自动电压控制系统采样与数据同源技术的应用.docx

自动电压控制系统采样与数据同源技术的应用电力系统是一个动态系统,负荷实时变化,各类故障随时可能发生,系统中输变电设备及其运行状态、参数的数据量大且变化快速[1,2,3]为了保证系统的稳定性,自动控制系统要求能够获取实时的运行状态,根据实际情况及时调整系统运行工况自动电压控制AVC系统是通过调控发电机组励磁对无功进行优化,实现电力系统电压控制的装置,安装在电厂的为子站它由上位机和下位机组成,通过网络通信实现数据交换上位机为工控机,具有无功优化、采集信号实时监视、事件追忆等功能下位机由PLC和输入输出回路构成,完成装置输入信号采集、无功闭环控制、输出调控命令等功能根据调度下发的电压调节指令对电厂母线电压/机组无功进行调控,实现无功、电压的安全监视和调整,确保电力系统安全,并进一步达到降低网损和提高电压合格率的目的1、自动电压控制AVC原理AVC系统首先采集高压侧母线电压、发电机无功,机端运行数据,励磁系统当前状态;再获取主站或本地设定的目标电压值/总无功,计算需求的系统总无功;然后根据现场预先设定的无功分配原则,充分考虑各种约束条件后,确定总可调无功目标值并将总可调无功目标合理分配给每台机组执行单元,实现机组无功闭环控制;最后通过远动通道/数据网与调度AVC主站通信,上传实时信息,接收控制指令,与主站共同完成电厂侧自动电压控制。

AVC系统通过及时准确地对各种数据采集与处理,才能实现自动监测、控制采样功能是其实现自动化的基础,现场使用的采样方式主要有交流采样、直流采样2、AVC采集的数据信息AVC系统需要掌握机组状态,采集的信息主要从两个方面着手,遥测量与遥信量遥测量主要是母线、变压器、发电机等的运行参数,遥测量的类型:模拟量、脉冲量遥信量主要是断路器状态和励磁增减磁闭锁信号等的开关量遥信量对正确反映系统的安全运行非常重要,任何一个开关位置或闭锁信号发生变位,就改变机组无功可调量,各种参数就可能发生变化1)模拟量:指时间和幅值均连续变化的信号,是连续时间变量t的函数如发电机功率、励磁电压、励磁电流、母线电压等2)脉冲量:指在瞬间由某一值跃变到另一值的信号量,如励磁系统的增减磁信号等3)开关量:指随时间离散变化的信号,主要反映的是设备的工作状况,包括断路器分合状态、故障信号、远方就地位置针对不同类型的信号量采集需求,现场需要使用多种采样方式3、直流采样某电厂AVC系统改造前为直流采样,即发电机、母线等模拟量数据通过变送器转换成和实际值成线性关系的直流电压或电流信号,再接入下位机,下位机对此直流量进行采集处理直流采样方式原理:电量信号、非电量信号→电量变送器、非电量变送器→模/数转换→控制器。

其中变送器的类型主要有:交流电压/电流变送器、有功/无功功率变送器等直流采样的变送器主要指传统变送器,目前,各厂家的新型智能变送器为交流采样直流采样的特点:(1)模/数转换速率要求不高,算法简单,变送器输出乘上固定的系数就可得到电流、电压的有效值,因此采样周期短,软件的可靠性较好,计算较快2)交流信号经过变送器整流和滤波转换为直流信号,提升了抗干扰能力3)变送器输入回路使用RC滤波,其时间常数较大(一般为102～103ms),反应至直流输出端为实时性差,无法反映被测模拟量的波形,更不能及时反映被测量的突变4)变送器的精度和稳定性直接影响AVC系统调控准确性5)由PT、CT至变送器、AVC下位机的二次回路复杂,增加了系统的建设和运维成本4、交流采样AVC系统改造后使用交流采样,测控装置对PT、CT二次侧的交流信号直接采样,通过模/数转换器转换为数字量,再对数字量进行计算,从而获得电压、电流、功率等有效值交流采样是直接对与一次电流和一次电压同频率、大小成比例的二次交流电压信号、交流电流的波形进行采样,然后通过一定算法计算出其有效值,最后计算出功率值交流采样方式原理:交流电压、交流电流→电压传感、电流传感器→调整电路→模/数转换→控制器。

交流采样的特点:(1)没有整流、滤波的时间常数影响,实时性好,适用于暂态分析2)能反映一次电流、电压的实际波形,便于对所测量的结果进行波形分析3)测控装置采样后直接通信传输至AVC下位机,比较变送器而言回路简单,可以节约投资4)模/数转换器的转换速率和采样保持器性能较高一个周期内,能采集足够的点数,并快速转换,保证测量的精度5)采样和计算程序相对复杂,保证测量准确度其中电压、电流变换器将一次设备的PT、CT的二次回路与测控装置模/数转换系统完全隔离,提高测控装置抗干扰能力5、改造方案在自动化系统中,影响交流采样测控装置性能的重要因素是算法,不同系统根据功能和特性需求由不同的算法来实现用来衡量采样算法优缺点的主要指标有:计算精度、响应时间和运算量通常在电厂配置的交流采样系统设备有PMU系统、NCS系统、新型智能变送器等PMU装置采样周期短(10ms),测量误差极限为0.2%,数据计算处理量大,主要用于分析系统的暂态过程;NCS测控装置采样周期适中(20ms),电流、电压采样误差±0.2%,功率、电度误差±0.5%;智能变送器响应时间可小于40ms,因现场未使用相关设备,在此不做考虑;直流采样使用的传统变送器准确度等级0.2%,响应时间400ms,暂态特性差,转换后的毫安量送至AVC下位机采样时同样存在误差;交流采样因为有测控装置的存在,转换后的数据量直接通信至AVC下位机,这个环节不存在误差;且电厂上送调度参与电压考核的母线电压为NCS系统的采样数据,如AVC调控时也使用NCS采集数据,两套调控系统的数据同源能够减少系统性误差,保证调节精度、速率等,减少调度的考核。

综合上述原因,AVC系统改造时采样数据由变送器直流采样改为从NCS系统交流采样接入6、实施后的效果改造前直流采样时,AVC系统母线电压、机端电压、功率等数据来自变送器,AVC系统数据校验逻辑经常因判定机端三相电压不平衡、有功无功视在功率不匹配、电流电压校验功率不通过等情况退出调节功能;且直流采样数据与远动送省调参与考核的数据不同源,两者存在偏差改造后的AVC系统使用NCS交流采样数据,与送省调数据一致,系统性误差减小,调节准确性提高;原变送器停止使用,检修维护工作量减少,测控装置的检修、通道系数和精度试验的重要性更加突出改造时远动点表中AVC相关的遥调、遥控信号全部改为主站至电厂AVC系统上位机全通信传输,减少了原方式数模、模数转换中间环节的误差使用交流采样后数据更新周期变短、精度变高的情况下通过合理设置调节死区、最大控制次数和调节脉宽等参数,抑制系统反应灵敏时的反复调节和超调现象7、结语电厂在AVC等自动化系统构建时,鉴于各调控系统功能的侧重点不同,选择数据采样方式时需要从实际需求出发,选择合适的装置和方式,不能仅仅追求单一的高精度或单一的高速度在电网调控精确性要求日益提升的今天,电厂各控制系统在建设时应考虑数据同源,减少系统性误差,实现精度提升。

参考文献：[1]王亚军.基于DSP的馈线自动化远方终端的研究[D].黑龙江:东北农业大学,2009.[2]邹云晓.馈线自动化技术和FTU的研制[D].浙江:浙江大学,2002.[3]赵瑛毓.基于WorldFIP现场总线的微机电量变送器的开发[D].北京:华北电力(北京)大学,2002.陆燕锋.自动电压控制系统的采样与数据同源分析[J].集成电路应用,2020,37(06):140-141.。