专利名称：火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统的制作方法
火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统本发明涉及一种在火电厂中可以对多台发电机组和多个低压电抗器进行集中控制的利用 电压脉冲实现的电压无功自动控制系统。在电力系统中， 一般认为电压和无功功率相互关联，因而调节发电机的机端电压时，发 电机的输出无功功率会随之而变化，同时电厂高压母线电压也会随之变化。为了发电厂所在 的电力系统的安全稳定运行，必须在必要的时候将发电厂的发电机机端电压、高压母线电压、 高压母线无功设定在一个特定的范围之内。在火电厂中，通过人工操作发电机的励磁器的空 结点来调节发电机的机端电压，进而调节发电机输出无功、高压母线电压和高压母线无功， 是调节火电厂电压无功的传统方式。随着计算机、电子与通讯技术的发展，人们已经开始考 虑使用自动控制的方式来代替传统的人工调节火电厂电压无功状态的方式，并且考虑将多个 发电厂置于一套电网自动电压控制系统中，进行多个发电厂的电压无功协调控制。在《电力设计》杂志2005年2月第1期的《电网自动电压控制在大型火电厂的设计与实 现》 一文中，作者介绍了一种在火电厂中接收电网自动电压控制系统发出的高压母线电压设 定指令，进而通过4-20mA的模拟电流信号对发电机进行控制，实现火电厂电压无功自动控制 的系统。在该系统中，电厂自动电压无功控制装置根据接收到的电厂高压母线电压指令计算 出每台发电机的机端电压设定值，利用4-20mA的模拟电流信号将该设定值传送给发电机集散 控制系统(DCS),或是直接传送给发电机励磁控制系统，来设定发电机的机端电压，进而调 节发电机的输出无功功率、高压母线电压和高压母线无功功率。在《安徽电力》2005年12月第22巻第4期的《自动电压控制系统(AVC)在发电厂的应 用》 一文与《安徽电气工程职业技术学院学报》2004年3月第9巻第1期的《发电厂无功电 压远方自动控制系统的探讨》 一文中，介绍了一类分布式的调节发电厂各机组输出无功功率 的系统。在该类系统中，需要给每一台发电机配备一台AVC调节装置， 一般还需要在电厂内 配备一台通讯上位机，由电网自动电压控制系统下发每台发电机的输出无功功率设定值，电 厂通讯上位机将该设定值发送给每台发电机的AVC调节装置，由AVC调节装置将发电机输出 无功调节到要求的设定值附近。以上两种系统都存在一些不足和局限性。对第一种系统，存在的不足主要是调节精度 差，由于使用4-20mA的模拟电流信号来传送机端电压设定值，模拟电流信号误差较大，会带 来很大的误差；对电厂已有系统要求高，电厂机组必须要装有能够对机组机端电压进行设定 的DCS系统，或是机组励磁器必须要具有接收4-20mA的电流信号传送的设定值的功能。对第 二种系统，存在的不足主要是系统过于复杂，所需设备太多，增加系统维护量；不能进行 电厂内各机组间无功的二次分配。同时，这两种系统都还存在一定的局限性对电厂电压无 功自动调节过程的监控不够，不能完整详细的监视调节过程中电厂各机组及母线的运行状态； 调节功能较为单一， 一般只能针对高压母线电压或发电机单机无功一种指令进行调节；调节 过程中没有反馈信号发回调度中心，调度中心无法监视所下发指令的执行情况；没有考虑对 电厂内的低压电抗器进行投切操作。本发明的目的是克服现有此类系统的缺点，提供一种在火电厂中同时对多台发电机组和 多台低压电抗器进行集中控制的能精确调节火电厂中多种电压无功设定值的电厂电压无功自 动控制系统。本发明的特征在于 ，(1) 同一个火电厂只需要安装一台集中型的自动电压控制装置，对多台发电机和多个低压 电抗器进行集中控制，减少维护量。(2) 可以实现火电厂内多台发电机的无功二次分配，实现发电厂内多机组优化调节。(3) 使用电压脉冲信号直接接入发电机励磁器，增加该发明系统的通用性。由于几乎所有 的现有发电机励磁器都有增减励磁空结点，因而这种励磁器接入方式几乎可以适用于 所有的发电机励磁器。(4) 在电厂内实现所设定电压或无功的闭环调节，增加调节的准确性。(5) 为电厂运行人员提供丰富的监控方式和接口，运行人员可以方便的对系统的执行情况 进行监视，在必要时可以方便的对所发明的电压无功自动控制系统进行必要的干预。(6) 设有与电网自动电压控制系统的通讯接口，可以让电网自动电压控制系统方便的监视 到所给的电厂电压无功设定命令的执行情况。为实现上述目的，本发明中给出了一种在火电厂中对多台发电机组进行集中控制的电压 无功自动控制系统，该系统在一个电厂内安装一套电压无功自动控制装置，由该装置使用电 压脉冲直接调节发电机励磁器，利用电厂RTU采集的数据实现电厂内多种电压和无功量的闭 环调节，还可以控制电厂内低压电抗器的投切。按照本发明给出的系统，同一个火电厂只需 要安装一台电压无功自动控制装置对多台发电机和多个低压电抗器进行集中控制，可以对火 电厂内多台发电机的无功进行二次分配来实现发电厂内多机组优化调节，使用电压脉冲信号 直接接入发电机励磁器，在电厂内实现所设定电压或无功的闭环调节，电厂运行人员可通过 所提供的丰富的监控方式和接口对系统进行监控和必要的操作，设有与电网自动电压控制系 统的通讯接口来上传所收到的电厂电压无功设定命令的执行情况。此电厂电压无功自动控制系统在同一个火电厂内只需要安装一台电压无功自动控制装 置，此装置可以同时对火电厂内的多台发电机进行调节，还可以对电厂内的低压电抗器进行 投切操作。在此电厂电压无功自动控制装置内，可以设置电厂内多台发电机的无功分配算法， 根据特定的无功分配方式(如机端输出无功功率相等，或发电机功率因数相等等)对各台发 电机进行调节，实现多台发电机组的优化调节。此电厂电压无功自动控制系统中，电厂电压无功自动控制装置直接将生成的电压脉冲信 号接入发电机励磁器，对各台发电机进行增减励磁调节。由于几乎所有的发电机励磁器都有 电压脉冲接入空结点，所以这种接入方法几乎适用于所有的发电机励磁器。且电厂电压无功 自动控制装置可以与电厂的RTU进行通讯，通过电厂RTU获取电厂的电压无功实时信息，实 时监测对发电机励磁器和整个电厂系统的调节效果，实现对特定电压或无功的闭环调节，此 特定电压或无功可以是机端电压、机端输出无功功率、高压母线电压、高压母线无功功率等。 对低压电抗器的投切操作，也是通过电压脉冲来完成的。此电厂电压无功自动控制系统中，有多种监视电厂电压无功运行状态的人机界面接口， 供电厂运行人员监视运行状态，且提供多种运行人员操作接口，供运行人员在必要的时候对 系统运行情况进行干预和操作。该系统中电厂电压无功自动控制装置还可以与电网自动电压 控制系统进行通讯，上传电厂所收到的电网自动电压控制系统下发的调控指令的执行情况， 供电网自动电压控制系统监视之用。采用这样的电厂电压无功自动控制系统后， 一个火电厂内只需要安装一套电压无功自动 控制装置就可以实现电厂内多台发电机和多个低压电抗器的调控，电厂运行人员不需要同时 维护多套设备。安装的电压无功自动控制装置接收到电网自动电压控制系统下发的调节指令后，如果是整厂高压母线电压或无功的调节指令，可以通过所设定的优化分配算法，按照优 化规律实现电厂内多台发电机的优化调节，保证电厂多台发电机运行在更合理的状态。电压 无功自动控制装置是通过电压脉冲信号对发电机励磁器进行增减励磁调节的，通过对发电机 励磁器的增减励磁调节，可以增减发电机的机端电压，进而可以调节发电机的输出无功功率， 从而调节发电厂高压母线的电压和无功功率。在调节过程中，电压无功自动控制装置可以通 过电厂RTU实时获取发电机状态信息及电厂内电压无功信息，随时监测所下发的每一个电压 调节脉冲的调节效果，从而实现对特定电压或特定无功的闭环调节，提高调节精度。如果电 厂电压无功自动控制装置接收的是低压电抗器投切指令，则在电厂运行人员同意执行指令后， 发送特定的电压脉冲完成该低压电抗器的投切操作。在调节过程中，电厂运行人员可以随时 通过多种方式监视系统的运行情况，在必要的时候可以通过所设定的多种接口和操作方式对 调节过程进行干预。同时，电压无功自动控制装置可以实时的将所收到的调节指令的执行情况反馈给电网自动电压控制系统，便于电网自动电压控制系统进行监控。因此，通过所发明的这套电厂电压无功自动控制系统，可以大大提高电厂的电压无功自 动控制水平，经济方便的实现电厂内的电压无功自动控制，维护简便，调节准确，不会影响 电厂现有系统的运行，而且功能全面丰富，可以保证系统的安全可靠性。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的总体结构示意图。图2是本发明所涉及的电厂电压无功自动控制装置结构示意图。图3是本发明所涉及的电厂电压无功自动控制装置调控电压脉冲生成部分接线图。图1所示电厂电压无功自动控制系统中，核心部分是安装于电厂远动室(也可安装于网 控室)中的电厂电压无功自动控制装置，每个电厂需要安装一套这样的装置。在该装置与电 网自动电压控制系统服务器间需要建立通讯通路(通路①)，以便电网自动电压控制系统下发 控制指令给电厂和电厂电压无功自动控制装置上传电厂执行所收到的调控指令的情况。该通 路一般为专用光纤通路，在开通该通路时，可能需要使用到光电转换器和进行数据模式转换 的调制解调器(modem)。电厂电压无功自动控制装置与电厂RTU间需要建立通讯通路(通路 ②)，以便电厂电压无功自动控制装置获取电厂的运行数据。在电厂主控室(或值长室)可安 装对电厂电压无功自动控制系统运行情况进行监控的监控电脑(监控PC)，该监控PC与电厂 电压无功自动控制装置间需要构建专用通讯通路(通路③)。当电厂电压无功自动控制装置与 电厂RTU之间，或该装置与监控PC之间的距离过远时，可使用光缆来建立所需要的通路②和 通路③，相应的，需要使用进行通讯的串口光猫或网口光猫。通路④和通路⑤分别是电厂电 压无功自动控制装置将调控电压脉冲下发给发电机励磁器和抵押电抗器的信号通路，当距离 较近时(如数百米)可以使用屏蔽电缆来建立，当距离太远时(如数千米)需要使用光缆来 建立。通路④需要传送增励磁和减励磁两路独立的信号，通路⑤需要传送投电抗器和切电抗 器两路独立的信号。当使用屏蔽电缆时，每路信号需要使用正(+ )与负(-)两跟电缆线， 故通路④和⑤都分别需要四根电缆线来传送电压脉冲信号；当使用光缆时，需要使用相应的 配套光猫来进行光电转换，通路④和⑤都分别需要两路光纤通路。图2所示电厂电压无功自动控制装置中，主要可以分为协议转换部分、命令及数据处理 部分和调控电压脉冲生成部分。协议转换部分的主要设备是一台协议机，主要完成调控命令 接收、电厂数据接收和命令执行情况数据上传的功能。该协议机接收系统通讯层转发的电网 自动电压控制指命，接收电厂RTU采集的电厂内部实时运行数据，并将电厂电压无功自动控 制系统执行情况数据送回给调度中心主站。协议机主要使用N4F规约、101规约和104规约。 命令处理部分的主要功能是运行生成电厂设备调控命令的核心算法，并将系统相关数据储存 进数据库中。这里所采用的核心算法需要综合考虑电厂的运行状态，在保持系统的稳定性的 基础上生成适合电厂实际运行方式的励磁调节、电抗器投切等电压脉冲调控命令。调控电压 脉冲生成部分主要由信号转换电路和命令输出电路组成，其任务是将调节励磁机和控制电抗 器的脉冲信号解析成相应的励磁控制装置、电抗器投切装置实际需要的控制信号，并通过相 应的电路下发控制信号，实现对这些装置的操作和调控。这部分主要包括压板、脉冲控制器、 光猫池等。压板是一种硬件保护装置，可以在紧急情况下手动断开，阻断调控脉冲的下发。 脉冲控制器是自行设计的控制脉冲下发的设备，它的作用是将可控设备的调节命令转化为可 以直接控制设备动作的脉冲信号。光猫池是光通讯设备，由若干个RS232串口光猫和网口光 猫组成，主要是实现电厂电压无功自动控制装置与其它设备通讯时(图1中的通路①②③④ )的光电转换功能，此光猫池为可选设备，在通讯距离太远，需要使用光纤通讯时进行配 备。图3所示的电厂电压无功自动控制装置调控电压脉冲生成部分是当火电厂内安装有两台 发电机和两台低压电抗器时，且直接通过屏蔽电缆传送电压脉冲信号时的脉冲生成部分的电 路接线图。该部分是通过光隔功率放大电路(1AP)和压板(1SB-6SB，其中5SB与6SB为备用)、固态继电器(1KM-8KM)来实现电压调控脉冲的隔离、放大和输出的。当控制更多的发 电机和更多的低压电抗器时，需要相应的增加更多的压板和固态继电器；当距离太远，需要 使用光缆来传送电压脉冲信号时，可以省去固态继电器，但在发电机励磁器旁需要增加隔离 和功率放大电路。电压脉冲信号由命令及数据处理部分的PCI脉冲输出板生成后，经过光隔 功率放大电路(1AP)进行光电隔离、功率放大，通过压板与固态继电器相连，驱动固态继电 器，控制固态继电器的高压端开闭，从而控制接入发电机励磁器的空结点的断开和闭合，等 同于对发电机励磁器输入了相应的电压脉冲调节信号，从而调节发电机励磁器。该压板可以 用来在紧急情况下手动断开送入发电机励磁器的调节脉冲，保证系统的安全性。
权利要求
1.一种在火电厂中对多台发电机组和多个低压电抗器进行集中控制的电压无功自动控制系统，该系统在一个电厂内安装一台电压无功自动控制装置，由该装置使用电压脉冲直接调节发电机励磁器，利用电厂RTU采集的数据实现厂内闭环调节，同时还可以使用电压脉冲对低压电抗器进行投切操作，其特征在于同一个火电厂只需要安装一台电压无功自动控制装置对多台发电机和多个低压电抗器进行集中控制，可以对火电厂内多台发电机的无功进行二次分配来实现发电厂内多机组优化调节，使用电压脉冲信号直接接入发电机励磁器，通过电厂RTU在电厂内实现所设定电压或无功的闭环调节，电厂运行人员可通过所提供的丰富的监控方式和接口对系统进行监控和必要的操作，设有与电网自动电压控制系统的通讯接口来上传所收到的调控命令的执行情况。
2. 根据权利要求l所述电厂电压无功自动控制系统，其特征在于所述电压无功自动控制装置可以同时控制同一个火电厂中的多台发电机和多个低压电抗器， 一个火电厂只需要安 装一套这样的装置。
3. 根据权利要求2所述电压无功自动控制装置，其特征在于该装置可以对火电厂的多台发电机输出无功进行二次分配，根据所设定的优化规则保证多机组的优化调节。
4. 根据权利要求l所述电厂电压无功自动控制系统，其特征在于所述电压无功自动控制装置使用电压脉冲信号直接接入发龟机励磁器，对发电机励磁器进行增减励磁调节，对低 压电抗器也是使用电压脉冲信号进行控制。
5. 根据权利要求l所述电厂电压无功自动控制系统，其特征在于所述电压无功自动控制装置从电厂RTU中获取电厂实时运行数据，得到对发电机励磁器的调节效果的反馈信息，可以实现对特定电压或无功的闭环调节。
6. 根据权利要求l所述电厂电压无功自动控制系统，其特征在于所述电厂电压无功自动控制系统能够提供多种监视电厂电压无功运行状态的人机界面接口，供电厂运行人员监视 运行状态，且提供多种运行人员操作接口，供运行人员在必要的时候对系统运行情况进行干 预和操作。
7. 根据权利要求l所述电厂电压无功自动控制系统，其特征在于所述电压无功自动控 制装置能够与电网自动电压控制系统进行通讯，上传电厂所收到的电网自动电压控制系统下 发的调控指令的执行情况，供电网自动电压控制系统监视之用。
全文摘要
本发明公开了一种火电厂集控型脉冲式电压无功自动控制系统。此系统中，一个火电厂只需要安装一台集中型的控制装置来对多台发电机和低压电抗器进行集中控制，在控制装置中实现多台发电机的优化调节。使用电压脉冲信号接入发电机励磁器和电抗器，通过电厂RTU在电厂内实现设定电压或无功的闭环调节。为电厂人员提供丰富的监控接口，为电网自动电压控制系统备有上传数据的通讯接口，可以方便的对系统运行情况进行监控。
文档编号G05F1/70GK101515720SQ20081000727
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月22日 优先权日2008年2月22日
发明者张雪敏, 徐彭亮, 梅生伟, 鹏 王, 逆 莫, 谢邦鹏 申请人:谢邦鹏;莫 逆;徐彭亮