CN103762586A - 一种基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明中接收方安全稳定控制装置通过统计发送方发送过来的数据得到相关通信通道的通信错误概率，并将该数值上送至发送方，发送方安全稳定控制装置查找预先设定的表，得到极限概率值，当某通道的通信错误概率大于等于极限概率值时，认为与该通信通道相连的安全稳定控制装置涉及的设备不可控，将与该通信通道相连的安全稳定控制装置涉及的控制量按事先人为设定的优先级顺序转移到其他厂站去，并向运行人员发送告警信息。本发明能够有力地保障电网的安全稳定运行。

Description

一种基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法。 

背景技术

安全稳定控制装置是电力系统中的重要控制设备，当电网发生大扰动时，它根据电网当前的运行方式、故障类型和故障设备、与该设备相关的故障前电网运行状态等信息，查找预先通过离线计算整定的控制策略表，在本站采取控制措施，或通过通信通道发送命令到远方厂站进行控制。 

安全稳定控制装置之间的通信规约一般不会要求接收方在收到命令后向发送方发送回执信息。因此，为降低通信错误概率（此处的通信错误概率定义为通信过程中，一帧数据无法被正确解析的概率）给通信带来的不良影响，远方传送命令时，一般由发送方向接收方连续发送M秒（M须大于等于执行控制措施时间限制T）命令（假设发送速率为Z帧/秒），以保证接收方能正确收到命令。为避免安全稳定控制装置控制措施命令由于外来干扰等因素造成误码，一般采用多次连续确认的方法来防止误判。假设接收方安全稳定控制装置至少需要连续R帧确认，即某一台接收方安全稳定控制装置需要连续接收到R帧另一台发送方安全稳定控制装置发过来的正确命令时，才能执行预先人为设定的控制措施。 

发明内容

本发明的目的是：给出一种基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法。该方法中接收方安全稳定控制装置通过统计发送方发送过来的数据，得到相关通信通道的通信错误概率P_b，并将该数值P_b上送至发送方。 发送方安全稳定控制装置根据接收方安全稳定控制装置执行控制措施时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R去查预先设定的表V_TZR，得到极限概率值P_{b_Threshold}。当某通道的通信错误概率P_b大于等于极限概率值P_{b_Threshold}时，将与该通信通道相连的安全稳定控制装置涉及的设备设置为不可控，将与该通信通道相连的安全稳定控制装置涉及的控制量按事先人为设定的优先级顺序转移到其他厂站去，并向运行人员发送告警信息。 

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤： 

1）接收方安全稳定控制装置通过统计发送方发送过来的数据，得到相关通信通道的通信错误概率P_b，通信通道的通信错误概率P_b是这样求取的，设在连续统计H秒时间内无法通过校验的帧数为W、发送速率为Z帧/秒，则P_b=W/(H*Z)； 

2）接收方安全稳定控制装置将与本装置相关的通信通道的通信错误概率P_b上送至发送方安全稳定控制装置； 

3）发送方安全稳定控制装置根据接收方安全稳定控制装置执行控制措施的时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R去查预先设定的表V_TZR，得到极限概率值P_{b_Threshold}，并比较P_b与P_{b_Threshold}的大小；所述表V_TZR为在时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R情况下的极限概率值P_{b_Threshold}表； 

若P_b<P_{b_Threshold}，则认为该通信通道的通道状况可以满足正常命令传输的需要，否则将与该通信通道相连的接收方安全稳定控制装置涉及的设备设置为不可控，将与该通信通道相连的接收方安全稳定控制装置涉及的控制量按事先设定的优先级顺序转移到其他厂站去，并向运行人员发送告警信息。 

上述技术方案的进一步特征在于，所述表V_TZR的求解过程如下： 

2-1）在传输n帧命令情况下，设定P_b的初值为α（0≤α≤1），利用公式（1）求取在时间限制T内、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R情况下传输n帧命令时接收方安全稳定控制装置能正确收到发送方安全稳定控制装置发 过来命令的概率P_n： 

$\left\{\begin{array}{cc}{P}_n={(1-P_b)}^R(1+(n-R)*P_b)& R\&le;n\&le;2R\\ P_n=P_{n-1}+P_b{(1-P_b)}^R[1-P_{n-(R+1)}]& 2R+1\&le;n\&le;T*Z\end{array}\right.---\left(1\right)$

2-2）设定一个接近1.00000000的数值作为计算的初值，记为η（0<η<1.00000000），并判断P_n与η之间的大小关系： 

若P_n<η，则将P_b减小ε，其中ε是设定的计算步长，0<ε<1，并在根据公式（1）重新计算P_n后再判断P_n与η之间的大小关系，若仍满足P_n<η，则以ε为步长，不断减小P_b的值（P_b的最小值为0），反复求取P_n，直到P_n≥η为止； 

若P_n≥η，需判断此时P_n是否等于1.00000000： 

若P_n=1.00000000，继续增大P_b的值，P_b以γ为步长增大（P_b的最大值为1.00000000）并反复求取P_n值，直到求得P_{b_j}为止，其中，γ的取值为P_b需精确的位数，0<γ<1，P_{b_j}需满足下述条件：当P_b=P_{b_j}时，P_n=1.00000000，且当P_b=P_{b_j}+γ时，P_n<1.00000000；取P_{b_Threshold}=P_{b_j}； 

若P_n<1.00000000，减小P_b的值，P_b以γ为步长减小（P_b的最小值为0）并反复求取P_n值，直到求得P_{b_k}为止，其中P_{b_k}需满足下述条件：P_b=P_{b_k}时，P_n<1.00000000；且P_b=P_{b_k}-γ时，P_n=1.00000000；取P_{b_Threshold}=P_{b_k}-γ。 

2-3）取不同的T、Z、R值，重复执行上述步骤2-1）和2-2），最终组合得到表V_TZR。 

上述技术方案的进一步特征在于，α=0.5，η=0.99999000，ε=0.0100，γ=0.0001。 

本发明的有益效果如下：采用本发明方法后，一方面，安全稳定控制装置可根据实时通信情况改善控制策略，防止在事故情况下因通信故障导致控制措施无法执行或者无法在规定的时间限制内执行；另一方面，调度人员和运行人员能够实时掌握装置之间的通信情况，在正常运行状况下可及时维护通信错误概率大于等于极限概率值的的通信线路，有力地保障了电网的安全稳定运行。 

附图说明

图1为在给定的某3个参数T、Z、R下求取极限概率值P_{b_Threshold}的流程图。 

图2为本发明实施例的某个电力系统接线图。 

图3为图2所示的电力系统对应的安全稳定控制系统配置图。 

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。 

本发明方法包括以下步骤： 

1）接收方安全稳定控制装置通过统计发送方发送过来的数据，得到相关通信通道的通信错误概率P_b，通信通道的通信错误概率P_b是这样求取的，设在连续统计H秒时间内无法通过校验的帧数为W、发送速率为Z帧/秒，则P_b=W/(H*Z)； 

2）接收方安全稳定控制装置将与本装置相关的通信通道的通信错误概率P_b上送至发送方安全稳定控制装置； 

3）发送方安全稳定控制装置根据接收方安全稳定控制装置执行控制措施的时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R去查预先设定的表V_TZR，得到极限概率值P_{b_Threshold}，并比较P_b与P_{b_Threshold}的大小；所述表V_TZR为在时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R情况下的极限概率值P_{b_Threshold}表； 

若P_b<P_{b_Threshold}，则认为该通信通道的通道状况可以满足正常命令传输的需要，否则将与该通信通道相连的接收方安全稳定控制装置涉及的设备设置为不可控，将与该通信通道相连的接收方安全稳定控制装置涉及的控制量按事先设定的优先级顺序转移到其他厂站去，并向运行人员发送告警信息。 

上述表V_TZR是这么得到的：设在时间限制T内、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R情况下传输n帧命令时（n满足R≤n≤T*Z），接收方安全 稳定控制装置能正确收到发送方安全稳定控制装置发过来命令的概率为P_n。若需保证接收方始终能正确收到命令，则P_n应满足P_n=1.00000000。因此，可利用P_n=1.00000000求出此时的通信错误概率P_b允许的最大值，即极限概率值P_{b_Threshold}。具体求解过程如下： 

1）利用数学归纳法得到传输n帧命令时接收方安全稳控装置能连续正确收到R帧命令的概率为P_n； 

当n=R时， 

P_R=（1-P_b）^R； 

当n=R+1时， 

P_R+1=（1-P_b）^R+P_b（1-P_b）^R=（1-P_b）^R（1+P_b）； 

当n=R+2时， 

P_R+2=（1-P_b）^R+2P_b（1-P_b）^R=（1-P_b）^R（1+2P_b）； 

当n=R+3时， 

P_R+3=（1-P_b）^R+3P_b（1-P_b）^R=（1-P_b）^R（1+3P_b）； 

…… 

当n=2R时， 

P_2R=（1-P_b）^R+R*P_b（1-P_b）^R=（1-P_b）^R（1+R*P_b）； 

当n=2R+1时， 

P_2R+1=（1-P_b）^R+R*P_b（1-P_b）^R+P_b（1-P_b）^R[1-P_R]=P_2R+P_b（1-P_b）^R[1-P_R]； 

…… 

因此，可依次推出， 

P_n=P_n-1+P_b（1-P_b）^R[1-P_n-（R+1）] (2R+1≤n≤T*Z) 

上述公式总结如下： 

$\left\{\begin{array}{cc}{P}_n={(1-P_b)}^R(1+(n-R)*P_b)& R\&le;n\&le;2R\\ P_n=P_{n-1}+P_b{(1-P_b)}^R[1-P_{n-(R+1)}]& 2R+1\&le;n\&le;T*Z\end{array}\right.---\left(1\right)$

2）采用逐次逼近法求P_b，即在传输n帧命令情况下，假定P_b=α，利用公式（1）求取P_n，并判断P_n是否等于1.00000000，如不等于1.00000000，则改变P_b的值重新计算，最终使得P_n=1.00000000。为了加快收敛速度，先设定一个接近1.00000000的数值作为计算的初值，记为η(0<η<1.00000000)，并判断P_n与η之间的大小关系： 

若P_n<η，则将P_b减小ε（ε是人为设定的计算步长，0<ε<1，P_b的最小值为0），重新计算P_n后再判断P_n与η之间的大小关系，若仍满足P_n<η，则以ε为步长，不断减小P_b的值，反复求取P_n，直到P_n≥η为止。 

若P_n≥η，需判断此时P_n是否等于1.00000000： 

若P_n=1.00000000，可继续增大P_b的值，但是为保证最终P_b的数值小数位能精确到γ（γ的取值最小为P_b需精确的位数，0<γ<1），P_b以γ为步长增大（P_b的最大值为1.00000000），反复求取P_n值，直到求得P_{b_j}为止。P_{b_j}满足下述条件：当P_b=P_{b_j}时，P_n=1.00000000；且当P_b=P_{b_j}+γ时，P_n<1.00000000。取P_{b_Threshold}=P_{b_j}。 

若P_n<1.00000000，需减小P_b的值，P_b以γ为步长减小（P_b的最小值为0），反复求取P_n值。直到求得P_{b_k}为止。P_{b_k}满足下述条件：P_b=P_{b_k}时，P_n<1.00000000；且P_b=P_{b_k}-γ时，P_n=1.00000000。取P_{b_Threshold}=P_{b_k}-γ。 

取不同的T、Z、R值，重复执行上述过程，最终组合得到表V_TZR。 

以下结合图1～3进一步说明本发明方法的内容。 

以Z=600帧/秒、T=100ms、连续确认帧数R=6为例，说明通信错误概率的求取方法：假定初值α选取为0.5000，当P_b=0.5000时，得到P_n=0.36882123， 为了加快收敛速度，取η=0.99999000，ε=0.0100。由于P_n<η，按照ε=0.0100的步长减小P_b的值，即P_b=0.5000-0.0100=0.4900，此时P_n=0.40014196，P_n仍小于η，继续按照ε=0.0100的步长减小P_b的值，求P_n，并比较P_n与η之间的大小关系，如此反复，直到P_b=0.1000时，P_n=0.99999507，满足η<P_n<1.00000000；为保证结果的精确性，再按照γ=0.0001的步长减小P_b的值，即P_b=0.1000-0.0001=0.0999，此时，P_n=0.99999512<1.00000000，继续按照γ=0.0001的步长减小P_b的值，求P_n，并比较P_n与1.00000000之间的大小关系，如此反复，直到P_b=0.0119时，P_n=0.99999999，且P_b=0.0118时，P_n=1.00000000，因此取P_{b_Threshold}=0.0118。 

命令传输速率Z为600帧/秒时，根据不同T值和R值计算出来的极限概率值P_{b_Threshold}组成的V_TZR表如表1所示。 

表1Z=600帧/秒时，V_TZR表 

如图2所示：变电站A与无穷大系统相连，变电站A与变电站B通过AB1线、AB2线相连，电厂C、D、E均与变电站B相连，电厂C有3台发电机（分 别为G1、G2、G3），电厂D有2台发电机（分别为G4、G5），电厂E有4台发电机（分别为G6、G7、G8、G9）。假设发电机G1～G9每台出力30MW，所有功率通过变电站B及AB1线、AB2线注入变电站A，最终送入无穷大系统。假设AB1线、AB2线每条线路的热稳极限是240MW。在变电站B及电厂C、D、E各装有一套安全稳定控制装置，它们之间的通道连接示意图如图3所示。电站B安全稳定控制装置实时监测AB1线和AB2线的功率，当任意一条线的功率超过热稳极限240MW时按照先切发电厂E再切发电厂C最后切发电厂D的优先级顺序并按过负荷容量切除发电机。 

假设在某个运行工况下，发电机G1～G9全部开机，不计网损，则AB1线和AB2线每条线输送的功率是135MW。假设AB2线因故障跳闸，则AB2线的功率100%转移到AB1线上，AB1线上输送的功率将增加至270MW，此时需根据过负荷容量270MW-240MW=30MW按照上述优先级顺序切除发电机。 

假设在故障发生过程中，变电站B安全稳定控制装置与电厂C、D、E安全稳定控制装置的通信速率Z都为600帧/秒，电厂C、D、E安全稳定控制装置在1秒内接收到变电站B安全稳定控制装置命令的正确帧数分别为599、595、592帧。假设统计时间为1秒，则电厂C接收变电站B安全稳定控制装置控制措施命令错误的概率为P_{b_TDBC}=(1*600-599)/(1*600)=0.0017；电厂D接收变电站B安全稳定控制装置控制措施命令错误的概率为P_{b_TDBD}=(1*600-595)/(1*600)=0.0083；电厂E接收变电站B安全稳定控制装置控制措施命令错误的概率为P_{b_TDBE}=(1*600-592)/(1*600)=0.0133。 

控制要求是执行控制措施时间限制T为100ms，连续确认帧数R为6。变电站B安全稳定控制装置根据T=100ms，Z=600帧/秒，R=6去查表V_TZR，即表 1得到这种情况下的极限概率值为0.0118。检查发电厂E接收变电站B安全稳定控制装置控制措施命令错误的概率值为0.0133，大于极限概率值0.0118，因此不能可靠切除发电厂E的发电机。按照优先级顺序，再检查发电厂C接收变电站B安全稳定控制装置控制措施命令错误的概率值为0.0017，小于极限概率值0.0118，因此发命令至发电厂C切除发电机30MW，即切除发电厂C一台发电机，保障AB1线输送功率不超热稳极限。同时向运行维护人员告警信息。 

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。 

Claims (3)

1.一种基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）接收方安全稳定控制装置通过统计发送方发送过来的数据，得到相关通信通道的通信错误概率P_b，通信通道的通信错误概率P_b是这样求取的，设在连续统计H秒时间内无法通过校验的帧数为W、发送速率为Z帧/秒，则P_b=W/(H*Z)；

2）接收方安全稳定控制装置将与本装置相关的通信通道的通信错误概率P_b上送至发送方安全稳定控制装置；

3）发送方安全稳定控制装置根据接收方安全稳定控制装置执行控制措施的时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R去查预先设定的表V_TZR，得到极限概率值P_{b_Threshold}，并比较P_b与P_{b_Threshold}的大小；所述表V_TZR为在时间限制T、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R情况下的极限概率值P_{b_Threshold}表；

若P_b<P_{b_Threshold}，则认为该通信通道的通道状况可以满足正常命令传输的需要，否则将与该通信通道相连的接收方安全稳定控制装置涉及的设备设置为不可控，将与该通信通道相连的接收方安全稳定控制装置涉及的控制量按事先设定的优先级顺序转移到其他厂站去，并向运行人员发送告警信息。

2.根据权利要求1所述的基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法，其特征在于，所述表V_TZR的求解过程如下：

2-1）在传输n帧命令情况下，设定P_b的初值为α（0≤α≤1），利用公式（1）求取在时间限制T内、控制措施命令发送速率Z以及连续确认帧数R情况下传输n帧命令时接收方安全稳定控制装置能正确收到发送方安全稳定控制装置发过来命令的概率P_n：

$\left\{\begin{array}{cc}{P}_n={(1-P_b)}^R(1+(n-R)*P_b)& R\&le;n\&le;2R\\ P_n=P_{n-1}+P_b{(1-P_b)}^R[1-P_{n-(R+1)}]& 2R+1\&le;n\&le;T*Z\end{array}\right.---\left(1\right)$

2-2）设定一个接近1.00000000的数值作为计算的初值，记为η（0<η<1.00000000），并判断P_n与η之间的大小关系：

若P_n<η，则将P_b减小ε，其中ε是设定的计算步长，0<ε<1，并在根据公式（1）重新计算P_n后再判断P_n与η之间的大小关系，若仍满足P_n<η，则以ε为步长，不断减小P_b的值（P_b的最小值为0），反复求取P_n，直到P_n≥η为止；

若P_n≥η，需判断此时P_n是否等于1.00000000：

若P_n=1.00000000，继续增大P_b的值，P_b以γ为步长增大（P_b的最大值为1.00000000）并反复求取P_n值，直到求得P_{b_j}为止，其中，γ的取值为P_b需精确的位数，0<γ<1，P_{b_j}需满足下述条件：当P_b=P_{b_j}时，P_n=1.00000000，且当P_b=P_{b_j}+γ时，P_n<1.00000000；取P_{b_Threshold}=P_{b_j}；

若P_n<1.00000000，减小P_b的值，P_b以γ为步长减小（P_b的最小值为0）并反复求取P_n值，直到求得P_{b_k}为止，其中P_{b_k}需满足下述条件：P_b=P_{b_k}时，P_n<1.00000000；且P_b=P_{b_k}-γ时，P_n=1.00000000；取P_{b_Threshold}=P_{b_k}-γ。

2-3）取不同的T、Z、R值，重复执行上述步骤2-1）和2-2），最终组合得到表V_TZR。

3.根据权利要求2所述的基于通信错误概率的电力系统安全稳定控制措施实时优化方法，其特征在于，α=0.5，η=0.99999000，ε=0.0100，γ=0.0001。

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