CN214154021U - 一种辅助发电厂avc调节的控制系统 - Google Patents

一种辅助发电厂avc调节的控制系统 Download PDF

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赵利民
王刚
张智勇
沈翔宇
廉永
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Abstract

本实用新型提出了一种辅助发电厂AVC调节的控制系统，包括采样单元、主控单元和电源模块，采样单元和主控单元均与电源模块相连接；采样单元与主控单元连接将采样信号输给主控单元进行数据运算处理，并在数据异常时闭锁本控制系统的调节功能。本实用新型利用供热机组的背压发电机做为补充无功电源辅助参与AVC调节的控制装置，实现对发电厂内厂用电系统的无功补偿，消弱主发电机在参与AVC调节时对于高压厂用电母线电压波动的不良影响，从而对厂用电压稳定起到支撑作用，并解决主发电机进相能力受厂用电母线电压运行水平的约束问题。

Description

一种辅助发电厂AVC调节的控制系统
技术领域
本实用新型涉及电力设备检测技术领域，尤其涉及一种辅助发电厂AVC调节的控制系统。
背景技术
目前在对于大容量火力发电机组均配置自动电压控制系统（AVC AutomaticVoltage Control），调度端主站通过下发并网点母线电压目标值，厂站端子站通过改变励磁系统无功出力，达到实时调整并网点母线电压的目的。对于火电机组无功调节仅依靠同步发电机进行，当发电机按照并网点电压计划曲线发电时，经常受到厂用电母线电压运行水平的约束，导致厂用电压不稳，特别是发电机进相运行时，受机端电压降低的影响，高压厂用电母线电压或重要低压PC段母线电压过低接近于额定电压的90%，一方面影响发电机进相能力，造成并网点电压向下调整能力有限；另一方面过低的厂用电压很大程度上影响厂用系统安全稳定运行。
发明内容
针对上述的技术问题，本实用新型提出一种辅助发电厂AVC调节的控制系统，用以解决现有技术中发电机厂用电压不稳时影响自动电压控制系统安全稳定运行的问题。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种辅助发电厂AVC调节的控制系统，包括采样单元、主控单元和电源模块，采样单元与主控单元相连接，采样单元和主控单元均与电源模块相连接。
进一步地，所述采样单元分别与高厂变变送器、高压厂用母线PT柜和背压发电机控制柜相连接。
进一步地，所述采样单元包括采样变压器、取样电阻、A/D转换器，采样变压器与取样电阻相连接，取样电阻与A/D转换器相连接，采样变压器分别与高厂变变送器、高压厂用母线PT柜和背压发电机控制柜相连接，A/D转换器与主控单元相连接。
进一步地，所述主控单元与通讯管理单元相连接，所述通讯管理单元分别与发电机DCS系统和背压发电机励磁系统相连接，所述通讯管理单元与电源模块连接。
进一步地，所述主控单元与HMI相连接，所述HMI与电源模块连接。
进一步地，所述主控单元上设有厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块，厂用电系统阻抗实时计算模块分别与恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与采样单元相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与通讯管理单元相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与HMI相连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型利用供热机组的背压发电机做为补充无功电源辅助参与AVC调节的控制装置，实现对发电厂内厂用电系统的无功补偿，消弱主发电机在参与AVC调节时对于高压厂用电母线电压波动的不良影响，从而对厂用电压稳定起到支撑作用，同时可解决主发电机进相能力受厂用电母线电压运行水平的约束问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的系统结构框图；
图2为本实用新型的调节模式原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型所述一种辅助发电厂AVC调节的控制系统，包括采样单元、主控单元和电源模块，电源模块分别与采样单元和主控单元相连接为采样单元和主控单元供电，采样单元与主控单元相连接，采样单元将获取采样信号接入主控单元，主控单元进行数据运算处理，在数据发生异常时闭锁本控制系统的调节功能同时发出告警。
进一步地，所述采样单元分别与高厂变变送器、高压厂用母线PT柜和背压发电机控制柜相连接，采样单元以1024s/s的采样速率同步完成高厂变电压、高厂变电流、高压厂用母线电压、背压发电机定子电流、背压发电机转子电流瞬时值的电压或电流信号的采样，并将采样的电压或电流信号接入主控单元，主控单元对采样信号进行数据运算处理以便于发现信号是否异常。
进一步地，采样单元主要由采样变压器、取样电阻、A/D转换器组成，采样变压器与取样电阻和A/D转换器依次连接，采样变压器分别与高厂变变送器、高压厂用母线PT柜和背压发电机控制柜相连接，A/D转换器与主控单元相连接。采样单元完成交流电压（0～100V）、交流电流（0～5A）的信号采样，采样单元使用DJYPVP3×8×2.5mm2电缆从高厂变变送器屏接入交流电压为100V的高厂变高压侧三相电压信号、交流电流为 5A的高厂变高压侧三相电流信号；采样单元同样使用JYPVP3×2×2.5mm2电缆从高压厂用母线PT柜接入单相交流电压为100V的高压侧母线电压信号；采样单元同样使用JYPVP3×4×2.5mm2电缆从背压发电机控制柜接入交流电流为 5A的背压发电机定子电流信号、直流电压为75mV的背压发电机转子电流信号。
进一步地，所述主控单元与通讯管理单元相连接，所述通讯管理单元分别与发电机DCS系统和背压发电机励磁系统相连接用于获取高厂变无功功率、高压厂用母线电压、背压发电机定子电流、背压发电机转子电流、背压发电机无功功率的遥测量和背压发电机无功功率调节指令的遥调量，通讯管理单元与主控单元相连接用于将遥测量和遥调量传输给主控单元，主控单元用于检测遥测量和遥调量是否异常。具体地，通讯管理单元利用以太网或RS485物理方式完成与发电机DCS系统、背压发电机励磁系统通信连接，通讯管理单元采用104、MODBUS或61850规约进行通信，用以传输高厂变无功功率Q st 、高压厂用母线电压U bus 、背压发电机定子电流I Gen 、背压发电机转子电流I Exc 、背压发电机无功功率Q Gen 等遥测量，同时与背压发电机励磁系统以MODBUS或61850规约传输背压发电机无功功率调节指令Q pre 遥调量。使用时，可根据使用现场条件进行选择任一种方式或两种形式同时接入的施工方案，即可选择上述采样单元测量的采样信号和通讯管理单元的遥测信号的其中一个接入主控单元，也可将上述两种信号同时接入主控单元。当单一信号接入时，主控单元在数据运算处理时发现信号异常时，将闭锁本控制系统的调节功能同时发出告警；当两种信号同时接入时，以直接测量的采样信号为主要参考数据源，遥测信号为备用数据源，两路信号互为比较计算，当主控单元在数据运算处理时发现采集的测量信号异常时，数据源切换至遥测信号，同时发出告警，进一步如果遥测信号再出异常，将闭锁本控制系统的调节功能同时发出告警。
进一步地，所述主控单元与HMI即人机界面相连接用于人机交互，电源模块与HMI连接用于供电。HMI为7寸人机触摸屏，实现人机交互功能。可对上述采集的高厂变无功功率Q st 、高压厂用母线电压U bus 、背压发电机定子电流I Gen 、背压发电机转子电流I Exc 、背压发电机无功功率Q Gen 等直接测量量或遥测量进行显示，以及对恒电压控制、恒无功功率控制、无功/电压下垂控制的模式进行选择，进一步可以对需要上述三种控制模式中的参数定值进行整定；具有实时曲线与历史曲线显示功能，可直观的对单个或多个测量量的趋势进行展示；当控制装置或通信网络出现故障异常时及时进行报警提醒现场人员注意。
进一步地，主控单元以STM32为核心，设有厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块，厂用电系统阻抗实时计算模块分别与恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块相连接实现恒电压控制、恒无功功率控制、无功/电压下垂控制这三种控制功能，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与采样单元相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与通讯管理单元相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与HMI相连接。
如图2所示，采样单元以0.2s为时间间隔计算出高厂变无功功率Q st 、高压厂用母线电压U bus 、背压发电机定子电流I Gen 、背压发电机转子电流I Exc 、背压发电机无功功率Q Gen 、的方均根值（RMS）。
主控单元根据上述的高厂变无功功率Q st 、高压厂用母线电压U bus 、背压发电机定子电流I Gen 、背压发电机转子电流I Exc 、背压发电机无功功率Q Gen 信号完成背压发电机无功功率指令Q pre 的计算。
（1）厂用电系统阻抗实时计算模块
厂用电系统阻抗实时计算模块根据同一时间窗内，高压厂用母电压、所消耗无功功率按下公式进行估算，将估算结果传送至恒电压控制计算、无功/电压下垂控制计算模块，以便生成背压发电机无功指令值。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，表示背压发电机无功指令值，表示K时刻的高压厂用母电压，表示K-1时刻的高压厂用母电压，表示K时刻所消耗无功功率，表示K-1时刻所消耗无功功率。
（2）恒无功功率控制
人工设定高厂变无功功率设定值Q set ，主控单元根据所采集的高厂变无功功率Q st ，实时计算出无功功率偏差，再经过比例与积分运算后，得出背压发电机无功功率调节目标值，该指令经过背压发电机额定无功出力Q max 、Q min 限幅后，再通过背压发电机定子电流限制器、转子电压限制器后，生成背压发电机无功功率调节指令Q pre ，经由通讯管理单元以网络传输方式由背压发电机励磁系统调整，最终实现高厂变无功功率恒定的闭环调节。同时AVC在跟踪调度计划出力曲线时，高厂变下送无功功率为恒定值，主发电机所增发（减）的无功功率等于注入电网的无功功率，提升AVC对于并网点母线电压的调节速度与精度。
（3）恒电压控制
人工设定高压厂用母线电压设定值U set ，主控单元根据所采集的高压厂用母线电压U bus ，实时计算出电压偏差，结合厂电用阻抗计算模块实时计算出的阻抗数据，估算出无功功率目标值，再经过背压发电机额定无功出力Q max 、Q min 限幅后，再通过背压发电机定子电流限制器、转子电压限制器后，生成背压发电机无功功率调节指令Q pre ，经由通讯管理单元，以网络传输方式由背压发电机励磁系统调整，最终实现高压厂母线电压的闭环调节。
（4）无功/电压下垂控制
在背压发电机接入高厂用电系统时，描绘出高厂变的无功功率-电压的外特性，再根据实际测得到的背压发电机的调差系数进行修正。背压发电机并网运行时，本控制系统在给定的高厂用母线电压运行范围内输出背压发电机无功功率调节指令Q pre ，当厂用电系统无功功率出现动态调整或高压厂用母线电压波动时，主控单元根据整定的无功功率-电压下垂曲线，自动生成背压发电机无功功率调节指令Q pre ，经由通讯管理单元，以网络传输方式由背压发电机励磁系统调整，稳定高压厂用母线电压在合理的范围内，同时实现高厂变下送无功功率与背压发电机输出的无功功率两者之间的合理分配。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种辅助发电厂AVC调节的控制系统，其特征在于，包括采样单元、主控单元和电源模块，采样单元与主控单元相连接，采样单元和主控单元均与电源模块相连接；所述采样单元分别与高厂变变送器、高压厂用母线PT柜和背压发电机控制柜相连接。
2.根据权利要求1所述的辅助发电厂AVC调节的控制系统，其特征在于，所述采样单元包括采样变压器、取样电阻、A/D转换器，采样变压器与取样电阻相连接，取样电阻与A/D转换器相连接，采样变压器分别与高厂变变送器、高压厂用母线PT柜和背压发电机控制柜相连接，A/D转换器与主控单元相连接。
3.根据权利要求2所述的辅助发电厂AVC调节的控制系统，其特征在于，所述主控单元与通讯管理单元相连接，所述通讯管理单元分别与发电机DCS系统和背压发电机励磁系统相连接，所述通讯管理单元与电源模块连接。
4.根据权利要求3所述的辅助发电厂AVC调节的控制系统，其特征在于，所述主控单元与HMI相连接，所述HMI与电源模块连接。
5.根据权利要求4所述的辅助发电厂AVC调节的控制系统，其特征在于，所述主控单元上设有厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块，厂用电系统阻抗实时计算模块分别与恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与采样单元相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与通讯管理单元相连接，厂用电系统阻抗实时计算模块、恒电压控制计算模块、恒无功功率控制计算模块和无功/电压下垂控制计算模块均与HMI相连接。
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