CN102738793B - 补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制方法及系统，属于电力系统广域动态控制领域。本发明中，广域动态控制器获取各测量数据后，根据预设的预测方法及最大通信时延分别对测量数据进行预测外推，得到足以补偿通信时延分布特性的控制器输入数据，并由此分别计算并得到一系列的控制数据，统一下发到网络控制单元；网络控制单元根据当前时刻选择相应的控制数据作为输出进行电力系统广域动态控制。本发明技术方案针对不同量测可选不同的预测算法，可提高预测精度及实时性；使用预测方法可以覆盖通信时延的绝大部分，可有效补偿通信时延的分布特性；使用的广域动态控制器安装在调度中心，便于多个广域动态控制器的协调控制。

Description

补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种可补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制方法及系统，属于电力系统广域动态控制领域。

背景技术

现代社会的飞速发展对现代电力系统的可靠性、安全性和经济性要求越来越高。各大区域电网逐步互联，形成了跨度几千千米的广域电力系统。广域电力系统显著提高了系统可靠性、安全性和经济性，但系统的动态控制问题也变得更加严峻。电力系统中传统的能量管理系统（EMS）、监测控制与数据采集系统（SCADA）不便于进行广域电力系统动态控制的弱点逐渐暴露出来。为了解决广域电力系统的监测与控制问题，电力系统广域测量系统（WAMS）应运而生。电力系统广域测量系统经过近十年的飞速发展，其测量终端——同步相量测量单元（PMU）逐渐布置在了电力系统的关键节点（通常为广域电力系统中所有的500kV节点及重要的220kV节点），实现了广域电力系统的同步相量测量，电力系统广域测量系统为电力系统广域动态控制提供了良好的数据基础。基于广域相量测量数据的电力系统广域动态控制方法成为电力系统领域的研究热点。

同步相量测量单元在进行数据采集时，由GPS授时对采样数据打时标，采样数据经过计算得到相量数据。同步相量测量单元将相量数据经过电力系统广域测量系统的通信上行通道传输至调度中心的广域数据服务器。分布在电力系统各节点的电力系统广域动态控制器经通信下行通道由调度中心的数据服务器获取数据并根据控制规律实现控制。由上述基于电力系统广域测量系统的电力系统广域动态控制的流程可见，电力系统广域动态控制中，数据流的通信上行通道与下行通道并不是共用相同的通信网络。

电力系统广域测量系统的测量数据更新间隔通常为10ms至20ms，虽然电力系统广域测量系统的通信网络使用的是专用的光纤网络，但仍存在具有分布特性的网络通信时延。已有的电力系统广域测量系统工程对其数据上行通道的通信网络时延进行了实测，得到的结论为其通信时延具有分布特性，具有一个平均的网络时延，越大或越小的通信时延出现的概率越小。典型的数据为，平均时延为10ms左右，但是仍会有80ms的时延时而出现。在电力系统广域动态控制中通常要求控制数据下发间隔为40ms至50ms，可见其对数据流的上行通道及下行通道的通信时延要求极高，必须对通信时延进行处理才能达到稳定的控制效果，否则通信时延的分布特性极可能导致控制失效，甚至起反作用。

已有的电力系统广域动态控制方法中，处理通信时延的方法通常有以下两种：一是将通信时延作为固定时延处理，虽然这种方法在一定程度上能减少通信时延的影响，但由于忽略了通信时延的分布特性，导致控制器的控制性能不稳定，仍有控制失效的风险。另一种是广域动态控制方法将通信时延分为多个区间，分别对每个时延区间制定控制策略，最终根据实际的通信时延选择相应的控制策略，为实现对上行通道及下行通道的总时延的补偿，这种广域动态控制器通常装设在控制地点，导致这种方法难以实现多控制器的协调控制，同时对时延的处理过程复杂，需要经过复杂的计算，控制器中多套控制策略的实现也很复杂。综合以上问题，电力系统广域动态控制领域中，需要一种能有效补偿通信网络数据上行通道及下行通道通信时延的方法，以解决电力系统广域动态控制中，具有分布特性的通信时延对广域动态控制的影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于电力系统广域动态控制的，能有效补偿通信网络数据上行通道及下通道通信时延的技术方案，以解决电力系统广域动态控制中，具有分布特性的通信时延对广域动态控制的影响。

本发明的技术方案为一种补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制方法，根据同步相量测量单元采集并传输到电力系统广域测量系统的测量数据向执行器发送控制数据，进行动态控制，设置电力系统广域动态控制器和网络控制单元，动态控制实现方式如下，

同步相量测量单元采集测量数据，并按预设的时间间隔T将测量数据传输到电力系统广域测量系统，

电力系统广域动态控制器执行以下步骤，

步骤1，按照预设的时间间隔T，从电力系统广域测量系统中获取测量数据；

步骤2，设电力系统广域动态控制器在时刻t_b获取同步相量测量单元在时刻t_a采集的测量数据，电力系统广域动态控制器根据时刻t_b及之前获取的测量数据，预测出由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，所述时刻t_cmax是最大时延Δt_max下网络控制单元最迟接收到控制数据的时刻，t_cmax＝t_a+Δt_max，预测时由时刻t_a起至时刻t_cmax间按照预设的时间间隔T取时刻；

步骤3，根据预测所得由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，分别计算得到每个时刻对应的控制数据，并一起输出到网络控制单元；

网络控制单元根据接收到由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻对应的控制数据后，从中选取接收的当前时刻t_c对应的控制数据，并将控制数据下发到相应的执行器。

本发明还相应提供了一种补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制系统，包括同步相量测量单元和电力系统广域测量系统、执行器，设置电力系统广域动态控制器和网络控制单元，

同步相量测量单元，用于采集测量数据，并按预设的时间间隔T将测量数据传输到电力系统广域测量系统，

电力系统广域动态控制器，用于执行以下步骤，

步骤1，按照预设的时间间隔T，从电力系统广域测量系统中获取测量数据；

步骤2，设电力系统广域动态控制器在时刻t_b获取同步相量测量单元在时刻t_a采集的测量数据，电力系统广域动态控制器根据时刻t_b及之前获取的测量数据，预测出由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，所述时刻t_cmax是最大时延Δt_max下网络控制单元最迟接收到控制数据的时刻，t_cmax＝t_a+Δt_max，预测时由时刻t_a起至时刻t_cmax间按照预设的时间间隔T取时刻；

步骤3，根据预测所得由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，分别计算得到每个时刻对应的控制数据，并一起输出到网络控制单元；

网络控制单元，用于根据接收到由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻对应的控制数据后，从中选取接收的当前时刻t_c对应的控制数据，并将控制数据下发到相应的执行器。

本发明的技术效果如下：

1.本发明中补偿通信时延分布特性的方法基于预测理论，预测的时间长度选为网络最大通信时延。网络最大通信时延大于通信网络工作时的通信时延的绝大部分，故由预测得到的测量数据预测值计算得到的控制数据覆盖了绝大部分通信时延情况，从中选取出的控制数据可以有效补偿通信时延的分布特性造成的影响。

2.本发明中使用的预测测量数据的方法可针对实际工程应用中选取的控制器输入数据及预测的时间长度进行调整，以达到最佳的预测准确性及快速性。该方法可处理多种不同数据，增强了电力系统广域动态控制器的适应性。

3.本发明中的电力系统广域动态控制器安装在电力系统调度中心，并从电力系统广域测量系统获取控制器输入数据，可由一台广域动态控制服务器实现多个广域动态控制器的功能，便于实现多个电力系统节点的广域动态协调控制。

附图说明

图1是本发明实施例中电力系统广域动态控制系统的结构框图。

图2是本发明实施例中数据上行通道的通信时延示意图。

图3是本发明实施例中数据下行通道的通信时延示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

如图1所示，本发明实施例设置了电力系统广域动态控制器（WPSS）和网络控制单元（NCU），其中电力系统广域动态控制器可设置在电力系统调度中心，便于多个广域动态控制器的协调控制，网络控制单元可设置于控制地点。具体控制实现如下：

一、同步相量测量单元采集测量数据，并按预设的时间间隔T将测量数据传输到电力系统广域测量系统。

实施例中，电力系统的同步相量测量单元实时监测电力系统（一次系统）中节点的状态，并将测量数据（如电压、电流、功率等）以固定时间间隔（通常为10ms或20ms）发送到位于电力系统调度中心的电力系统广域测量系统。具体实施时，可以在电力系统广域测量系统中设置广域数据服务器。广域数据服务器按照各测量数据对应的时标将测量数据存入时间序列数据库。

二、电力系统广域动态控制器执行以下步骤，

步骤1，按照预设的时间间隔T，从电力系统广域测量系统中获取测量数据，实施例在电力系统广域测量系统中采用广域数据服务器存放测量数据，电力系统广域动态控制器也是从广域数据服务器中获取测量数据；

步骤2，设电力系统广域动态控制器在时刻t_b获取同步相量测量单元在时刻t_a采集的测量数据，电力系统广域动态控制器根据时刻t_b及之前获取的测量数据，预测出由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，所述时刻t_cmax是最大时延Δt_max下网络控制单元最迟接收到控制数据的时刻，t_cmax＝t_a+Δt_max，预测时由时刻t_a起至时刻t_cmax间按照预设的时间间隔T取时刻；

步骤3，根据预测所得由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，分别计算得到每个时刻对应的控制数据，并一起输出到网络控制单元。

实施例中，电力系统广域动态控制器执行的具体方式说如下：

如图1所示，在观察地点A处的同步相量测量单元获取测量数据后，传输到电力系统调度中心B，再由电力系统调度中心B传输到控制地点C。设最新获取的测量数据对应时刻记为t_a，测量数据到达电力系统广域动态控制器对应时刻记为t_b，测量数据到达网络控制单元对应时刻记为t_c，最大时延下测量数据到达网络控制单元对应时刻记为t_cmax，测量数据上行通信时延记为Δt_up，测量数据下行通信时延记为Δt_down，最大通信时延记为Δt_max。测量数据由同步相量测量单元上传到电力系统广域测量系统的广域数据服务器，并由广域数据服务器再转发到电力系统广域动态控制器的数据通道为数据上行通道，由于数据上行通道存在通信时延，如图2所示，即t_a时刻的同步相量测量单元所得测量数据x到达电力系统广域动态控制器的时刻为t_b，数据上行通道的通信时延即为Δt_up，有Δt_up＝t_b-t_a。由电力系统调度中心的电力系统广域动态控制器至控制地点的网络控制单元的数据通道为数据下行通道。数据下行通道同样存在通信时延，如图3所示，t_b时刻的广域动态控制器下发的控制数据u_c到达网络控制单元的时刻为t_c，数据下行通道的通信时延即为图3中的Δt_down，有Δt_down＝t_c-t_b。数据上行通道和下行通道的总通信时延为Δt，有Δt＝Δt_up+Δt_down。设通信网络最大通信时延为Δt_max，尽管通信时延具有分布特性，但通信网络工作时99.9%的通信时延都不会大于最大通信时延Δt_max，通常最大通信时延Δt_max由实际工程应用环境决定。

位于电力系统调度中心的电力系统广域动态控制器以电力系统广域测量系统中与其相关的测量数据作为输入。实施例中，电力系统广域动态控制器以与同步相量测量单元上传测量数据相同的时间间隔从广域数据服务器中获取测量数据。电力系统广域动态控制器在t_b时刻获得t_a时刻的同步相量测量单元所得测量数据后，基于时刻t_b及之前获取的测量数据（即同步相量测量单元在时刻t_a及其之前采集的测量数据），使用适当的预测方法（可采用现有技术，如三次曲线拟合等方法），预测出由t_a时刻起至最大时延Δt_max情况下网络控制单元接收到控制数据的时刻t_cmax间按照固定时间间隔预测得到的不同时刻的一系列控制器输入数据，t_cmax＝t_a+Δt_max。具体实施时，使用的控制器输入数据预测方法可针对实际工程应用中使用的控制器输入数据及预测的时间长度进行调整，以达到最佳的预测准确性。

电力系统广域动态控制器基于预测得到的一系列不同时刻控制器输入数据，根据设定的控制规律（如电力系统广域阻尼控制器的控制规律，或电力系统广域直流输电中换流站直流调制的控制规律），分别计算与输入数据各时刻对应的控制数据，得到由t_a时刻起至最大时延Δt_max情况下网络控制单元接收到控制数据的时刻t_cmax间的一系列控制器输出的控制数据，并经由数据下行通道将一系列控制数据送达网络控制单元。

三、网络控制单元根据接收到由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻对应的控制数据后，从中选取接收的当前时刻t_c对应的控制数据，并将控制数据下发到相应的执行器。

实施例中，网络控制单元获取一系列控制数据后，可由GPS授时系统获得当前时刻t_c，并在接收的一系列控制数据中选取t_c时刻对应的控制数据作为最终的控制数据，并将控制数据下发至控制地点处的执行器进行控制，最终实现了电力系统广域动态控制。执行器具体实现为现有技术。

本发明可相应的实现为一种可补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制系统，基于现有的同步相量测量单元和电力系统广域测量系统、执行器，设置电力系统广域动态控制器和网络控制单元，

同步相量测量单元，用于采集测量数据，并按预设的时间间隔T将测量数据传输到电力系统广域测量系统，

电力系统广域测量系统，在本发明中是用于存放测量数据；

电力系统广域动态控制器，用于执行以下步骤，

步骤1，按照预设的时间间隔T，从电力系统广域测量系统中获取测量数据；

步骤2，设电力系统广域动态控制器在时刻t_b获取同步相量测量单元在时刻t_a采集的测量数据，电力系统广域动态控制器根据时刻t_b及之前获取的测量数据，预测出由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，所述时刻t_cmax是最大时延Δt_max下网络控制单元最迟接收到控制数据的时刻，t_cmax＝t_a+Δt_max，预测时由时刻t_a起至时刻t_cmax间按照预设的时间间隔T取时刻；

步骤3，根据预测所得由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，分别计算得到每个时刻对应的控制数据，并一起输出到网络控制单元；

网络控制单元，用于根据接收到由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻对应的控制数据后，从中选取接收的当前时刻t_c对应的控制数据，并将控制数据下发到相应的执行器。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制方法，根据同步相量测量单元采集并传输到电力系统广域测量系统的测量数据向执行器发送控制数据，进行动态控制，其特征在于：设置电力系统广域动态控制器和网络控制单元，动态控制实现方式如下，

同步相量测量单元采集测量数据，并按预设的时间间隔T将测量数据传输到电力系统广域测量系统，

电力系统广域动态控制器执行以下步骤，

步骤1，按照预设的时间间隔T，从电力系统广域测量系统中获取测量数据；

步骤2，设电力系统广域动态控制器在时刻t_b获取同步相量测量单元在时刻t_a采集的测量数据，电力系统广域动态控制器根据时刻t_b及之前获取的测量数据，预测出由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，所述时刻t_cmax是最大时延Δt_max下网络控制单元最迟接收到控制数据的时刻，t_cmax＝t_a+Δt_max，预测时由时刻t_a起至时刻t_cmax间按照预设的时间间隔T取时刻；

步骤3，根据预测所得由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，基于设定的控制规律，分别计算每个时刻对应的控制数据，得到由t_a时刻起至时刻t_cmax间的一系列控制数据，并一起输出到网络控制单元；所述控制规律为电力系统广域阻尼控制器的控制规律或电力系统广域直流输电中换流站直流调制的控制规律；

网络控制单元根据接收到由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻对应的控制数据后，从中选取接收的当前时刻t_c对应的控制数据，并将控制数据下发到相应的执行器。

2.一种补偿分布性通信时延的电力系统广域动态控制系统，包括同步相量测量单元和电力系统广域测量系统、执行器，其特征在于：设置电力系统广域动态控制器和网络控制单元，

同步相量测量单元，用于采集测量数据，并按预设的时间间隔T将测量数据传输到电力系统广域测量系统，

电力系统广域动态控制器，用于执行以下步骤，

步骤1，按照预设的时间间隔T，从电力系统广域测量系统中获取测量数据；

步骤2，设电力系统广域动态控制器在时刻t_b获取同步相量测量单元在时刻t_a采集的测量数据，电力系统广域动态控制器根据时刻t_b及之前获取的测量数据，预测出由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，所述时刻t_cmax是最大时延Δt_max下网络控制单元最迟接收到控制数据的时刻，t_cmax＝t_a+Δt_max，预测时由时刻t_a起至时刻t_cmax间按照预设的时间间隔T取时刻；

步骤3，根据预测所得由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻的控制器输入数据，基于设定的控制规律，分别计算每个时刻对应的控制数据，得到由t_a时刻起至时刻t_cmax间的一系列控制数据，并一起输出到网络控制单元；所述控制规律为电力系统广域阻尼控制器的控制规律或电力系统广域直流输电中换流站直流调制的控制规律；

网络控制单元，用于根据接收到由时刻t_a起至时刻t_cmax间的每个时刻对应的控制数据后，从中选取接收的当前时刻t_c对应的控制数据，并将控制数据下发到相应的执行器。

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