專利名稱:無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中,有效的電壓與無功控制不僅能保證電壓質(zhì)量,提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性,而且能降低網(wǎng)損,充分發(fā)揮電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)內(nèi)大容量機(jī)組的不斷投入及超高壓電網(wǎng)的形成,電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)明顯加強(qiáng),無功電源及無功補(bǔ)償容量也大量增加,無功不足不再是主要矛盾,而電網(wǎng)無功潮流不合理分布和大機(jī)組無功功率不合理分配的矛盾卻日益顯露,對(duì)系統(tǒng)電壓和無功實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)節(jié)更顯得重要。國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)電網(wǎng)中的電壓控制技術(shù)仍停留在人工方式,即通過實(shí)現(xiàn)給定的電壓母線上下限、機(jī)組無功限值以及其他無功補(bǔ)償設(shè)備投切計(jì)劃,來控制系統(tǒng)電壓。這種就地分散控制管理模式,控制電壓效果并不令人滿意。發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中最重要的無功電壓控制系統(tǒng),響應(yīng)速度快,可控容量大,無論是正常運(yùn)行時(shí)保證電壓水平和緊急控制時(shí)防止電壓崩潰,都起著重要作用。但目前已沿用了多年的就地分散控制管理模式,在當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的形式下逐漸暴露出一些弊端電網(wǎng)方面
1.事先給定的電壓曲線和無功設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃是離線確定的,并不能反映電網(wǎng)的實(shí)際情況,按照這種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)往往帶來安全隱患。
2.電網(wǎng)運(yùn)行人員需要時(shí)刻監(jiān)視系統(tǒng)電壓無功情況,并進(jìn)行人工調(diào)整,工作強(qiáng)度大,而且往往會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大。
3.各廠、站無功電壓控制沒有進(jìn)行協(xié)調(diào),造成電網(wǎng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。
發(fā)電廠方面1,系統(tǒng)運(yùn)行狀況千變?nèi)f化,靜態(tài)電壓曲線不能很好地適應(yīng)動(dòng)態(tài)無功潮流變化,電壓控制水平很難再有實(shí)質(zhì)性提高。
2,需要運(yùn)行人員不間斷地監(jiān)視表盤、調(diào)整機(jī)組無功出力,耗費(fèi)了大量人力。此外,人工調(diào)整的實(shí)時(shí)性和精度均無法保證,甚至存在誤調(diào)節(jié)的可能性。
3,電廠內(nèi)部,長(zhǎng)期受機(jī)組之間的無功協(xié)調(diào)問題困擾,目前仍需值長(zhǎng)人工干預(yù),調(diào)度人員協(xié)調(diào)任務(wù)很重。
4,電廠之間,無功調(diào)節(jié)對(duì)相互母線電壓影響大,無功調(diào)解矛盾突出。由于各電廠只關(guān)注自身母線電壓,沒有從全局角度協(xié)調(diào)無功分配,電網(wǎng)無功功率無謂搬運(yùn)現(xiàn)象突出,經(jīng)常出現(xiàn)無功環(huán)流現(xiàn)象,造成不必要的有功損耗。
上述問題的存在,既增加機(jī)組進(jìn)相深度,影響機(jī)組和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,也使網(wǎng)損增加,影響經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng),從電網(wǎng)全局對(duì)電網(wǎng)無功潮流和發(fā)電機(jī)組無功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)電廠母線電壓和無功功率的自動(dòng)控制,合理協(xié)調(diào)電網(wǎng)無功分布,以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行,提高電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)損,降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是,無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)由調(diào)控主站、監(jiān)控中心、執(zhí)行終端、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成,調(diào)控主站與監(jiān)控中心通過通迅網(wǎng)絡(luò)互連,監(jiān)控中心與執(zhí)行終端通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接,執(zhí)行終端輸出控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出控制發(fā)電機(jī),調(diào)控主站通過通訊網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心下發(fā)目標(biāo)指令,監(jiān)控中心接收目標(biāo)指令并計(jì)算出各受控機(jī)組的無功出力調(diào)節(jié)方案,將數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至執(zhí)行終端,執(zhí)行終端向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號(hào),通過增減勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值來改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力,使其維持在調(diào)控中心下達(dá)的目標(biāo)指令附近。
執(zhí)行終端由可編程邏輯控制器、過調(diào)保護(hù)電路板、指示燈板和繼電器板、可編程邏輯控制器擴(kuò)展模塊組成,可編程邏輯控制器接收監(jiān)控中心的調(diào)控指令,輸出增磁或減磁脈沖信號(hào)至過調(diào)保護(hù)電路板,還接收現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的AVR自動(dòng),裝置投入和裝置切除開關(guān)信號(hào)并把系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)送指示燈板和繼電器板輸出,可編程邏輯控制器擴(kuò)展模塊接收機(jī)組定子電壓、母線電壓、機(jī)組有功和機(jī)組無功模擬信號(hào),輸出調(diào)節(jié)機(jī)組的無功指令模擬量至電廠當(dāng)?shù)乇O(jiān)視系統(tǒng)。繼電器板1接收可編程邏輯控制器的閉環(huán)運(yùn)行、自檢正常、通信正常、投入返回開關(guān)量信號(hào)并輸出,繼電器板2接收可編程邏輯控制器的增磁閉鎖、減磁閉鎖、電源正常開關(guān)量信號(hào)并輸出。
過調(diào)保護(hù)電路板,直流電源輸入端子J1經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片輸出直流電源為定時(shí)器芯片供電,增\減磁脈沖輸入端子J2的脈沖輸入控制光電耦合芯片U1或U2導(dǎo)通和三極管Q1導(dǎo)通,直流電源通過Q1為定時(shí)器芯片供電,S1撥碼開關(guān)設(shè)定定時(shí)器定時(shí)時(shí)長(zhǎng),定時(shí)器輸出信號(hào)控制三極管Q2通斷和繼電器K4、K3開閉,輸入脈沖經(jīng)經(jīng)U1或U2光藕后,由繼電器K3的開閉狀態(tài)控制是否經(jīng)繼電器K1/K2輸出。
繼電器板,其中K1、K2、K3、K4為四對(duì)觸點(diǎn)繼電器,J1、J2、J3、J4、J5、J6、J8為接插件。J8連接可編程邏輯控制器,控制K1,K2,K3,K4四個(gè)繼電器通斷。繼電器觸點(diǎn)作為無源空節(jié)點(diǎn)輸出。
本發(fā)明所具有的有益效果是,自動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)無功出力進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)控,有效地控制區(qū)域電網(wǎng)無功的合理流動(dòng),保證了主網(wǎng)的電壓合格率,保證了系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、設(shè)備和廠用電安全所需的電壓水平,電網(wǎng)分層分區(qū)間無功潮流交換明顯減少,同一電廠及同一區(qū)域電廠機(jī)組之間無功出力分配合理,機(jī)組進(jìn)相時(shí)間大幅度減少,減少了電壓波動(dòng)幅度,提高了平均電壓水平,增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性,提高電能質(zhì)量,改善電網(wǎng)整體供電水平,降低網(wǎng)損,充分發(fā)揮電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明中執(zhí)行終端結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明中過調(diào)保護(hù)電路板電路圖。
圖4是本發(fā)明中繼電器板電路圖。
圖5是本發(fā)明系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
先簡(jiǎn)述一下本發(fā)明的基本原理,發(fā)電及無功出力與機(jī)端電壓受勵(lì)磁電流的影響,當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí),發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減,并通過機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低,勵(lì)磁電流的增減可通過改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法采用如圖1、圖5所示的方案,無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)由調(diào)控主站1、監(jiān)控中心2、執(zhí)行終端3、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器4組成,調(diào)控主站1與監(jiān)控中心2通過通迅網(wǎng)絡(luò)5互連,監(jiān)控中心2與執(zhí)行終端3通過通訊網(wǎng)絡(luò)6連接,執(zhí)行終端3輸出控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)器4,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器4輸出控制發(fā)電機(jī)8,調(diào)控主站1通過通訊網(wǎng)絡(luò)5向監(jiān)控中心2下發(fā)目標(biāo)指令,監(jiān)控中心2接收目標(biāo)指令并計(jì)算出各受控機(jī)組的無功出力調(diào)節(jié)方案,將數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)6發(fā)送至執(zhí)行終端3,執(zhí)行終端3向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器4發(fā)出控制信號(hào),通過增減勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值來改變發(fā)電機(jī)8勵(lì)磁電流,進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力,使其維持在調(diào)控中心下達(dá)的目標(biāo)指令附近。
如果以一個(gè)省級(jí)電網(wǎng)的調(diào)控為例,具體實(shí)施過程中,可在電廠側(cè)安裝自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng),每臺(tái)機(jī)組加裝一臺(tái)無功電壓自動(dòng)調(diào)控執(zhí)行終端,調(diào)控系統(tǒng)監(jiān)控中心通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)與省級(jí)調(diào)度中心的AVC主站互連并完成信息交換。監(jiān)控中心與執(zhí)行終端通過RS485現(xiàn)場(chǎng)總線連接。省調(diào)AVC主站根據(jù)系統(tǒng)電壓及無功分布,定時(shí)計(jì)算出電廠母線電壓或無功目標(biāo)值,每隔一段時(shí)間(根據(jù)實(shí)際要求,數(shù)分鐘不等)通過遠(yuǎn)動(dòng)下行通道對(duì)電廠下發(fā)一個(gè)目標(biāo)指令(系統(tǒng)支持三種目標(biāo)指令母線電壓,全廠總無功或者單臺(tái)機(jī)組無功),電廠無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)監(jiān)控中心子站系統(tǒng)具備串行口和以太網(wǎng)端口兩種通訊接口,通訊規(guī)約庫(kù)可以方便地進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)充,滿足大部分國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)通訊要求,靈活地接收省調(diào)目標(biāo)指令和RTU的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。優(yōu)化計(jì)算出各受控機(jī)組的無功出力,以機(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)作為參考量,并綜合考慮系統(tǒng)及設(shè)備故障以及AVR各種限制,閉鎖條件后,給出當(dāng)前運(yùn)行方式下,在發(fā)電機(jī)能力范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案,將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至無功自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)執(zhí)行終端,執(zhí)行終端向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(也可通過DCS或ECS)發(fā)出控制信號(hào),通過增減勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值來改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力,使其維持在省調(diào)下達(dá)的目標(biāo)指令附近。系統(tǒng)輸出節(jié)點(diǎn)具備自檢驗(yàn)功能,當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)間過長(zhǎng)時(shí),系統(tǒng)具備報(bào)警和閉鎖功能,提高系統(tǒng)運(yùn)行安全。
本系統(tǒng)中的執(zhí)行終端可采用如圖2所示的方案,執(zhí)行終端3由可編程邏輯控制器9、過調(diào)保護(hù)電路板10、指示燈板11和繼電器板12、13可編程邏輯控制器擴(kuò)展模塊7組成,可編程邏輯控制器10通過RS485現(xiàn)場(chǎng)總線接收監(jiān)控中心2的調(diào)控指令,經(jīng)過分析解碼輸出一定寬度的增磁或減磁脈沖信號(hào)至過調(diào)保護(hù)電路板10,過調(diào)保護(hù)電路控制脈沖在規(guī)定寬度內(nèi)輸出。PLC(可編程邏輯控制器)還接收現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的AVR自動(dòng),裝置投入和裝置切除開關(guān)信號(hào)并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況,把系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)送指示燈板11和繼電器板12、13輸出,可編程邏輯控制器擴(kuò)展模塊7(型號(hào)SIENEN EM235)接收機(jī)組定子電壓、母線電壓、機(jī)組有功和機(jī)組無功模擬信號(hào),輸出調(diào)節(jié)機(jī)組的無功指令模擬量至電廠當(dāng)?shù)乇O(jiān)視系統(tǒng)。繼電器板12接收可編程邏輯控制器9的閉環(huán)運(yùn)行、自檢正常、通信正常、投入返回開關(guān)量信號(hào)并輸出,繼電器板13接收可編程邏輯控制器9的增磁閉鎖、減磁閉鎖、電源正常開關(guān)量信號(hào)并輸出。
本系統(tǒng)中的過調(diào)保護(hù)電路板10的結(jié)構(gòu)如圖3所示,其工作原理是,J1(接插件)為直流24V電源輸入端子,經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片LM7812輸出5V直流電源為555定時(shí)器芯片供電。J2(接插件)為增\減磁脈沖輸入端子,以單脈沖輸入為例,脈沖輸入U(xiǎn)1或U2光電耦合芯片導(dǎo)通,Q1(三極管)導(dǎo)通,5V直流電源通過Q1為555定時(shí)器芯片供電。S1撥碼開關(guān)設(shè)定555定時(shí)器定時(shí)時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)脈沖輸入時(shí)長(zhǎng)小于設(shè)定值時(shí),脈沖經(jīng)U1或U2光藕,再經(jīng)過K3(四對(duì)觸點(diǎn)常閉繼電器),最后經(jīng)K1/K2(四對(duì)觸點(diǎn)常閉繼電器)輸出。當(dāng)脈沖時(shí)長(zhǎng)超過設(shè)定值,555定時(shí)器輸出信號(hào)使三極管Q2導(dǎo)通,K4(12V密封型繼電器)閉合,電流流過K3繼電器,K3常閉觸點(diǎn)斷開,脈沖信號(hào)不能達(dá)到K1/K2,無法輸出。
本系統(tǒng)中繼電器板12、13如圖4所示,其中K1、K2、K3、K4為四對(duì)觸點(diǎn)繼電器,J1、J2、J3、J4、J5、J6、J8為接插件。J8連接可編程邏輯控制器,控制K1,K2,K3,K4四個(gè)繼電器通斷。繼電器觸點(diǎn)作為無源空節(jié)點(diǎn)輸出。
權(quán)利要求1.無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)由調(diào)控主站[1]、監(jiān)控中心[2]、執(zhí)行終端[3]、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器[4]組成,其特征在于調(diào)控主站[1]與監(jiān)控中心[2]通過通迅網(wǎng)絡(luò)[5]互連,監(jiān)控中心[2]與執(zhí)行終端[3]通過通訊網(wǎng)絡(luò)[6]連接,執(zhí)行終端[3]輸出控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)器[4],勵(lì)磁調(diào)節(jié)器[4]輸出控制發(fā)電機(jī)[8],調(diào)控主站[1]通過通訊網(wǎng)絡(luò)[5]向監(jiān)控中心[2]下發(fā)目標(biāo)指令,監(jiān)控中心[2]接收目標(biāo)指令并計(jì)算出各受控機(jī)組的無功出力調(diào)節(jié)方案,將數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)[6]發(fā)送至執(zhí)行終端[3],執(zhí)行終端[3]向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器[4]發(fā)出控制信號(hào),通過增減勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值來改變發(fā)電機(jī)[8]勵(lì)磁電流,進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力,使其維持在調(diào)控中心下達(dá)的目標(biāo)指令附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng),其特征在于執(zhí)行終端[3]由可編程邏輯控制器[9]、過調(diào)保護(hù)電路板[10]、指示燈板[11]和繼電器板[12]、[13]可編程邏輯控制器擴(kuò)展模塊[7]組成,可編程邏輯控制器[10]接收監(jiān)控中心[2]的調(diào)控指令,輸出增磁或減磁脈沖信號(hào)至過調(diào)保護(hù)電路板[10],還接收現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的AVR自動(dòng),裝置投入和裝置切除開關(guān)信號(hào)并把系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)送指示燈板[11]和繼電器板[12]、[13]輸出,可編程邏輯控制器擴(kuò)展模塊[7]接收機(jī)組定子電壓、母線電壓、機(jī)組有功和機(jī)組無功模擬信號(hào),輸出調(diào)節(jié)機(jī)組的無功指令模擬量至電廠當(dāng)?shù)乇O(jiān)視系統(tǒng)。繼電器板[12]接收可編程邏輯控制器[9]的閉環(huán)運(yùn)行、自檢正常、通信正常、投入返回開關(guān)量信號(hào)并輸出,繼電器板[13]接收可編程邏輯控制器[9]的增磁閉鎖、減磁閉鎖、電源正常開關(guān)量信號(hào)并輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng),其特征在于在所述的過調(diào)保護(hù)電路板[10]中,直流電源輸入端子J1經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片輸出直流電源為定時(shí)器芯片供電,增\減磁脈沖輸入端子J2的脈沖輸入控制光電耦合芯片U1或U2導(dǎo)通和三極管Q1導(dǎo)通,直流電源通過Q1為定時(shí)器芯片供電,S1撥碼開關(guān)設(shè)定定時(shí)器定時(shí)時(shí)長(zhǎng),定時(shí)器輸出信號(hào)控制三極管Q2通斷和繼電器K4、K3開閉,輸入脈沖經(jīng)經(jīng)U1或U2光藕后,由繼電器K3的開閉狀態(tài)控制是否經(jīng)繼電器K1/K2輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng),其特征在于在所述的繼電器板[12]、[13]中,K1、K2、K3、K4為四對(duì)觸點(diǎn)繼電器,J1、J2、J3、J4、J5、J6、J8為接插件。J8連接可編程邏輯控制器,控制K1,K2,K3,K4四個(gè)繼電器通斷。繼電器觸點(diǎn)作為無源空節(jié)點(diǎn)輸出。
專利摘要本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)無功電壓自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng),在該系統(tǒng)中,調(diào)控主站通過通訊網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心下發(fā)目標(biāo)指令,監(jiān)控中心接收指令并計(jì)算出調(diào)節(jié)方案,通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至執(zhí)行終端,執(zhí)行終端向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號(hào),通過增減勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值來改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力,使其維持在調(diào)控中心下達(dá)的目標(biāo)指令附近。從電網(wǎng)全局對(duì)電網(wǎng)無功潮流和發(fā)電機(jī)組無功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)電廠母線電壓和無功功率的自動(dòng)控制,合理協(xié)調(diào)電網(wǎng)無功分布,以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行,提高電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)損,降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H02P9/14GK2927498SQ200620074539
公開日2007年7月25日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者殷駿, 程琦, 陳繼武 申請(qǐng)人:安徽新力電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司