CN101286653A - 一种基于ems的电网备用电源自投控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于EMS的电网备用电源自投的控制方法，属于电力系统调度自动化领域，该方法包括：在电网能量管理系统中建立电网电源备用自投的控制模型，利用电网能量管理系统实时采集的电网运行状态，根据遥信和遥测数据驱动电网电源备用自投的控制模型，产生控制策略；系统自动对控制策略对电网的安全性进行校核或调整，然后把控制策略通过远程数据采集与监控系统的遥控下发给变电站的远方终端驱动开关动作，达到备用电源自投的目的。本发明只需在EMS中维护电网备用电源自投的模型，不需要在变电站侧安装装置和维护，在调度系统自动化系统能够正常运行，基于EMS的电网备用电源自投就可以运行，可以大大降低投资和维护成本。

Description

一种基于EMS的电网备用电源自投控制方法

技术领域

本发明属于电力系统调度自动化领域，涉及一种基于EMS的电网备用电源自投控制方法。

背景技术

电力系统备用电源自动投切装置是为提高电网的安全、可靠运行所采取的一种重要措施。当工作电源因故障不能供电时，自动装置应能迅速将备用电源自动投入使用或将用户切换到备用电源上。典型的备用自投有单母线进线备投、分段断路器备投、变压器备投、进线及桥路备投、旁跳断路器备投等。

目前广泛采用的备自投装置是采用微机技术开发的备自投装置，这种装载安装在变电站中，通过网络把本地的遥测和遥信信号接入装置中，装置根据接入的遥测和遥信信号判断是否需要发出电源切换的控制命令，控制命令通过本地的执行机构执行。但是，这种安装在变电站内的备自投装置，存在如下问题：

(1)成本高，维护代价大。由于需要在每个变电站都安装备自投装置，因此总体投资成本很高。另外，装置分散在各变电站中，需要定期维护，因此维护成本大。

(2)备自投装置的备自投策略无法考虑远方备用电源侧设备的安全性。备自投装置只能考虑了本地变电站母线电压或进线电流，而无法考虑远方备用电源侧主变的容载比、线路的热稳定极限等，易导致备用电源侧过负荷跳闸，导致故障的进一步扩大。

(3)备自投装置的备自投策略易受地方小电源干扰。目前备自投的故障掉电检测信号一般是电压和电流，检测信号单一会导致备自投的误动和拒动现象的发生。比如失电侧存在地方小机组，则由于这些机组的电压支撑作用，会导致备自投的拒动。

(4)备自投装置的备自投策略无法与安全控制装置协调。电网中存在大量的安全控制装置，如低频减载装置、高频切机等。由于备自投装置自动采集本地的信息，因此无法判断电源丢失是故障引起的，还是诸如低频减载装置等安全自动控制装置的动作触发的，若是安全自动控制装置的动作结果，则备自投装置不应动作。

发明内容

本发明的目的是针对传统备自投装置存在的问题，提出了基于电网能量管理系统(EMS)的电力系统广域备用电源自投控制方法，实现当电网出现故障导致变电站停电时，可以从系统的角度自动把负荷切换到备用电源上。

本发明提出的一种基于EMS的电网备用电源自投的控制方法，其特征在于，该方法包括：

1)对每一个需要备用电源自投的变电站，在EMS系统中建立对应的控制模型；

2)利用EMS实时采集的遥测和遥信信息，驱动备用电源自投的控制模型产生控制策略；

3)利用EMS的安全分析功能校核所述控制策略的安全性，若满足电网的安全运行要求，则通过远程数据采集与监控系统的遥控下发给变电站的远方终端驱动开关动作；否则，修改所述控制策略，然后通过远程数据采集与监控系统的遥控下发给变电站的远方终端驱动开关动作。

本发明的特点：

本发明的基于EMS实现了一种电网备用电源自投控制方法。该方法在电网能量管理系统中对所有备用电源自投装置建立模型，利用EMS实时采集的遥测和遥信信息，驱动备用电源自投的控制模型产生控制策略，然后利用EMS的安全分析功能校核控制策略的安全性，若满足电网的安全运行要求，则通过SCADA的遥控把控制策略下发给变电站侧的RTU执行，否则调整控制策略然后下发。

本发明的方法具有如下优点：

1、只需针对每个需要备用电源自投的变电站，在EMS中建立对应的控制模型，不需要在变电站侧安装装置和维护，在远程数据采集与监控系统和变电站侧的RTU能够正常运行，基于EMS的电网备用电源自投就可以运行，可以大大降低投资和维护成本；

2、电网备用电源自投的模型是建立在EMS系统中的，它不仅可以读取单个变电站本地的信息，还可以读取全电网的实时信息，包括开关动作信息、保护动作信息、安全稳定控制装置动作信息和遥测量，因此可以实现与保护和安全稳控装置的协调；

3、利用EMS的安全分析工具，可以对电网备用电源自投的动作进行安全校核，因此提高了电网备用电源自投的安全性。

附图说明

图1电网电源自投控制流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种基于EMS的电网备用电源自投控制方法结合附图及实施详细说明如下：

本发明的方法流程如图1所示，包括以下步骤：

1)对每一个需要备用电源自投的变电站，在EMS系统中建立对应的控制模型：

该控制模型包括测量模块、决策模块和动作驱动模块；其中，测量模块用于确定控制模型需要输入的电网实时的遥信和遥测数据；决策模块用于根据遥信和遥测数据确定启动条件、闭锁条件和对应的动作策略，动作驱动模块用于把动作策略转化成遥控命令，并确定遥控命令对应的遥控厂站号和遥控点号，便于厂站端的RTU接收和执行；

2)利用EMS实时采集的遥测和遥信信息，驱动备用电源自投的控制模型产生控制策略；具体包括：

遍历所有控制模型，并进行如下步骤：

(21)根据控制模型的测量模块确定的遥信和遥测数据，从EMS系统获取由开关跳闸、保护动作、安全自动装置动作组成的遥信数据以及由母线的电压幅值、线路的有功、无功以及电流组成的设备的遥测数据；

(22)利用步骤(21)获取的遥信和遥测实时信息，根据决策模块确定的启动条件、闭锁条件和对应的动作策略，判断启动条件和闭锁条件是否满足(由于启动条件和闭锁条件分别是一组逻辑条件，所以判断启动条件和闭锁条件的过程就是逻辑计算)，若启动条件满足而闭锁条件不成立则发出决策模型中确定好的控制策略；

3)利用EMS的安全分析功能校核所述控制策略的安全性，若满足电网的安全运行要求，则通过远程数据采集与监控系统(SCADA)的遥控下发给变电站的远方终端(RTU)驱动开关动作；具体包括：

31)对控制策略进行电网安全校验，检查控制策略是否会引起电网中的线路或变压器过载或母线电压过低情况；若存在所述情况，修正控制策略，转步骤4)；否则直接转步骤4)；

32)根据动作驱动模块确定的遥控命令对应的遥控厂站号和遥控点号，把控制策略转化为遥控命令通过远程数据采集与监控系统(SCADA)的遥控下发给变电站的远方终端(RTU)驱动开关动作。

本发明中，采用的电网能量管理系统(EMS)是安装在电网调度中心，对电网进行实时监视、评估与控制的计算机系统，实现对电网安全评估与优化控制。

本发明方法的实施例结合图1进一步说明如下：

如图1给出的电网电源自投控制流程图，下面以一名为郑家山变的110kV变电站的备用电源自投为例，说明本发明方法的具体实方法。

步骤一、首先在EMS系统中建立郑家山变的电网备用电源自投的控制模型，控制模型包括测量模块、决策模块和动作驱动模块等构成。

其中测量模块用于确定控制模型需要输入的电网实时的遥信和遥测数据，在本实施例中这些遥信信息包括：郑家山变01开关状态的遥信，郑家山变02开关状态的遥信，郑家山变03开关状态的遥信，郑#1主变主保护动作信号的遥信和郑#1主变高后备保护出口信号状态的遥信。在本实施例中这些遥测信息包括：郑家山变01开关A相电流，郑家山变110kVI母工作电压的遥测和郑家山变110kVII母的遥测。

决策模块用于根据遥信和遥测数据确定启动条件、闭锁条件和对应的动作策略。在本实施例中，启动条件为：郑家山变01开关处于闭合状态，郑家山变02开关处于闭合状态，郑家山变03开关处于打开状态，郑家山变01开关A相电流小于12安培，郑家山变110kVI母工作电压小于50kV，郑家山变110kVII母工作电压大于90kV；闭锁条件为：郑#1主变低后备保护出口信号为1或郑#1主变主保护动作信号为1；对应的动作策略为：打开郑家山变01开关，闭合郑家山变03开关。

动作驱动模块用于把动作策略转化成遥控命令，并确定遥控命令对应的遥控厂站号和遥控点号。在本实施例中，打开郑家山变01开关的遥控命令对应的遥控厂站号为5和遥控点号为1，闭合郑家山变03开关的遥控命令对应的遥控厂站号为5和遥控点号为3。

步骤二、利用EMS实时采集的郑家山变01开关状态，郑家山变02开关状态，郑家山变03开关状态，郑#1主变主保护动作信号和郑#1主变高后备保护出口信号状态等遥信。以及郑家山变01开关A相电流，郑家山变110kVI母工作电压的遥测和郑家山变110kVII母的遥测，驱动备用电源自投的控制模型产生控制策略；具体包括：

①采集如上所述的遥信和遥测数据；

②判断启动条件：郑家山变01开关处于闭合状态，郑家山变02开关处于闭合状态，郑家山变03开关处于打开状态，郑家山变01开关A相电流小于12安培，郑家山变110kVI母工作电压小于50kV，郑家山变110kVII母工作电压大于90kV是否满足；同时判断闭锁条件：郑#1主变低后备保护出口信号为1或郑#1主变主保护动作信号为1是否成立；若启动条件满足而闭锁条件不成立则发出决策模型中确定好的控制策略：打开郑家山变01开关，闭合郑家山变03开关；

步骤三、把打开郑家山变01开关，闭合郑家山变03开关这两个操作，作用到EMS中的实时电网模型中，并进行潮流计算。检查电网是否出现线路过载、变压器过载或电压越限的情况，若不存在这些情况则进入下一步，否则自动进行对应的决策计算，调整控制策略：

①存在支路过载或联络线断面过载，通过建立如下线性规划模型计算控制策略的修正方案：

$\min \underset{j}{\mathrm{\Σ}}{C}_{\mathrm{Dj}}{P}_{\mathrm{Dj}}$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{Di}}^l{P}_{\mathrm{Di}}+P_l\≤{\stackrel{\‾}{P}}_l,l=\mathrm{1,2},..,L\\ \underset{j}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{Di}}^t{P}_{\mathrm{Di}}+P_t\≤{\stackrel{\‾}{P}}_t,t=\mathrm{1,2},..,T\\ j\∈D\end{array}\right.$

其中，C_Dj是切除负荷j的单位成本，S_Dj ^l切除负荷j对线路l的功率的灵敏度，P_Dj是负荷j的负载，P_l是线路l当前的有功潮流，P_l是线路l的功率上限，S_Gi ^l是发电机i的出力对断面t的功率的灵敏度，S_Dj ^t切除负荷j对断面t的功率的灵敏度，P_t是断面t当前的有功潮流总加，P_t是断面t的功率上限，D代表备用电源自投动作后恢复供电的负荷集合。

由上面计算所等的控制策略迭加到备自投模型的控制策略，即得到最终的控制策略。

②存在母线电压越限，通过建立如下线性规划模型计算控制策略的修正方案：

$\min \underset{j}{\mathrm{\Σ}}{C}_{\mathrm{Dj}}{P}_{\mathrm{Dj}}+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{C}_{\mathrm{CPi}}$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\underset{\‾}{V_n}\≤\underset{j}{\mathrm{\Σ}}(S_{\mathrm{DQi}}^n{Q}_{\mathrm{Di}}+S_{\mathrm{DPi}}^n{P}_{\mathrm{Di}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{CPi}}{Q}_{\mathrm{CPi}}+V_n\≤\stackrel{\‾}{V_n}\\ j\∈D,n=\mathrm{1,2},...,N\end{array}\right.$

其中C_Dj是切除负荷j的单位成本，C_CPi是投/切一次电容器i的成本，S_DOj ⁿ切除负荷j单位无功量对母线n的电压幅值的灵敏度，S_DPj ⁿ切除负荷j单位有功量对母线n的电压幅值的灵敏度，P_Dj是负荷j的有功负载，Q_Dj是负荷j的无功负载，S_CPi ⁿ切除电容器i单位容量对母线n的电压幅值的灵敏度，，Q_CPi是电容器当前发出的无功，V_n是母线n当前的电压，V_n是母线n的电压上限，V _n 是母线n的电压下限，D代表备用电源自投动作后恢复供电的负荷集合。

由上面计算所得的控制策略迭加到备自投模型的控制策略，即得到最终的控制策略。

步骤四、若最终的控制策略是打开郑家山变01开关和闭合郑家山变03开关，把这两个操作转化成两个遥控命令，对应的遥控厂站号和遥控号分别为(5，1)和(5，3)，通过SCADA系统下发给变电站的RTU执行。

利用以上描述的方法，对每一个需要备用电源自投的变电站，在EMS系统中建立对应的控制模型，修改备用电源自投控制模型的测量模块、决策模块和动作驱动模块的参数，基于远程数据采集与监控系统就可以实现对所有变电站的备用电源自投控制。

Claims (4)

1、一种基于EMS的电网备用电源自投的控制方法，其特征在于，该方法包括：

1)对每一个需要备用电源自投的变电站，在EMS系统中建立对应的控制模型；

2)利用EMS实时采集的遥测和遥信信息，驱动备用电源自投的控制模型产生控制策略；

3)利用EMS的安全分析功能校核所述控制策略的安全性，若满足电网的安全运行要求，则通过远程数据采集与监控系统的遥控下发给变电站的远方终端驱动开关动作。

2、如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1)的控制模型包括测量模块、决策模块和动作驱动模块；其中，所述测量模块用于确定控制模型需要输入的电网实时的遥信和遥测数据；所述决策模块用于根据遥信和遥测数据确定启动条件、闭锁条件和对应的动作策略，所述动作驱动模块用于把动作策略转化成遥控命令，并确定遥控命令对应的遥控厂站号和遥控点号，便于厂站端的RTU接收和执行。

3、如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2)利用EMS实时采集的遥测和遥信信息，驱动备用电源自投的控制模型产生控制策略，具体包括以下步骤：遍历所有控制模型，并进行如下步骤：

21)根据控制模型的测量模块确定的遥信和遥测数据，从EMS系统获取由开关跳闸、保护动作、安全自动装置动作组成的遥信数据以及由母线的电压幅值、线路的有功、无功以及电流组成的设备的遥测数据；

22)利用步骤21)获取的遥信和遥测实时信息，根据决策模块确定的启动条件、闭锁条件和对应的动作策略，判断启动条件和闭锁条件是否满足(由于启动条件和闭锁条件分别是一组逻辑条件，所以判断启动条件和闭锁条件的过程就是逻辑计算)，若启动条件满足而闭锁条件不成立则发出决策模型中确定好的控制策略。

4、如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：

31)对控制策略进行电网安全校验，检查控制策略是否会引起电网中的线路或变压器过载或母线电压过低情况；若存在所述情况，修正控制策略，转步骤32)；否则直接转步骤32)；

32)根据动作驱动模块确定的遥控命令对应的遥控厂站号和遥控点号，把控制策略转化为遥控命令通过远程数据采集与监控系统的遥控下发给变电站的远方终端驱动开关动作。

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