CN105515203A - 一种变电主站与从站之间的预警与控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种变电主站与从站之间的预警与控制系统，包括：变电主站以及多个子变电站；变电主站分别与多个变电站通信连接，变电主站用于接收各个子变电站上传的信息，对电网运行信息进行采集和处理，根据既定的控制策略，对电网的负荷，潮流进行统一协调控制，并对子变电站下发控制命令，完成整个电网的控制功能；子变电站采集装置采集子变电站内的设备电流量、电压量、有功功率量、无功功率量；控制装置用于对子变电站范围内的所有设备控制，通过通信装置与变电主站数据通信，发送子变电站的运行信息、故障信息，并接收变电主站的控制命令，对子变电站内的设备实施控制。

Description

一种变电主站与从站之间的预警与控制系统
技术领域
本发明涉及备自投领域，尤其涉及一种变电主站与从站之间的预警与控制系统。
背景技术
经济的发展对电力需求越来越旺盛，电网规模不断的扩大，电网结构日趋复杂，供电可靠性的要求也越来越高，目前在国内广泛应用的备用电源自动投入装置在电力系统故障或其他原因使电网主供电源断开时，能够迅速断开原工作电源，将备用电源自动投入工作，及时恢复对用户的供电，提高供电可靠性，减少供电损失，保证电网安全稳定运行。
目前国内备自投系统使用110kV变电站串供结构是电网比较普遍的接线方式，当串供线路上设备发生故障时，可能会造成母线失压或部分厂站失电，造成较大的经济损失，
但是110kV站点及线路有限，受制于电网建设现状及电网运行方式，有限的110kV站点及线路无法形成强大的备自投装置覆盖网，110kV供电片区因线路故障失电时，易形成孤岛电网，无法保证片区电网的电压及功角稳定，导致线路的安全稳定性问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种变电主站与从站之间的预警与控制系统，包括：变电主站以及多个子变电站；
所述变电主站分别与所述多个变电站通信连接，所述变电主站用于获取多个子变电站上传的信息，实时形成当前电网的潮流断面数据，识别电网的运行方式，对数据的可靠性和电网状态以及电网安全稳定性进行在线评估；通过EMS、现场PMU装置获取多个子变电站电网实时数据实现电网安全稳定的预警与控制，实时监测多个子变电站的母线电压，对多个子变电站电网运行信息进行采集和处理，根据既定的控制策略，对电网的负荷，潮流进行在线决策、在线控制和离线分析的计算统一协调控制，并对子变电站下发控制命令，完成整个电网的控制功能；
所述子变电站包括：线路保护装置、母差保护装置、继电保护装置；所述子变电站通过线路保护装置、母差保护装置、继电保护装置的动作行为进行故障判别实现备自投；
所述子变电站还包括采集装置、控制装置、通信装置、定位装置；
采集装置采集子变电站内的设备电流量、电压量、有功功率量、无功功率量；
控制装置用于对子变电站范围内的所有设备控制，通过通信装置与变电主站数据通信，发送子变电站的运行信息、故障信息，并接收变电主站的控制命令，对子变电站内的设备实施控制；当子变电站发生故障时，子变电站备自投根据定位装置对故障点的定位情况，控制装置判断是否需要动作，如果需要动作则先下发命令隔离故障，判断备用电源是否过载需要采取切负荷控制措施，合上解环点断路器恢复供电，在预设时间内检测各线路的过载情况，保持电网的稳定运行。
优选地，所述变压主站包括：断面潮流监测模块；
所述断面潮流监测模块用于建立断面运行方式，通过采集各子变电站的电压相角、有功功率、无功功率、电压幅值、电网频率对断面潮流进行计算、优化，使电网的动态地响应提高，并对线路和断面运行状况监测，潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析。
优选地，所述断面潮流监测模块使用电网状态估计结果和PQ分解算法确定计算初始值，通过判断收敛率a得到对断面潮流的监测；其中，
计算的到，Pi节点的有功功率，节点Qi节点的无功功率;
kp为有功功率调节系数；
Kq为无功功率调节系统；
P0为额定有功功率；
Q0为额定无功功率；
f为采集的频率；
fo为额定的频率；
U为采集的电压；
U0为额定电压；
ΔQ无功功率的导数值；
ΔU电压幅值的导数；
θ电压相角；
Aij恒定流负载百分比系数；
Bij恒定功率负载百分比系数；
Gij频率负载百分比系数；
Ci为修订量
如果得到a等于1则为线性收敛，潮流未超限断面；
如果得到a大于1则潮流未超限断面；
如果a小于1则潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析。
优选地，变压主站包括：暂态稳定裕度判断模块；
所述暂态稳定裕度判断模块用于根据计算a的范围，判断暂态稳定裕度，并且通过分析裕度指标对各控制变量的灵敏度，给出预防控制和增强控制的建议。
优选地，变压主站包括：暂态参数分析模块、断面潮流超阀值设定模块；
所述暂态参数分析模块用于通过计算子变电站的暂态电压和频率，对子变电站的安全性分析，给出失去暂态电压、频率稳定性的故障列表；
所述断面潮流超阀值设定模块用于设定时间阀值，断面潮流超阀值的时间段进行设定，使潮流超过该时间阀值时进行报警。
优选地，所述断面潮流监测模块还用于监测各个变电站系统的断面潮流，控制各个子变电站中的断面潮流；
所述变电站依据断面潮流监测模块监测得到的当前各个子变电站的运行数据，判断当前断面潮流，以分析电网能够承受的供电能力；
在所述当前电网能够承受的供电能力范围内，根据当前断面潮流控制优先级等级高的子变电站中的备自投优先投入，控制当前断面潮流优先级等级低的子变电站中的备自投优先退出。
优选地，所述变电主站包括：低频振荡分析模块、子站优选分级模块；
所述低频振荡分析模块用于获取各个子变电站的电压相对相角、频率和功率动态曲线，通过分析获取的动态数据，实时计算分析动态曲线的频谱，当发现在1.2~3Hz范围内较强的弱阻尼振荡分量存在时，发出告警信息，同时在电网区域图上标注异常区域，记录当前的实时数据；
所述子站优选分级模块用于根据低频振荡分析模块获取各个子变电站的数据参数，根据子变电站的弱阻尼振荡分量对子变电站的电网承受能力进行分级。
优选地，所述子站优选分级模块将子变电站分为一级子变电站、二级子变电站、三级子变电站；
当电网具有1.2~3Hz范围的阻尼振荡分量存在，且a大于1潮流未超限断面划分为一级子变电站；
当电网具有0.2~1.2Hz范围的阻尼振荡分量存在，且a大于1潮流未超限断面划分为二级子变电站；
当电网具有0.2Hz以下的阻尼振荡分量存在，且a大于等于1潮流未超限断面划分为二级子变电站划分为三级子变电站。
优选地，多个子变电站中各个子变电站间通信连接，以使得各个子变电站实时获知其他变电站系统的运行数据。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
当变电站系统中的至少一个子变电站的供电能力不足时，变电主站依据监测得到的当前各个变电站系统的运行数据，控制各个变电站系统中的备自投进行投入或退出动作。多个子变电站分别与变电主站备自投控制主站通信连接，形成基于局部电网供电能力的变电站变电主站与从站之间的预警与控制系统，利用本发明提供的变电站变电主站与从站之间的预警与控制系统可以实现该局部电网内所有变电站系统中的备自投的智能控制投入或退出。而且综合考虑了电网的低频振荡、断面潮流等影响因素实现对电网综合维控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为变电主站与从站之间的预警与控制系统示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种变电主站与从站之间的预警与控制系统，如图1所示，包括：变电主站1以及多个子变电站2；
所述变电主站1分别与所述多个变电站2通信连接，所述变电主站1用于获取多个子变电站2上传的信息，实时形成当前电网的潮流断面数据，识别电网的运行方式，对数据的可靠性和电网状态以及电网安全稳定性进行在线评估；通过EMS、现场PMU装置获取多个子变电站电网实时数据实现电网安全稳定的预警与控制，实时监测多个子变电站的母线电压，对多个子变电站电网运行信息进行采集和处理，根据既定的控制策略，对电网的负荷，潮流进行在线决策、在线控制和离线分析的计算统一协调控制，并对子变电站下发控制命令，完成整个电网的控制功能；
所述子变电站2包括：线路保护装置、母差保护装置、继电保护装置；所述子变电站通过线路保护装置、母差保护装置、继电保护装置的动作行为进行故障判别实现备自投；
所述子变电站2还包括采集装置、控制装置、通信装置、定位装置；
采集装置采集子变电站内的设备电流量、电压量、有功功率量、无功功率量；
控制装置用于对子变电站范围内的所有设备控制，通过通信装置与变电主站数据通信，发送子变电站的运行信息、故障信息，并接收变电主站的控制命令，对子变电站内的设备实施控制；当子变电站发生故障时，子变电站备自投根据定位装置对故障点的定位情况，控制装置判断是否需要动作，如果需要动作则先下发命令隔离故障，判断备用电源是否过载需要采取切负荷控制措施，合上解环点断路器恢复供电，在预设时间内检测各线路的过载情况，保持电网的稳定运行。
本实施例中，随着电网的互联，系统规模的扩大，电网低频振荡严重影响电网稳定运行，变电主站1包括：低频振荡分析模块；低频振荡分析模块用于获取各个子变电站的电压相对相角、频率和功率动态曲线，通过分析获取的动态数据，实时计算分析动态曲线的频谱，当发现在1.2~3Hz范围内较强的弱阻尼振荡分量存在时，发出告警信息，同时在电网区域图上标注异常区域，记录当前的实时数据。这样实时监控整个电网的低频振荡，并作出及时的处理，分析和保存当前数据信息。
本实施例中，所述变压主站1包括：断面潮流监测模块；所述断面潮流监测模块用于建立断面运行方式，通过采集各子变电站的电压相角、有功功率、无功功率、电压幅值、电网频率对断面潮流进行计算、优化，使电网的动态地响应提高，并对线路和断面运行状况监测，潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析。依据提示采取必要措施或根据需要投退稳措，避免断面长期潮流超限。
进一步所述断面潮流监测模块使用电网状态估计结果和PQ分解算法确定计算初始值，通过，下述数学模型或利用牛顿-拉夫逊算法计算电网的潮流断面数据；判断收敛率a得到对断面潮流的监测；
其中，
计算的到，Pi节点的有功功率，节点Qi节点的无功功率;
kp为有功功率调节系数；
Kq为无功功率调节系统；
P0为额定有功功率；
Q0为额定无功功率；
f为采集的频率
fo为额定的频率
U为采集的电压
U0为额定电压；
ΔQ无功功率的导数值；
ΔU电压幅值的导数；
θ电压相角；
Ai恒定流负载百分比系数；
Bi恒定功率负载百分比系数；
G频率负载百分比系数；
Ci为修订量
如果得到a等于1则为线性收敛，潮流未超限断面；
如果得到a大于1则潮流未超限断面；
如果a小于1则潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析。
相对于传统的潮流计算改进后的潮流计算方法反映了变压主站与子变电站运行和控制规则。可以分析变压主站与子变电站的潮流和系统频率。
在变压主站与子变电站系统中，对有功功率、频率、无功功率、电压的调控使电网稳定运行，并能够平衡负载的变化和维持系统频率及电压等级。
本实施例中，变压主站包括：断面潮流超阀值设定模块；断面潮流超阀值设定模块用于设定时间阀值，断面潮流超阀值的时间段进行设定，使潮流超过该时间阀值时进行报警。
本实施例中，断面潮流监测模块还用于监测各个变电站系统的断面潮流，控制各个子变电站中的断面潮流；变电站依据断面潮流监测模块监测得到的当前各个子变电站的运行数据，判断当前断面潮流，以分析电网能够承受的供电能力；在当前电网能够承受的供电能力范围内，根据当前断面潮流控制优先级等级高的子变电站中的备自投优先投入，控制当前断面潮流优先级等级低的子变电站中的备自投优先退出。
这样实现了电网断面潮流在线监测，对线路和断面运行状况的在线监测、潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析等功能，为电网安全运行提供了有效的监测和分析方法。降低了监测资源消耗，提高了系统运行的稳定性和可靠性。
本实施例中，变压主站1包括：暂态稳定裕度判断模块；所述暂态稳定裕度判断模块用于根据计算a的范围，判断暂态稳定裕度，并且通过分析裕度指标对各控制变量的灵敏度，给出预防控制和增强控制的建议。
变压主站1包括：暂态参数分析模块、断面潮流超阀值设定模块；所述暂态参数分析模块用于通过计算子变电站的暂态电压和频率，对子变电站的安全性分析，给出失去暂态电压、频率稳定性的故障列表；
本实施例中，变压主站1包括：子站优选分级模块；所述子站优选分级模块用于根据暂态稳定裕度判断模块判断的子变电站的安全性分析结果，暂态参数分析模块通过计算子变电站的暂态电压和频率，对子变电站的安全性分析结果以及低频振荡分析模块获取各个子变电站的数据参数，根据子变电站的弱阻尼振荡分量对子变电站的电网承受能力进行分级。
子站优选分级模块将子变电站分为一级子变电站、二级子变电站、三级子变电站；
所述子站优选分级模块将子变电站分为一级子变电站、二级子变电站、三级子变电站；
当电网具有1.2~3Hz范围的阻尼振荡分量存在，且失去暂态电压、频率稳定性的故障次数、暂态稳定裕度划分为一级子变电站；
当电网具有0.2~1.2Hz范围的阻尼振荡分量存在，且失去暂态电压、频率稳定性的故障次数、暂态稳定裕度划分为二级子变电站；
当电网具有0.2Hz以下的阻尼振荡分量存在，且失去暂态电压、频率稳定性的故障次数、暂态稳定裕度划分为三级子变电站。
当变电站系统中的至少一个子变电站的供电能力不足时，变电站备自投控制主站依据监测得到的当前各个变电站系统的运行数据，控制各个变电站系统中的备自投进行投入或退出动作。多个子变电站分别与变电主站备自投控制主站通信连接，形成基于局部电网供电能力的变电站变电主站与从站之间的预警与控制系统，利用本发明提供的变电站变电主站与从站之间的预警与控制系统可以实现该局部电网内所有变电站系统中的备自投的智能控制投入或退出。而且综合考虑了电网的低频振荡、断面潮流等影响因素实现对电网综合维控。
本实施例中，多个子变电站中各个子变电站间通信连接，以使得各个子变电站实时获知其他变电站系统的运行数据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，包括：变电主站以及多个子变电站；
所述变电主站分别与所述多个变电站通信连接，所述变电主站用于获取多个子变电站上传的信息，实时形成当前电网的潮流断面数据，识别电网的运行方式，对数据的可靠性和电网状态以及电网安全稳定性进行在线评估；通过EMS、现场PMU装置获取多个子变电站电网实时数据实现电网安全稳定的预警与控制，实时监测多个子变电站的母线电压，对多个子变电站电网运行信息进行采集和处理，根据既定的控制策略，对电网的负荷，潮流进行在线决策、在线控制和离线分析的计算统一协调控制，并对子变电站下发控制命令，完成整个电网的控制功能；
所述子变电站包括：线路保护装置、母差保护装置、继电保护装置；所述子变电站通过线路保护装置、母差保护装置、继电保护装置的动作行为进行故障判别实现备自投；
所述子变电站还包括采集装置、控制装置、通信装置、定位装置；
采集装置采集子变电站内的设备电流量、电压量、有功功率量、无功功率量；
控制装置用于对子变电站范围内的所有设备控制，通过通信装置与变电主站数据通信，发送子变电站的运行信息、故障信息，并接收变电主站的控制命令，对子变电站内的设备实施控制；当子变电站发生故障时，子变电站备自投根据定位装置对故障点的定位情况，控制装置判断是否需要动作，如果需要动作则先下发命令隔离故障，判断备用电源是否过载需要采取切负荷控制措施，合上解环点断路器恢复供电，在预设时间内检测各线路的过载情况，保持电网的稳定运行。
2.根据权利要求1所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
所述变压主站包括：断面潮流监测模块；
所述断面潮流监测模块用于建立断面运行方式，通过采集各子变电站的电压相角、有功功率、无功功率、电压幅值、电网频率对断面潮流进行计算、优化，使电网的动态地响应提高，并对线路和断面运行状况监测，潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析。
3.根据权利要求2所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
所述断面潮流监测模块使用电网状态估计结果和PQ分解算法确定计算初始值，通过判断收敛率a得到对断面潮流的监测；其中，
计算的到，Pi节点的有功功率，节点Qi节点的无功功率;
kp为有功功率调节系数；
Kq为无功功率调节系统；
P0为额定有功功率；
Q0为额定无功功率；
f为采集的频率；
fo为额定的频率；
U为采集的电压；
U0为额定电压；
ΔQ无功功率的导数值；
ΔU电压幅值的导数；
θ电压相角；
Aij恒定流负载百分比系数；
Bij恒定功率负载百分比系数；
Gij频率负载百分比系数；
Ci为修订量
如果得到a等于1则为线性收敛，潮流未超限断面；
如果得到a大于1则潮流未超限断面；
如果a小于1则潮流超限断面语音报警和超限记录统计分析。
4.根据权利要求3所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
变压主站包括：暂态稳定裕度判断模块；
所述暂态稳定裕度判断模块用于根据计算a的范围，判断暂态稳定裕度，并且通过分析裕度指标对各控制变量的灵敏度，给出预防控制和增强控制的建议。
5.根据权利要求4所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
变压主站包括：暂态参数分析模块、断面潮流超阀值设定模块；
所述暂态参数分析模块用于通过计算子变电站的暂态电压和频率，对子变电站的安全性分析，给出失去暂态电压、频率稳定性的故障列表；
所述断面潮流超阀值设定模块用于设定时间阀值，断面潮流超阀值的时间段进行设定，使潮流超过该时间阀值时进行报警。
6.根据权利要求5所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
所述断面潮流监测模块还用于监测各个变电站系统的断面潮流，控制各个子变电站中的断面潮流；
所述变电站依据断面潮流监测模块监测得到的当前各个子变电站的运行数据，判断当前断面潮流，以分析电网能够承受的供电能力；
在所述当前电网能够承受的供电能力范围内，根据当前断面潮流控制优先级等级高的子变电站中的备自投优先投入，控制当前断面潮流优先级等级低的子变电站中的备自投优先退出。
7.根据权利要求6所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
所述变电主站包括：低频振荡分析模块、子站优选分级模块；
所述低频振荡分析模块用于获取各个子变电站的电压相对相角、频率和功率动态曲线，通过分析获取的动态数据，实时计算分析动态曲线的频谱，当发现在1.2~3Hz范围内较强的弱阻尼振荡分量存在时，发出告警信息，同时在电网区域图上标注异常区域，记录当前的实时数据；
所述子站优选分级模块用于根据暂态稳定裕度判断模块判断的子变电站的安全性分析结果，暂态参数分析模块通过计算子变电站的暂态电压和频率，对子变电站的安全性分析结果以及低频振荡分析模块获取各个子变电站的数据参数，根据子变电站的弱阻尼振荡分量对子变电站的电网承受能力进行分级。
8.根据权利要求7所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
所述子站优选分级模块将子变电站分为一级子变电站、二级子变电站、三级子变电站；
当电网具有1.2~3Hz范围的阻尼振荡分量存在，且失去暂态电压、频率稳定性的故障次数、暂态稳定裕度划分为一级子变电站；
当电网具有0.2~1.2Hz范围的阻尼振荡分量存在，且失去暂态电压、频率稳定性的故障次数、暂态稳定裕度划分为二级子变电站；
当电网具有0.2Hz以下的阻尼振荡分量存在，且失去暂态电压、频率稳定性的故障次数、暂态稳定裕度划分为三级子变电站。
9.根据权利要求8所述的变电主站与从站之间的预警与控制系统，其特征在于，
多个子变电站中各个子变电站间通信连接，以使得各个子变电站实时获知其他变电站系统的运行数据。
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