溧阳抽水蓄能电站自动电压控制AVC子站逻辑与功能浅析.pdf

电力系统2023.6 电力系统装备丨69Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment自动电压控制（AVC）系统是电网调度自动化的重要组成部分，其运用网络通信和自动控制技术，对机组的无功进行实时跟踪调控，有效控制区域电网的无功潮流，改善电网供电水平。电厂 AVC 子站是电网自动电压控制系统的执行子站，可配合主站自动控制各机组无功出力，实时调节电厂出口母线电压。抽蓄电站对比常规火电，单机组的无功调节容量较小、速率稍慢，但由于 AVC 调控存在固有间隔，因此机组数量较多的抽蓄电站的电压调节过程并不逊色于常规火电。溧阳抽水蓄能电站装设6台单机容量250 MW 的发电机组，单机无功上限50 Mvar，通过两回500 kV 出线接入华东主架网，处于苏南负荷中心系统的末端。自动无功调节功能对保障电网电能质量及系统安全稳定运行具有重要意义。1 系统架构设计1.1 主体架构溧阳抽水蓄能电站 AVC 系统是以上位机中控单元为核心，由中控单元、执行单元、机组励磁系统、计算机监控系统（DCS）、电网调度中心相互作用共同构成的整体。子站系统中控单元通过调度数据网接收调控中心给出的电压目标指令，经各种约束条件充分计算及策略优化后，得出对应的控制脉冲宽度，并以通讯方式下发给执行单元，由执行单元输出增减磁信号至 DCS 下位机（LCU），最终由 LCU 开出给励磁系统，完成调节机组无功出力。系统连接方式如图1所示。后台管理机DCS远动装置1一平面调度数据网AVC上位机B6#机组AVC下位机1#机组AVC下位机AVC上位机A二平面调度数据网DCS远动装置2交换机A/B图1 溧阳抽水蓄能电站AVC子站系统架构中控单元两台上位机装置采用双主运行模式，由主站选择控制通道。连续两个指令周期内正确收到主站实时调节指令的上位机为主控上位机，控制执行单元；另一台上位机作为并行上位机，跟踪主控上位机转发的调节指令，并独立运算、记录和生成控制信息，其对执行单元控制无效。子站执行单元与6台机组一对一配置。1.2 设备与系统溧阳抽水蓄能电站 AVC 子站采用上海申贝科技发展有限公司生产的 YJD-M121/S121产品，上位机综合计算装置 YJD-M121是基于 CentOS 7操作系统开发的工业主机，下位机为执行终端 YJD-S121，是基于单片机的摘 要随着大机组、特高压电网的形成，电压不仅是电网电能质量的一项重要指标，而且也是保证电网安全、稳定和经济运行的重要因素。通过接收调度命令能够实现发电机组自动无功分配、自动调压控制的自动电压控制（AVC）系统的应用也成为一种趋势和必然。文章介绍了溧阳抽水蓄能电站 AVC 子站的总体架构组成、逻辑实现、功能策略。关键词抽水蓄能；自动电压控制；AVC；无功调节；双主模式中图分类号TM714.2 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06006904Automatic Voltage Control AVC Substation of Liyang Pumped Storage Power Station Analysis of Logic and FunctionCHEN Qiang，GAO Xi，XIE Mingjie，CUI TingyaoAbstractWith the formation of large units and ultra-high voltage power grids,voltage is not only an important indicator of power quality,but also an important factor to ensure the safety,stability,and economic operation of the power grid.Subsequently,the application of the automatic voltage control system AVC,which can achieve automatic reactive power distribution and automatic voltage regulation control of power plant units by receiving scheduling commands,has become a trend and necessity.The article introduces the overall architecture,logical implementation,and functional strategy of the AVC substation of Liyang Pumped Storage Power Station.Keywordspumped storage;automatic voltage control;AVC;reactive power regulation;dual holotype溧阳抽水蓄能电站自动电压控制AVC子站逻辑与功能浅析陈强，高熹，谢明杰，崔婷瑶（江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏常州213000）电力系统70丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment嵌入式装置。作为执行子站，接收华东电网 AVC 主站系统下发的全厂总无功目标值或设定的500 kV 电压控制曲线，并按照一定的控制策略，合理分配各运行机组的无功，通过输出可调脉宽接点至 LCU 向励磁系统发送增减磁信号以调节无功出力，达到主站控制目标，实现多台机组的电压/无功自动控制。6台下位机分别布置于各发电机旁，与上位机采用光纤通信，上位机设在中控楼机房。1.3 通信及对时1.3.1 通信接口DCS 与 AVC 下位机采用硬接线连接方式连接；AVC 子站上位机接入调度数据网 I 区交换机，与 AVC主站、与下位机、与远动机通信均采用 DL/T634.5104规约，传送如图2所示各类信号。机组工况（发电、抽水、调相、停机态）AVR异常（低励、过励、V/f限制）厂用电10kV母线电压500kV母线开关分合状态500kV母线、段电压调度数据网母线电压控制曲线/全厂总无功目标值DCS远动机励磁调节AVRLCUAVC主站遥测量机组出口开关分合状态机组有功、无功功率定子电压、电流转子电压、电流允许AVC投入AVC投/退AVC投/退确认AVC下位机AVC上位机控制脉冲宽度AVC就绪AVR自动增磁/减磁令增磁/减磁闭锁图2 AVC通信接口及相关信号传输1.3.2 时间同步上位机与 DCS 通过串口485对时，下位机与 LCU采用 IRIG-B 码对时，实现时间同步，以保证目标指令和事件记录的准确性和可追溯性。1.4 接入系统方式为满足双主热备的要求，2台上位机通过建立主、备4条链路同时与电网一、二平面新一代和 D5000主站通讯。向新一代和 D5000主站上送遥测遥信，自动接收来自主站通道下发的指令并执行。2 控制策略2.1 LCU对AVC的逻辑设计2.1.1 AVC正常投入LCU 投入指令发出10 s 内收到 AVC 反馈的 AVC 投入状态信号后，LCU 把 AVR 励磁增/减磁控制权限切至AVC自动控制方式，同时屏蔽LCU手动增/减磁方式；若10 s 内未收到 AVC 投入状态信号，LCU 不切换 AVR励磁增/减磁控制权限，并输出 AVC 投入失败告警。2.1.2 正常退出流程LCU 发出退出指令，AVR 励磁增/减磁控制权限切回手动模式。若10 s 内 LCU 未收到 AVC 装置返回的AVC 退出状态信号，LCU 产生 AVC 状态异常告警。以上投/退逻辑图如图3所示。AVC投入（画面）AVC状态异常（合成）AVC自动模式AVC投入指令DO告警：AVC投入失败10s延时3s脉冲RS锁存SETCLRSRQQ手动模式AVR异常AVR自动NN&AVC投入状态返回DI图3 AVC投退信号逻辑2.1.3 状态异常的处理逻辑（1）在 AVC 投入状态下，其投入状态消失，或出现 AVR 自动信号消失或状态异常信号，LCU 发出 AVR状态异常告警，并产生 AVC 退出指令。（2）在 AVC 退出状态下，若 AVC 投入状态返回不正确，则产生 AVC 投入返回错误告警。（3）在 AVC 已投入状态下，增/减磁信号输出时间大于3 s，LCU自动发出AVC增/减磁信号输出超时告警，并产生 AVC 退出指令。（4）在 AVC 退出状态下，实时数据采集异常、AVR 自动信号消失或 AVR 异常信号出现，LCU 闭锁AVC 投入。（5）AVC 投退状态返回不同时产生，或在 AVC 已投入状态下，增磁、减磁信号同时产生，LCU 自动发出AVC增/减磁信号同时输出告警，并产生AVC退出指令。以上逻辑图如图4所示。AVC投入状态返回DI告警：AVC增减磁同时输出告警：AVC投入返回错误告警：AVR状态异常退AVC告警：AVC增/减磁输出超时告警：AVC增减磁同时输出AVC投入状态返回DIAVC退出（画面）AVR异常AVR自动10s延时3s延时3s脉冲111N&AVC减磁指令DIAVC增磁指令DIAVC状态异常AVC增/减磁指令DIAVC模式AVC模式AVC退出状态返回DIAVC退出指令DOXORN&图4 AVC退出指令及异常状态信号逻辑2.1.4 LCU增/减磁设置在 AVC 投入状态且无增/减磁闭锁条件下，LCU收到 AVC 增/减磁指令（上升沿）后，按照设定的固定脉宽输出至 AVR 励磁装置。详细如图5所示。电力系统2023.6 电力系统装备丨71Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System EquipmentAVC增/减磁指令DIAVC增/减磁闭锁N&1N*100ms脉冲AVR增/减磁指令DOAVC投入状态返回AVC模式手动模式手动增/减磁指令（画面）图5 AVC增/减磁指令逻辑2.2 调控功能2.2.1 控制方式AVC 子站具备远方自动（闭环控制）、就地自动（开环控制）和就地手动三种控制模式，在相应条件下控制模式允许自动切换。（1）远方自动。以主站实时指令为调控目标。当与主站链接中断或长时间未接收到主站下发的合理调控目标指令，系统报警并自动切换到就地自动模式；当与主站连接恢复或接收到下发的合理调控指令后，再切换到远方自动模式。（2）就地自动。按照当前时刻读取预置的调控指令，并以此为目标执行调控。当长时间无法获取预置数据，系统报警并自动切换到无目标模式（以母线电压控制上下限的中心为目标）。（3）就地手动。退出自动运行模式，运行人员根据调度主站预先下发的电压计划曲线手动控制电压调节。2.2.2 调节指令主站下发的调节指令分为两类，实时调节指令。该指令为实时单个数值，数值表征为电压调节增量，子站在接收到调节指令后即刻执行并应以遥测信息返送给主站；计划调节指令。该指令数据为带时标的数值或固定格式的数组，子站接收到计划调节指令后，若同时无实时调节指令约束，则按照计划指令规定时刻的值执行。2.2.3 无功分配策略子站根据电压调节目标预测被控机组无功分配，以调节对象实时数值与目标数值偏差为核心判据，在机组无功调节精度和调节能力的约束下，正确调节无功出力。子站增减磁出口为无源空接点，脉宽控制误差小于10 ms。子站以固定脉宽和固定的脉宽间隔发送增减磁信号至 LCU。脉宽及脉宽间隔根据现场条件整定，使调节对象满足调节速率。子站按照预定策略合理调节被控机组无功出力的，采用成熟的基本算法对目标值进行计算分析，给出各机组的无功出力。（1）等功率因数分配。分配量与各机组的有功出力成线性关系，达到各机组无功的上下极限范围内不再参与调节。因各台机组的无功出力调节死区的存在，各机组的实际功率因数允许存在微小的差别。（2）等裕度分配。根据各台参与电压控制发电机的无功裕量大小进行无功分配，保证每台机组在其可调范围内具有相同额度（百分比）的调控容量。（3）等容量分配。根据各台参与电压控制发电机的无功容量大小进行无功分配，保证每台机组分配量与其无功容量成线性关系。（4）平均分配。把全厂总无功平均地分配给各台参与电压控制的发电机组。2.2.4 调控范围执行单元实时监测调节对象，当实际数值与目标数值之间的偏差值超出调节死区范围则立即进行调节。在执行完整调节过程中，调节对象数值与目标数值之间的偏差值回到调节死区范围内则停止调节。调控死区：是指允许实测值与目标值之间存在的合理偏差。即，在无安全条件约束下，应使得实测值与目标值之间满足如下条件：或 （1）式（1）中，A 为目标值；为调控死区；M 为实测值。系统首先在保证机组安全的条件下执行增减磁调控。上位机检查每个量测值是否异常，且每一个量测值都在异常上限和异常下限的范围内，否则取消就绪状态。实际整定参数时，调节范围小于机组实际上下限，无功的上下限值可以是固定值，也可以根据机组当前有功出力动态计算得到。对于所有与 AVC 调控有关的机组的电气量都设置上、下限，它们作为 AVC 合理调控的边际，在力所能及的情况下保障机组的电气量（X）在合理运行范围内，即 Xd X Xu，处理策略详见表1。表1 各参数范围调节优先级及应对策略电气量参数（X）事件类别优先级处理方法母线电压越高限值 Xu/越低限值 Xd低相关机组增/减磁闭锁，并减磁/增反调机端电压高该机组增/减磁闭锁，并减/增磁反调定子电流高该机组增减磁双向闭锁转子电流高该机组增减磁双向闭锁有功出力高该机组增减磁双向闭锁无功出力高该机组增/减磁闭锁，并减/增磁反调厂用电电压高全厂机组增/减磁闭锁，并减/增磁反调任意遥测量异常高相关机组 AVC 功能闭锁3 结束语不同类型电厂 AVC 系统的构成方式、逻辑策略是电力系统72丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment近年来，随着我国对电力供应的需求不断提升，电缆隧道得到了广泛的应用，而人工巡检是电缆隧道点检的一种普遍方式。但是由于电缆隧道内环境复杂，人工巡检主要依靠感官和使用简单仪器进行判断，容易忽略产生的异常情况，从而不能及时有效地发现隐患并做出反应。为了提升电缆隧道的管理水平，提高电力电缆隧道的巡检频次，减少工作人员的劳动强度，降低电缆隧道设备的事故率，电缆隧道智能巡检机器人应运而生。智能巡检机器人替代人工巡检不但提高了电缆运行管理的智能化水平，而且有效地缓解了隧道巡检人员压力，减少点检过程中可能发生的人身安全隐患，便于定制化管理，为电缆隧道设备设施安全运行提供有利保障1。1 智能巡检机器人在220 kV变电站的应用现状电缆隧道智能巡检机器人系统的核心是巡检机器人。智能巡检机器人需要同时具备智能设备巡检、远红外成像、环境监测、大数据智能分析等功能，可实现对摘 要随着科学技术的迅猛发展，越来越多的高新技术运用到了智能变电站的建设上，为了保证电缆隧道内设备设施的安全稳定运行，隧道智能巡检机器人得到了广泛的应用。文章简要介绍了电缆隧道智能巡检机器人在220 kV 智能变电站的应用现状，对智能巡检机器人的关键技术和巡检要点进行了阐述，对提高隧道巡检工作效率、降低人工成本具有借鉴指导作用。关键词智能巡检机器人；220 kV 变电站；关键技术和巡检要点；隧道巡检；降低人工成本中图分类号TM75；TP242 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06007203Research and Application of 220 kV Substation Cable Tunnel Intelligent Inspection RobotGOU JuntaoAbstractWith the vigorous development of science and technology and intelligent substation,in order to ensure the safe and stable operation of equipment and facilities in cable tunnel,intelligent tunnel inspection robot has been widely used.This paper briefly introduces the application status of intelligent inspection robot for cable tunnel in 220 kV substation.The key technologies and inspection points of the intelligent inspection robot are expounded.It can improve the efficiency of tunnel inspection and reduce labor cost.Keywordsintelligent inspection robot;220 kV substation;key technologies and inspection points;tunnel inspection;reduce labor cost220kV变电站电缆隧道智能巡检机器人研究与应用苟俊涛（张宣高科科技有限公司，河北宣化075100）不同的。溧阳抽水蓄能电站在满足行业相关技术规范要求、保证现场设备安全稳定的前提下，根据自身实际情况，通过对系统架构设计完善、逻辑优化开发、策略配置调整，兼顾各系统的独立性、可靠性、易用性。随着抽水蓄能电站自动化程度的不断提高，AVC 继 AGC 之后将成为一种必不可少的自动化控制手段，让抽水蓄能电站充分发挥其“稳定器、调节器、平衡器”的作用。参考文献1 黄杨梁，邵霞.自动电压控制在抽水蓄能电站应用研究 J.水电与抽水能，2016，2（2）：78-82.2 叶华.桐柏抽水蓄能电站自动电压控制 AVC 研究与应用J.水电站机电技术，2012，35（4）：4-5，119.