CN105656207A - 电力系统在线实时稳定控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统在线实时稳定控制系统及控制方法，控制系统包括厂站端的稳控装置、调度端的在线决策服务器和数据通信接口；稳控装置，用于实时采集电网状态信息和故障信息，上传给在线决策服务器并接收执行在线决策服务器下发的稳控策略；数据通信接口，连接在稳控装置与在线决策服务器之间，用于稳控装置与在线决策服务器之间的数据通信；在线决策服务器，用于接收稳控装置上传的实时电网状态信息，并根据电网状态信息计算紧急控制措施，生成稳控策略下发给稳控装置。本发明利用稳控装置采集的实时电网运行状态及故障信息，基于超实时仿真技术进行暂态稳定预测，并在线计算稳定控制策略，实现了电力系统的“实时决策，实时控制”。

Description

电力系统在线实时稳定控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统在线实时稳定控制系统，还涉及一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，属于电力系统安全稳定控制技术领域。

背景技术

电力系统安全稳定控制是保障电力系统稳定运行的经济有效手段，按照电网运行状态稳定控制分为：预防性控制、紧急控制、失步控制、解列后控制和恢复控制五部分。其中紧急控制是指电力系统由于扰动进入紧急状态或极端紧急状态后，为防止系统稳定破坏、运行参数严重超出规定范围，以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的控制。紧急控制实现电网的第二道防线，常用的紧急控制措施有切除发电机、切负荷、高压直流功率调制、可控串联补偿等多种措施。

紧急控制要求控制速度非常快，一般要求在故障发生后的300ms内采取最佳措施，否则将无法维持系统稳定或需要花费较大的控制代价。为使紧急控制系统同时满足控制精度和速度的要求，在实际工程中通常采用控制策略表来确定控制措施。根据策略表的形成方式不同，目前的稳控系统分为3种类型：①离线决策、实时匹配型；②在线预决策、实时匹配型；③实时决策、实时控制。

传统的离线决策、实时匹配方式下，它将系统网络结构和参数的集合、系统潮流方式的集合以及预想事故的集合按照某种方式进行组合，离线计算出各种组合方式下维持系统安全稳定的控制策略，分析归纳出控制策略表，存放在稳控装置内，当事故发生时，稳控装置按事故前的运行方式、故障类型查找控制策略表内存放的控制策略并执行这些策略。离线计算工作量大，适应电网运行方式变化的能力差，且由于离线制定控制策略是按最严重情况考虑的，具体实施时容易过量，并可能发生失配。

在线预决策是基于当前工况给出预想事故，在线计算出每一个预想事故的控制策略，形成控制策略表，刷新稳控装置内原先存放的策略表，当事故发生时，稳控装置按故障类型直接查找策略表内存放的控制策略并执行这些策略。在线预决策的策略表规模比离线决策要小的多，失配情况也相应有所减少，是目前条件下可应用于工程的准实时紧急控制方法。但其要求快速准确确定整个受控系统的网络结构和运行方式，而反映系统运行方式的运行变量成千上万，他们的采样误差和传送丢失都有可能造成所确定的系统运行方式与实际系统运行方式失配。

电力系统最理想的控制方案是实时决策、实时控制，它根据检测到的故障信息，按当时运行方式和潮流方式，超实时计算并实施控制。这需对故障和工况进行实时测量并计算控制策略，要求计算速度非常快，收集信息、计算、控制的过程需在几百毫秒内全部完成，不需事故前计算，并能够完全自动适应电网的变化。但是受算法和技术的限制，目前尚无理想方案应用于电网。

我国一些厂矿企业在发展过程中出现了一种大机组、大负荷、小系统的自备电网结构，近年来在电力体制改革、电价上涨、企业利润降低等因素的影响下，这种类型的企业自备电网越来越多。这类企业自备电网的特点为：容量较小，结构比较薄弱，与大电网弱联系或无联系，网内安装有单机容量较大的机组和单组容量较大的负荷（相对自备电网容量），旋转备用不足，运行情况恶劣，系统的安全稳定问题突出，严重依赖稳控措施，如果稳定控制措施不完善则容易发生垮网的大停电事故。实际运行中，由于稳控系统策略失配造成了多起电网崩溃事故，给企业造成了严重的经济损失。

在这种情况下，急需一种电力系统的稳定控制系统提供安全可靠的稳定控制策略。由于企业自备电网结构比较简单、区域范围较小，信息量少，不需与外网交换信息，光纤通信已普遍采用，具备了建设实现“实时决策、实时控制”的在线实时稳定控制系统的条件，因此本发明提供了一种电力系统在线实时稳定控制系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种电力系统在线实时稳定控制系统及控制方法，该系统利用稳控装置采集的实时电网运行状态数据、故障信息，基于超实时仿真技术在分布式计算平台上开展潮流、稳定仿真计算，在线进行电网稳定控制策略计算，将控制策略发送至现场稳控装置，实现稳控策略的实时在线刷新和精确的闭环自适应稳定控制。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电力系统在线实时稳定控制系统，包括厂站端的稳控装置、调度端的在线决策服务器和数据通信接口；

稳控装置，用于实时采集电网状态信息和故障信息，上传给在线决策服务器并接收执行在线决策服务器下发的稳控策略；

数据通信接口，连接在稳控装置与在线决策服务器之间，用于稳控装置与在线决策服务器之间的数据通信；

在线决策服务器，用于接收稳控装置上传的实时电网状态信息，并根据电网状态信息计算紧急控制措施，生成稳控策略下发给稳控装置。

进一步的，故障信息包括故障地点、故障时间、故障种类和故障方式。

进一步的，数据通信接口采用2Mbit/s的光纤通信。

进一步的，在线决策服务器包括并行计算平台、电力系统潮流计算模块、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块；所述并行计算平台支持任务级并行和任务内并行两种模式；所述电力系统潮流计算模块用来根据电网状态信息确定整个电力系统的全局电网运行状态；所述暂态稳定预测模块用来基于故障信息预测电力系统在故障下是否稳定；所述紧急控制措施计算模块用来计算出电力系统的稳控策略并筛选出最优稳控策略；电力系统潮流计算模块、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块部署在并行计算平台上。任务级并行是指同时处理多个计算任务，各个计算任务都有独立的CPU和内存资源，相互之间没有数据依赖和通信；任务内并行是指将单个计算任务分解为多个子任务，使用多个CPU进行并行处理，子任务之间存在数据依赖和相互通信。

进一步的，所述暂态稳定预测模块采用任务内并行超实时仿真。

本发明还提供了一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，采集实时信息，稳控装置按设定的周期向在线决策服务器上传实时电网运行状态信息和故障信息；

步骤二，获取实时信息，在线决策服务器按设定的周期循环接收稳控装置上传的实时信息，将电网运行状态信息结合数据库中保存的电网模型数据整合出电网全局信息；

步骤三，预测暂态稳定，在线决策服务器根据故障信息进行电力系统暂态稳定超实时仿真，预测结果若电力系统失稳，则进行步骤四，若稳定，则返回步骤一；

步骤四，计算稳控策略，在线决策服务器进行紧急控制措施计算得到最优稳控策略，并将最优稳控策略信息下发给稳控装置；

步骤五，执行稳控策略，稳控装置接收在线决策服务器下发的稳控策略并执行控制。

进一步的，所述步骤二中，在线决策服务器将电网运行状态信息结合数据库中保存的电网模型数据进行状态估计、坏数据辨识和过滤处理、多断面约束潮流计算，整合出全局电网信息，全局电网信息能够表征所有稳控装置控制区域内的电网状态。

进一步的，所述步骤二中，全局电网信息定时刷新周期小于10秒。

进一步的，所述步骤三中，电力系统暂态稳定超实时仿真采用在线动态等值仿真算法，结合发电机节点电压预测、发电机节点编号优化和多稀疏矢量道路集算法提高计算速度。

进一步的，所述步骤四中，基于在线动态等值系统上进行紧急控制措施计算。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1）本发明的电网状态信息数据和故障信息来源于稳控装置，而现有技术中电网状态信息多数来源于EMS、WAMS系统，本发明摆脱了对EMS、WAMS等外部系统的依赖；

2）本发明的并行计算平台配置在调度中心的在线决策服务器上，既便于实现也降低了设备投资，减少了运维工作量；

3）本发明采用在线等值法，在在线动态等值系统上作暂态稳定预测和紧急控制策略搜索，预测准确度较高，稳控策略计算速度快速；

4）本发明可在电力系统发生故障后300ms内（含开关动作时间）实施控制措施，实现了精确的闭环自适应稳定控制，可以应对多重连续性故障或上次控制策略、控制量不足等复杂情况，实现了电力系统的“实时决策，实时控制”。

附图说明

图1是本发明稳定控制系统一实施例的结构示意图；

图2是本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种电力系统在线实时稳定控制系统，参考图1，包括厂站端的稳控装置、调度端的在线决策服务器和数据通信接口；

稳控装置，用于实时采集电网状态信息和故障信息，上传给在线决策服务器并接收执行在线决策服务器下发的稳控策略；其中故障信息包括故障地点、故障时间、故障种类和故障方式；

数据通信接口，连接在稳控装置与在线决策服务器之间，用于稳控装置与在线决策服务器之间的数据通信；稳控装置与在线决策服务器之间采用2Mbit/s的光纤通信；

在线决策服务器，用于接收稳控装置上传的实时电网状态信息，并根据电网状态信息计算紧急控制措施生成稳控策略下发给稳控装置。

其中，在线决策服务器包括并行计算平台、电力系统潮流计算模块、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块；所述并行计算平台支持任务级并行和任务内并行两种模式；所述电力系统潮流计算模块用来根据电网状态信息确定整个电力系统的全局电网运行状态；所述暂态稳定预测模块用来基于故障信息预测电力系统在故障下是否稳定；所述紧急控制措施计算模块用来计算出电力系统的稳控策略并筛选出最优稳控策略；电力系统潮流计算模块、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块部署在并行计算平台上。任务级并行是指同时处理多个计算任务，各个计算任务都有独立的CPU和内存资源，相互之间没有数据依赖和通信；任务内并行是指将单个计算任务分解为多个子任务，使用多个CPU进行并行处理，子任务之间存在数据依赖和相互通信。任务内并行实现了暂态稳定超实时仿真预测。

同时，稳控装置中可设置多种控制策略模式，如包括实时控制策略模式和离线控制策略模式，实时控制策略模式即是本发明所描述的实时稳定控制，离线控制策略模式即是离线决策、实时匹配方式。当稳控装置与在线决策服务器通信正常时采用实时控制策略模式；当稳控装置与在线决策服务器通信异常或经整定延时后仍未接收到在线控制策略时，自动切换至离线控制策略，同时闭锁在线控制策略。

还可以在在线决策服务器中增加调度辅助决策模块，调度辅助决策模块是用于预防控制，电力系统存在发生多重连续性故障或上次控制策略、控制量不足的风险，基于本发明已有的并行计算平台、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块，针对可能导致电网失稳的故障提出电力系统运行方式调整建议，使得调整后的电力系统在这些故障情况下能够维持安全稳定。

图1中是本发明稳定控制系统的一实施例的结构示意图，安全I区内，调度端的在线决策服务器采用分布式计算方式包括在线决策服务器1、在线决策服务器2……在线决策服务器N，通信机作为数据通信接口实现稳控装置与在线决策服务器之间数据通信。稳控装置上传实时运行状况及故障信息，在线决策服务器根据上传的信息进行电网全局分析，根据故障信息进行暂态稳定超实时仿真预测，然后根据预测结果进行紧急控制措施计算搜索出最优稳控策略，并将稳控策略下发稳控装置，最后稳控装置实施控制。

本发明还提供了一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，控制方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：

步骤一，采集实时信息，稳控装置按设定的周期向在线决策服务器上传实时电网运行状态信息和故障信息；

步骤二，获取实时信息，在线决策服务器按设定的周期循环接收稳控装置上传的实时信息，在线决策服务器将电网运行状态信息结合在线决策服务器的数据库中保存的电网模型数据进行状态估计、坏数据辨识和过滤处理、多断面约束潮流计算，整合出全局电网信息；全局电网信息能够表征所有稳控装置控制区域内的电网状态，全局电网信息定时刷新周期小于10秒；

步骤三，预测暂态稳定，在线决策服务器根据故障信息进行电力系统暂态稳定超实时仿真，电力系统暂态稳定超实时仿真采用在线动态等值仿真算法，结合发电机节点电压预测、发电机节点编号优化和多稀疏矢量道路集算法提高计算速度；其中在线动态等值算法、多稀疏矢量道路集算法属于现有技术；电力系统的暂态稳定仿真大量的计算量是对网络代数方程的运算，利用节点编号优化和多稀疏矢量道路集算法减少仿真时求解网络代数矩阵方程的计算量；利用发电机节点电压预测减少求解网络代数方程的迭代次数；利用在线动态等值，降低计算规模；实现超实时暂态稳定仿真计算；预测结果若电力系统失稳，则进行步骤四，若稳定，则返回步骤一；

步骤四，计算稳控策略，在线决策服务器基于在线动态等值系统上进行紧急控制措施计算得到最优稳控策略，并将最优稳控策略信息下发给稳控装置；

步骤五，执行稳控策略，稳控装置接收在线决策服务器下发的稳控策略并执行控制。

本发明可在电力系统发生故障后300ms内（含开关动作时间）实施控制措施，实现了精确的闭环自适应稳定控制，可以应对多重连续性故障或上次控制策略、控制量不足等复杂情况，实现了电力系统的“实时决策，实时控制”。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力系统在线实时稳定控制系统，其特征是，包括厂站端的稳控装置、调度端的在线决策服务器和数据通信接口；

稳控装置，用于实时采集电网状态信息和故障信息，上传给在线决策服务器并接收执行在线决策服务器下发的稳控策略；

数据通信接口，连接在稳控装置与在线决策服务器之间，用于稳控装置与在线决策服务器之间的数据通信；

在线决策服务器，用于接收稳控装置上传的实时电网状态信息，并根据电网状态信息计算紧急控制措施，生成稳控策略下发给稳控装置。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统，其特征是，故障信息包括故障地点、故障时间、故障种类和故障方式。

3.根据权利要求1所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统，其特征是，数据通信接口采用2Mbit/s的光纤通信。

4.根据权利要求1所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统，其特征是，在线决策服务器包括并行计算平台、电力系统潮流计算模块、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块；所述并行计算平台支持任务级并行和任务内并行两种模式；所述电力系统潮流计算模块用来根据电网状态信息确定整个电力系统的全局电网运行状态；所述暂态稳定预测模块用来基于故障信息预测电力系统在故障下是否稳定；所述紧急控制措施计算模块用来计算出电力系统的稳控策略并筛选出最优稳控策略；电力系统潮流计算模块、暂态稳定预测模块和紧急控制措施计算模块部署在并行计算平台上。

5.根据权利要求4所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统，其特征是，所述暂态稳定预测模块采用任务内并行超实时仿真。

6.一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一，采集实时信息，稳控装置按设定的周期向在线决策服务器上传实时电网运行状态信息和故障信息；

步骤二，获取实时信息，在线决策服务器按设定的周期循环接收稳控装置上传的实时信息，将电网运行状态信息结合数据库中保存的电网模型数据整合出电网全局信息；

步骤三，预测暂态稳定，在线决策服务器根据故障信息进行电力系统暂态稳定超实时仿真，预测结果若电力系统失稳，则进行步骤四，若稳定，则返回步骤一；

步骤四，计算稳控策略，在线决策服务器进行紧急控制措施计算得到最优稳控策略，并将最优稳控策略信息下发给稳控装置；

步骤五，执行稳控策略，稳控装置接收在线决策服务器下发的稳控策略并执行控制。

7.根据权利要求6所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤二中，在线决策服务器将电网运行状态信息结合数据库中保存的电网模型数据进行状态估计、坏数据辨识和过滤处理、多断面约束潮流计算，整合出全局电网信息，全局电网信息能够表征所有稳控装置控制区域内的电网状态。

8.根据权利要求7所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤二中，全局电网信息定时刷新周期小于10秒。

9.根据权利要求6所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤三中，电力系统暂态稳定超实时仿真采用在线动态等值仿真算法。

10.根据权利要求9所述的一种电力系统在线实时稳定控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤四中，基于在线动态等值系统上进行紧急控制措施计算。