CN104979834A - 电网广域电压控制方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网广域电压控制方法、系统及设备。电网广域电压控制方法包括：获取多条母线的同步电压值；选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与最小电压值的差值；根据预设阈值与最小电压值的差值获取附加电压值；根据附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。通过将附加电压值作为反馈对发电机的励磁系统的电压参考值进行调整，得到调整后的电压参考值并发送到发电机的励磁系统，发电机可以感受母线的电压并在电压较低时增大输出无功，实现电网广域电压的连续控制，从而提高电网的暂态电压稳定性。

Description

电网广域电压控制方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种电网广域电压控制方法、系统及设备。

背景技术

电网为电力系统中各种电压的变电所及输电线路组成的整体。电网中高压直流输电线路逐渐增多，各直流落点的电气距离较近，相互间呈现出较强的耦合作用。因此，在电力系统发生故障以后，可能造成多个直流换流器同时或相继换相失败，如果受端交流系统提供的无功储备不足，则有可能引起严重的电压稳定性问题。而目前电网中同步发电机是主要的动态无功源，充分利用发电机的无功储备容量，为系统提供动态无功支撑，对于保障电网的安全稳定运行具有非常重要的作用。

传统的控制暂态电压稳定的方法是根据电网的广域信息进行切机切负荷、投切电容器等操作，但是这些控制均属于非连续控制，导致电网暂态电压的稳定性低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种暂态电压稳定性较高的电网广域电压控制方法、系统及设备。

一种电网广域电压控制方法，包括如下步骤：

获取多条母线的同步电压值，所述同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值；

选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与所述最小电压值的差值；

根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，所述附加电压值用于调整发电机的励磁系统的电压参考值；

根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。

一种电网广域电压控制系统，包括：

同步电压获取模块，用于获取多条母线的同步电压值，所述同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值；

电压差值获取模块，用于选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与所述最小电压值的差值；

附加电压获取模块，用于根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，所述附加电压值用于调整发电机的励磁系统的电压参考值；

电压参考调整模块，用于根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。

一种电网广域电压控制设备，包括授时装置和控制器，所述授时装置通信连接所述控制器和配置于多条母线上的PMU，所述控制器还通信连接所述PMU和发电机；

所述授时装置用于给所述PMU和控制器授时；

所述控制器用于接收所述PMU发送的所在母线的电压值并获取多条母线的同步电压值，选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与所述最小电压值的差值；根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，以及根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功；所述同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值。

上述的一种电网广域电压控制方法、系统及设备，通过将附加电压值作为反馈对发电机的励磁系统的电压参考值进行调整，得到调整后的电压参考值并发送到发电机的励磁系统，发电机可以实时感受母线的电压并在电压较低时增大输出无功，实现电网广域电压的连续控制，从而提高电网的暂态电压稳定性。

附图说明

图1为一实施例中本发明电网广域电压控制方法的流程图；

图2为一实施例中根据预设阈值与最小电压值的差值获取附加电压值的步骤的流程图；

图3为一实施例中本发明电网广域电压控制系统的模块图；

图4为一实施例中同步电压获取模块的具体单元图；

图5为一实施例中附加电压获取模块的具体单元图；

图6为另一实施例中电网广域电压控制系统的模块图；

图7为一实施例中本发明电网广域电压控制设备的布局示意图；

图8为控制器获取附加电压值的流程示意图；

图9为发电机获取调整后的电压参考值的流程示意图。

具体实施方式

参考图1，本发明一实施例中的一种电网广域电压控制方法，包括步骤S110至步骤S170。

S110：获取多条母线的同步电压值。同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值。

多条母线可以包括电网中需要检测电压值的所有母线，从而实现电网的广域电压检测。母线的电压可以通过在母线上配置PMU(Phasor Measurement Unit同步相量测量单元)进行检测。

接收多条母线对应同一时刻的电压值时，系统接收到的各个电压值数据可能具有不同的延时。经过实验证明，获取多条母线电压值的时延τ满足正态分布，即τ～N(μ,σ²)。在其中一实施例中，步骤S110包括步骤112和步骤114。

步骤112：根据当前时刻计算得到数据采集时刻。具体为：

t₂＝t₁-(μ+2σ)；

其中，t₁为当前时刻，t₂表示数据采集时刻，μ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的期望，σ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的标准差。本实施例中，μ取80ms，σ取20ms。

步骤114：获取数据采集时刻时所采集的母线电压值作为同步电压值。根据当前时刻计算得到数据采集时刻，通过采用多条母线的同步电压值，可以保证采用同一时刻的电压值进行处理，提高对电网的广域电压控制的准确性。

在其中一实施例中，根据当前时刻计算得到数据采集时刻的步骤，可以包括判断在当前时刻是否获取到多条母线中所有母线对应数据采集时刻的同步电压值，若否，则在当前时刻获取同步电压值时不考虑没有获取到对应数据采集时刻的同步电压值的母线。在当前时刻没有接收到数据采集时刻的同步电压值，可以认为数据出现丢包或传输出现故障，不考虑该条母线的数据，对其他获取到的多个同步电压值进行后续步骤的处理，避免因数据丢失或传输故障而无操作的情况。

S130：选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与最小电压值的差值。

预设阈值用于表示电网的暂态电压稳定性的判据值。本实施例中,预设阈值根据电力行业标准设置。例如，电力行业标准DL/T1234-2013《电力系统安全稳定计算技术规范》规定“暂态电压稳定性判据是在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内恢复到0.8p.u.以上”，故本实施例中预设阈值取值为0.8p.u.。可以理解，在其他实施例中，预设阈值也可以设置为其他数值，能体现暂态电压稳定性的失稳性判断即可。

S150：根据预设阈值与最小电压值的差值获取附加电压值。

附加电压值用于调整发电机的励磁系统的电压参考值。

根据电力行业标准DL/T1234-2013《电力系统安全稳定计算技术规范》规定“暂态电压稳定性判据是在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内恢复到0.8p.u.以上”，本实施例中，预设阈值的取值设为0.8p.u.。

在其中一实施例中，参考图2，步骤S150包括步骤S151至步骤S155。

S151：判断预设阈值与最小电压值的差值是否大于零。本实施例中，具体为判断预设阈值减去最小电压值的差值是否大于零。若是，则执行步骤S153，否则执行步骤S155。

S153：选取预设阈值与最小电压值的差值作为附加电压值。

S155：选取零值作为附加电压值。

通过判断预设阈值减去最小电压值所得差值是否大于零，可以判断最小电压值对应的母线是否出现暂态电压失稳现象。若差值大于零，最小电压值低于预设阈值，表示最小电压值对应的母线存在暂态电压失稳现象，若差值小于或等于零，表示未出现暂态电压失稳现象。

S170：根据附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。

在其中一实施例中，步骤S170中根据附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，包括：

根据公式：

V_gref＝V_gref0+max(0,△V(t-μ-2σ))；

获取调整后的电压参考值，其中，△V(t-μ-2σ)为预设阈值与最小电压值的差值，V_gref0为发电机的原电压参考值，V_gref为调整后的电压参考值。

通过对附加电压值和发电机的原电压参考值进行相加处理，将附加电压值作为反馈得到调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，能够使发电机感受到电压较低的母线的电压，增大发电机的输出无功，从而提高电网的暂态电压稳定性。

在其中一实施例中，步骤S110之前，还包括检测各个时刻多条母线的电压值的步骤。即，可以实时检测多条母线的电压值，因此，可以获取任意时刻的同步电压值得到对应任意时刻的附加电压值并反馈到发电机的励磁系统，从而实现电网的连续电压控制。

上述的一种电网广域电压控制方法，通过将附加电压值作为反馈对发电机的励磁系统的电压参考值进行调整，得到调整后的电压参考值并发送到发电机的励磁系统，发电机可以实时感受母线的电压并在电压较低时增大输出无功，实现电网广域电压的连续控制，从而提高电网的暂态电压稳定性。

参考图3，本发明一实施例中电网广域电压控制系统，包括同步电压获取模块110、电压差值获取模块130、附加电压获取模块150和电压参考调整模块170。

同步电压获取模块110用于获取多条母线的同步电压值，同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值。

多条母线可以包括电网中需要检测电压值的所有母线，从而实现电网的广域电压检测。母线的电压可以通过在母线上配置PMU(Phasor Measurement Unit同步相量测量单元)进行检测。

接收多个母线对应某一时刻的电压值时，系统接收到的各个电压值数据可能具有不同的延时。经过实验证明，获取多条母线电压值的时延τ满足正态分布，即τ～N(μ,σ²)。在其中一实施例中，参考图4，同步电压获取模块110包括采集时刻获取单元111和同步电压获取单元113。

采集时刻获取单元111用于根据当前时刻计算得到数据采集时刻，具体为：

t₂＝t₁-(μ+2σ)；

其中，t₁为当前时刻，t₂表示数据采集时刻，μ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的期望，σ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的标准差。本实施例中，μ取80ms,σ取20ms。

同步电压获取单元113用于获取数据采集时刻时所采集的母线电压值作为同步电压值。通过采用多条母线的同步电压值，可以保证采用同一时刻的电压值进行处理，提高对电网的广域电压控制的准确性。

在其中一实施例中，采集时刻获取单元111可以判断在当前时刻是否获取到多条母线中所有母线对应数据采集时刻的同步电压值，若否，则在当前时刻获取同步电压值时不考虑没有获取到对应数据采集时刻的同步电压值的母线。在当前时刻没有接收到数据采集时刻的同步电压值，可以认为数据出现丢包或传输出现故障，不考虑该条母线的数据，对其他获取到的多个同步电压值进行后续步骤的处理，避免因数据丢失或传输故障而无操作的情况。

电压差值获取模块130用于选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与最小电压值的差值。

预设阈值用于表示电网的暂态电压稳定性的判据值。本实施例中,预设阈值根据电力行业标准设置。例如，电力行业标准DL/T1234-2013《电力系统安全稳定计算技术规范》规定“暂态电压稳定性判据是在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内恢复到0.8p.u.以上”，故本实施例中预设阈值取值为0.8p.u.。可以理解，在其他实施例中，预设阈值也可以设置为其他数值，能体现暂态电压稳定性的失稳性判断即可。

附加电压获取模块150用于根据预设阈值与最小电压值的差值获取附加电压值，附加电压值用于调整发电机的励磁系统的电压参考值。

根据电力行业标准DL/T1234-2013《电力系统安全稳定计算技术规范》规定“暂态电压稳定性判据是在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内恢复到0.8p.u.以上”，本实施例中，预设阈值的取值设为0.8p.u.。

在其中一实施例中，参考图5，附加电压获取模块150包括电压差值判断单元151和附加电压选取单元153。

电压差值判断单元151用于判断预设阈值与最小电压值的差值是否大于零。本实施例中，具体为判断预设阈值减去最小电压值的差值是否大于零。

附加电压选取单元153用于在预设阈值与最小电压值的差值大于零时，选取预设阈值与最小电压值的差值作为附加电压值；否则，选取零值作为附加电压值。

通过判断预设阈值减去最小电压值所得差值是否大于零，可以判断最小电压值对应的母线是否出现暂态电压失稳现象，若差值大于零，最小电压值低于预设阈值，表示最小电压值对应的母线存在暂态电压失稳现象，若差值小于或等于零，表示未出现暂态电压失稳现象。

电压参考调整模块170用于根据附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。

在其中一实施例中，电压参考调整模块170根据公式：

V_gref＝V_gref0+max(0,△V(t-μ-2σ))；

获取调整后的电压参考值。式中，△V(t-μ-2σ)为预设阈值与最小电压值的差值，V_gref0为发电机的原电压参考值，V_gref为调整后的电压参考值。

通过对附加电压值和发电机的原电压参考值进行相加处理，将附加电压值作为反馈得到调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，能够使发电机在电网故障后感受到电压较低的母线所在电压，增大发电机的输出无功，从而提高电网的暂态电压稳定性。

在其中一实施例中，参考图6，上述电网的广域电压控制系统还包括电压检测模块100，用于检测各个时刻多条母线的电压值。即，电压检测模块100可以实时检测多条母线的电压值，因此，可以获取任意时刻的同步电压值得到对应任意时刻的附加电压值并反馈到发电机的励磁系统，从而实现电网的连续电压控制。

上述的一种电网的广域电压控制系统，同样地，发电机可以实时感受母线的电压并在电压较低时增大输出无功，实现电网的广域电压控制，从而提高电网的暂态电压稳定性。

参考图7，本发明一实施例中的电网广域电压控制设备，包括控制器210和授时装置230，授时装置230通信连接控制器210和配置于母线上的PMU 310，控制器210还通信连接PMU 310和发电机330。

授时装置230用于给控制器210和PMU 310授时。因此，可以为控制器210和PMU 310之间的数据传输提供统一时间。

PMU 310检测所在母线的电压值，并将检测到的电压值发送至控制器210。

控制器210用于接收PMU 310发送的所在母线的电压值并获取多条母线的同步电压值，选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与最小电压值的差值；根据预设阈值与最小电压值的差值获取附加电压值，以及根据附加电压值和发电机330的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机330的励磁系统，以调整发电机330的机端电压和输出无功。同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值。

在其中一个实施例中，授时装置230为GPS卫星。

在其中一实施例中，参考图8，控制器210在当前时刻获取数据采集时刻的多条母线的同步电压值V₁(t-μ-2σ)、V₂(t-μ-2σ)…V_N(t-μ-2σ)，图中，V₁、V₂、…V_N分别为N条母线的当前时刻的电压值。控制器210选取出多个同步电压值中的最小电压值V_min，并计算预设阈值V₀减去最小电压值V_min所得的差值△V(t-μ-2σ)，根据预设阈值V₀减去最小电压值V_min所得的差值△V(t-μ-2σ)获取附加电压值。

在其中一实施例中，参考图9，发电机330的励磁附加控制单元计算发电机的原电压参考值和附加电压值之和，得到调整后的电压参考值后输出到发电机330的励磁系统。图中，V_gref01、V_gref02…V_gref0M分别为M个发电机330对应的原电压参考值。

在其中一个实施例中，控制器210通过以太网连接PMU 310和发电机330。本实施例中，采用控制器210与发电机330以及PMU 310之间采用2个单向的数据流通道，分别为PMU 310到控制器210之间的传输通道，以及控制器210到各发电机330的励磁附加控制单元的传输通道。控制器210通过通信接口连接以太网与发电机330和PMU 310通信连接，具体可采用ST型光以太网、多模、波长1310nm，PMU 310上传数据至控制器210和控制器210下发数据至发电机330均采用50次/秒的速率。

上述的一种电网广域电压控制设备，控制器210根据PMU 310检测的母线的电压值输出附加电压值至发电机330的励磁附加控制单元，发电机310的励磁附加控制单元根据附加电压值输出调整后的电压参考值至发电机330的励磁系统，因此，发电机330可以感受母线的电压并在电压较低时增大输出无功，实现电网的广域电压控制，从而提高电网的暂态电压稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电网广域电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取多条母线的同步电压值，所述同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值；

选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与所述最小电压值的差值；

根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，所述附加电压值用于调整发电机的励磁系统的电压参考值；

根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。

2.根据权利要求1所述的电网广域电压控制方法，其特征在于，所述获取多条母线的同步电压值的步骤，包括以下步骤：

根据当前时刻计算得到数据采集时刻，具体为：

t₂＝t₁-(μ+2σ)；

其中，t₁为当前时刻，t₂表示数据采集时刻，μ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的期望，σ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的标准差；

获取所述数据采集时刻时所采集的母线电压值作为同步电压值。

3.根据权利要求1所述的电网广域电压控制方法，其特征在于，所述根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，包括：

判断所述预设阈值与所述最小电压值的差值是否大于零；

若是，选取所述预设阈值与所述最小电压值的差值作为附加电压值；

若否，选取零值作为附加电压值。

4.根据权利要求1所述的电网广域电压控制方法，其特征在于，所述根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，包括：

根据公式：

V_gref＝V_gref0+max(0,△V(t-μ-2σ))；

获取调整后的电压参考值，其中，△V(t-μ-2σ)为所述预设阈值与所述最小电压值的差值，V_gref0为发电机的原电压参考值，V_gref为调整后的电压参考值。

5.一种电网广域电压控制系统，其特征在于，包括：

同步电压获取模块，用于获取多条母线的同步电压值，所述同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值；

电压差值获取模块，用于选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与所述最小电压值的差值；

附加电压获取模块，用于根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，所述附加电压值用于调整发电机的励磁系统的电压参考值；

电压参考调整模块，用于根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功。

6.根据权利要求5所述的电网广域电压控制系统，其特征在于，所述同步电压获取模块包括：

采集时刻获取单元，用于根据当前时刻计算得到数据采集时刻，具体为：

t₂＝t₁-(μ+2σ)；

其中，t₁为所述当前时刻，t₂表示数据采集时刻，μ为获取多条母线电压值的时延满足的正态分布的期望，σ为获取多条母线电压的时延满足的正态分布的标准差；

同步电压获取单元，用于获取所述数据采集时刻时所采集的母线电压值作为同步电压值。

7.根据权利要求5所述的电网广域电压控制系统，其特征在于，所述附加电压获取模块包括：

电压差值判断单元，用于判断所述预设阈值与所述最小电压值的差值是否大于零；

附加电压选取单元，用于在所述预设阈值与所述最小电压值的差值大于零时，选取所述预设阈值与所述最小电压值的差值作为附加电压值；否则，选取零值作为附加电压值。

8.根据权利要求5所述的电网广域电压控制系统，其特征在于，所述电压参考调整模块根据公式：

V_gref＝V_gref0+max(0,△V(t-μ-2σ))；

获取调整后的电压参考值；

其中，△V(t-μ-2σ)为所述预设阈值与所述最小电压值的差值，V_gref0为发电机的原电压参考值，V_gref为调整后的电压参考值。

9.一种电网广域电压控制设备，其特征在于，包括授时装置和控制器，所述授时装置通信连接所述控制器和配置于多条母线上的PMU，所述控制器还通信连接所述PMU和发电机；

所述授时装置用于给所述PMU和控制器授时；

所述控制器用于接收所述PMU发送的所在母线的电压值并获取多条母线的同步电压值，选取出多个同步电压值中的最小电压值，并计算预设阈值与所述最小电压值的差值；根据所述预设阈值与所述最小电压值的差值获取附加电压值，以及根据所述附加电压值和发电机的原电压参考值获取调整后的电压参考值，并发送至发电机的励磁系统，以调整发电机的机端电压和输出无功；所述同步电压值为多条母线对应同一时刻的电压值。

10.根据权利要求9所述的电网广域电压控制设备，其特征在于，所述控制器通过以太网连接所述PMU和发电机。