一種電力系統廣域阻尼的控制系統及其方法
2023-04-25 02:48:21
專利名稱：一種電力系統廣域阻尼的控制系統及其方法
技術領域：
本發明涉及電力系統控制領域，更具體的說，是涉及一種電力系 統廣域阻尼的控制系統及其方法。
背景技術：
傳統的電力系統控制模式，基本都是本地模式的，即位於電網 局部的某控制器僅僅採集本地信息作為反饋信號，據此計算控制指令 並執行，構成連續的閉環控制系統。這種本地控制模式以電力系統穩 定器PSS、 SVC、 TCSC等為代表。
這種本地模式的控制在電力系統過去的上百年間發揮了很重要 的作用，但是隨著電網規模的擴大、特別是大電網之間的互聯，這種 控制模式越來越多的暴露出局限性，主要體現在大電網的動態特性 更加複雜，特別是容易出現波及範圍很大的電網波動事件，如區域間 的功率振蕩等，本地模式的控制由於僅僅採集本地信號，無法有效控 制這種大範圍動態現象。
另一方面，近年來由於同步相量測量技術的發展，廣域相量測量系統的建設在國內外電力系統都已經初具規模，對於該系統的應用， 目前國內外都還停留於事故後分析以及在線監視方面，沒有充分發揮廣域量測系統在構建廣域控制、提升系統大範圍動態性能方面的潛 力。
發明內容
本發明提出了一種能有效抑制電力系統大範圍的功率動蕩現象， 提髙電力系統穩定性的電力系統廣域阻尼的控制系統，另外，本發明 還提供了 一種電力系統廣域阻尼的控制方法。
為了實現上述目的，本發明釆用如下技術方案
一種電力系統廣域阻尼的控制系統，包括經由通信通道連接的廣 域相量測量系統、廣域阻尼控制主站以及執行子站；廣域相量測量系 統用於釆集交流變電站或者直流換流站的同步相量數據信號；廣域阻 尼控制主站接收、處理來自廣域相量測量系統的信號，判斷其中的振
蕩信息及其控制系統的投運狀態，並發出命令控制執行子站；執行子
站與電力系統的控制設備連接，並命令傳動相關的電力系統控制設 備，對功率振蕩現象給予控制。
控制系統的投運狀態包括以下內容電網運行狀態，電力系統控
制設備的自身狀態，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行子站三 者之間的通信通道的狀態，廣域量測系統、控制主站與控制子站三者 的硬體狀態。
廣域阻尼控制主站包括裝配有實時作業系統的計算機，該計算機 釆用實時資料庫存儲來自廣域相量測量系統的數據。
在廣域阻尼控制主站還包括內部實現數字控制器模塊。，該數字 控制器模塊由隔直、濾波、比例增益、以及移相、以及限幅環節構成。
廣域相量測量系統與廣域阻尼控制主站之間，及廣域阻尼控制主 站與執行子站之間均通過單個或多個光纖通道實現信號傳輸。
電力系統的控制設備包括電力系統穩定器、電力系統高壓直流輸電控制器系統、靜止同步補償器及靜止無功補償器中的任一種或多種組合。
另外，本發明還提供了 一種使用電力系統廣域阻尼的控制系統的控制方法，其包括以下步驟a、廣域相量測量系統接收來自交流變電站或者直流換流站的同步相量數據，並傳送給廣域阻尼控制主站； b、廣域阻尼控制主站接收、處理來自廣域相量測量系統的信號；c、對信號進行分析計算，判定當前信號中是否具備振蕩信息及控制系統 的投運條件，當具備振蕩信息時，且投運條件滿足時，執行下一步驟d;當不具備振蕩信息或投運條件不滿足時，返回上一步驟b; d、廣 域阻尼控制主站傳送控制命令到執行子站，執行子站接收並處理來自 廣域阻尼控制主站的控制命令；e、執行子站檢測通信通道的狀態及自身硬體狀態是否異常，當通信通道的狀態或自身硬體狀態異常時， 控制系統返回執行步驟b;當通信通道的狀態及自身硬體狀態正常時，執行子站將控制命令轉發到當地的控制設備，控制當地控制設備動 作，完成整個閉環控制過程。
在步驟c中，投運條件包括以下內容電網運行狀態，電力系統 控制設備的狀態，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行子站三者 之間的通信通道是否正常，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行 子站三者的硬體狀態是否正常；當具備振蕩信息時，且電網運行狀態 正常、電力系統控制設備的狀態正常、通信通道正常及控制系統硬體 的狀態正常時，執行下一步驟d;當不具備振蕩信息、電網運行狀態 異常、電力系統控制設備的狀態異常、通信通道異常或控制系統硬體的狀態異常時，返回上一步驟b。
在步驟d中，廣域阻尼控制主站將連續計算當前的控制命令，該 控制命令在輸入的外部相量數據的驅動下被傳送至執行子站。
在步驟a中所釆集到的廣域量測系統採集實時電網相量數據，以
及在步驟e中執行子站轉發給控制設備的控制命令,均附有GPS時標。 本發明的電力系統廣域阻尼的控制系統及其控制方法，其利用廣 域相量測量系統、廣域阻尼控制主站以及執行子站所構成的閉環控制 系統，將大範圍地採集各區域間的電網相量數據，對電網發生的功率 振蕩現象予以及時發現，利用廣域阻尼控制主站內建的數字控制模塊 對振蕩信息計算實時指令，並將實時指令傳送至遠方執行子站，傳動 相關的電力系統控制設備，對功率振蕩現象給予及時抑制。故，本發 明的電力系統廣域阻尼的控制系統及其控制方法，能明顯大範圍提升 電力系統的穩定性，同時也充分發揮廣域相量測量系統在構建廣域控 制、提升系統大範圍動態性能方面的潛力。
圖l是本發明的系統組成原理框圖； 圖2是本發明的系統控制方法流程圖。
具體實施例方式
如圖l所示，為本發明的一種電力系統廣域阻尼的控制系統的 組成原理框圖，包括經由通信通道連接的廣域相量測量系統、廣域阻 尼控制主站以及執行子站。
廣域相量測量系統位於電網的多個關鍵交流變電站或者直流換
流站，並採集同步相量數據，獲得電網的動態信息，並通過單個或多 個光纖通道將採集到的信息傳輸給廣域阻尼控制主站。
廣域阻尼控制主站用於接收、處理來自廣域相量測量系統的信 號，並將接收到的數據信號中的振蕩信息及當前控制系統的投運狀態 進行判斷，並發出命令控制執行子站。
控制系統中除了實現控制振蕩現象的基本功能外，還需要考慮到 系統中的投運狀態，以保證控制系統自身的可靠運行與電網的安全。
上述投運狀態具體包括電網運行狀態，電力系統控制設備的自 身狀態，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行子站三者之間的通 信通道狀態，廣域量測系統、控制主站與控制子站三者的硬體狀態。
上述投運狀態中，當電網處於異常狀況時，執行廣域阻尼控制系 統可能惡化此種異常；而當廣域阻尼控制主站或者執行子站自身硬體
檢測發現了異常，可能威脅到控制系統的合理指令；當通信通道異常 時，控制系統無法可靠傳送指令與數據；
在以上的異常情況下，為了保證控制系統自身的可靠運行與電網 的安全，控制系統將自動判別為不具備投運條件，此時對處於已投運 狀態的控制系統，將發出指令消減控制量，而對未投運狀態的控制系 統，將發出指令閉鎖控制系統。
上述廣域阻尼控制主站還包括裝配有實時搡作系統的計算機，其 利用實時資料庫存儲來自廣域相量測量系統的數據信號。
另外，廣域阻尼控制主站內部還實現了數字控制模塊。該數字控 制模塊由隔直、濾波、比例增益、以及移相、以及限幅環節構成，其提升了控制系統控制電網振蕩阻尼的核心邏輯。該數字控制模塊表現 為運行在廣域阻尼控制主站中計算機的軟體系統。
執行子站釆用電力系統高壓保護類似的體系構架，通過高速光纖 與遠方的廣域阻尼控制主站連接。執行子站位於需要實施控制的廠 站，並與電力系統的控制設備連接，並命令傳動相關的電力系統控制 設備，對功率振蕩現象給予控制。
所述控制設備包括電力系統穩定器(PSS)、電力系統高壓直流控 制系統(歸C )、靜止同步補償器(STATC0M)及靜止無功補償器(SVC ) 中的任一種或多種組合。
如圖2所示，為本發明的電力系統廣域阻尼的控制系統的控制方 法流程圖，其包括以下步驟
a 、廣域相量測量系統接收來自交流變電站或者直流換流站的同 步相量數據及GPS時標，並傳送給廣域阻尼控制主站。
b、 廣域阻尼控制主站接收、處理來自廣域相量測量系統的信號， 廣域阻尼控制主站並釆用實時資料庫存儲來自廣域相量測量系統的 信號。
c、 對信號進行分析計算，判定當前信號中是否具備振蕩信息及 控制系統的投運條件狀態，當具備振蕩信息時，且電網運行狀態正常、 電力系統控制設備的狀態正常、通信通道正常及控制系統硬體的狀態 正常時，執行下一步驟d;當不具備振蕩信息、電網運行狀態異常、 電力系統控制設備的狀態異常、通信通道異常或控制系統硬體的狀態 異常時，返回上一步驟b。
d、 廣域阻尼控制主站將連續計算當前的控制命令，該控制命令 在輸入的外部相量數據的驅動下被傳送至執行子站，執行子站接收並 處理來自廣域阻尼控制主站的控制命令。
e、 執行子站檢測通信通道的狀態及自身硬體狀態是否異常，當
通信通道的狀態或自身硬體狀態異常時，控制系統返回執行步驟b; 當通信通道的狀態及自身硬體狀態正常時，執行子站將控制命令及附 帶的GPS時標轉發到當地的控制設備，控制當地控制設備動作，完成 整個閉環控制過程。
在步驟a中及在步驟e中附有的GPS時標可以保證多個不同通道 數據的同步以及實時評估廣域阻尼控制系統迴路的全部時延。
權利要求
1、一種電力系統廣域阻尼的控制系統，其特徵在於包括經由通信通道連接的廣域相量測量系統、廣域阻尼控制主站以及執行子站；廣域相量測量系統用於採集交流變電站或者直流換流站的同步相量數據信號；廣域阻尼控制主站接收、處理來自廣域相量測量系統的信號，判斷信號中的振蕩信息及其控制系統的投運狀態，並發出命令控制執行子站；執行子站與電力系統的控制設備連接，並傳動相關的電力系統控制設備，對功率振蕩現象給予控制。
2、 根據權利要求l所述的電力系統廣域阻尼的控制系統，其特徵在於 控制系統的投運狀態包括以下內容電網運行狀態，電力系統控制設備的 自身狀態，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行子站三者之間的通信 通道是否正常，廣域量測系統、控制主站與控制子站三者的硬體狀態是否 正常。
3、 根據權利要求1所述的電力系統廣域阻尼的控制系統，其特徵在於 廣域阻尼控制主站包括裝配有實時作業系統的計算機，該計算機釆用實時 資料庫存儲來自廣域相量測量系統的數據。
4、 根據權利要求3所述的電力系統廣域阻尼的控制系統，其特徵在於在廣域阻尼控制主站內部實現數字控制模塊，該數字控制模塊由隔直、濾波、比例增益、移相以及限幅環節構成。
5、 根據權利要求1所述的電力系統廣域阻尼的控制系統，其特徵在於: 廣域相量測量系統與廣域阻尼控制主站之間，及廣域阻尼控制主站與執行子站之間均通過單個或多個光纖通道實現信號傳輸。
6、 根據權利要求1所述的電力系統廣域阻尼的控制系統，其特徵在於: 電力系統的控制設備包括電力系統穩定器、電力系統高壓直流輸電控制系 統、靜止同步補償器及靜止無功補償器中的任一種或多種組合。
7、 一種使用權利要求1所述的電力系統廣域阻尼的控制系統的控制方法，其包括以下步驟a、 廣域相量測量系統接收來自交流變電站或者直流換流站的同步相量 數據，並傳送給廣域阻尼控制主站；b、 廣域阻尼控制主站接收、處理來自廣域相量測量系統的信號；c、 對信號進行分析計算，判定當前信號中是否具備振蕩信息及控制系 統的投運條件，當具備振蕩信息時，且投運條件滿足時，執行下一步驟d; 當不具備振蕩信息或投運條件不滿足時，返回上一步驟b;d、 廣域阻尼控制主站傳送控制命令到執行子站，執行子站接收並處理 來自廣域阻尼控制主站的控制命令；e、 執行子站檢測通信通道的狀態及自身硬體狀態是否異常，當通信通 道的狀態或自身硬體狀態異常時，控制系統返回執行步驟b;當通信通道的 狀態及自身硬體狀態正常時，執行子站將控制命令轉發到當地的控制設備， 控制當地控制設備動作，完成整個閉環控制過程。
8、 根據權利要求7所述的電力系統廣域阻尼的控制方法，其特徵在於: 在步驟c中，投運條件包括以下內容電網運行狀態，電力系統控制設備 的狀態，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行子站三者之間的通信通 道是否正常，廣域量測系統、廣域阻尼控制主站與執行子站三者的硬體狀態是否正常；當具備振蕩信息時，且電網運行狀態正常、電力系統控制設 備的狀態正常、通信通道正常及控制系統硬體的狀態正常時，執行下一步驟d;當不具備振蕩信息、電網運行狀態異常、電力系統控制設備的狀態異常、通信通道異常或控制系統硬體的狀態異常時，返回上一步驟b。
9、 根據權利要求7所述的電力系統廣域阻尼的控制方法，其特徵在於: 在步驟d中，廣域阻尼控制主站將連續計算當前的控制命令，該控制命令 在輸入的外部相量數據的驅動下被傳送至執行子站。
10、 根據權利要求7所述的電力系統廣域阻尼的控制方法，其特徵在 於在步驟a中所釆集到的廣域量測相量數據，以及在步驟e中執行子站 轉發給控制設備的控制命令，均附有GPS時標。
全文摘要
本發明涉及一種電力系統廣域阻尼的控制系統，其包括經由通信通道連接的廣域相量測量系統、廣域阻尼控制主站以及執行子站；廣域相量測量系統用於採集交流變電站或者直流換流站的同步相量數據信號；廣域阻尼控制主站接收、處理來自廣域相量測量系統的信號，判斷其中的振蕩信息及其控制系統的投運狀態，並發出命令控制執行子站；執行子站與電力系統的控制設備連接，並命令傳動相關的電力系統控制設備，對功率振蕩現象給予控制。另外，本發明還提供了一種電力系統廣域阻尼的控制系統的控制方法。本發明能有效抑制電力系統大範圍的功率動蕩現象，提高電力系統的穩定性。
文檔編號H02J3/24GK101202451SQ20071003241
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者吳京濤, 吳小辰, 鵬 李, 李立浧, 賀靜波, 超 陸, 韓英鐸 申請人:南方電網技術研究中心;清華大學;北京四方繼保自動化股份有限公司