CN109217323A - 高压换流站调相机自动电压控制avc子站系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统及运行方法，该AVC子站系统配合主站AVC使用，AVC子站系统包括AVC上位机、AVC下位机、AVC监视主机，相互之间能够通信，上位机采集调相机组和换流站远动系统的数据信息并将数据上传至AVC主站，接收AVC主站的命令，并进行二次目标分配，发送指令至下位机对调相机组进行无功输出调节控制，上述系统及其运行方法实现了稳态的无功电压维持和暂态的无功跟随和后故障恢复过程的系统无功交换功能。

Description

高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统及运行方法

技术领域

本发明涉及电工技术领域，具体是涉及一种高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统及运行方法。

背景技术

随着我国特高压直流的快速发展、清洁能源的大规模开发、大比例受电地区的集中出现，电网特性发生较大变化，部分地区动态无功储备下降、电压支撑不足的问题愈发突出，电压稳定问题成为大电网安全稳定的主要问题之一。为提高电网动态无功补偿能力，增加地区电网动态无功储备水平，有效解决电压支撑不足的问题，需要在电网中加装调相机等动态无功设备，提高电网动态无功补偿能力。

换流站加装调相机后可以为系统提供紧急无功电压支撑，降低了直流发生连续换相失败的风险，有助于直流功率的快速恢复和系统稳定；还可大幅降低故障后的电压波动幅度，有助于故障后系统电压的快速恢复；同时可以有效提升换流站的系统短路容量和短路电流水平。调相机的特点是具备较强的双向无功调节能力的同步补偿机，在系统故障严重电压跌落或突升时能短时快速提供或吸收无功，而在系统正常稳定态时需要保持一个稳定的无功输出值，以便能够参与系统电压稳定的维持并保持机组最大的动态无功容量备用。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述应用场景的正常运行的技术问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种配合主站AVC功能进行控制的高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统及运行方法，由该AVC子站系统配合主站系统对调相机组无功输出进行调节控制，实现稳态的无功电压维持和暂态的无功跟随和后故障恢复过程的系统无功交换功能。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种换流站调相机自动电压控制AVC子站系统，所述AVC子站系统与AVC主站系统配合使用，通过接收AVC主站系统的全站无功设定命令来对站内的调相机无功输出进行控制，其所述AVC子站系统包括：至少一台上位机，多个下位机和至少一台监视主机，所述上位机、下位机、监视主机通过交换机组成独立控制网络，

所述上位机配置有通信模块，实现与所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统，AVC主站系统的通信，采集下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的数据，并在所述AVC主站系统的命令下输出对所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的无功输出进行控制的指令；

所述监视主机用于监视所述AVC子站系统的运行状态、用于查询AVC子站系统运行的历史数据曲线、以及用于提供人工控制调机机组增减磁界面以及全站无功目标值的设定界面；

所述下位机配置有采集模块、输出模块和控制模块，所述采集模块采集调相机组的信号量和直流模拟量，所述输出模块输出直流模拟量和脉冲接点，所述控制模块配置为在所述下位机接收到上位机的指令时调节调相机组DCS系统的无功的输出。

在一个具体的实施例中，所述上位机的通信模块包括多个网络接口，通过多个网络接口采集调相机组DCS系统、换流站远动系统的数据并将数据上传至所述AVC主站系统，并接收所述AVC主站系统的下行目标指令，根据调相机组DCS系统的状态进行调相机组DCS系统目标值的二次分配。

在一个具体的实施例中，所述上位机的数量包括两台，所述两台上位机分别独立运行AVC控制设置并与所述AVC主站通信，且根据远方就地情况和接收调度命令情况自动选择某一台上位机输出控制命令给下位机执行。

在一个具体的实施例中，所述上位机中设置有数据库，数据库中配置所有的AVC子站系统运行和监视工程数据信息，所述数据信息包括AVC子站系统实时运行数据和AVC子站系统计算产生的虚拟数据，数据库支持数据在线修改即时生效，所述上位机将指定时段周期历史事件数据，历史测量运行数据存储在数据库中。

在一个具体的实施例中，所述上位机中运行AVC自动电压控制系统，所述AVC自动电压控制系统能够实现在稳态下根据电压设定目标和调度下发无功全站目标值，对调相机组DCS系统的无功输出进行分配与控制，在故障态下根据调相机组励磁强励状态对调相机组目标值进行跟踪和故障恢复后的系统无功置换，且所述AVC自动电压控制系统根据不同电压区间对系统控制的进行远方就地控制自动切换或全站的功能退出，在不同安全约束条件下对全站或调相机组进行自动闭锁和解锁。

在一个具体的实施例中，所述下位机数量与调相机组数量相同，所述下位机可接入调相机组DCS/AVR系统，下位机配置4-20mA输出和固定脉宽脉冲输出板块，配合调相机组DCS/AVR系统对调相机组无功输出进行控制，下位机配置调相机组AVC系统投入压板，增磁闭锁压板，减磁闭锁压板，分别实现由上位机控制的对调相机组AVC系统投入，增磁闭锁，减磁闭锁的设置。

在一个具体的实施例中，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统在交流系统电压变化进入故障区情况下，能够根据调相机组励磁电流的变化判断是否为强励模式，在所述强励模式下所述AVC子站系统自动进入实发无功目标跟随模式，直到所述AVC子站系统电压恢复正常。

在一个具体的实施例中，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置有故障恢复的无功置换，在AVC子站系统故障恢复中，可根据调度下发指令值将调相机无功和周边无功设备进行无功置换，置换过程AVC子站系统保持全站内调相机最大无功上下限值直到过程结束。

在一个具体的实施例中，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置有稳态的电压维持，在AVC子站系统交流电压在运行区的范围内，能够根据预设的系统额定电压目标值，结合调相机组的目标无功，对调相机组进行相应的增减磁调节，使调相机组无功和AVC子站系统电压维持一个稳定的运行值。

相应地，本发明还提出了一种换流站调相机自动电压控制AVC子站系统的运行方法，所述AVC子站系统与AVC主站系统配合使用，通过接收AVC主站系统的全站无功设定命令来对站内的调相机无功输出进行控制，所述AVC子站系统包括：至少一台上位机，多个下位机和至少一台监视主机，所述上位机、下位机、监视主机通过交换机组成独立控制网络，其包括：

建立所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统，AVC主站系统之间的通信和数据采集，并在所述AVC主站系统的命令下输出对所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的无功输出进行控制的指令；

监视所述AVC子站系统的运行状态、用于查询AVC子站系统运行的历史数据曲线、以及用于提供人工控制调机机组增减磁界面以及全站无功目标值的设定界面；

采集调相机组的信号量和直流模拟量，输出直流模拟量和脉冲接点，所述下位机可接入调相机组DCS/AVR励磁系统，在所述下位机接收到上位机的指令时调节调相机组DCS系统的无功的输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过自动电压控制AVC子站系统实现对调相机运行的自动控制，在系统电压正常范围内，能够使调相机机组无功保持一个稳定输出，保留最大的动态无功备用，并最大限度参与系统电压的维持。在系统电压非正常态情况下，能够实现控制权就地远方的自动切换与功能的闭锁退出，并配合机组励磁系统实现强励状态的无功目标值跟随，在系统故障恢复过程中配合主站完成的系统无功置换，使系统能够恢复最大动态无功备用。上述AVC子站系统的运行方法结合利用采集的换流站运行数据、调相机运行数据、调度AVC主站指令数据，对调相机系统在稳态运行和暂态故障情况和故障恢复过程中运行进行自动控制。

附图说明

图1是本发明高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统网络配置图。

图2是本发明高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统无功系统电压综合控制图。

图3是本发明高压换流站调相机在故障下配合AVC子站系统实现无功置换的曲线示意图。

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。

如图1所示，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统是一套独立组网监控系统，该AVC子站系统通过调度数据网与调度AVC主站系统配合使用，通过接收AVC主站系统的全站无功设定命令来对站内的调相机无功输出进行控制，该AVC子站系统包括：至少一台AVC子站上位机，多个AVC子站下位机和至少一台AVC子站监视主机，可理解的是，AVC子站上位机、AVC子站下位机、监AVC子站视主机通过交换机组成独立控制网络。

其中，AVC子站上位机配置有通信模块，实现与AVC子站下位机、换流站远动系统，或者为换流站直流控制系统、调相机组DCS系统，AVC主站系统的通信，并在AVC主站系统的命令下输出对AVC子站下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的无功输出进行控制的指令。

配置的AVC子站监视主机是一台具备对AVC子站系统运行状态的监视操作机器，能够用于查询AVC子站系统运行的历史数据曲线、以及用于提供人工控制调机机组增减磁界面以及全站无功目标值的设定界面。

AVC子站下位机配置有采集模块、输出模块和控制模块，采集模块采集调相机组的信号量和直流模拟量，输出模块输出直流模拟量和脉冲接点AVC子站，下位机可接入调相机组DCS/AVR励磁系统，控制模块配置为在AVC子站下位机接收到AVC子站上位机的指令时调节调相机组DCS系统的无功的输出。

在一个具体的实施例中，AVC子站上位机的通信模块包括多个网络接口，通过多个网络接口采集调相机组DCS系统、换流站远动系统的数据并将数据上传至AVC主站系统，并接收AVC主站系统的下行目标指令，包括无功目标指令，根据调相机组DCS系统的状态进行调相机组DCS系统目标值的二次分配。

其中，上位机在接入调度主站系统前，换流站远动系统/调相机DCS系统能够正常采集全站和调相机组数据，网络配置正确具备通讯送出能力。

在一个具体的实施例中，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统上、下位机之间通过交换机独立组网，基于以太网的IEC61850模式进行通讯，上位机通过集成在上位机内的通信模型文件、AVC子站系统配置模型文件，实现对全站数据采集和对下位机的调节控制。

在一个具体的实施例中，上位机的数量包括两台，两台上位机与AVC主站的通信采用两台上位机分别运行独立的AVC控制功能，各自分别记录运行日志，AVC子站系统在上位机的选择上可根据远方就地情况和接收调度命令情况自动选择某一台上位机输出控制命令给下位机执行。

在一个具体的实施例中，上位机中设置有数据库，数据库中配置所有的AVC子站系统运行和监视工程数据信息，数据信息包括AVC子站系统实时运行数据和AVC子站系统计算产生的虚拟数据，数据库支持数据在线修改即时生效，所述上位机将指定时段周期历史事件数据，历史测量运行数据存储在数据库中。

在一个具体的实施例中，上位机中运行AVC自动电压控制系统，AVC自动电压控制系统能够实现在稳态下根据电压设定目标和调度下发无功全站目标值，对调相机组DCS系统的无功输出进行分配与控制，在故障态下根据调相机组励磁强励状态对调相机组目标值进行跟踪和故障恢复后的系统无功置换，且AVC自动电压控制系统根据不同电压区间对系统控制的进行远方就地控制自动切换或全站的功能退出，在不同安全约束条件下对全站或调相机组进行自动闭锁和解锁。其中，不同安全约束条件可定义为模拟量，包括机组电压，转子电流，调相机组无功在超出某个范围的闭锁，可定义为信号量，包括下位机板件故障，下位机DCS退出AVC功能，调相机组过励磁、欠励磁，调相机组保护动作的闭锁。

在一个具体的实施例中，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置与调相机机组同等数量的下位机装置，下位机中基于IEC61850通讯模型与上位机进行通讯，下位机配置4-20mA输出和固定脉宽脉冲输出板块，配合调相机组DCS/AVR系统对调相机组无功输出进行控制，下位机配置调相机组AVC系统投入压板，增磁闭锁压板，减磁闭锁压板，分别实现由上位机控制的对调相机组AVC系统投入，增磁闭锁，减磁闭锁的设置。

其中，下位机装置遥调脉冲量、遥调直流量输出已通过电缆可靠连接至DCS/AVR系统，在DCS/AVR侧配置能够接受该遥调输出量并产生一定比例的无功调节量，调节量满足系统无功变化速率要求。

其中，下位机配置有通讯模型CID文件，上位机集成全站下位机通讯模型SCD文件，在上位机配置工具生成AVC系统模型文件，在上下位机网络配置正确连接正常情况下上位机在运行监视界面能够正常显示当前下位机运行工况，对调相机组遥调输出能够成功收到执行结果。

高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统对于运行中安全约束特征在于全站用于安全约束信号量与模拟量能够通过下位机采集或通讯采集，在AVC系统模型文件中正确配置各种约束条件参数值和闭锁目标对象，在运行中一旦安全条件满足系统能够对调相机组控制或全站控制的正确闭锁，在安全条件不满足情况下能够自动对闭锁解除。

在一个具体的实施例中，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统可对多种输入源的数据进行安全约束判断和闭锁，在运行过程中可根据事先在AVC系统模型文件配置的各模拟量限制值和信号量条件，进行相关系统运行的安全性判断，在不满足安全约束的条件下，可退出相关机组调节或全站调节。

在一个具体的实施例中，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统可在AVC系统模型文件中定义交流系统电压的运行区、敏感区、故障区电压范围，在非运行区的系统故障情况下，系统能够自动切换到当地模式，并以预设额定电压为目标值进行控制，在运行区则切换到远方模式以下发的全站目标无功进行控制。

在一个具体的实施例中，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统在交流系统电压变化进入故障区情况下，能够根据调相机组励磁电流的变化判断是否为强励模式，强励模式下AVC子站系统自动进入实发无功目标跟随模式，目标无功不再跟随远方下发值而是跟随调相机实发无功，直到所述AVC子站系统电压恢复正常。

在一个具体的实施例中，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置有故障恢复的无功置换，在AVC子站系统故障恢复中如系统电压未进入合格区，系统切换为当地运行，由调度主站系统调节周边静态无功设备使电压进入合格区，此时系统切换为远方运行，可根据调度下发指令值将调相机无功和周边无功设备进行无功置换，置换过程AVC子站系统保持全站内调相机最大无功上下限值直到过程结束。

在一个具体的实施例中，高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置有稳态的电压维持，在AVC子站系统交流电压在运行区的范围内，能够根据预设的系统额定电压目标值，结合调相机组的目标无功，对调相机组进行相应的增减磁调节，使调相机组无功和AVC子站系统电压维持一个稳定的运行值。

也就是说，AVC子站系统可通过下位机的数据采集IO模块接口采集机组的运行数据，也可通过上位机的通信接口采集换流站系统运行数据和机组的运行数据，这些数据包含机组的机端电压，定子电流，转子电流，厂用电压，换流站交流母线电压，换流站直流输送功率，调相机组过励磁信号，调相机组欠励磁信号，调相机组AVR故障信号，调相机组AVR非自动信号等，原则上AVC全站所有数据采集需要和调度保持同源，这样可以保证AVC子站的功能判断与AVC全站功的能判断不会产生不一致。AVC子站的上位机从主站或当地得到全站设定目标无功后进行分配，转换为每台机组增减磁指令发给对应下位机执行，上位机同时对系统实时母线电压进行监视，在电压运行到不同区域可远方就地自动切换和闭锁，并能灵活改变调相机无功输出的上下限值，配合故障暂态情况下励磁系统的调节。

如图2所示，换流站调相机自动电压控制AVC子站系统在电压处于稳定范围内时，采用的是系统电压和调相机组无功的偏差综合控制方式，在系统当前电压和设定的系统默认运行电压(来自系统配置设定值)有偏差时或者调相机组无功和设定调相机组无功(来源调度主站设定或子站当地设定)有偏差时，都会产生输出脉冲给对应的下位机执行增减磁命令，该增减磁命令通过调相机组DCS系统转发给AVR励磁系统，调整了AVR励磁系统中的机端电压给定值Ugref，从而改变调相机组静态无功输出的能力，同时在AVC子站系统参数配置中可设置稳态运行时机组无功的上下限值，达到限值后对应机组会产生相应调节闭锁，AVC子站将不再产生增减磁的输出调节。

结合图3所示，换流站调相机自动电压控制AVC子站系统在换流站交流部分系统故障电压突降时，由于励磁系统机端电压快速环的作用，会产生一个短时间的大量滞相无功输出，此时如果系统电压能够回到正常范围，调相机组无功也会恢复正常输出，但是如果电压不能回到正常范围，调相机组输出将会保持一个恒定值，这样就占用了系统动态无功储备，需要AVC主站调节换流站周边容抗器，对调相机组系统的动态无功输出与静态无功设备的输出进行置换，恢复调相机作为系统的动态无功储备能力，在此过程中，AVC子站系统事故初期应能闭锁控制并自动跟踪机组无功输出，等待系统电压恢复正常范围后自动切换为远方控制，响应AVC主站调节命令对调相机无功输出进行控制实现系统的无功置换。

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 (10)

1.一种高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统，所述AVC子站系统与AVC主站系统配合使用，通过接收AVC主站系统的全站无功设定命令来对站内的调相机无功输出进行控制，其特征在于，所述AVC子站系统包括：至少一台上位机，多个下位机和至少一台监视主机，所述上位机、下位机、监视主机通过交换机组成独立控制网络，

所述上位机配置有通信模块，实现与所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统，AVC主站系统的通信，采集下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的数据，并在所述AVC主站系统的命令下输出对所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的无功输出进行控制的指令；

所述监视主机用于监视所述AVC子站系统的运行状态、用于查询AVC子站系统运行的历史数据曲线、以及用于提供人工控制调机组增减磁界面以及全站无功目标值的设定界面；

所述下位机配置有采集模块、输出模块和控制模块，所述采集模块采集调相机组的信号量和直流模拟量，所述输出模块输出直流模拟量和脉冲接点，所述控制模块配置为在所述下位机接收到上位机的指令时调节调相机组DCS系统的无功的输出。

2.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述上位机的通信模块包括多个网络接口，通过多个网络接口采集调相机组DCS系统、换流站远动系统的数据并将数据上传至所述AVC主站系统，并接收所述AVC主站系统的下行目标指令，根据调相机组DCS系统的状态进行调相机组DCS系统目标值的二次分配。

3.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述上位机的数量包括两台，所述两台上位机分别独立运行AVC控制设置并与所述AVC主站通信，且根据远方就地情况和接收调度命令情况自动选择某一台上位机输出控制命令给下位机执行。

4.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述上位机中设置有数据库，数据库中配置所有的AVC子站系统运行和监视工程数据信息，所述数据信息包括AVC子站系统实时运行数据和AVC子站系统计算产生的虚拟数据，数据库支持数据在线修改即时生效，所述上位机将指定时段周期历史事件数据，历史测量运行数据存储在数据库中。

5.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述上位机中运行AVC自动电压控制系统，所述AVC自动电压控制系统能够实现在稳态下根据电压设定目标和调度下发无功全站目标值，对调相机组DCS系统的无功输出进行分配与控制，在故障态下根据调相机组励磁强励状态对调相机组目标值进行跟踪和故障恢复后的系统无功置换，且所述AVC自动电压控制系统根据不同电压区间对系统控制的进行远方就地控制自动切换或全站的功能退出，在不同安全约束条件下对全站或调相机组进行自动闭锁和解锁。

6.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述下位机数量与调相机组数量相同，所述下位机可接入调相机组DCS/AVR系统，下位机配置4-20mA输出和固定脉宽脉冲输出板块，配合调相机组DCS/AVR系统对调相机组无功输出进行控制，下位机配置调相机组AVC系统投入压板，增磁闭锁压板，减磁闭锁压板，分别实现由上位机控制的对调相机组AVC系统投入，增磁闭锁，减磁闭锁的设置。

7.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统在交流系统电压变化进入故障区情况下，能够根据调相机组励磁电流的变化判断是否为强励模式，在所述强励模式下所述AVC子站系统自动进入实发无功目标跟随模式，直到所述AVC子站系统电压恢复正常。

8.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置有故障恢复的无功置换，在AVC子站系统故障恢复中，可根据调度下发指令值将调相机无功和周边无功设备进行无功置换，置换过程AVC子站系统保持全站内调相机最大无功上下限值直到过程结束。

9.如权利要求1所述的AVC子站系统，其特征在于，所述高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统配置有稳态的电压维持，在AVC子站系统交流电压在运行区的范围内，能够根据预设的系统额定电压目标值，结合调相机组的目标无功，对调相机组进行相应的增减磁调节，使调相机组无功和AVC子站系统电压维持一个稳定的运行值。

10.一种高压换流站调相机自动电压控制AVC子站系统的运行方法，其特征在于，所述AVC子站系统与AVC主站系统配合使用，通过接收AVC主站系统的全站无功设定命令来对站内的调相机无功输出进行控制，所述AVC子站系统包括：至少一台上位机，多个下位机和至少一台监视主机，所述上位机、下位机、监视主机通过交换机组成独立控制网络，其包括：

建立所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统，AVC主站系统之间的通信和数据采集，并在所述AVC主站系统的命令下输出对所述下位机、换流站远动系统、调相机组DCS系统的无功输出进行控制的指令；

监视所述AVC子站系统的运行状态、用于查询AVC子站系统运行的历史数据曲线、以及用于提供人工控制调机机组增减磁界面以及全站无功目标值的设定界面；

采集调相机组的信号量和直流模拟量，输出直流模拟量和脉冲接点，所述下位机可接入调相机组DCS/AVR励磁系统，在所述下位机接收到上位机的指令时调节调相机组DCS系统的无功的输出。