CN102694381A - 多级电网自愈控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多级电网自愈控制装置及控制方法，实现电源与负荷之间的互动平衡，控制各种分布式电源和各级微网和主网之间的协调配合，自动识别所在网络的联网或孤岛状态，最大限度地保障能源供给是本发明所要满足的需求。多级电网自愈控制装置连接在多级电网的其中一级或多级中，包括有：参量采集监测单元、中央处理单元、人机界面及配置参数设置输入单元和调控单元，以频率作为表征电网连接状态及区域覆盖层级的信息载体，使电网中的负荷和电源能够自我识别所在网络状态，并依据预设策略自动投切。以频率为信息纽带，通过系统中电源与负荷自我调节实现电力供需匹配，保障电网在联网及孤岛状况下均能自动平衡和稳定。

Description

多级电网自愈控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于电网控制技术领域，尤其涉及一种多级电网自愈控制装置及控制方法。
背景技术
我国电力系统的标称频率为50Hz，GB/T15945-1995《电能质量一电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定″供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。
电力技术领域中，以下技术术语定义为：
标准频率：即电力系统的标称频率，中国为50Hz；
基准频率：即目标频率，电网运行的调节目标中心频率，全网联网运行时网内所有设备基准频率等于标准频率，局域电网孤岛运行时可以与标准频率有所偏差，各级子网可以设置不同基准数值；
频偏：基准频率相对于标准频率的偏差；
频漂：实际运行频率值相对于基准频率的漂移值；
频漂域值：系统频率调节稳定性目标控制范围，即以基准频率为中心的±漂移数值范围；实际稳定运行时，电网频率处于以基准频率为中心的±频漂域值范围内的某个数值。
现有技术中，各级电网无论联网或解列均按标准频率运行，即电网中所有发电控制及能量管理设备均以标称频率为调整目标，通过人工或自动调度和自动发电控制系统(AGC)实现功率供需平衡，维持系统频率在标准频率上下极小偏差范围内。
当电网发生故障或严重不平衡时，将会失稳，为了维持局部稳定，通过电力系统自动保护装置及或调度人为操作将使系统解列和切除部分负荷，不可避免地造成局部甚至大面积停电。系统故障排除后，供电恢复过程需要各级调度、变电、配电运行人员遥控或现场手动操作，被切除的负荷和电源不能及时自动恢复运行，即电网不能自愈。
现代电力系统中，分布式电源和微网接入逐渐增多，特别是随着清洁能源的大面积应用及智能电网全面建设，各种分布式电源与各级微网和主网之间的协调配合是亟待解决的问题。
低周减载技术在现有的变配电自动化中有较多应用，自动保护装置在系统频率下滑越限时(系统电源供给不足以满足所有负荷所需时)按轮次逐步切除线路负荷，利于系统频率恢复和运行稳定，优先保障重要负荷供电。
但是，供电恢复过程需要各级调度、变电、配电运行人员遥控或现场手动操作，被切除的负荷不能及时自动恢复运行，即电网不能自愈。或者通过实时通信，调度/配调自动化主站下达合闸指令，由现场终端装置自动执行来恢复供电。该方法依赖于庞大的实时通信网络，实施成本极高。很多场合通信网络并没有条件覆盖所有开关，还需要现场人工复电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级电网自愈控制装置及控制方法，实现电源与负荷之间的互动平衡，控制各种分布式电源和各级微网和主网之间的协调配合，自动识别所在网络的联网或孤岛状态，最大限度地保障能源供给是本发明所要满足的需求。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
多级电网自愈控制装置，其中，所述多级电网自愈控制装置连接在多级电网的其中一级或多级中，包括有：
参量采集监测单元：用以对电网进行取样及转换，从中获取电信号参量，并将参量数据传送给中央处理单元；
中央处理单元：用以接受参量采集监测单元传送过来的参量数据，对参量数据进行处理，并依照判据将处理结果和定值对比进行判断得到控制决定，并输出调控信号给调控单元；
人机界面及配置参数设置输入单元：用以提供就地人机界面或通信接口，以便运行维护人员就地输入设置或远方自动传送配置参数，配置参数传递给中央处理单元进行处理和逻辑判别；
调控单元：接受中央处理单元的控制指令或调节目标，执行调控任务，输出控制信号给被控设备，实现被控设备的调整；所述被控设备的调整包括发电功率及频率调整、并网或离网控制以及负载投切控制或用电功率调节。
所述中央处理单元包括有：微控制器MCU或数字信号处理器DSP、数据存储器、程序存储器以及和接口电路，微控制器MCU或数字信号处理器DSP运行程序存储器中的代码，对参量采集监测单元和人机界面及配置参数设置输入单元传送过来的数据信号和数据存储器中的数据进行处理运算和逻辑判别，通过接口电路与参量采集监测单元、人机界面及配置参数设置输入单元和调控单元进行信息交互。
所述中央处理单元包括有控制逻辑硬件，控制逻辑硬件采用现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD或数字逻辑及模拟电子电路及其组合构成；所述控制逻辑硬件对参量采集监测单元和人机界面及配置参数设置输入单元传送过来的参量信号进行处理和逻辑判别，并输出调控信号给调控单元执行电源或负载投切调控动作。
所述多级电网自愈控制装置为一种负荷自动投切控制装置，参量采集监测单元为频率采集监测单元，调控单元为负载投切调控单元；频率采集监测单元对电网信号进行取样及转换，从中获取频率参量，并将频率参量数据或信号传送给中央处理单元；所述中央处理单元判定负荷是否需要切除、是否能够投入、大小是否需要调整，然后将控制指令或调节目标传送给负载投切调控单元去执行调控任务，负载投切调控单元输出控制信号给被控负荷的开关设备或可调负荷的控制器，使负荷实现投切或调整到目标数值。
所述多级电网自愈控制装置为一种电源控制装置，参量采集监测单元为频率采集监测单元，调控单元为发电功率及频率调整单元和并网离网控制单元；频率采集监测单元对电网信号进行取样及转换，从中获取频率参量，并将频率参量数据或信号传送给中央处理单元；中央处理单元判定电源是否需要切除、是否能够并网、发电频率及功率是否需要调整，然后将控制指令、调节目标传送给发电功率及频率调整单元或并网离网控制单元来执行。
多级电网自愈控制方法，其中，以频率参量作为表征电网连接状态及区域覆盖层级的信息载体，使电网中的负荷和电源能够自我识别所在网络状态，并依据预设策略自动投切；包括有负荷自动投切控制方法和电源运行控制方法：
负荷自动投切控制方法为：时刻监测电网频率参量，延时等待频率稳定后判别频率处于哪个稳态区域，然后根据区域执行相应的控制策略，处于自投区域则自动投入负荷或增加负荷到一定数值；处于减载区域则切除负荷或减低负荷到一定数值以下；
电源运行控制方法为：通过频率监测或信号监测或通信判别本网与上级电网是否解列，若与上级电网解列，则按本网的孤岛预设频率为调节目标运行；否则，按上级电网频率跟随运行。
电网中各负荷按其供电可靠性等级和频率精准度要求设定频率偏差及稳定性等级：等级越高，其对应供电可靠性则越高即平均停电时间越短，而运行频率偏差及漂移容限越大；等级越低，其对应供电可靠性则越低即平均停电时间越长，而运行频率要求越稳定与精准；
所述频率偏差及稳定性包括频偏、频偏与漂移容限、漂移容限三种组合中的一种或来划分等级，所述负荷按等级高低、类别或代码来标识分类。
电网区域层级与频率偏差及稳定性等级匹配：电网中各级子网与上级主网并网运行时，其频率跟随主网的频率；但其与上级主网解列独立运行即孤岛运行时，按各自局域电网的孤岛预设频率运行，偏离标准频率一定数值，而其下辖更小的各子网亦跟随此偏频；各级电网按电网区域层级从上到下，即从大到小，从主网到子网的孤岛运行频偏逐步增大，最上级的主网按标准频率运行，最下级电网末端的微网孤岛运行时频偏最大；
所述频率偏差包括正频偏或负频偏；最大频偏按电能质量标准规定范围内，或者，按照网内负荷容许特殊设定。
当电网故障失稳或解列时，负荷有序减载：在功率不平衡的暂态过渡过程中，各负荷依据自己频偏及稳定性等级和时间定值依次减载或中断供电，等级越低越先停电，等级越高越晚动作；当电网脱离主网后，子网中各电源按自己所属局域电网的孤岛预设频率来调整发电频率，并同时调整功率出力；或者，电网脱离主网后，子网全网停电，等待网内备用电源起机、接入和子网黑启动，然后按局域电网的孤岛预设频率运行；电网故障失稳或解列时，子网下辖的各级更低层的子网电源跟随该局域主网调整频率；或者，暂态过程中也同时解列孤岛运行，然后再由下向上逐层并网。
当局域电网孤岛平衡稳定后，各负荷的控制设备监测网络频率值，判断是否符合自己频偏及稳定性等级，如若符合则自动投入恢复供电，否则一直等待频率恢复到自己等级时，即子网并入上一级主网后才再投入；上级电网恢复供电时，子网同期并入后，各负荷的控制设备监测网络频率值，依据自己频偏及稳定性等级自动投入，更多负荷恢复供电。
本发明的有益效果如下：
本发明的多级电网自愈控制装置及控制方法，以频率为信息纽带，通过系统中电源与负荷自我调节实现电力供需匹配，保障电网在联网及孤岛状况下均能自动平衡和稳定。本发明以频率作为表征电网连接状态及区域覆盖层级的信息载体，使电网中的负荷和电源能够自我识别所在网络状态，并依据预设策略自动投切。不需要依赖于昂贵的实时通信网络，以很低的成本实现电网自愈，保障系统在并网和孤岛解列时都能最大限度地安全稳定运行和供电。本发明在分布式电源接入、清洁能源利用、微网运行场合尤其具有应用前景，实现了各种分布式电源和各级微网和主网之间的协调配合。具体体现在：
1、电网中各负荷按其供电可靠性等级和频率精准度要求设定频率偏差及稳定性等级。等级越高，其对应供电可靠性则越高(平均停电时间越短)，而运行频率偏差及漂移容限越大；等级越低，其对应供电可靠性则越低(平均停电时间越长)，而运行频率要求越稳定与精准；
频率偏差及稳定性包括频偏或/与漂移域值，可以有频偏、频偏与漂移容限、漂移容限三种组合；
负荷分类按：等级高低、类别、代码标识，或其它表述；
2、电网区域层级与频率偏差及稳定性等级匹配。电网中各级子网与上级主网并网运行时，其频率跟随主网的频率。但其与上级主网解列独立(孤岛)运行时，按各自局域电网孤岛预设频率运行，偏离标准频率(如中国50Hz)一定数值(在大部分用电负荷容许的微小频偏范围内)，而其下辖更小的各子网亦跟随此偏频。各级电网按电网区域层级从上到下(从大到小，从主网到子网)孤岛运行频偏逐步增大，最上级的主网按标准频率(如50Hz)运行，最下级电网末端的微网孤岛运行时频偏最大(如降到49.5Hz)。
A)频率偏差包括正频偏或负频偏；
B)最大频偏按电能质量标准±0.2Hz及±0.5Hz范围内，或者，按照网内负荷容许特殊设定；
3、电网因故障或失稳解列时，负荷有序减载。在功率不平衡的暂态过渡过程中，各负荷依据自己频偏及稳定性等级和时间定值依次减载或中断供电，等级越低越先停电，等级越高越晚动作，直到局域子网功率趋于孤岛平衡稳定。
4、电网故障或失稳解列，或按调度指令操作脱离主网后，子网中各电源按自己局域电网的孤岛预设频率来调整发电频率，并同时调整功率出力。
5、或者，电网故障或失稳解列，或按调度指令操作脱离主网后，子网全网停电，等待网内备用电源起机、接入和子网黑启动，按局域电网的孤岛预设频率运行。
6、局域电网孤岛平衡稳定后，各负荷的控制设备监测网络频率值，判断是否符合自己频偏及稳定性等级，如若符合则自动投入恢复供电，否则一直等待频率恢复到自己等级时(子网并入上一级主网后)才再投入。
7、上级电网恢复供电时，子网同期并入后，频率将更趋近于标准，各负荷的控制设备监测网络频率值，依据自己频偏及稳定性等级自动投入，更多负荷恢复供电。
8、电网故障或失稳解列时，子网下辖的各级更低层的子网电源跟随该局域主网调整频率。或者，暂态过程中也同时解列孤岛运行，然后再由下向上逐层并网，过程同上。
9、减载切负荷频率与稳定后自投频率门限差别设置，其间保证一定回滞区间，避免反复投切振荡。投切门限亦可以根据负载及电网参量及其暂态特性自适应浮动。负荷可以阶跃性投切，也可以多级或无级增减。负荷投切亦可以设定延时定值，在多个负荷间实现时序配合。
10、以上方法以频率作为表征电网连接状态及区域覆盖层级的信息载体，使电网中的负荷和电源能够自我识别所在网络状态，并依据预设策略自动投切。上述所列具体实现方式为非限制性的，采用本方法设计的控制系统及装置，以及在不偏离本发明范围内，进行的各种改进和变化，如综合频率、电压、有功、无功、谐波等参量及其数值变换(微积分等)后的其它特征作为判据，或者简化应用于单级微网与电力系统主网之间的配合等等，均属于本发明的保护范围。
11、上述自愈控制方法，可以通过电网负荷与电源处的自动控制装置或系统来实现。控制装置或系统必须至少具备频率监测、电源功率及频率调整、并网离网控制、负载投切调控等功能，由其中控制软件或逻辑硬件执行调控流程和策略。电网调度监控也可以参与配合协调，通过自动或人工方式设置控制装置或系统的孤岛预设频率、延时定值等配置参数。
附图说明
图1是本发明多级电网自愈控制装置的原理示意图；
图2是本发明多级电网自愈控制装置的负荷自动投切控制装置原理示意图；
图3是本发明多级电网自愈控制装置的电源控制装置原理示意图；
图4是本发明多级电网自愈控制方法的负荷自动投切控制方法流程图；
图5是本发明多级电网自愈控制方法的电源运行控制方法流程图；
图6是本发明多级电网自愈控制方法的负荷自动投切控制方法步骤流程图；
图7是本发明多级电网自愈控制方法的电源运行控制方法步骤流程图；
图8是本发明中多级电网的简化结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种多级电网自愈控制装置，如图1，其中，所述多级电网自愈控制装置连接在多级电网的其中一级或多级中，包括有：
参量采集监测单元：用以对电网进行取样及转换，从中获取电信号参量，并将参量数据传送给中央处理单元；
中央处理单元：用以接受参量采集监测单元传送过来的参量数据，对参量数据进行处理，并依照判据将处理结果和定值对比进行判断得到控制决定，并输出调控信号给调控单元；
人机界面及配置参数设置输入单元：用以提供就地人机界面或通信接口，以便运行维护人员就地输入设置或远方自动传送配置参数，配置参数传递给中央处理单元进行处理和逻辑判别；
调控单元：接受中央处理单元的控制指令或调节目标，执行调控任务，输出控制信号给被控设备，实现被控设备的调整；所述被控设备的调整包括发电功率及频率调整、并网或离网控制以及负载投切控制或用电功率调节。
所述中央处理单元包括有：微控制器MCU或数字信号处理器DSP、数据存储器、程序存储器以及和接口电路，微控制器MCU或数字信号处理器DSP运行程序存储器中的代码，对参量采集监测单元和人机界面及配置参数设置输入单元传送过来的数据信号和数据存储器中的数据进行处理运算和逻辑判别，通过接口电路与参量采集监测单元、人机界面及配置参数设置输入单元和调控单元进行信息交互。
所述中央处理单元包括有控制逻辑硬件，控制逻辑硬件采用现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD或数字逻辑及模拟电子电路及其组合构成；所述控制逻辑硬件对参量采集监测单元和人机界面及配置参数设置输入单元传送过来的参量信号进行处理和逻辑判别，并输出调控信号给调控单元执行电源或负载投切调控动作。
如图2，所述多级电网自愈控制装置为一种负荷自动投切控制装置，参量采集监测单元为频率采集监测单元，调控单元为负载投切调控单元；频率采集监测单元对电网信号进行取样及转换，从中获取频率参量，并将频率参量数据或信号传送给中央处理单元；所述中央处理单元判定负荷是否需要切除、是否能够投入、大小是否需要调整，然后将控制指令或调节目标传送给负载投切调控单元去执行调控任务，负载投切调控单元输出控制信号给被控负荷的开关设备或可调负荷的控制器，使负荷实现投切或调整到目标数值。
如图3，所述多级电网自愈控制装置为一种电源控制装置，参量采集监测单元为频率采集监测单元，调控单元为发电功率及频率调整单元和并网离网控制单元；频率采集监测单元对电网信号进行取样及转换，从中获取频率参量，并将频率参量数据或信号传送给中央处理单元；中央处理单元判定电源是否需要切除、是否能够并网、发电频率及功率是否需要调整，然后将控制指令、调节目标传送给发电功率及频率调整单元或并网离网控制单元来执行。
本发明还公开一种多级电网自愈控制方法，如图4、5，其中，以频率参量作为表征电网连接状态及区域覆盖层级的信息载体，使电网中的负荷和电源能够自我识别所在网络状态，并依据预设策略自动投切；包括有负荷自动投切控制方法和电源运行控制方法：
所述负荷自动投切控制方法为：时刻监测电网频率参量，延时等待频率稳定后判别频率处于哪个稳态区域，然后根据区域执行相应的控制策略，处于自投区域则自动投入负荷或增加负荷到一定数值；处于减载区域则切除负荷或减低负荷到一定数值以下；
所述电源运行控制方法为：通过频率监测或信号监测或通信判别本网与上级电网是否解列，若与上级电网解列，则按本网的孤岛预设频率为调节目标运行；否则，按上级电网频率跟随运行；
电网中各负荷按其供电可靠性等级和频率精准度要求设定频率偏差及稳定性等级：等级越高，其对应供电可靠性则越高即平均停电时间越短，而运行频率偏差及漂移容限越大；等级越低，其对应供电可靠性则越低即平均停电时间越长，而运行频率要求越稳定与精准；
所述频率偏差及稳定性包括频偏、频偏与漂移容限、漂移容限三种组合中的一种或来划分等级，所述负荷按等级高低、类别或代码来标识分类。
电网区域层级与频率偏差及稳定性等级匹配：电网中各级子网与上级主网并网运行时，其频率跟随主网的频率；但其与上级主网解列独立运行即孤岛运行时，按各自局域电网的孤岛预设频率运行，偏离标准频率一定数值，而其下辖更小的各子网亦跟随此偏频；各级电网按电网区域层级从上到下，即从大到小，从主网到子网的孤岛运行频偏逐步增大，最上级的主网按标准频率运行，最下级电网末端的微网孤岛运行时频偏最大；
所述频率偏差包括正频偏或负频偏；最大频偏按电能质量标准规定范围内，或者，按照网内负荷容许特殊设定。
当电网故障失稳或解列时，负荷有序减载：在功率不平衡的暂态过渡过程中，各负荷依据自己频偏及稳定性等级和时间定值依次减载或中断供电，等级越低越先停电，等级越高越晚动作；当电网脱离主网后，子网中各电源按自己所属局域电网的孤岛预设频率来调整发电频率，并同时调整功率出力；或者，电网脱离主网后，子网全网停电，等待网内备用电源起机、接入和子网黑启动，然后按局域电网的孤岛预设频率运行；电网故障失稳或解列时，子网下辖的各级更低层的子网电源跟随该局域主网调整频率；或者，暂态过程中也同时解列孤岛运行，然后再由下向上逐层并网。
当局域电网孤岛平衡稳定后，各负荷的控制设备监测网络频率值，判断是否符合自己频偏及稳定性等级，如若符合则自动投入恢复供电，否则一直等待频率恢复到自己等级时，即子网并入上一级主网后才再投入；上级电网恢复供电时，子网同期并入后，各负荷的控制设备监测网络频率值，依据自己频偏及稳定性等级自动投入，由于频率将更趋近于标准，更多负荷恢复供电。
如图6，所述负荷自动投切控制方法包括如下步骤：
步骤一：开始；
步骤二：负荷自动投切控制装置时刻采集监测电网频率参量或进行数据处理运算得到综合参量；
步骤三：判别频率是否超越减载门限定值；如否，回到步骤二，没有越限则维持原状态运行并继续进行频率参量和其它参量监测；如是，进入步骤四；
步骤四：按延时定值延迟一段时间，并继续监测频率参量是否在延时期间恢复正常不再越限；
步骤五：判断频率参量是否恢复；如是，回到步骤二，没有越限则维持原状态运行并继续进行频率参量和其它参量监测；如否，进入步骤六；
步骤六：进行控制输出使负荷减载到一定数值以下，或关闭用电设备、切除整个负荷回路的供电；
步骤七：减载或切负荷后，负荷自动投切控制装置继续采集监测电网频率参量；
步骤八：判断频率参量是否回归到自投区域之内；如否，回到步骤七，维持原状态并继续进行监测；如是，进入步骤九；
步骤九：按延时定值延迟一段时间，并继续监测频率参量是否在延时期间稳定于自投区域之内；如若不能稳定，回到步骤七，维持原状态并继续进行监测；如是，进入步骤十；
步骤十：若延时期间持续稳定于自投区域之内，则进行控制输出使负荷增加到一定数值以内，或打开用电设备、闭合开关投入原来被切除负荷的供电回路；返回步骤二循环量测。
如图7，所述电源运行控制方法包括如下步骤：
步骤1：开始；
步骤2：在发电设备启动后先监测待并电网是否有电；如果电网处于停电状态，进入步骤3；若并网前电网有电，则进入步骤5；
步骤3：如果电网处于停电状态，则并网送电；
步骤4：按本网孤岛预设频率为调节目标运行；进入步骤6；
步骤5：若并网前电网有电，则按电网频率进行同期并网；
步骤6：并网后持续采集监测电网频率参量或进行数据处理运算得到综合参量；
步骤7：比较判断当前频率参量与标准频率值的偏差是否小于本网的孤岛预设频率与标准频率的偏差，即本网孤岛预设频偏；如否，进入步骤4，可以判断本网已与上级电网解列，按本网的孤岛预设频率为调节目标运行；如是，进入步骤8；
步骤8：如果频偏小于本网孤岛预设频偏，则可以判断本网已与上级电网联接，将按电网当前基准频率跟随运行；回到步骤6。
图8示意了一个多级电网的简化结构，最下面的是电网最末端的微网，其中包含了众多低压用电负荷，可以通过各自的负荷投切开关11投入或切除，或者通过调控设备调节用电功率的大小；微网中还可以配备各种分布式电源，比如太阳能光伏、小型风力发电机、小型燃气轮机组、柴油发电机组等等，通过各自的控制设备进行调控，通过电源并网开关31并入或切除。微网向上通过并网解列开关21与中压配网连接，开关闭合则并入配网；断开则与上级解列，此时只能完全依靠内部分布式电源供电，处于孤岛运行状态。
配网中亦可以包括各种分布式电源，通过各自的控制设备进行调控，通过电源并网开关2并入或切除；配网可以向各种中压用电设备直接供电，通过各自的负荷投切开关12投入或切除，或者通过调控设备调节用电功率的大小；配网可以向下接入更多低压微网或负荷，通过配电变压器降压，通过配电开关投入或切除。配网向上通过变电站出线与并网解列开关2(即变电站出线开关)与上级高压电网连接，开关闭合则并入主网；断开则与上级电网解列，此时只能完全依靠内部分布式电源供电，处于孤岛运行状态。
变电站向上接入城网，并通过其它各级变电站接入更高等级的主网(如省网，区网，南网、国网及全国大电网)，通过变电站的开关并入上级主网或解列自主运行。主网中有各种发电厂，通过升压变电站接入，通过输电线路供电。
以上基于频率的电网自愈控制方法亦可以通过人工操作的方式或半自动化地实现。如：通过观察频率仪表或实时遥测数据，按照以上规则人工判断设备所处电网和上级电网是连接或解列，并按前述流程人工到就地或在远方遥控切除、投入负荷或电源，或调节用电功率或发电出力，维持电网的供需平衡和稳定运行。
上述所列具体实现方式为非限制性的，采用本方法设计的控制系统及装置，以及在不偏离本发明范围内，进行的各种改进和变化，如综合频率、电压、有功、无功、谐波等参量及其数值变换(微积分等)后的其它特征作为判据，或者简化应用于单级微网与电力系统主网之间的配合等等，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种多级电网自愈控制装置，其特征在于：所述多级电网自愈控制装置连接在多级电网的其中一级或多级中，包括有：
参量采集监测单元：用以对电网进行取样及转换，从中获取电信号参量，并将参量数据传送给中央处理单元；
中央处理单元：用以接受参量采集监测单元传送过来的参量数据，对参量数据进行处理，并依照判据将处理结果和定值对比进行判断得到控制决定，并输出调控信号给调控单元；
人机界面及配置参数设置输入单元：用以提供就地人机界面或通信接口，以便运行维护人员就地输入设置或远方自动传送配置参数，配置参数传递给中央处理单元进行处理和逻辑判别；
调控单元：接受中央处理单元的控制指令或调节目标，执行调控任务，输出控制信号给被控设备，实现被控设备的调整；所述被控设备的调整包括发电功率及频率调整、并网或离网控制以及负载投切控制或用电功率调节。
2.如权利要求1所述的多级电网自愈控制装置，其特征在于：所述中央处理单元包括有：微控制器MCU或数字信号处理器DSP、数据存储器、程序存储器以及和接口电路，微控制器MCU或数字信号处理器DSP运行程序存储器中的代码，对参量采集监测单元和人机界面及配置参数设置输入单元传送过来的数据信号和数据存储器中的数据进行处理运算和逻辑判别，通过接口电路与参量采集监测单元、人机界面及配置参数设置输入单元和调控单元进行信息交互。
3.如权利要求1所述的多级电网自愈控制装置，其特征在于：所述中央处理单元包括有控制逻辑硬件，控制逻辑硬件采用现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD或数字逻辑及模拟电子电路及其组合构成；所述控制逻辑硬件对参量采集监测单元和人机界面及配置参数设置输入单元传送过来的参量信号进行处理和逻辑判别，并输出调控信号给调控单元执行电源或负载投切调控动作。
4.如权利要求2或3所述的多级电网自愈控制装置，其特征在于：所述多级电网自愈控制装置为一种负荷自动投切控制装置，参量采集监测单元为频率采集监测单元，调控单元为负载投切调控单元；频率采集监测单元对电网信号进行取样及转换，从中获取频率参量，并将频率参量数据或信号传送给中央处理单元；所述中央处理单元判定负荷是否需要切除、是否能够投入、大小是否需要调整，然后将控制指令或调节目标传送给负载投切调控单元去执行调控任务，负载投切调控单元输出控制信号给被控负荷的开关设备或可调负荷的控制器，使负荷实现投切或调整到目标数值。
5.如权利要求2或3所述的多级电网自愈控制装置，其特征在于：所述多级电网自愈控制装置为一种电源控制装置，参量采集监测单元为频率采集监测单元，调控单元为发电功率及频率调整单元和并网离网控制单元；频率采集监测单元对电网信号进行取样及转换，从中获取频率参量，并将频率参量数据或信号传送给中央处理单元；中央处理单元判定电源是否需要切除、是否能够并网、发电频率及功率是否需要调整，然后将控制指令、调节目标传送给发电功率及频率调整单元或并网离网控制单元来执行。
6.多级电网自愈控制方法，其特征在于：以频率参量作为表征电网连接状态及区域覆盖层级的信息载体，使电网中的负荷和电源能够自我识别所在网络状态，并依据预设策略自动投切；包括有负荷自动投切控制方法和电源运行控制方法：
负荷自动投切控制方法为：时刻监测电网频率参量，延时等待频率稳定后判别频率处于哪个稳态区域，然后根据区域执行相应的控制策略，处于自投区域则自动投入负荷或增加负荷到一定数值；处于减载区域则切除负荷或减低负荷到一定数值以下；
电源运行控制方法为：通过频率监测或信号监测或通信判别本网与上级电网是否解列，若与上级电网解列，则按本网的孤岛预设频率为调节目标运行；否则，按上级电网频率跟随运行。
7.如权利要求6所述的多级电网自愈控制方法，其特征在于：电网中各负荷按其供电可靠性等级和频率精准度要求设定频率偏差及稳定性等级：等级越高，其对应供电可靠性则越高即平均停电时间越短，而运行频率偏差及漂移容限越大；等级越低，其对应供电可靠性则越低即平均停电时间越长，而运行频率要求越稳定与精准；
所述频率偏差及稳定性包括频偏、频偏与漂移容限、漂移容限三种组合中的一种或来划分等级，所述负荷按等级高低、类别或代码来标识分类。
8.如权利要求6所述的多级电网自愈控制方法，其特征在于：电网区域层级与频率偏差及稳定性等级匹配：电网中各级子网与上级主网并网运行时，其频率跟随主网的频率；但其与上级主网解列独立运行即孤岛运行时，按各自局域电网的孤岛预设频率运行，偏离标准频率一定数值，而其下辖更小的各子网亦跟随此偏频；各级电网按电网区域层级从上到下，即从大到小，从主网到子网的孤岛运行频偏逐步增大，最上级的主网按标准频率运行，最下级电网末端的微网孤岛运行时频偏最大；
所述频率偏差包括正频偏或负频偏；最大频偏按电能质量标准规定范围内，或者，按照网内负荷容许特殊设定。
9.如权利要求6所述的多级电网自愈控制方法，其特征在于：当电网故障失稳或解列时，负荷有序减载：在功率不平衡的暂态过渡过程中，各负荷依据自己频偏及稳定性等级和时间定值依次减载或中断供电，等级越低越先停电，等级越高越晚动作；当电网脱离主网后，子网中各电源按自己所属局域电网的孤岛预设频率来调整发电频率，并同时调整功率出力；或者，电网脱离主网后，子网全网停电，等待网内备用电源起机、接入和子网黑启动，然后按局域电网的孤岛预设频率运行；电网故障失稳或解列时，子网下辖的各级更低层的子网电源跟随该局域主网调整频率；或者，暂态过程中也同时解列孤岛运行，然后再由下向上逐层并网。
10.如权利要求6所述的多级电网自愈控制方法，其特征在于：当局域电网孤岛平衡稳定后，各负荷的控制设备监测网络频率值，判断是否符合自己频偏及稳定性等级，如若符合则自动投入恢复供电，否则一直等待频率恢复到自己等级时，即子网并入上一级主网后才再投入；上级电网恢复供电时，子网同期并入后，各负荷的控制设备监测网络频率值，依据自己频偏及稳定性等级自动投入，更多负荷恢复供电。
11.如权利要求6所述的多级电网自愈控制方法，其特征在于：所述负荷自动投切控制方法包括如下步骤：
步骤一：开始；
步骤二：负荷自动投切控制装置时刻采集监测电网频率参量或进行数据处理运算得到综合参量；
步骤三：判别频率是否超越减载门限定值；如否，回到步骤二，没有越限则维持原状态运行并继续进行频率参量和其它参量监测；如是，进入步骤四；
步骤四：按延时定值延迟一段时间，并继续监测频率参量是否在延时期间恢复正常不再越限；
步骤五：判断频率参量是否恢复；如是，回到步骤二，没有越限则维持原状态运行并继续进行频率参量和其它参量监测；如否，进入步骤六；
步骤六：进行控制输出使负荷减载到一定数值以下，或关闭用电设备、切除整个负荷回路的供电；
步骤七：减载或切负荷后，负荷自动投切控制装置继续采集监测电网频率参量；
步骤八：判断频率参量是否回归到自投区域之内；如否，回到步骤七，维持原状态并继续进行监测；如是，进入步骤九；
步骤九：按延时定值延迟一段时间，并继续监测频率参量是否在延时期间稳定于自投区域之内；如若不能稳定，回到步骤七，维持原状态并继续进行监测；如是，进入步骤十；
步骤十：若延时期间持续稳定于自投区域之内，则进行控制输出使负荷增加到一定数值以内，或打开用电设备、闭合开关投入原来被切除负荷的供电回路；返回步骤二循环量测。
12.如权利要求6所述的多级电网自愈控制方法，其特征在于：所述电源运行控制方法包括如下步骤：
步骤1：开始；
步骤2：在发电设备启动后先监测待并电网是否有电；如果电网处于停电状态，进入步骤3；若并网前电网有电，则进入步骤5；
步骤3：如果电网处于停电状态，则并网送电；
步骤4：按本网孤岛预设频率为调节目标运行；进入步骤6；
步骤5：若并网前电网有电，则按电网频率进行同期并网；
步骤6：并网后持续采集监测电网频率参量或进行数据处理运算得到综合参量；
步骤7：比较判断当前频率参量与标准频率值的偏差是否小于本网的孤岛预设频率与标准频率的偏差，即本网孤岛预设频偏；如否，进入步骤4，可以判断本网已与上级电网解列，按本网的孤岛预设频率为调节目标运行；如是，进入步骤8；
步骤8：如果频偏小于本网孤岛预设频偏，则可以判断本网已与上级电网联接，将按电网当前基准频率跟随运行；回到步骤6。
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