CN104199403B - 一种基于大电网广域信息的阻尼控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电网广域信息的阻尼控制装置，所述广域阻尼控制装置将核心的控制逻辑功能和电力控制装置相结合，布置于站端，通过获取广域量测信号后采用控制逻辑功能输出至本地受控系统。本申请采用模块化的硬件结构，就地化控制输出可避免调度远端集中控制方式的延时影响，提升了系统的运行稳定性。

Description

一种基于大电网广域信息的阻尼控制装置及其方法

技术领域

本发明属于电力系统的稳定控制领域，具体涉及一种基于大电网量测信息的广域阻尼实时控制装置及其控制应用方法。

背景技术

随着交直流互联电网的快速发展，发电资源与用电需求在总量和地域分布上存在着显著的不匹配，使电网结构必然凸显出区域间互联、远距离大容量送电、交直流混合运行等特点，交直流互联大电网的暂态安全稳定问题和动态弱阻尼问题，逐渐成为制约电网运行效率提升的瓶颈。采用广域量测数据信息，构建基于无模型自适应控制器的广域阻尼控制装置，将阻尼控制器与自适应控制相结合，利用广域信息对主导区间振荡模式有强可观性的广域信息作为反馈信号，并在对该模式有强可控性的直流极控和发电机励磁端施加闭环控制，从而达到抑制区间低频振荡的目的。

区间低频振荡会因发电机群间的振荡产生，参与的机组涉及到全网，目前多台本地发电机(电力系统稳定器)PSS需相互协调抑制区间低频振荡，实现形式复杂，并且由于本地PSS采用本地信号作为反馈信号，对区间低频振荡模式的可观性较弱，抑制效果较差；基于广域量测系统的发展，广域阻尼控制凸显优势；通过控制器，全局的可观性，从而控制器能够在更全面的信息下做出更为准确和有效的操作，进而逐步改变了电力系统中本地控制器间难以协调和全局优化的局面。另一方面，电网在实际运行中，当系统发生断线、切机等故障时，系统网络结构和运行方式会发生变化，固定参数的广域阻尼控制器控制性能有时会受到显著影响，自适应阻尼控制能在线调整控制器参数以跟踪系统运行方式的变化，有望解决固定参数阻尼控制器的适应性问题。

广域阻尼控制所具有的潜力和实现的难度，使其成为电力系统极具吸引力和挑战性的研究方向。近年来在大量学者研究工作的推动下，广域阻尼控制理论在反馈信号和控制地点选择、低频振荡的在线辨识、时滞系统的阻尼控制器设计等方面已经取得突破性的进展。目前已开展的广域阻尼控制系统的研究均采用(广域监测系统)WAMS系统获取广域信息的量测数据，将阻尼控制系统的逻辑功能集成在调度端的主站系统中，通过调度至站端专用通道接口将控制指令下发到受控的厂站端。借助于通道连接方式下的广域阻尼控制系统，其控制环节需确保通道的稳定性，通道的延时将影响广域阻尼控制系统的稳定运行。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本申请提出一种基于就地下放的广域阻尼控制装置，将核心的控制逻辑功能和电力控制装置相结合，布置于站端，通过获取广域量测信号后采用控制逻辑功能输出至本地受控系统，避免了远距离传输对控制信号的影响，提升了广域阻尼控制系统运行的稳定性；本申请同时针对就地下放功能的广域阻尼装置，提出了一种应用方法。

本申请公开了一种基于电网广域信息的阻尼控制装置，具体方案如下：

一种基于电网广域信息的阻尼控制装置，其特征在于：所述广域阻尼控制装置将核心的控制逻辑功能和电力控制装置相结合，布置于站端，通过获取广域量测信号后采用控制逻辑功能输出至本地受控系统。

该基于电网广域信息的阻尼控制装置，包括录波模块、数据处理模块、控制逻辑模块、管理模块、开入模块、开出模块、信号模块、电源模块，其特征在于：

所述录波模块、数据处理模块、控制逻辑模块、管理模块、开入模块、开出模块、信号模块、电源模块，各功能模块通过阻尼控制装置的背板总线互联，背板总线提供以太网通讯接口、电源接口、对时接口；

所述数据处理模块通过外部以太网接口接收外部数据、即广域量测数据信号，通过背板总线对时接口获取同步信号后同步外部数据的时间断面，并以10ms的间隔将同步后的广域量测数据连续实时转发至背板总线；当所述数据处理模块接收到的广域量测数据状态信息异常时，所述数据处理模块同步发送数据的异常状态信息至背板总线；所述同步后的广域量测数据通过背板总线以太网通讯接口转发至录波模块、管理模块和控制逻辑模块；

所述控制逻辑模块接收数据处理模块经背板总线转发的实时的同步后的广域量测数据，判别广域量测数据中频率差值的变化，当检测到当前频率差值达到设定阈值时，认为系统处于低频振荡状态，所述控制逻辑模块产生控制命令并通过背板总线以太网通讯接口将控制命令下发至开出模块，同时将控制命令经背板总线以太网通讯接口下发至录波模块和管理模块；

所述录波模块接收数据处理模块实时转发的同步后的广域量测数据和控制逻辑模块下发的控制命令，完成在线存储功能，采用标准的录波格式对外部数据和控制命令的循环存储，满足离线配置工具的数据召唤功能，即可通过读取存储数据并通过录波分析工具进行查询和数据分析；

所述管理模块通过获取实时转发的同步后的广域量测数据及控制逻辑模块下发的控制命令，输入显示实时广域量测数据以及阻尼控制装置的控制状态至人机界面，当接收到数据处理模块同步发送数据的异常状态信息时，将异常告警状态信息通过背板总线以太网通讯接口输出至信号模块；所述管理模块还通过对外GPS接口，获取同步状态信号并同步转发至背板总线的对时接口；

所述开入模块为可配置节点状态插件，通过连接或断开方式，置位相应的节点状态，开入节点状态通过背板总线以太网通讯接口上送至管理模块，用于显示当前装置各开入节点状态。所述开出模块接收控制逻辑模块下发的控制命令，将控制命令转换为调制模拟量信号，输出至直流极控系统或发电机励磁端调节系统进行实施功率控制，根据调制模拟量对应比例的直流功率或发电机功率状态的实施控制；

所述信号模块通过接收管理插件转发的装置告警状态信息，驱动节点继电器，下发告警信号至站端监控系统；

所述电源模块通过接入外部直流220V或110V工作电源，通过内部模块电源转换，输出各5V供电电源至背板总线电源接口，用于各模块的供电电源。

进一步优选，所述开入模块默认的开入节点包括控制功能的投入和退出节点、阻尼控制装置的测试和非测试节点、阻尼控制装置的检修和非检修节点、投信号工作模式节点和非投信号节点。

进一步优选，所述电源模块初接收外部电源接入外，还提供一组失电装置的告警节点，当电源模块故障时，该节点继电器闭合，驱动告警节点，告警节点信号连接至站端监控系统，用于运行人员监视装置工作电源状态。

本申请还公开了一种基于上述广域阻尼控制装置的阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)数据处理模块通过接收广域量测信号，在线判别数据状态的有效性，基于同步时标的各量测点数据的对齐判别，以10ms的间隔将数据经过背板总线实时转发至控制逻辑模块和管理模块，当接收到的数据状态信息异常时，同步发送数据的异常状态信息；

(2)控制逻辑模块实时接收数据处理模块经背板总线转发的广域量测数据，通过广域频差计算获取区间信号的频率差值，根据区间信号频率差值的变化，检测系统是否处于低频振荡状态，当控制逻辑模块检测到当前为低频振荡状态时，根据频率差值变化情况对应下发控制命令，将控制命令通过背板总线以太网通讯接口将下发至开出模块，同时将控制命令经背板总线下发至录波模块和管理模块；

(3)所述开出模块接收控制逻辑模块下发的控制命令，将控制命令转换为调制模拟量信号，输出至直流极控系统或发电机励磁端调节系统进行实施功率控制，根据调制模拟量对应比例的直流功率或发电机功率状态的实施控制；

(4)返回步骤(2)，控制逻辑模块对所述的区间信号频率差值进行实时计算判别，实时判断当前系统控制状态，如果仍处于低频振荡状态时，则生成对应的控制命令下发至开出模块。

本申请相对于现有技术具有以下有益的技术效果：

采用就地下发的阻尼控制装置，采用模块化的硬件结构，就地化控制输出可避免调度远端集中控制方式的延时影响，提升了系统的运行稳定性。

附图说明

图1为本申请公开的基于电网广域信息的阻尼控制装置的结构框图；

图2为本申请公开的基于电网广域信息的阻尼控制方法流程图；

具体实施方式

下面结合说明书附图对本申请的技术方案进一步详细介绍。

本申请公开了一种基于广域电网的功率振荡抑制功能的阻尼控制装置，同时，还公开了一种基于阻尼控制装置应用的控制方法。

如附图1所示：

基于电网广域信息的阻尼控制装置包括接收广域量测信号的数据处理模块、实现控制器算法及逻辑功能的控制逻辑模块、实现状态监测及数据共享的管理模块、实现数据存储及转发的录波模块、实现开关量信号采集的开入模块、实现控制命令输出的开出模块、满足信号状态转出的信号模块，以上功能模块均需要软硬件结合的功能模块完成；同时还包括电源模块以及人机操作功能模块。

所述数据处理模块采用嵌入式实时操作系统，满足广域量测数据的同步在线接收、处理和转发。支持可配置的广域量测数据信息，同步相同断面时刻的量测数据，满足数据的实时在线发布。

所述阻尼控制装置接收同步相量测量装置上送的广域量测数据，包括广域量测的模拟量信号、功率信号、频率信号。基于时间同步信号构建同一断面数据的集中处理。针对上送量测数据的有效性进行判别，提取参与阻尼控制逻辑的有效数据进行同步转发至控制逻辑模块。

所述控制逻辑模块采用嵌入式实时操作系统，通过数据处理模块发布的实时数据，在线检测广域量测数据点的区间频率信号的状态；通过控制参数判别电网运行状态；根据区间频率信号，实时在线检测区域电网低频振荡状态。当检测到区间频率波动情况，采用多控制器协调控制并下发调制指令。采用独立的系统防误逻辑接口，控制逻辑模块通过开入模块对应的操作投退状态，对应控制逻辑的执行和退出状态。通过量测信号判别非振荡状态的系统故障，闭锁控制器，退出控制功能，提升系统的可靠性；

所述管理模块是阻尼控制装置的综合功能性管理模块，通过内部以太网通讯方式接收各模块状态信息，实现量测数据显示，告警报文输出、指示灯状态显示的工况处理。接收同步信号，并转发同步信号至其他各功能模块。接收的控制逻辑模块转发的广域量测数据及控制输出模拟量数据，满足以太网方式同步转发至监测平台工作站，实现装置的工况在线监测，同时可通过监测平台，实时召唤录波模块存储的历史数据及召唤控制逻辑模块的定值参数，支持装置工况状态的信息上送。

所述录波模块通过接收数据处理插件及控制逻辑模块的实时数据，完成在线存储功能，采用标准的录波格式进行数据的循环存储，满足离线数据召唤功能。

所述开入模块实现开关量状态节点信号的采集，总计32组开关量节点，每组节点可定义一个开关状态了，默认配置多控制器投退操作节点，节点连通是表示即表示控制器当前为投入状态，节点断开后表示退出状态；同时还配置有装置检修投退状态，当装置检修节点闭合时，控制逻辑计算退出，用于装置硬件功能测试时使用。

所述信号模块支持装置告警状态的节点信号输出功能，配置有保持和非保持节点。可根据告警信号类型进行定义输出。

所述电源模块，满足交直流电源工作模式，提供各所述各功能模块的工作电源，支持电源失电告警功能。

本申请还公开了一种基于广域信息的阻尼控制方法，其步骤如下：

如附图2所示：

(1)数据处理模块通过接收广域量测信号，在线判别数据状态的有效性，基于同步时标的各量测点数据的对齐判别，以10ms的间隔将数据经过背板总线实时转发至控制逻辑模块和管理模块，当接收到的数据状态信息异常时，同步发送数据的异常状态信息；

(2)控制逻辑模块实时接收数据处理模块经背板总线转发的广域量测数据，通过广域频差计算获取区间信号的频率差值，根据区间信号频率差值的变化，检测系统是否处于低频振荡状态，当控制逻辑模块检测到当前为低频振荡状态时，根据频率差值变化情况对应下发控制命令，将控制命令通过背板总线以太网通讯接口将下发至开出模块，同时将控制命令经背板总线下发至录波模块和管理模块；

(3)所述开出模块接收控制逻辑模块下发的控制命令，将控制命令转换为调制模拟量信号，输出至直流极控系统或发电机励磁端调节系统进行实施功率控制，根据调制模拟量对应比例的直流功率或发电机功率状态的实施控制；

(4)返回步骤(2)，控制逻辑模块对所述的区间信号频率差值进行实时计算判别，实时判断当前系统控制状态，如果仍处于低频振荡状态时，则生成对应的控制命令下发至开出模块。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电网广域信息的阻尼控制装置，包括录波模块、数据处理模块、控制逻辑模块、管理模块、开入模块、开出模块、信号模块、电源模块，其特征在于：

所述录波模块、数据处理模块、控制逻辑模块、管理模块、开入模块、开出模块、信号模块、电源模块，各功能模块通过阻尼控制装置的背板总线互联，背板总线提供以太网通讯接口、电源接口、对时接口；

所述数据处理模块通过外部以太网接口接收外部数据、即广域量测数据信号，通过背板总线对时接口获取同步信号后同步外部数据的时间断面，并以10ms的间隔将同步后的广域量测数据连续实时转发至背板总线；当所述数据处理模块接收到的广域量测数据状态信息异常时，所述数据处理模块同步发送数据的异常状态信息至背板总线；所述同步后的广域量测数据通过背板总线以太网通讯接口转发至录波模块、管理模块和控制逻辑模块；

所述控制逻辑模块接收数据处理模块经背板总线转发的实时的同步后的广域量测数据，判别广域量测数据中频率差值的变化，当检测到当前频率差值达到设定阈值时，认为系统处于低频振荡状态，所述控制逻辑模块产生控制命令并通过背板总线以太网通讯接口将控制命令下发至开出模块，同时将控制命令经背板总线以太网通讯接口下发至录波模块和管理模块；

所述录波模块接收数据处理模块实时转发的同步后的广域量测数据和控制逻辑模块下发的控制命令，完成在线存储功能，采用标准的录波格式对外部数据和控制命令的循环存储，满足离线配置工具的数据召唤功能，即可通过读取存储数据并通过录波分析工具进行查询和数据分析；

所述管理模块通过获取实时转发的同步后的广域量测数据及控制逻辑模块下发的控制命令，输入显示实时广域量测数据以及阻尼控制装置的控制状态至人机界面，当接收到数据处理模块同步发送数据的异常状态信息时，将异常告警状态信息通过背板总线以太网通讯接口输出至信号模块；所述管理模块还通过对外GPS接口，获取同步状态信号并同步转发至背板总线的对时接口；

所述开入模块为可配置节点状态插件，通过连接或断开方式，置位相应的节点状态，开入节点状态通过背板总线以太网通讯接口上送至管理模块，用于显示当前装置各开入节点状态；所述开出模块接收控制逻辑模块下发的控制命令，将控制命令转换为调制模拟量信号，输出至直流极控系统或发电机励磁端调节系统进行实施功率控制，根据调制模拟量对应比例的直流功率或发电机功率状态的实施控制；

所述信号模块通过接收管理插件转发的装置告警状态信息，驱动节点继电器，下发告警信号至站端监控系统；

所述电源模块通过接入外部直流220V或110V工作电源，通过内部模块电源转换，输出各5V供电电源至背板总线电源接口，用于各模块的供电电源。

2.根据权利要求1所述的基于电网广域信息的阻尼控制装置，其特征在于：

所述开入模块默认的开入节点包括控制功能的投入和退出节点、阻尼控制装置的测试和非测试节点、阻尼控制装置的检修和非检修节点、投信号工作模式节点和非投信号节点。

3.根据权利要求1所述的基于电网广域信息的阻尼控制装置，其特征在于：

所述电源模块除接收外部电源接入外，还提供一组失电装置的告警节点，当电源模块故障时，该节点继电器闭合，驱动告警节点，告警节点信号连接至站端监控系统，用于运行人员监视装置工作电源状态。

4.一种基于权利要求1-3任一项权利要求所述的基于电网广域信息的阻尼控制装置的阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)数据处理模块通过接收广域量测信号，在线判别数据状态的有效性，基于同步时标的各量测点数据的对齐判别，以10ms的间隔将数据经过背板总线实时转发至控制逻辑模块和管理模块，当接收到的数据状态信息异常时，同步发送数据的异常状态信息；

(2)控制逻辑模块实时接收数据处理模块经背板总线转发的广域量测数据，通过广域频差计算获取区间信号的频率差值，根据区间信号频率差值的变化，检测系统是否处于低频振荡状态，当控制逻辑模块检测到当前为低频振荡状态时，根据频率差值变化情况对应下发控制命令，将控制命令通过背板总线以太网通讯接口下发至开出模块，同时将控制命令经背板总线下发至录波模块和管理模块；

(3)所述开出模块接收控制逻辑模块下发的控制命令，将控制命令转换为调制模拟量信号，输出至直流极控系统或发电机励磁端调节系统进行实施功率控制，根据调制模拟量对应比例的直流功率或发电机功率状态的实施控制；

(4)返回步骤(2)，控制逻辑模块对所述的区间信号频率差值进行实时计算判别，实时判断当前系统控制状态，如果仍处于低频振荡状态时，则生成对应的控制命令下发至开出模块。