加权平均算法在水电站自动电压控制系统的应用_杨墨宇.pdf
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1、2023年第41卷第2期加权平均算法在水电站自动电压控制系统的应用杨墨宇1,吴博1,郁天宸2(1.黄河万家寨水利枢纽有限公司龙口水电站,山西河曲036500;2.南京南瑞水利水电科技有限公司,南京210000)0引言黄河万家寨水利枢纽有限公司龙口水电站(以下简称龙口水电站)计算机监控系统更新改造后,上位机服务器搭配南京南瑞水利水电科技有限公司独立研发的IMC监控系统软件,下位机现地控制单元为 SJ-600 型微机监控装置。自动电压控制(Automatic Voltage Control,AVC)系统基于上位机IMC监控系统软件高级功能模块,在母线电压控制方式下,按照调度下发母线电压设定值,根据
2、控制策略将无功功率合理分配给并网机组,通过调节发电机无功功率以达到母线电压目标控制值,实现全厂多机组的电压无功控制,维持母线电压在合格范围内,确保系统稳定运行。厂站端子站监控系统向调度端主站上传无功功率、母线电压、机组及全厂AVC状态等遥测遥信值;调度端主站向厂站端子站监控系统下发母线电压目标设定值、母线电压参考值等遥调值1-10。龙口水电站计算机监控系统更新改造后,在试运行期间机组AVC调节多次出现合格率降低的情况。发电厂并网运行管理实施细则规定,机组AVC调节合格率按月统计,以98%为合格标准,低于98%的机组将被考核电量11-14。现场调查统计,试运行期间机组AVC调节平均合格率为96.
3、75%,达不到合格标准,既对电网运行造成了危害,又导致了电站的经济损失。摘要:黄河万家寨水利枢纽有限公司龙口水电站计算机监控系统升级改造后,试运行阶段机组自动电压控制(AutomaticVoltage Control,AVC)调节时多次出现合格率低于调度规定标准的情况。经检查分析,用于全厂AVC调节的母线电压采样不合格,导致全厂AVC调节不合格,母线电压调节不能有效进入死区。为此基于加权平均算法对母线电压进行滤波处理,有效提高了全厂AVC调节的合格率,为电网电压的控制提供了保障。关键词:水电站;AVC;电压变送器;母线电压;加权平均;滤波文献标志码:B中图分类号:TM761文章编号:1008-
4、6218(2023)02-0007-07doi:10.19929/ki.nmgdljs.2023.0019Abstract:After the upgrading of the computer monitoring system of Longkou Hydropower Station,the qualified rate of unitAutomatic Voltage Control(AVC)regulation is lower than the dispatching standard for many times during the trial operationstage.A
5、fter inspection and analysis,it is found that the reason is that the bus voltage sampling used for AVC regulation ofthe whole plant is unqualified,resulting in the unqualified AVC regulation of the whole plant,and the bus voltageregulation cannot effectively enter the dead zone,therefore the qualifi
6、ed rate of the AVC regulation of the whole plant isreduced.This paper proposes the filtering of bus voltage by weighted average algorithm,which effectively improves thequalified rate of AVC regulation in the whole plant and provides a guarantee for the control of power grid voltage.Key words:hydropo
7、wer station;AVC;voltage transmitter;bus voltage;weighted average;filteringApplication of Weighted Average Algorithm in AVC System of Hydropower StationYANG Moyu1,WU Bo1,YU Tianchen2(1.Y.R.Wanjiazhai MultiplePurpose Dam Project Co.,Ltd.Longkou Hydropower Station,Hequ036500,China;2.Nanjing NARI Water
8、Resources And Hydropower TECH.Co.,Ltd.,Nanjing210000,China)内 蒙 古 电 力 技 术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER72023年第41卷第2期内 蒙 古 电 力 技 术本文对全厂AVC调节合格率低于标准的问题进行分析,并提出改进措施。1AVC调节不合格检查经查询得知,龙口水电站计算机监控系统更新改造前 4 个月内,机组 AVC 调节合格率平均值为99.95%左右,符合发电厂并网运行管理实施细则中AVC调节合格率98%的相关规定7。龙口水电站计算机监控系统更新改造试运行期间,机组AVC调节合格率平均值为96.7
9、5%左右。调查试运行期间AVC调节不合格部分情况,统计调度设定电压和母线电压采样情况如表1所示。按照规定,母线电压采样值与设定电压差值达到0.3 kV即为设定电压控制死区,即大于0.3 kV为不合格采样。根据表1,机组AVC调节不合格时均有多个母线电压采样值与设定电压差值大于0.3 kV,因此,“母线电压采样不合格”对AVC调节的合格率有着较大影响,应作为提高AVC调节合格率的主要研究对象。2AVC调节不合格原因排查母线电压采样不合格的原因有很多,主要分为软件因素和硬件因素。软件因素包括与调度通讯异常或AVC调节功能异常,硬件因素包括厂内调度通讯机异常、励磁无功调节缓慢、电压变送器采样异常。2
10、.1与调度通讯异常核对两台远动通讯机与AVC主站配置信息,包括IP地址、路由、网关、四遥对象起始地址、上送数据点表数量及准确度等,经核查,两侧信息均一致,上送调度数据正常15-16;检查计算机监控系统历史一览表,未发现与调度AVC通讯频繁或长时间中断的情况。因此,不存在因与调度通讯异常导致母线电压采样不合格的问题。2.2AVC调节功能异常检查两台远动通讯机AVC通讯进程运行正常,通过查询监控系统历史一览表,机组并网期间AVC功能并无异常退出情况17-21;在电网双细则考核系统中查询得知,试运行期间,两台机组AVC月度投运率分别为99.88%和99.95%,均满足调度要求。因此,不存在因AVC调
11、节功能异常导致母线电压采样不合格的问题。2.3调度通讯机异常现场检查两台调度通讯机各网卡运行正常,进行ping测试,ping调度AVC主站地址测试2 h,延时均正常,且无丢包现象。所以,通讯机网卡正常,不存在因调度通讯机异常导致母线电压采样不合格的问题。2.4励磁系统无功调节缓慢在机组监控系统现地控制单元更新改造并网后的功率调节调试过程中,经过多次对监控系统和励磁系统的调节速率及相关参数进行修改,包括无功PID调节比例系数KP、无功调节死区、调节周期、调节时间、调节脉宽和最大调节次数等参数,对机组进行变负荷调整试验,使监控系统和励磁系统在调整无功功率时配合合理22-23。经无功负荷调整试验,各
12、机组励磁系统无功调节平稳快速。抽查试运行期间机组并网发电时无功调节部分情况,计算从无功设定值下发到无功调节进入死区、无功调节完毕的时间(无功增减38 Mvar),共抽查9次,抽查结果显示,机组并网发电时无功调节快速平稳,无功PID参数设置合理,不存在因励磁系统无功调节缓慢导致母线电压采样不合格的问题。统计情况见表2。2.5电压变送器采样异常通过查询某时间段监控系统历时曲线,发现AVC调节时母线电压数值波动范围较大,母线电压测量过于灵敏(母线电压采样周期为500 ms),电压在小范围内波动频繁24-25,波动最大值、最小值均超过设定电压控制死区0.3 kV,母线电压曲线如图1所示。可见,电压变送
13、器采样异常、数值波动大是导致母线电压采样不合格的主要原因。表1调度设定电压和母线电压采样情况Tab.1 Scheduling set voltage and bus voltage sampling调度设定电压/kV230.24230.21229.58228.88229.99母线电压采样值/kV第1次230.24230.54229.94229.24230.34第2次230.72230.74229.80229.30230.30第3次230.13230.46229.89228.99229.89第4次230.74230.59230.29230.29230.11第5次230.70230.46230.2
14、6230.06230.36是否下发是是是是是是否接收是是是是是s表2无功调节到位用时统计Tab.2 Statistics of reactive power adjustment in place time机组1号2号12015215163232041722519216181872119824239222182023年第41卷第2期杨墨宇,等:加权平均算法在水电站自动电压控制系统的应用3制定对策方案经过讨论分析,针对母线电压采样不合格的主要原因,即电压变送器采样异常、数值波动大,得到以下三个可选方案。3.1方案1:更换电压变送器用于全厂AVC调节的母线电压变送器安装于龙口水电站GIS室开关站现
15、地控制单元内,由于厂内上送调度信号大多取自GIS室开关站现地控制单元,更换高精度电压变送器需要申请检修工期,且需重新采购变送器,此方案需耗费大量人力物力财力,更会影响正常发电计划,所以此方案不可取。3.2方案2:变更AVC调节母线电压采样源经查询监控系统历史曲线,选取一段时间内交采表、变送器母线电压采样值进行对比,结果见图2。由图2可知,通过查看同一坐标轴曲线,变送器母线电压(红色线)采样值与调度电压设定值(绿色线)更为接近且更符合母线电压实际波动,交采表母线电压(蓝色线)采样值与调度电压设定值差别较大,且波动更为不规范,所以方案2不可行。3.3方案3:优化变送器电压引用加权平均算法26-27
16、,在PLC程序中添加母线电压加权逻辑来减小变送器母线电压波动,在保证母线电压准确实时的前提下,使全厂AVC母线电压调节较为容易地进入调节死区,以提高全厂AVC调节合格率。经分析,认为方案3可行。4方案实施4.1修改开关站现地控制单元PLC逻辑4.1.1增加变量在开关站现地控制单元PLC的V变量中,增加变量定义,如表3所示。4.1.2编辑加权平均电压逻辑在品质好的情况下,将变送器母线电压实时值AI_REAL7赋值给I_Uab;如果品质坏,将采样值清零。梯形图逻辑如图3所示。在一定范围内,参与加权平均值滤波的采样数图1母线电压曲线图Fig.1 Bus voltage curve电压/kV03:41
17、:0003:41:4203:42:2403:43:0603:43:4803:44:3003:45:12227.67227.33227.00226.67226.33226.00最小值226.446 kV调度电压设定值227 kV最大值227.535 kV时刻图2交采表、变送器母线电压采样值对比图Fig.2 Comparison diagram of voltage sampling values between AC sampling meter and transmitter10:37:5110:41:1210:44:3310:47:5410:51:1510:54:36230.00229.57
18、229.13228.70228.27227.83227.40变送器采样值调度电压设定值交采表采样值电压/kV时刻92023年第41卷第2期内 蒙 古 电 力 技 术据个数越多,滤波效果就越好,但是随着采样数据个数的增多,采样加权系数的计算量也会越大,过于繁琐的计算会加重PLC计算运转的负担。经现场试验多次调试,最终选择5 s内的母线电压值作为加权平均算法中的数,并以顺序变量出现的时间(5 s)作为权数,计算得出的加权电压数据较为理想,且全厂AVC调节准确快速。当然,对于不同厂站、不同类型的测量信号,其取值与各加权系数的取值也不尽相同,应以现场实际调试数据为准。因子程序段每隔1 s扫描一次,第一
19、次扫描,将I_Uab赋给I_JQ5;第二次扫描,将I_Uab最新值赋给I_JQ5,将第一次扫描的电压值I_JQ5赋给I_JQ4;以此类推,即:I_JQ5为最新第1 s母线电压值,I_JQ4为2 s前母线电压值,I_JQ3为3 s前母线电压值,I_JQ2为4 s前母线电压值,I_JQ1为5 s前母线电压值。梯形图逻辑如图4所示。将I_JQ6作为计数器,小于6进入累加,即5 s为一个循环。第1 s扫描,作为加权平均算法公式中的除数I_JQ7赋值5 s;第2 s扫描,除数赋值5+4=9 s;第3 s扫描,除数赋值5+4+3=12 s,以此类推,第5 s扫描,除数赋值5+4+3+2+1=15 s。梯形
20、图逻辑如图5所示,加权母线电压权重如表4所示。根据加权算法公式:-x=x1f1+x2f2+x3f3+xkfk1kfi,(1)5 s前母线电压值I_JQ11,4 s前母线电压值I_JQ22,以此类推,最新即第1 s母线电压值I_JQ55,在扫描到5 s后,将这些值相加,除以母线电压按时间顺序变量出现的次数I_JQ7(即1+2+3+4+5=15),加权算法母线电压I_JQ8计算公式见式(2):表3增加变量定义Tab.3 Added variable definition table序号V500V501V502V503V504V505V506V507V508名称I_UabI_JQI_1I_2I_3I
21、_4I_5TEMP_II_Uab_BIT描述I母电压综合计算值I母电压加权暂存值I母电压前4 s采样值I母电压前3 s采样值I母电压前2 s采样值I母电压前1 s采样值I母电压当前采样值临时计算变量I母电压综合品质类型REALREALREALREALREALREALREALREALBOOL图3加权平均电压逻辑1Fig.3 Weighted average voltage logic 1ENAI_REAL7-IOK-Q-I_UabA母赋值AI_QUABIT7=变送器赋值给虚拟变量AI_QUABIT7变送器品质赋值给虚拟电压加权品质位品质位坏将近5次采样值清零EN0.0-IOK-Q-I_JQ1EN
22、0.0-IOK-Q-I_JQ2EN0.0-IOK-Q-I_JQ3EN0.0-IOK-Q-I_JQ4EN0.0-IOK-Q-I_JQ5=图4加权平均电压逻辑2Fig.4 Weighted average voltage logic 2ENOK-I_JQ2-IQ-I_JQ1ENOK-ENOK-ENOK-ENOK-I_JQ3-IQ-I_JQ2I_JQ4-IQ-I_JQ3I_JQ5-IQ-I_JQ4I_Uab-IQ-I_JQ5=图5加权平均电压逻辑3Fig.5 Weighted average voltage logic 3ENOK-I_Uab_BIT计数器小于6,进入累加I_JQ6_I16.0-I2
23、LTQENOK-I_JQ6_I11.0-I2ADDQ-I_JQ6ENOK-I_Uab_BIT第一个周期,除数赋值5I_JQ6_I11.0-I2EQQENOK-5.0-IQ-I_JQ7ENOK-I_Uab_BIT第二个周期,除数赋值9I_JQ6_I12.0-I2EQQENOK-9.0-IQ-I_JQ7ENOK-I_Uab_BIT第三个周期,除数赋值12I_JQ6_I13.0-I2EQQENOK-12.0-IQ-I_JQ7ENOK-I_Uab_BIT第四个周期,除数赋值14I_JQ6_I14.0-I2EQQENOK-14.0-IQ-I_JQ7ENOK-I_Uab_BIT大于等于5个周期,除数赋值1
24、5I_JQ6_I15.0-I2GEQENOK-15.0-IQ-I_JQ7=表4加权母线电压权重Tab.4 Weighted bus voltage weight table变量I_JQ5I_JQ4I_JQ3I_JQ2I_JQ1定义最新第1 s母线电压值2 s前母线电压值3 s前母线电压值4 s前母线电压值5 s前母线电压值权重54321I_Uab_BITI_Uab_BIT102023年第41卷第2期杨墨宇,等:加权平均算法在水电站自动电压控制系统的应用I_JQ8=I_JQ11+I_JQ22+I_JQ33+I_JQ44+I_JQ551+2+3+4+5。(2)梯形图逻辑如图6所示。在PLC程序中添
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