析，得到主站下发的节点电压指令；

子站将各机组的AVC运行状态信号以遥信方式上传至主站；

所述遥信量均由下位机输出，采用104通信方式或文本文件形式。

7.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，子站系统对高压节点电压目标值进行处理,计算出该厂向系统输送的总无功目标值,将其与当前值比较后的偏差值按约定的预案，对能承担无功变化的机组进行分配,在通过各种约束条件的前提下向各机组的下位机发出调节无功指令,下位机通过改变发电机AVR的给定值来改变发电机的输出无功；

在高压节点电压目标值指令未发生改变时始终维持高压母线电压在目标值。

8.如权利要求5所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，高压侧节点无功目标值计算方法：

其中，Uⁱ为当前高压侧节点电压；Qⁱ为母线上所有机组送入系统的总无功；U^j为要求调节的高压侧母线电压目标值；Q^j为需向系统送出的总无功；系统电抗用X表示；

系统电抗确定方法：

(Q^k+/U^k+-Q^k-/U^k-)·X＝U^k+-U^k-

其中，Q^k-,U^k-,Q^k+,U^k+分别为所有机组第k次无功调整前后输入系统的总无功和高压侧母线电压；

无功在机组间的分配方式为按计算的总无功调节目标值，扣除不可调机组的无功出力，加上机组主变消耗无功及厂用电消耗无功后，将该目标值在所有可调无功出力的机组间进行优化分配；

根据当前运行点各发电机无功的上下限，以每台机的理想无功运行点为目标，将总目标值与总理想无功的偏差值，以每台机组的可调无功作为权系数，进行分配，得到每台机组的目标输出无功。

9.如权利要求1所述的一种自动电压控制系统，其特征在于，AVC子站系统还执行以下的操作，包含：

机组无功自动协调分配，按照等功率因数、等无功裕度、等视在功率的分配原则，合理协调各机组的无功出力，实现优化调节；

多重自动切换，包含：双主机自动切换、中控单元-执行终端双通道自动切换、远动系统双通道切换、双母线自动切换、远方/本地自动切换；

多电压等级监控，同时监控多个电压等级的不同母线，或分别监控分裂运行的同电压等级母线，并实现协调控制；

以高压侧母线电压、全厂总无功出力、指定机组无功出力作为控制目标；

过调保护，采用防过调保护装置，当调节继电器接点粘死或子站系统故障时，均可自动断开调节回路，避免造成机组低励或过激磁；

数据耦合校验，机组量测数据之间进行耦合校验，以互相验证数据可靠性；

设置启动退出方式，远方：电压无功自动调控系统接入两路开关量分别作为启动/退出信号，现场可使用两对干触点远操控制电压无功自动调控系统投切；就地：电压无功自动调控系统监控中心对电压无功自动调控系统执行终端进行启动/退出；

事件记录，为保证事件记录时间准确，具备与GPS通讯对时功能，运行监视模块通过串口以报文方式和现场GPS通讯。