CN103248047A - 一种电网广域控制保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网广域控制保护系统，包括广域控制保护系统主站、PMU子站和通信网络，所述的广域控制保护系统主站包括通过内部网络相互连接的历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站，所述的通信前置服务器通过通信网络连接PMU子站，所述的接口服务器连接外部的能量管理系统、安控系统、故障信息管理系统连接。与现有技术相比，本发明能够帮助运行人员提高电网分析准确度，并考虑电网能量管理系统、安控系统、故障信息系统的融合与接口，逐步构建电网综合数据平台，从而提高城市电网监视和运行水平，提高输电能力和城市电网运行的可靠性。

Description

一种电网广域控制保护系统

技术领域

本发明涉及一种电力保护系统，尤其是涉及一种电网广域控制保护系统。

背景技术

在过去的几十年里，世界上许多国家的区域互联电网都曾发生过大停电事故，给社会生活和经济发展带来了巨大的冲击。随着全球电力市场化浪潮的兴起，电网运行的条件和环境日益复杂，电网安全稳定问题日渐突出。这也导致近年来全世界大停电事故的发生频率和严重程度都有加重的趋势。为了应对电力市场化给电网运行带来的严峻考验，电力系统迫切需要有新的技术手段来加强电网的动态安全监控能力，提高电网安全稳定水平。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高输电能力和城市电网运行可靠性的电网广域控制保护系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电网广域控制保护系统，包括广域控制保护系统主站、PMU子站和通信网络，所述的广域控制保护系统主站包括通过内部网络相互连接的历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站，所述的通信前置服务器通过通信网络连接PMU子站，所述的接口服务器连接外部的能量管理系统、安控系统、故障信息管理系统连接。

所述的内部网络为冗余双网结构，同时采用两个高速以太网连接历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站。

所述的高速以太网为10/100Mb的网络，所述的历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站均通过带有路由功能的网络交换机接入内部网络。

所述的广域控制保护系统主站还设有时钟同步系统。

所述广域控制保护系统主站内的服务器均设有备用服务器。

与现有技术相比，本发明能够帮助运行人员提高电网分析准确度，并考虑电网能量管理系统、安控系统、故障信息系统的融合与接口，逐步构建电网综合数据平台，从而提高城市电网监视和运行水平，提高输电能力和城市电网运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的应用功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种电网广域控制保护系统，包括广域控制保护系统主站1、PMU子站2和通信网络3，广域控制保护系统主站1包括通过内部网络相互连接的历史数据服务器11、实时数据服务器12、高级应用服务器13、Web服务器14、通信前置服务器15、接口服务器16和人机工作站17。通信前置服务器15通过通信网络3连接PMU子站2，接口服务器16连接外部的能量管理系统4、安控系统5、故障信息管理系统6连接，实现协同工作。内部网络为冗余双网结构，同时采用两个10/100Mb的高速以太网来进行网络连接，而历史数据服务器11、实时数据服务器12、高级应用服务器13、Web服务器14、通信前置服务器15、接口服务器16和人机工作站17均通过带有路由功能的网络交换机接入内部网络。为了保证广域控制保护系统主站内的各个服务器和工作站能够同步工作，主站还设有时钟同步系统，同时通过对每个服务器设置备用服务器，来保证整个系统的可靠性。

通过广域控制保护系统主站1内的历史数据服务器11、实时数据服务器12、高级应用服务器13、Web服务器14、通信前置服务器15、接口服务器16和人机工作站17，使得主站内形成了7个子系统，分别为：通信前置子系统、高级应用子系统、实时数据服务子系统、系统接口子系统、历史数据存储子系统、人机工作站子系统和Web服务子系统。

(1)通信前置子系统，主要负责通过电力调度数据网络进行PMU信息的接收、处理和监视，实现与主站之间的数据交换，以及控制指令的下发。

(2)高级应用子系统，用于实现系统的各项高级应用功能，提取实时数据进行计算分析，对异常情况给出报警或触发主站数据记录，结果反馈给工作站，历史服务器，并将控制指令传送给通信前置服务器。

(3)实时数据服务子系统，主要存储、维护和管理PMU上传的实时数据，用于实现电力系统的实时动态监测和告警等功能，同时供高级应用作分析、计算之用。

(4)系统接口子系统，用于负责与能量管理系统、安控系统、故障信息管理系统以及其他电网动态监测控制系统之间的互联与接口。

(5)历史数据存储子系统，主要将主站采集的所有电网动态数据均按一定周期存储于历史数据服务器中，为保存存储的可靠性，历史数据服务器的磁盘采用无缝切换的磁盘阵列。

(6)人机工作站子系统，包括调度运行监视工作站、离线分析工作站、维护工作站。调度运行监视工作站为调度人员实时监控用，离线分析工作站为运方专业人员提供离线分析工具，维护工作站为系统维护人员提供系统功能开发和系统维护手段等。

(7)Web服务子系统，用于电力调度生产管理系统为授权用户提供浏览、下载手段。

该系统可以实现的应用功能如图2所示，具体包括：

(一)实时监测预警功能

实时监测预警是广域控制保护系统应用到调度运行控制上的重要功能，根据广域控制保护系统直接测量母线电压角度、数据密度大、实时性强的优势，重点实现与角度相关的静态和动态过程、发电机功角以及功率、频率、电压等调度常规监测物理量的监视以及直流系统的监视。

1)母线电压相对相角监测。在电网地理接线图上显示电网中若干关键节点上母线电压的相对角度，用以表示输电网络当前的传输能力和静态稳定裕度。

2)发电机功角和动态无功备用监测。提供大容量发电机组的PQ图，并在图中标明机组的功角和动态无功备用。

3)频率、电压、潮流等动态监测。以曲线图的形式同时显示电网频率、电压、潮流的动态过程，可弥补EMS只能进行静态监视的不足，当参数越限或者潮流过载时，进行预警。

4)负荷特性监测。利用PMU采集电压和电流量，绘制ΔP与Δf、ΔU，以及ΔQ与Δf、ΔU的关系曲线，并将数据保存，为下一步负荷建模工作做好必要准备。

5)直流系统监测。监测受入直流的关键运行参数、开关状态及保护动作信息，使调度员了解直流运行状况和特性。

6)扰动识别。在线识别电网短路、切机和切负荷等扰动以及参数越限，实时发出语音报警，并推出扰动画面，包括事故发生地点的电流曲线、电压曲线以及摆动最大的发电机功角摇摆曲线等。

7)数据记录和存储。当扰动发生后，触发系统进行可靠的高密度数据记录和存储，为系统分析及模型参数的校核提供详细的动态数据。并具有历史曲线追忆功能。

(二)在线分析评估功能

1)低频振荡在线分析。依据PMU实时上送的发电机功率、功角、转速、转速的变化率或线路功率的连续动态过程数据，分析发电机功角或线路有功的低频振荡模式。当电网发生低频振荡时，发出语音告警信息并自动推出一个窗口画面，以时间轴连续后移方式显示振荡曲线(发电机功角或线路有功)，直至振荡消失为止，并动态给出低频振荡的最严重模式的振荡频率、振荡幅值、阻尼比及与该振荡模式相关的机组。

2)暂态功角稳定在线分析。先进行全网或指定范围故障的快速扫描、排序和筛选，再进一步进行详细的时域仿真计算，实时检验电网受到大干扰后电力系统的暂态稳定性。可自动筛选出严重事故的合集，进行暂态稳定详细时域仿真；自动列出稳定判别结果及相关数据，自动求取指定输电断面的暂态/动态稳定极限。

3)电压安全稳定在线分析。应用连续潮流法求取指定输电断面的电压稳定极限及其随时间变化的曲线，进行暂态电压稳定性时域仿真分析，判别和验证系统的暂态和动态电压稳定性，应用模态分析和灵敏度分析方法判别电压稳定的薄弱节点和薄弱区域。

4)短路电流在线计算。根据给定的电网运行工况和网络拓扑信息，计算母线发生三相短路或单相短路后，流过短路点的故障电流，并与断路器的遮断容量进行比较，对短路电流接近或超过断路器遮断容量的情况进行预警；计算短路电流对发电机和线路的灵敏度，为限制短路电流超标提供开机与出力安排和线路投停提出建议。

5)发电机动态调节性能评估。根据PMU实时采集的动态测量数据，在线分析和监视机组的一次调频性能、机组AGC调节性能、机组调压性能等，用曲线方式显示机组有功功率ΔP与与系统频率Δf的变化关系曲线和机组无功功率ΔQ与机端母线电压ΔU的变化关系曲线，计算相关特性参数，并能将数据存入数据库，为参数整定和机组考核提供指导。机组一次调频性能计算的特性参数包括：调速器调差系数、一次调频死区、一次调频延时时间。机组AGC调节计算的特性参数包括：AGC机组在AGC调节过程中的调节速率，包括上升调节速率和下降调节速率。

6)电能质量评估。利用PMU实时上传的动态数据，进行城市电网电能质量数据的计算、分析与统计、存储，以及曲线、趋势图、报表的生成，电能质量计算指标包括电压偏差、供电频率、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波电压和波形畸变，以及电压骤降、电压骤升等短期电压变动等。

(三)在线协调控制功能

1)低频振荡在线协调控制。利用广域测量系统获取区域间的发电机相对转子角、转子角速度或者频率差等广域信号作为阻尼控制器的反馈信号构成闭环控制，从而实现对区域间低频振荡的有效控制。

2)暂态功角稳定预防控制在线辅助决策。结合暂态功角稳定分析结果，在系统暂态稳定水平不足时给出基于灵敏度分析的稳定控制措施，通过超实时仿真验证稳定措施的效果。

3)电压安全稳定预防控制在线辅助决策。结合暂电压安全稳定分析结果，给出系统在重负荷运行条件下的电压稳定性控制措施，通过超实时仿真验证稳定措施的效果。

4)交直流系统协调控制。利用广域测量系统，提取交直流系统运行关键参数，通过直流附加控制器，为直流提供附加的功率调制指令，对多回直流功率进行快速调节控制，改善交直流系统的动态性能和阻尼特性。

5)广域保护协调控制。在广域测量系统获取系统多点信息的基础上，从整体或区域电网的角度同时实现继电保护和自动控制功能，使继电保护装置之间以及继电保护装置和切机、切负荷及解列等自动控制装置的动作协调配合，把保护的涵盖的范围从第一道防线扩展到第二、三道防线，从单个设备扩大到一个区域乃至整个电网，加强对故障后整个系统不稳定状态的控制，避免系统崩溃和大面积停电。

6)分区电网结构动态调整协调控制。根据各个分区间事先定义的解/合环点，搜索合理的合环方案，合环时刻，给出合环顺序与合环时的合环电流，以及合环后的潮流。

(四)模型参数校核功能

1)状态估计。以PMU量测数据为基础，结合SCADA量测数据，为系统计算提供完整的潮流断面，按固定时间间隔，整合电网运行状态断面数据，为系统稳态与暂态计算提供准确的基础技术数据与运行状态数据，判断是否存在不良数据并指出具体可疑量测数据，实时计算给出电网内各母线电压、线路、变压器潮流、母线的负荷与发电机出力、变压器分接头位置，形成完整的运行状态潮流断面数据。

2)仿真模型校核。电网发生故障后，平台获取故障发生前的状态估计断面、故障分析结果和PNU动态响应曲线。然后根据扰动前状态估计断面和扰动情况进行仿真，对实测动态响应和仿真的动态响应进行比较，评估实测动态响应与仿真动态响应之间的差别。

(五)离线数据分析功能

可将电网实时运行数据导出至常用的仿真软件，生成潮流数据和稳定数据，进行离线分析、事故反演和模型校核。

(六)与其他系统的数据接口

具备与能量管理系统、安全稳定预警与控制系统、气象信息系统等进行数据交换的借口，集成全网PMU、SCADA、故障录波器、安控装置、设备状态、系统保护、以及气象雷电等信息采集渠道提供的广域信息，组成综合数据平台，进行多数据源的数据挖掘、评估、整合和管理，为高级应用提供全面准确可靠的信息。

Claims (5)

1.一种电网广域控制保护系统，其特征在于，包括广域控制保护系统主站、PMU子站和通信网络，所述的广域控制保护系统主站包括通过内部网络相互连接的历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站，所述的通信前置服务器通过通信网络连接PMU子站，所述的接口服务器连接外部的能量管理系统、安控系统、故障信息管理系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种电网广域控制保护系统，其特征在于，所述的内部网络为冗余双网结构，同时采用两个高速以太网连接历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站。

3.根据权利要求2所述的一种电网广域控制保护系统，其特征在于，所述的高速以太网为10/100Mb的网络，所述的历史数据服务器、实时数据服务器、高级应用服务器、Web服务器、通信前置服务器、接口服务器和人机工作站均通过带有路由功能的网络交换机接入内部网络。

4.根据权利要求1所述的一种电网广域控制保护系统，其特征在于，所述的广域控制保护系统主站还设有时钟同步系统。

5.根据权利要求1所述的一种电网广域控制保护系统，其特征在于，所述广域控制保护系统主站内的服务器均设有备用服务器。

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