AVC-P发电厂自动控制系统用户手册

用户手册

山大电力

2005年3月目 录

第1章系统简介 (3)

1．1 概述 (3)

1．2 功能简介 (3)

1．3 系统框架 (4)

1．4 程序目录配置 (5)

第2章上位机系统使用说明 (7)

2．1模块功能概述 (7)

2．2 主窗口工具栏主要命令说明 (7)

2．3 功能模块使用介绍 (8)

2．3．1 主接线监视模块 (8)

2．3．2 功率棒图监视模块 (10)

2．3．3 实时曲线监视模块 (11)

2．3．4 历史数据浏览模块 (13)

2．3．5 系统选项配置模块 (17)

第3章控制计算策略 (22)

3．1 基本控制原理 (22)

3．2 控制策略 (22)

3．3需要满足的安全约束 (23)

3．4调节过程 (24)

3. 5 基于模糊专家系统的智能电压控制策略 (24)第1章系统简介

1．1 概述

随着互联电网的发展，如何提高电压质量、保证超高压电力系统的安全稳定运行，特别重要也极具挑战性。三级（递阶协调）电压控制是提高电压质量的有效方法之一，包括就地范围一次控制（primary）：对电压的快速、随机变化由“一次作用”进行补偿，反应速度数秒，主要由机组的励磁调节（A VR）实现；区域范围二次控制(secondary)：控制区域内主导节点（pilot bus）的电压, 由强相关的区内发电机按灵敏度分配无功共同完成，反应速度3分钟左右；国家范围三次控制（tertiary）: 通过周期性（15-30分钟）的优化计算给定二次控制参考电压。基于上述思想的自动电压控制系统的主要功能包括：维持系统（电网）各个母线的电压在允许的限值范围内，当出现母线电压越限时自动进行调整消除越限，提高电力系统的安全稳定运行水平；在系统正常运行时根据优化计算得到的无功电压控制方案自动对无功电压控制设备（如发动机、变压器、并联补偿设备等）进行自动控制，降低系统网损。

山东大学电气工程学院、山东电力调度中心、邹县发电厂合作研究开发了山东电网自动电压控制（实验）系统，包括AVC-C调度中心主站、AVC-P发电厂自动电压控制系统、AVC-G发电机自动电压控制系统等。其中AVC-P与调度中心主站（实现协调电压优化决策、给出主导节点参考电压）及发电机调节系统相配合，实现发电厂高压母线电压的自动优化控制。

1．2 功能简介

AVC-P发电厂自动电压控制系统采用上下位机结构，实现500kV、220kV 高压母线电压、发电机无功功率的综合测量(GPS同步采样)与控制。其中，上位机采用工控机、下位机采用CompactPCI工业机。该系统能完成电厂端AVC 闭环控制，通过数据网接收调度中心AVC主站的调压指令，或根据设定的调压日计划曲线，优化控制各台参与自动调压的机组。基本功能如下：

1）数据采集与显示功能

采集各发电机组运行参数（有功、无功、机端电压、定子电流、转子电流），500kV、220kV及厂用6kV母线电压，低压电抗器、联络变压器分头位置信息，作为无功调整的控制依据，同时相关数据可在上位机上显示。

2）系统设置功能

主要完成装置初始化、装置运行和调整保护所必须的参数设置。

3）调整控制功能

根据500kV、220kV高压母线电压给定值，协制6台发电机无功出力。对于低压电抗器组的投入和退出，限于条件，目前仅通过计算指导下的手动操作来完成。

4）越限报警功能

在控制过程中实现无功、电压、电流的越限报警，并记录报警事件。

5）数据记录功能

记录并可显示采集的数据和状态，每秒一组数据。磁盘满时，依次按重要性和时间因素删除信息。

6）图表显示功能

能显示500kV、220kV高压母线电压、无功、有功的全天曲线，也可显示有功、无功的实时棒图。

7）数据库调用功能

利用Paradox数据库保存和检索装置所采集的数据，可绘制曲线和图表，并具有打印功能。

8）其它

AVC-P与发电机AVR协调工作。具有PT、CT断线闭锁、报警功能。

1．3 系统框架

系统整体结构框架如图1所示。系统采用Client/Server结构，由一台上位机和六台下位机组成，下位机数目可以根据系统规模进行扩展。上、下位机之间通过专用宽带网络（TCP/IP协议）通信，下位机实时采集各台机组的状态（机端电压、电流、转子电压、电流、厂母电压等）并上传到上位机，上位机综合系统的状态和中调的指令信息，通过一定的优化控制算法，指定控制方案，并将控制指令下发到各下位机和在上位机进行显示，下位机根据上位机的控制指令和系统状态进行励磁控制。

图1 区域电压自动控制系统整体结构

1．4 程序目录配置

系统缺省使用的安装主目录为C:\\bavc；系统也可安装在其他由用户指定的目录。如果安装的主目录为C:\\BAVC，则AVC相关目录结构如下：C：\\Bavc500 主运行目录

\\Bin 运行文件目录

\\Db 数据库存放主目录

存放空数据表

\\OriDb

按年月组织的历史数据目录

\\200504

按天分类的历史数据目录

按天分类的历史数据目录

\\02

按天分类的历史数据目录

\\03

\\Help （帮助文件存放目录）

\\Config （系统配置文件存放目录）

\\Res （系统资源存放目录）

其中Bin目录为运行文件目录，其中包含相关可执行文件、相关的公用DLL 文件。Db目录为数据库存放主目录，其子目录“OriDb”存放数据空表，另有以年月分类的数据目录以及其下一级按天分类存放的数据目录。数据库存放主目录可以在程序运行中另外指定新路径。Help目下存放程序用户手册等帮助文件。Config目录存放系统配置文件。Res目录存放厂接线图等系统资源文件。

安装本系统软件，需要预先安装下列软件

Windows 2000 系列操作系统或Windows NT 操作系统

Borland C++ Builder

第2章上位机系统使用说明

2．1模块功能概述

AVC上位机系统实现为整个系统的控制决策中心，并联系中调和各台下位机。其实现的功能主要包括：（1）与中调、下位机的通信；（2）数据实时显示，包括主接线形式信息显示、实时棒图形式信息显示、实时曲线形式信息显示；（3）数据的存储，将采集上来的数据按年月日分目录进行保存管理，超过期限的数据自动删除；（4）控制决策的指定；（5）历史数据的浏览统计。

2．2 主窗口工具栏主要命令说明

程序运行主窗口如图2所示。程序各模块运行的主要命令大都可以直接点击命令按钮实现，简要介绍如下：

图2 程序主窗口

1．打开电网主接线实时数据监视窗口

电网主接线实时数据监视窗口以主接线形式显示当前厂、站述实时和静态信息。

2．打开机组出力实时棒图监视窗口

机组出力实时监视窗口以棒图形式显示各台机组当前有功、无功出力信息。

3．打开实时曲线监视窗口

实时曲线监视窗口将各台机组的相关数据，以及高压母线电压实时数据以曲线的形式进行实时显示。

4．打开历史数据浏览窗口

历史数据浏览窗口可根据操作人员要求进行特定时间段范围内的数据查询、浏览、统计。

5．打开参数选项配置窗口

参数选项配置窗口进行系统的参数配置。

6．打开实时信息显示窗口

实时信息显示窗口对当前的过程信息进行实时显示。

7．退出主程序

通过确认后退出主程序。

2．3 功能模块使用介绍

2．3．1 主接线监视模块

通过点击按钮，可以打开主接线监视窗口，如图3所示。

图3 主接线监视窗口

在主接线监视窗口可以浏览各台机组的主要信息如机端电压（考虑显示空间，主画面只显示了a相机端电压和a相机端电流）、有功无功出力、励磁电压、励磁电流、抵抗的投切状态等信息。如果想看三相机端电压和电流以及厂

母电压，可在各台机组的图符范围内双击鼠标左键，弹出一小实时数据信息框，如图4所示，可得到更详细的信息。

图4 机组详细信息显示示例

2．3．2 功率棒图监视模块

通过点击按钮，可以打开机组出力棒图实时监视窗口，如图5所示。窗口内横轴为机组号，从左到右为1＃机组到8＃机组。每台机组的有功、无功出力分别用红色和黄色棒图表示，棒图的高度表示出力的大小，出力实际数值在棒图顶端以数字显示，单位为MW、MVar。

本功能模块只用于监视机组实时出力，没有设置其他操作。

图5 机组出力实时棒图监视窗口

2．3．3 实时曲线监视模块

通过点击按钮，可以打开实时曲线监视窗口，如图6所示。图中以实时曲线形式显示各台机组的有功、无功功率，A、B、C三相机端电压、电流，励磁电压、电流，厂母电压，以及控制励磁调节的继电器的动作情况。主窗口中有若干个子窗口，每个子窗口显示一个物理量（最下面继电器动作状态显示两个变量），曲线在子窗口中按一定的比例显示，改变该比例设置可点击实时曲线监视窗口中的“选项”按钮，显示比例设置窗口见图7。显示比例的改变只需填写一个数字即可，缺省时为7。该数字的含义说明见图8，显示比例k为数据窗口竖轴数据范围与窗口内数据范围的比值，也即：

b

k

=

a

其中b为窗口数据范围，a为窗口内曲线范围。

图6实时曲线监视窗口

图7实时曲线显示比例的设置

a b

图8实时曲线显示比例说明

2．3．4 历史数据浏览模块

通过点击按钮，可以打开历史数据浏览窗口，刚打开窗口如图9所示。

图9 历史数据浏览窗口

历史数据浏览操作过程如下：（1）首先点击“设置按钮”，对历史数据的日期和浏览方式进行设置，包括要浏览的数据日期，浏览模式，开始时间和显示比例。数据日期用于指定数据的日期。精细显示选项用于设定浏览模式，如果选上则窗口中数据以秒为单位显示，整个窗口显示2分钟数据，即显示的比较详细，如果不选，则以分钟为单位显示，整个窗口显示1个小时数据，即显示较粗略，适合快速浏览。起始时间栏可设置浏览数据开始的小时和分钟，如果不是精细显示，则分钟设定无效。显示比例用于设定数据在窗口中的显示比例，其含义和实时曲线窗口中的显示比例设置一致。

日

置浏览方式设始时间

显示比

例

容选择现内容选择

图9 历史数据浏览原始窗口

点击设置选项的“确定”按钮后，程序会根据当前的设置和显示内容的选择显示历史数据，如图10所示。历史数据显示窗口和实时数据显示窗口类似，每个小窗口显示一个物理量，窗口高度可通过工具条上的“放大”、“缩小”按钮进行调整。每个小窗口的右侧显示当前窗口时间段内数据的最大、最小值。

通过“内容”下拉框可以选择显示的内容，分为1－8＃机组信息和高压母线以及抵抗历史状态信息等。如果设定的时间段内没有数据，则会进行提示。

在历史数据浏览窗口中设置了数据统计功能，可根据设定的合格范围统计220kV 、500kV 的电压合格率，如图11－13所示，统计显示结果如图14所示。

图10 历史数据浏览窗口

图11 历史数据统计设置窗口（1）

图12 历史数据统计设置窗口（2）

图13 历史数据统计设置窗口（3）

图14 历史数据统计窗口

2．3．5 系统选项配置模块

通过点击按钮，可以打开系统选项配置窗口，刚打开窗口如图15所示。

图15 系统选项设置－机组单元投运状态设置机组单元投运状态设置可以在上位机设置各下位机测控单元的投运状态，也即可以让已经投运的下位机测控单元不参与调节。其中的“参数设置”用于设置各台机组的各变量的安全限值，各机组的电压曲线，以及高压母线的安全要求等。

图16 系统选项设置－机组参数设置

“机组参数设置”选项卡设置每台机组的额定功率、额定无功、额定电压机端电压可浮动范围，定子、转子电流上限，转子电压上下限等。另外可以设置不同有功出力情况下，无功出力运行范围，以供安全检查用。

“高压母线参数设置”如图17所示，设置220kV、500kV高压母线在高峰负荷、腰荷荷低谷负荷时的电压目标值以及允许的变化范围，同时设置厂用电母线的允许变化范围。

图18所示的抵抗状态设置用于设置抵抗的可用状态，如果该抵抗正常运行，则选中；如果因为检修等原因退出运行，则不选，这样在搜索控制策略时就不把该抵抗考虑在内。另外可以指定采集抵抗状态的测控单元号，该单元号的设置应该根据现场实际接线来确定。

图17 系统选项设置－高压母线参数设置

图18 系统选项设置－抵抗状态设置

图19 系统选项设置－控制模式设置

图19所示的控制模式设置用于设置AVC测控系统的控制模式：是开环控制还是闭环控制。开环控制时只进行数据采集、计算、控制决策的显示，但不进行控制命令下发，也即不实际控制，相当于试运行阶段。

图20 系统选项设置－控制方法设置

图20所示的控制方式设置用于设置控制方式，有两个选择，按设定好的的电压曲线控制还是按中调的下发命令控制。

图21 系统选项设置－数据库设置

图21所示的数据库设置页面中，可以设置历史数据的存放目录，以及历史数据的有效保存天数，图21中保存天数为19，也即在当前日前19天前的数据会被自动删除，以节省磁盘空间。

第3章 控制计算策略

3．1 基本控制原理

根据系统给定的发电厂高压母线电压定值和机组的运行状态，通过计算得到需注入高压母线的无功总量，然后根据一定的分配策略，在各个机组间合理分配，并计算机端电压设定值，调整机组无功出力或机端电压，使高压母线电压达到系统给定值。在计算过程中应充分考虑到机组各种约束和条件。其控制原理图如下：

图22 控制原理图

图中，主导节点电压Up为邹县电厂500kV母线电压测量值，Uc为从中调主站得到的主导节点电压参考值，如果是本地调节，则按电压曲线值来处理。区域控制器依靠上位机实现，一级电压控制是由发电机组自动励磁装置和AVC 自动控制装置（下位机）协调实现。

3．2 基本控制策略

发电厂母线电压直接受发电机无功功率输出的影响，实际运行经验表明，自动控制发电厂无功时，保证每台机组的机端电压在合格的范围内，并有相似

的调整裕度是十分重要的。推荐采用如下策略。

当高压母线电压低于系统给定的目标值时，要求各控制发电机增加无功功率。根据各控制发电机的无功裕量大小分配无功功率的调整量，使得调节后各机组无功出力裕量均衡，获得较大的无功储备。各个参与控制的发电机分配的无功增量为：

)()

(max max 实Q Q Q Q Q Q Q AVC j

Gj Gj Gi Gi i −−−=∑+ 当高压母线电压高于系统给定的目标值时，要求各控制发电机减少无功功率，其减少值也应根据各控制发电机的无功裕量大小进行分配。其分配的无功增量为：

)()

(min min 实Q Q Q Q Q Q Q AVC j

Gj Gj Gi Gi i −−−=∑− 式中：，分别为发电机i 的无功上限、下限和实际发出的无功；为全厂设定无功；为全厂实发无功。

max Gi Q min Gi Q Gi Q AVC Q 实Q 如果某个控制发电机k 发出的无功已经达到上限或者下限，计算时排除无功越限的控制发电机，同时该控制发电机的无功出力大小变为：

max k GK GK Q Q Q −=−

或 min k GK G Q Q Q +

=−K 这样，无功功率已达到上限或下限的发电机收到无功出力的信号后，可将其无功功率控制在无功范围内。

3．3 需要满足的安全约束

（1） 各机组机端电压不能越限。

（2） 各机组无功出力不能越限。

（3） 各机组励磁电压电流不能越限。

（4） 220kV 母线电压和6kV 厂用电母线电压不能越限。

产生调节命令后，对各机组进行调节。调节过程如下：

每次只调节一个步长，发出命令后经过5－10秒延时观察机组状态是否满足安全约束，以及主导节点电压是否已达到误差范围之内。如果满足安全约束且误差仍然超出范围，则再向目标方向调节一步，再观测状态，直到500kV电压在合格范围之内为止。如果机组有任何异常立刻停止调节并给出警告信息提示，提醒运行人员注意。

3.5 基于模糊专家系统的智能电压控制策略

电力系统电压控制是依靠各种无功补偿设备包括：同步发电机、并联电容器/电抗器、有载调压变压器等来完成的。不同的无功补偿设备具有不同的调压特性。例如同步发电机响应快速而且没有调节次数，是电力系统中保持电压水平和无功功率平衡的主要手段。并联电容器/电抗器主要用于根据每日负荷曲线进行投切来平衡无功波动，有载调压变压器则可以在一定条件下改善无功分布。并联电容器/电抗器和有载调压变压器响应速度较慢且有动作次数。根据无功补偿设备的不同特性各自有其特定的控制规则。在一个二级电压控制区域内，为了得到更高的安全稳定运行稳定裕度，各无功补偿设备应协调工作以获得最好的控制效果。为实现这一目标，采用了基于模糊专家系统的智能电压控制策略。其原理是将可控的各无功补偿设备的控制规则存放于专家系统的知识库中，对系统当前的状态利用模糊技术进行判断，从而决定所采用的控制设备和规则，最后输出控制命令，实现调压过程。这种方法的优势在于，利用专家系统知识库存放控制设备的控制规则具有较好的扩展型和移植性。采用模糊技术，可以有效克服专家系统中知识具有不确定性带来的问题，给出尽可能准确的控制措施，获得最佳控制效果。