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1、华北电力大学（北京）硕士学位论文发电厂分布式电气控制系统中自动电压控制的研究姓名：付云平申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：张振华20070101华北电力大学硕十学位论文摘要本文阐述了作为电网电压质量调控手段之一的自动电压控制系统(A V C A u t o m a t i eV o l t a g eC o n t r 0 1)的基本原理及发电厂自动电压控制的传统的实现方法，提出了实现A V C 功能的新方案：采用基于I E C 6 1 1 3 1 3 标准的分布式电气控制系统(F E E S)实现其功能。该方案的思想是根据发电厂自动电压控制的控制流程定制对应的逻辑程序图，然
2、后在基于I E C 6 1 1 3 1 3 标准的可编程控制器(P L C)的编程软件上搭建图形程序，运行得到可执行程序，再下装到相应的可编程控制器中。可编程控制器功能是F E C S 系统在原有主控单元的基础上新开发的功能，它主要完成A V C 程序的运算、逻辑处理和控制功能。介绍了发电厂分布式电气控制系统的结构，分析了基于I E C 6 1 1 3 1 3 标准的可编程控制器的功能及其编程软件的功能和特点。并以湖南湘潭电厂6 0 0 M W 机组工程为例，具体介绍了自动电压控制功能的实现过程。工程实际运行情况表明，该方案能够实现湘潭电厂的自动电压控制功能，且效果理想。关键词；自动电压控制，
3、分布式电气控制系统(F E C S)，I E C 6 1 1 3 1 3A B S T R A C TT h ep a p e rm a i n l ys t u d i e st h eb a s i cp r i n c i p l eo fA u t o m a t i cV o l t a g eC o n t r o l(A V C)a n di t sc o n v e n t i o n a lw a y sa n db r i n g sf o r w a r dan e ws c h e m et oc o m p l e t et h eA V Ci nF i e l d
4、b u sE l e c t r i c C o n t r o lS y s t e m f o r P o w e r P l a n t(F E C S)b a s e d O i l I E C 6 1 1 3 1 3 i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d T h ei d e ao ft h es c h e m ei sg e t t i n gl o g i cf i g u r ef o rA V Ci np o w e rp l a n t,b u i l d i n gg r a p hp r o g r a m r u n n
5、i n ga n dl o a d i n gd o w nt op r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r(P L C)T h eP L Cf u n c t i o nw h i c hi sa d d i t i o n a lf u n c t i o no ft h et o pm a n a g e m e n tu n i ti nF E C Sc a l c u l a t e sa n dc o n t r o l st h el o g i cp r o g r a mo fA V C Ri si n t r o
6、d u c e dt h es y s t e mo r g a n i z a t i o no fF E C Sa n da n a l y z e dt h ef u n c t i o no fP L Ca n di t sp r o g r a m m i n gs o f t w a r eb a s e do nI E C 6 11 3 1 3 T a k ee x a m p l ef o ra6 0 0 M We n g i n eo fX i a n g t a np l a n ti nH u n a np r o v i n c e,t h ep a p e ri n
7、t r o d u c e st h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r eo fA V C T h ea p p l i c a t i o np r o j e c ti n d i c a t e st h a tt h es c h e m ei sa b l et oe f f e c t i v e l ya c h i e v et h eA V Cf u n c t i o n F u Y u n p i n g(P o w e rS y s t e ma n dA u t o m a t i o n)D i r e c t
8、e db yp r o f Z h a n gZ h e n H u aK e yw o r d s：A u t o m a t i cV o l t a g eC o n t r o l，F i e l d b u sE l e c t r i cC o n t r o lS y s t e m,I E C 6 11 3 1 3I 声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文发电厂分布式电气控制系统中自动电雎控制的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期问，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也
9、不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：蠲五墨E l期：趔至堕关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：盟亟E t期：翻：呸华北
10、电力大学硕士学位论文1 1 选题的意义第一章引言自动电压控制(A u t o m a t i cV o l t a g eC o n t r o l 一简称A V C)是现代电网提高电压质量，保证电力系统运行的稳定性和安全性的手段之一，其含义是指：中心调度按照电网的实际情况，计算出高压母线电压的范围，并向电厂或变电站下发无功指令或母线电压指令值，要求并入电网的发电厂(机)或变压器能够在自动装置和给定电压约束下，按照一定的控制策略自动调整发电厂(机)的励磁、变压器和用户的无功补偿装置的出力以及变压器的分接头等以满足调度中心下发的指令要求。电网中的任何稳态运行方式都是建立在有功无功平衡的基础上。有
11、功功率的平衡决定了电网频率，无功功率平衡决定了电网电压。A V C 只涉及电压，因此A V C遵循：无功功率平衡确定电压，调压就是调无功的原则。电网中的无功功率平衡的基本要求是：电网中无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所必需的无功功率和网络中的无功损耗。为了保证运行可靠性和适应负荷的增长，电网还必须配置一定的无功备用容量。而发电机是电力系统的主要无功电源，因此电厂侧的电压无功控制已经成为保证电压质量和无功平衡，提高电网可靠性和经济性必不可少的措施。发电厂A V C 自动控制的流程为：从远方调度中心下达电压目标指令值(或无功指令值)、指令有效信号开始，到各发电厂所对应机组的电压(或
12、无功功率)的闭环自动调节为止的整个控制过程。在整个控制过程中主要涉及电压指令(或无功指令值)、指令有效信号的下达和接受、实时数据的采集、闭环控制的设备及方式、电压(或无功)的控制方式及电压(或无功功率)的调节范围等几个方面。因此发电厂的A V C 采取何种实现方式才能使A V C 有效地发挥作用，既能够体现发电厂侧的执行效果、经济效益，又能体现调度中心的决策、调度、考核权，同时也要使得整个地区电网实现无功电压自动控制是研究的关键。近年来，随着发电厂自动化整体水平的不断提高，发电厂的电气自动化已经进入了一个新阶段。采用基于现场总线的发电厂电气控制系统(E C S)由于具有技术先进、自动化程度高、
13、节省投资、易于维护和检修、可靠性高等特点，已经成为目前国内许多新建电厂或要改建电厂的首选。鉴于以上情况，本文选择了在发电厂分布式电气控制系统(F i e l d b u sE l e c t r i cC o n t r o lS y s t e mf o rP o w e rP l a n t 一简称F E C S)中研究自动电压控制作为研究方向。华北电力大学硕士学位论文1 2 电厂自动电压控制的研究现状1 2 1 自动电压控制的基本原理和基本模块。川1 2 1 1 无功功率平衡和电压调整原理1 按无功功率平衡确定电压电网无功功率平衡的基本要求是：电网中无功电源可能发成的无功功率应该大于或至
14、少等于负荷所必需的无功功率和网络中的无功损耗。为了保证运行可靠性和适应负荷的增长，电网还必须配置一定的无功备用容量。无功功率平衡决定了电网电压，无功功率的不平衡十分敏感地反映在电网电压的偏移上。A V C 涉及到电压，因此下面讨论无功平衡与电压的关系。简单地说，无功平衡就是电网的无功供给等于负荷的无功需求，无功电源输出特性与无功负荷需求特性的交点就是无功平衡点。图卜1 所示是按无功平衡确定电压的直观解释。图中电源无功电压特性如曲线1 所示，是一条向下开口的抛物线。负荷的主要成分是异步电动机，其无功电压特性如曲线2 所示。这两条曲线的交点A 确定了负荷节点的电压值u A，或者说，电网在电压u A
15、 下达到了无功功率的平衡。图l 一1 按无功功率平衡确定电压华北电力大学硕十学位论文当负荷增加时，其无功电挂特性如曲线z 所示。加果电网的无功电源没有相应的增加，电源的无功特性仍是曲线l。这是曲线1 和2 的交点就是B 就代表了新的无功平衡点，并由此决定了负荷点的电压u B，显然U B U m 时，进行升压(加磁)操作，加磁过程要不断考虑加磁有关的约束限制，否则加磁的作业在u m接近u z 时停止；当U z 需要运行人员不间断地监视盘表、调整，人工调整的实时性和精度均无法保证，甚至存在误调节的可能；(3)电厂内部，长期受机组之间的无功协调问题困绕，目前仍需值长人工干预，调度人员协调任务很重；(
16、4)电厂之间，无功调节对相互母线电压影响大，无功调节矛盾突出。由于各电厂只关注自身母线电压，没有从全局角度协调无功分配，电网无功功率无谓搬运现象突出，经常出现无功环流现象，造成不必要的有功损耗。这些问题的存在，既影响机组和电网安全稳定运行，难以保证电网的电压质量，又使网损增加，影响经济特性。因此，传统的人工调压方式己难以适应电力系统发展的需求，需要有新的控制方法和方式。在这样的大背景下，自动电压控制(A V C)便被提上了日程。自动电压控制系统是从全局对电网无功潮流和发电机机组无功功率进行协调控制实现电厂母线电压和无功功率的自动调控的，它能够合理协调电网无功分布，达到保证电网安全稳定运行，提高
17、电压质量和减少网损，降低运行人员劳动强度的目的。随着自动化控制及计算机、网络通信技术的发展及应用，我国也开始重视电压及无功自动控制的开发与应用，开展A V C 研究和实施已经列为国家电力公司“十五”科技计划重点研究课题。近年来，我国电力运行部门和科研工作者对电压及无功自动控制作了大量的理论研究和运行实践，投入了大量的人力和物力，开发出很多电压及无功自动控制软件以及研制出数台独立装置。如浙江电网的实时电压稳定性分析软件(V S A)、安徽电网A V C 投入使用的发电机组无功调节装置、福建和河南电网A V C 中使用的厂站侧A V Q C 装置、江苏电网A V C 中使用的厂站侧无功电压调节装置
18、(V Q R 或V Q C)等等，这些成果的出现对电网的电压无功控制的发展起到了很大的推动作用。对于控制实现方式，目前发电厂A V C 的实现主要有2 种：(1)利用电厂当地监控系统加装A V C 控制功能(2)电厂另行加装A V C 专用的调节装置发电厂的自动化通常划分为热工自动化_ 和电气自动化两大部分。国内3 0 0 M W 及以上容量机组的热工组控制已全面采用集散控制系统(D C S)，D C S 在电厂的应用使单元机组热工自动化水平得到很到提高。然而相对于热工自动化，发电厂电气自动化的控制水平较落后。因此，对于第一种实现方式多依靠以热工控制为主的D C S 来实现。通常是将A V C
19、 软件安装在D C S 的监控后台，当D C S 运行时设置投入A V C 工作即可。A V C 根据预定的全厂无功功率或高压母线的电压给定值，对系统采集的信号进行计算、分析，输出控制命令给被控对象，即可实现A V C 控制的目的。目前国内口华北电力大学硕十学位论文电厂大多采用这种方式来实现。缺点是无D C S 的机组无法实现，应用范围小。第二种实现方式是通过用于电厂A V C 的调节装置来实现，如A V Q C 装置、V Q R 或V Q C 等等。装置与现有系统相对独立，只通过输入输出接口与外部相联系，因此现有系统只需作微小改动：具有良好的兼容性。缺点是增加了硬件方面的投资，费用大。1 3
20、 技术路线和可行性分析1 3 1 技术路线本文的研究方向是在发电厂分布式电气控制系统(F E C S)中实现自动电压控制，因此对自动电压控制的定位就是其实现方式。这个定位决定了我们所研究的技术路线：根据F E E S 的特点，在现有主控单元的基础上开发可编程控制器(P L C)的功能，其编程软件运行在F E E S 的监控后台。A V E 系统中所需要的实时数据信息通过间隔层的测控装置采集得到。1 3 1 1 发电厂电气控制的范畴和功能火电厂电气E C S 0 1 涵盖的范围包括厂用电系统、网控系统和机组控制。厂用电系统即厂用电气负荷的供电系统，它分为高、低压厂用电源系统、3 8 0 v P
21、C 和M c c、6 k V 和3 8 0 v 电动机；网控系统在实现升压站监控的同时实现自动发电控制(A G E)、自动电压控制(A V E)的功能接口；机组监控包括实现发变组系统测控、高压启备变电源系统(2 台机共用)测控，甚至包括在E C S 或E C S 与D E S 一体化控制系统中实现对机组启停的控制和操作。E C S 将集成其他相对独立的电气控制装置的信息，包括发变组保护、录波、励磁、自动同期系统、厂用电快切系统、U P S 系统、柴油发电机组、安全稳定装置、直流系统等。E E S 相对独立的实现了电气部分的监控与管理，并将为D E S 和监控信息系统(S I S)等其他系统提供
22、信息服务和协同工作。E C S 可能实现的功能包括：厂用电源及电动机的保护和监控；电气系统的运行状态分析和故障录波；电气高级应用功能，如故障过程分析、操作票、防误闭锁、逻辑控制、拓扑分析和可靠性分析；设备管理；经济性分析；为其他系统提供实时信息。1 3 1 2 发电厂分布式电气控制系统的结构发电厂分布式电气控制系统(F E C S)阻1 采用分层分布式结构，网络结构采用三层设备双层网形式。整个系统分成间隔层、主控单元层、主站层，系统的网络结构如图卜4 所示。间隔层是由一系列的保护及测控装置组成，包括发变组保护、测控装置、综合保护测控装置等。这些保护及测控装置能够实现电气部分的现场层采集(A I
23、 刷新时华北电力大学硕士学位论文间2 0 m s，D I 刷新时间 0 时，判断为升电压，其中u 为励磁调节的死区宽度。在进入升压过程时，将首先按照逐次逼近方法计算出每次升压操作所需要的脉冲宽度：t=0 5 木(U Z u r n)(d v d t)式中d r d r 为升压速率，是跟机组调节性能有关的常数。由于三机系统对间常数较大，且机端电压与母线电压不成线性关系，因此每次调节幅度不宜过大，以免无功变化剧烈，过小则增加了调节次数，因此限制脉冲宽度在0 5-1 0 秒之间。在下发升压脉冲之前，还需要进一步检查相关的约束是否满足，例如发电机端电压限制，发电机转子电流限制，交流励磁机励磁电流的限制
24、，定子电流的限制等。主要约束条件具有冗余，例如发电机转子电流限制，交流励磁机励磁电流的限制这两个条件，虽然取自不同位置，但都能反映发电机励磁水平，任何一个测量不准或者测量回路断线，都不会导致增减磁失去限制。此外在升压过程中，如果系统无功缺额大，仍有可能在机端电压上升不多的情况下，发电机无功变化很快，因此在无功变化速率超过预期时，将终止本次升压操作。考虑到发电机并网前，发电机增磁对母线电压无影响，此时应限制A V C 进行调压，以避免开环调节时发电机运行于过电篮，因此增设发电机各相电流不小于5 0 0 A这一操作闭锁条件，作为判断发电机是否并网的判据。在以上条件都满足时，则发出增磁脉冲，驱动增磁
25、继电器增磁。任一条件不满足，发出禁止增磁告警信号并宜接送中调。在驱动增磁同时启动一I O 秒计时器，1 0 秒计时到后才允许接受下一次的增磁命令。4 1 2 3 降电压过程的判断和限制降电压逻辑与升电压逻辑基本相同。在“u z 有效”的情况下，将目标电压U z与母线电压u m 进行比较，当u z U m=Au O 时，判断为降电压，按照逐次逼近方法计算得到降压操作脉冲宽度为：t=O 5 宰(U Z U m)(d v d t)发电机进行降电压的允许条件为发电机端电压，母线电压不低于预设的下限值。为防止失磁，增设发电机转子电流应大于轻载(1 8 0 M W)最小励磁电流和进相限制两个互为冗余的失磁
26、闭锁条件。在以上条件都满足时，发出减磁脉冲，驱动减磁继电器减磁。任一条件不满足，也发出禁止减磁告警信号并直接发送中调。在驱动减磁同时启动一个1 0 秒计时器，1 0 秒计时到后才允许接受下一次的减磁命令。华北电力大学硕十学位论文4 1 3 应对异常情况的措施1 模件硬件故障，模拟量和开关量采样回路故障可以通过自检发现，检出故障立刻强制退出程序运行，同时发出本地“A V C 故障退出”信号，并向中调发送“A V C停止运行”信号，在此过程中，程序自行保持当前运行值不变。当出现这类情况时，应由维护人员排除故障后，才能再次投入。2 远方电压指令值不合格，这通过设定条件比较可以检出，此时程序将保持当前
27、目标值不变，直到远方指令电压合格后，程序自动按远方电压指令执行。3 达到任何限制条件时，程序驱动“禁止增”或者“禁止减”继电器，同时将向远方发送“禁止增”或者“禁止减”信号。继电器常闭触点串联在增减磁回路中，动作后立刻终止操作。正常时继电器常闭触点闭合，不参与操作，触点不易损坏，万一增减磁继电器触点卡死，达到限制条件后将由“禁止增”或者“禁止减”继电器触点断开增减磁回路，保证不发生过压或者失磁现象。4 为便于在A V C 出现异常的情况下进行人工干预，增加了调节器增减磁操作时自动退出A V C 的功能。5 为防止增减磁中间继电器触点粘住导致连续增减磁从而造成失磁或者过压，增加了连续增减磁时间超
28、过1 5 秒自动退出的功能，1 5 秒内不会对发电机电压造成明显的影响。6 如果禁止增减次失效，当机端电压或者机组无功超出机组允许范围时，将自动退出A V C 功能。4 2 电厂A r c 系统设计思想及实现方案4 2 1 数据采集部分主控单元通过R S 4 8 5 或其它通讯方式与D C S 的D P U 进行通信，将读入到D C S 中的实时“电压指令值”4-2 0 m A 模拟信号和“指令有效信号”开关量读入F E C S 中来。问隔层的测控装置完成对发电机的电压、电流、有功、无功、功率因素，励磁电流、电压，高压母线电压，励磁调节器(A V R)的控制状态、断路器的位置信号以及其它一些参
29、与调节信息的实时采集。并将采集到信息通过现场总线网络上送到主控单元的实时库中。当完成所需模拟量的采集后，F E C S 才可以进入判断和执行A V C 程序。华北电力大学硕十学位论文4 2 2 模块化设计思想采用功能块图编程语言的基于I E C 6 1 1 3 1-3 标准的编程系统，其实质体现了模块化编程的思想，如完成“与”、“或”、“非”等的逻辑功能块和完成定时器、计数器等功能的功能块。因此，我们在设计A V C 逻辑程序时，可考虑将那些被重复利用的、具有某一特定功能的程序单独抽出来，将其封装成基本的模块，以功能块的形式定义在F B D 编辑器的用户库中。每当程序需要使用这些功能时，只要调
30、用相应的功能块即可。这样可提高程序的开发效率，简化可视化程序。4 2 3 电厂A V e 的实现方案在F E C S 中，电厂A V C 的应用主要是：(1)编写电厂A V C 应用程序。用户在基于I E C 6 1 1 3 1 3 的P L C 编辑器的编辑界面下，通过调用I E C 6 1 1 3 1 3 标准定义的标准功能和标准功能块以及用户自定义的一些功能块，然后根据电厂A V C 程序运行原理，搭建应用程序，编译运行就能得到可执行的应用程序，从而实现A V C 功能。(2)通过在线或离线调试功能进行程序的仿真，以检验程序代码的正确性。根据发电厂分布式电气控制系统(F E C S)采用
31、的分层分布式结构(如图卜4)思想，电厂A V C 的实现也采用分层分布式结构，即网络结构采用三层设备双层网形式。整个系统分成间隔层、主控单元层、主站层，系统的网络结构如图4-1 所示。间隔层通过现场总线网络与主控单元连接并通信。其现场(I O)测控单元一方面采集发电机励磁系统的有关信息，如发电机的电流、电压、有功、无功、功率因素、母线电压、励磁电流等模拟量和励磁调节器(A V R)的控制状态、断路器的位置信号等数字量。另一方面将从主控单元下发的控制命令转换为电信号，输出并控制自动电压调节器(A V R)的运行。测控装置对信息的采集都是按照一定的扫描周期定时采集的，A I 量刷新时间为2 0 m
32、 s，D I 量为l m s。主控单元层是间隔层和主站层的适配层，具有数据处理和通信功能。主控单元一方面将间隔层设备采集的数据和从远方调度传来的电压或无功指令和有效信号进行分析、处理后向系统层传送和交互数据、信息；另一方面，还要根据A V C 的控制程序完成运算和逻辑处理，处理后的控制命令发给测控装置。间隔层设备与主控单元采用以太网联接，并通过R S 4 8 5 或其它通讯方式与D C S 控制器(D P U)进行通信，可以把D C S 关心的实时数据整理出来，发送给D C S。另外，还可以接受D C S 下发的控制命令。主控单元提供分布式数据库功能，F E C S 的每套主控单元一般应具有两
33、个独立的冗余配置的单元模块，以满足完全备用及双网配置的要求。具体配置数量要由实现发电厂自动电压控制的电厂决定。华北电力大学硕士学位论文主站层是整个F E E S 的核心，负责对发电厂电气设备的监控、逻辑组态和管理。该层的网络采用以太网，双网配置，通常由操作员兼工程师站、双机冗余配置的系统服务器、冗余配置的网络交换机、打印机以及其它网络设备组成。F E C S 的监控后台运行P L C 控制器的编程软件(P L E)，软件主要以功能块的方式定义逻辑流程。软件开发人员按照发电厂自动电压控制的工艺要求把功能块连接起来，形成控制方案，编译后下装到P L E 控制器(主控单元)中。在监控后台通过调试(离
34、线或在线及仿真)监控程序逻辑的正确性。H U B AH U B BC S P A 2 0 0 0 主站系统图4 1 在F E E S 中实现发电厂A V E 的系统结构一D C S本项目在发电厂分布式电气控制系统(F E C S)中首次实现发电厂的自动电压控制功能，该方案具有以下特点：1)采用发电厂分布式电气监控系统与发电厂A V E的功能并行运行的方式，操作方便，动作可靠，且无需增加硬件装置，只需将发电厂A V E 的控制方案下装到主控单元即可。2)在信息采集方面，采用间隔层的i o测控单元设备采集信息数据，不需要增加专门用于发电厂A V E 功能的变送器，节省投资。3)在F E E S 的
35、监控后台，运行人员能通过P L C 的组态软件进行调试(在线、离线调试和仿真程序)，参数设置简单，调试方便。4)F E E S 通过现场总线实现电气部分的信息采集和控制，并经过通信网关将电气I O 信息提供给其它系统，因此与传统的用D E S 方式实现A V E 相比，节省了大量的电缆、i o 模件。5)从机、炉、电一体化的角度考虑，F E C S 必将成为D E S 系统的一个子系统。将D C S 的部分过程控制功能转移到F E E S 中来，这样会缩短信号的传送距离，减轻D E S 的负担。华北电力大学硕士学位论文4 3 电厂A v C 涉及的功能块在程序开发过程中，电厂A V C 主要用
36、到了I E C 6 1 1 3 1-3 定义的标准功能如按位运算的布尔功能元件、算数功能元件、比较功能元件等和标准的功能块如定时器等。另外，还将某些重复功能抽象出来，单独用F B D 语言定义了一些功能块。现分别介绍如下：4 3 1 按位运算的布尔功能元件4 3 1 1 按位逻辑与运算(1)图形表示法图4 2 逻辑与运算(2)元件实现功能输入变量类型不限，个数不限，输出变量只有一个，且类型为布尔型。其功能是输入变量按位逻辑与运算。4 3 1 2 逻辑非运算(1)图形表示法图4 3 逻辑非运算(2)元件实现功能输入变量类型不限，输出变量类型为布尔型。其功能是输入变量按位逻辑非运算。4 3 2 算
37、数功能元件4 3 2 1 减法运算(1)图形表示法华北电力大学硕士学位论文图4-4 减法运算(2)元件实现功能输入和输出均为数值类型的变量，其功能是输出变量等于上面的输入变量减下面的输入变量。4 3 2 2 赋值运算(1)图形表示法图4-5 赋值运算(2)元件实现功能输入和输出均为数值类型的变量，其功能是将输入变量的数值赋给输出变量。4 3 2 3 乘法运算(1)图形表示法图4-6 乘法运算(2)元件实现功能输入和输出均为数值类型的变量，其功能是将输出变量等于输入变量的乘积。4 3 3 比较功能元件4 3 3 1 小于()功能运算(1)图形表示法图4-9 大于运算(2)元件实现功能输入变量类型
38、不限，输出变量为布尔型，其功能若上面的输入变量大于下面的输入变量，则输出为l，否则输出为0。4 3。3 A 大于或等于()运算(1)图形表示法图4 一l O 大于或等于运算(2)元件实现功能输入变量类型不限，输出变量为布尔型，其功能若上面的输入变量大于或等于下面的输入变量，则输出为1，否则输出为0。华北电力大学硕十学位论文4 3 4 数字功能元件4 3 4 1 绝对值运算(1)图形表示法图4 一1 1 绝对值运算(2)元件实现功能输入和输出均为数值类型的变量，其功能是将输入求取绝对值后赋给输出变量。4 3 5 定时器(T O N)(1)图形表示法图4 1 2 接通延迟定时器(2)元件实现功能这
39、是一个接通延迟定时器，I N、Q 为布尔型，P T、E T 为时间类型。其功能是：当输入端I N 检测到一个上升沿时，接通延迟定时器T O N 在输出端Q 提供对应于输入值I N 的一个延时时间。如输入I N 由于一个短暂脉冲(其时间小于P T)跳变为“1”，则对于这样的上升沿，定时器不启动。在输出端E T 可读出所经历的时间。4 3 6 自定义的功能块元件4-3 6 I A V C 投退功能块(1)图形表示法 v c 投退华北电力大学硕十学位论文图4 1 3A V E 投退(2)元件实现功能输入和输出均为布尔型变量，其功能见下面的程序描述：I F GT H E NY 1：=T R U E：Y
40、 2：=F A L S E：Y 3：=F A L S E：E L S EY I：=F A L S E：Y 2：=T R U E：Y 3：=T R U E：E N D I F；(3)在A V C 程序的实际显示法A V E 投退模拟量采集无误其含义是指：如果可编程控制器检测到模拟量采集没有错误，就将A V E 投入工作，此时“投入A V C”=“I”，“退出A V C”=“0”，“告警”=“0”；否则，“投入A V C”=“0”，“退出A V E”=“1”，“告警”=“1”。4 3 6 2 工作方式选择功能块(1)图形表示法图4 1 4 工作方式选择(2)元件实现功能输入和输出均为布尔型变量，其
41、功能见下面的程序描述：I FG=OT H E N工作方式选择：=R E M O T E；E I，S E华北电力大学硕十学位论文工作方式选择：=L O C A L：E N D I F：电厂A V E 的程序主要有两大类：R E M O T E 控制方式下和L O C A L 控制方式下的程序。这两类程序控制方案略有不同。该功能块的功能是判断程序处于何种工作方式下。4 3 6 3 U z 有效功能块(1)图形表示法图4 1 5u z 有效(2)元件实现功能电厂A V C 无论进行加磁作业还是减磁作业，都必须在目标电压指令值u：有效的前提下进行。这个功能块是用来判断目标电压指令值u：是否有效的。其中
42、形式参数V 1、V 2、Y 都是布尔型，V 3 是R E A L 型。u；有效的判读依据是：目标指令值u：在允许的范围内，且与当前运行的目标指令的差值不是过大；“指令有效信号”有效；还要满足湘潭电厂A r C 的一切约束条件。4 3 6 4 电厂A V C 约束条件功能块(1)图形表示法图4-1 6 电厂A V C 约束条件(2)元件实现功能电厂A V E 的约束条件为：维持机端电压在一定的范围之内；保证励磁电流在一定的范围之内；防止转子电流和定子电流过载；保持机组稳定运行；保持在线的各华北电力大学硕士学位论文机组发出的无功功率在一定的范围之内。这要满足这些条件，布尔型变量Y 输出就为“1”。
43、4 3 6 5 发电机并网功能块(1)图形表示法5 0 0，V 3；，5 0 0”时，输出y 为“1”，否则为“0”。实际显示法发电机并网的依据是发电机定子电流不小于5 0 0 A。4 3 6 6 允许增磁条件功能块(1)图形表示法图4 1 8 允许增磁条件(2)元件实现功能其功能是，A V C 进行升压操作前，首先要判断允许增磁条件的输出是否为“1”。只有当输出为“1”时才进行升压操作。4 3 6 7 增磁脉冲宽度功能块日焉弱华北电力大学硕十学位论文(1)图形表示法图4 1 9 增磁脉冲宽度(2)元件实现功能其功能是指：每次进行升压操作时，所要发出的升压脉冲的宽度，形参Y 是时间类型的变量。
44、4 3 6 8 允许减磁条件功能块(1)图形表示法图4 2 0 允许减磁条件(2)元件实现功能其功能是，A V c 进行降压操作前，首先要判断允许减磁条件的输出是否为“1”。只有当输出为“1”时才进行降压操作。4 3 6 9 减磁脉冲宽度功能块(1)图形表示法图4-2 1 减磁脉冲宽度(2)元件实现功能其功能是指：每次进行降压操作时，所要发出的降压脉冲的宽度，形参Y 是时间类型的变量。华北电力大学硕士学位论文4 4 电厂A V O 的全局变量全局变量：如果某个变量可用于整个工程，则它被称为全局变量。必须要在全局变量声明中，使用关键字V A R _ G L O B A L 来声明它，并且每个使用
45、它的P O U 中，用V A R E X T E R N A L 来声明它。在电厂A V C 中，定义的全局变量有：模拟量采样没有错误、高压母线电压u m、投入A V C、退出A V C、告警、定子电流I A、I B、I c、指令有效信号、U z、转子电流I r、励磁电流I f d、机端电压u f、发电机无功功率Q 等等。4 5 电厂A V C 的具体实现过程用基于I E C 6 1 1 3 1 3 的P L C 编辑器开发湘潭电厂A V C 的具体步骤如下所示：(1)建立工程启动编程环境后，首先要为编写的程序创建一个工程。点击“文件”菜单下的新建工程菜单项，在弹出的对话框内填写工程名(如：湘
46、潭电厂A V C)、保存路径、配置的名称和类型、任务的类型等。一旦一个新的工程被创建，软件就会默认打开了主程序编辑状态，如图4 2 2 所示：图4 2 2 主程序编辑界面(2)编写控制程序根据A V C 程序运行原理，用功能块语言编写控制程序。用户可选择该软件固件库中的一些标准功能和标准功能块，也可自定义一些功能块。自定义的功能块也被嵌入到编辑向导中。如图4 2 3 所示。华北电力大学硕士学位论文图4-2 3 自定义的功能块程序编写完成后，可以保存当前的工程到计算机中，点击“文件”菜单中的“保存工程”菜单项即可将当前编写的工程保存。(3)编译、下装程序保存完成后，需要检查当前编写的程序是否有错
47、误并且编译为可以下载到可编程控制器中。点击豳图标，即可对程序进行编译。用消息窗口来显示和改正错误，如图4 2 4 所示。(4)调试程序图4 2 4 编译程序界面华北电力大学硕士学位论文程序下装完成后，打开资源控制对话框，点击“冷启”便可进行程序调试。资源对话框如图4 2 5 所示。4 6 电厂A V C 的逻辑程序图4 2 5 资源对话框图4 2 6、4 2 7、4 2 8 为远方工作方式下的用P L C 编辑器开发的逻辑程序，除了T O N、T P 功能块和M O V E、S U B、A B S、L T、G T、A N D、N O T 等功能外，其余为自定义的功能块类型的P O U。图4 2
48、 6 的工作过程为：若模拟量没有错误，“A V C 投退”输出“投入A V C”，否则就输出“退出A V e”并向远方调度发告警信号。图4 5 程序运行说明，在R E M O T E 方式下，“投入A V e”后，当系统同时检验到“U z r”和“指令有效信号”时，按系统要求通过一个l O s 定时器(T O N)定时采集远方指令值，功能块“M O V E”将当前收到的指令值作为目标值。图4-2 7 所示程序是比较当前指令值U z r O 与母线电压u m 的大小，在“发电机并网”和“发电机的约束条件”满足时，就发信号“准备增磁”(或“准备减磁”)，否则就“闭锁增磁”(或“闭锁减磁”)。图4
49、2 8 所示程序运行说明，当“允许减磁”输出为“真”时，就进行减磁操作，“减磁脉冲的宽度”的公式为：t=O 5 术(U z U m)(d v d t)，否则就发“禁止减”信号。增磁操作同减磁操作基本相同。华北电力大学硕士学位论文 v c P 2,A 虻遥控模拟量罘集无误A V C 投遗A V CGY 1Y 2Y 31 0 v EU z 有效T O NV lYI NQ嘣E l 幻Tv 2T#1 0 s P TE T。v 31 1 7 r 图4-2 6 投入A V C 程序并同一1图4 2 7 准备增减磁操作t7 华北电力大学硕十学位论文4 7 调试情况图4 2 8 发增减磁脉冲将此技术投入到湘潭
50、电厂的实际工程应用中，工程反映运行情况良好，能够实现电厂A r C 功能。(1)调试时，曾分别模拟增、减磁达到限制条件的工况，此时“禁止增、减磁”能正常动作，并向省调发送禁止增或者禁止减信号，说明这些设置的安全有效。(2)通过试运行进行的遥控(自动)和就地(手动)方式及其相互切换的相关操作，证实遥控和就地方式之间能够正常平稳切换。由于电网电压波动，调节比较频繁，遥控和就地方式之间实现平稳切换十分重要。4 8P I D 控制模块实现电厂矗v C 的研究基于P I D 控制器是被广泛应用于过程控制系统的一种控制策略，其控制原理见4 8 1 所述。典型的组态软件都有P I D 控制模块，该模块执行传