CN108695906B - 一种电网功率平衡控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种电网功率平衡控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电网功率平衡控制系统，包括发电侧电压检测模块，用于检测发电侧实时电压；发电侧电流检测模块，用于检测发电侧实时电流；发电侧功率调节模块，用于调节发电侧的有功功率输出；发电侧励磁电流调节模块，用于调节发电侧的无功功率输出；高压配电侧电压检测模块，用于检测高压配电侧实时电压；高压配电侧频率检测模块，用于检测高压配电侧实时频率；高压配电侧负载调整模块、高压配电侧无功补偿模块、低压配电侧电压检测模块、低压配电侧频率检测模块、低压配电侧负载调整模块、低压配电侧无功补偿模块。本发明能够改进现有技术的不足，进一步提高了电网功率控制的精确度。

Description

一种电网功率平衡控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及供配电技术领域，尤其是一种电网功率平衡控制系统及其控制方法。
背景技术
电力系统是国家的重要能源输送网络，关乎到国家安全、产业正常运转和人民生活，所以电力系统的平稳运行是一项至关重要的工作。在电力系统进行供配电的过程中，由于电网负载情况和发电侧输出情况都处于一个动态变化的状态中，所以如何使电网功率达到平衡，一直是本领域技术人员进行重点研究的领域。现有技术中，有很多关于电网功率平衡的控制方法，但是这些方法都是针对电网中某种功率波动问题进行的具有针对性的调节控制，没有考虑到整个电网多层级的配电关系，导致调节动作频繁，电网功率虽然可以达到平衡状态，但是微小波动较多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电网功率平衡控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，进一步提高了电网功率控制的精确度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种电网功率平衡控制系统，包括，
发电侧电压检测模块，用于检测发电侧实时电压；
发电侧电流检测模块，用于检测发电侧实时电流；
发电侧功率调节模块，用于调节发电侧的有功功率输出；
发电侧励磁电流调节模块，用于调节发电侧的无功功率输出；
高压配电侧电压检测模块，用于检测高压配电侧实时电压；
高压配电侧频率检测模块，用于检测高压配电侧实时频率；
高压配电侧负载调整模块，用于调整高压配电侧的负载容量；
高压配电侧无功补偿模块，用于对高压配电侧的无功功率进行补偿；
低压配电侧电压检测模块，用于检测低压配电侧实时电压；
低压配电侧频率检测模块，用于检测低压配电侧实时频率；
低压配电侧负载调整模块，用于调整低压配电侧的负载容量；
低压配电侧无功补偿模块，用于对低压配电侧的无功功率进行补偿。
一种上述的电网功率平衡控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、当电网中的某一低压配电侧频率检测模块检测到电网频率出现波动，则通过其对应的低压配电侧负载调整模块和其相邻区域的低压配电侧负载调整模块对电网的负载进行调整，使电网频率恢复正常；与此同时，高压配电侧负载调整模块根据高压配电侧频率检测模块检测到的高压配电侧的频率状态进行负载调整；发电侧功率调节模块根据电网的负载变化进行功率调节，发电侧励磁电流调节模块通过调整发电机励磁电流保持发电侧实时电压的稳定；
B、当电网中的某一低压配电侧电压检测模块检测到电网电压出现波动，则通过其对应的低压配电侧无功补偿模块对这一区域内的无功功率进行补偿；高压配电侧无功补偿模块根据对应的各个低压配电侧无功补偿模块进行调整，实施超前补偿；发电侧励磁电流调节模块根据各个高压配电侧电压检测模块的检测结果对发电机励磁电流进行调整，并将调整结果反馈至高压配电侧和低压配电侧，以减少高压配电侧和低压配电侧功率电阻的投入量；
C、当电网中的同一区域的低压配电侧电压检测模块和低压配电侧频率检测模块同时检测到电网电压和频率的波动，则通过其对应的低压配电侧负载调整模块对电网负载进行调整，然后根据调整后对应区域高压配电侧电压检测模块检测到的电压波动值，通过高压配电侧无功补偿模块对无功功率进行补偿；与此同时，通过发电侧功率调节模块和发电侧励磁电流调节模块的调节，保持发电侧实时电压的稳定。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，将高压配电侧电压检测模块检测到的电压波动曲线与高压配电侧负载调整曲线进行比对，获取两条曲线的共同特征区间，根据特征区间的平均时域偏移量得到系统中无功功率与有功功率变化同步性的时域偏差率，使用发电侧励磁电流调节模块改变发电机励磁电流调整的时刻和变化率，以提高整个电网中无功功率与有功功率变化的同步性。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中，发电侧励磁电流调节模块根据各个高压配电侧电压检测模块的检测结果对发电机励磁电流进行调整采用PID调整方式，PID传递函数通过基于BP神经网络的自适应方式进行整定，高压配电侧无功补偿模块进行超前补偿的微分时间是发电侧励磁电流调节模块采用的PID调整的微分时间的2倍。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤C中，发电侧励磁电流调节模块根据各低压配电区域的无功功率变化量的加权平均值进行发电机励磁电流的调节，各低压配电区域的无功权重值与同一区域的有功功率成正比，然后将发电侧的无功功率变化量根据各高压配电区域无功功率的大小进行分配，每个高压配电侧无功补偿模块按照分配到的无功功率分量对无功补偿量进行二次调整，调整量与分配的无功功率分量之比为1.05:1。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过建立发电侧、高压配电侧和低压配电侧的三级联动控制系统，对于电网中的有功功率变化和无功功率变化实现实时联动调节，避免了电网中不同区域、不同功率控制状态调整过程对于整个电网功率平衡的影响，提高了整个电网的功率稳定性，减少了功率曲线波动。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是本发明中滤波电路的结构图。
具体实施方式
参照图1，一种电网功率平衡控制系统，包括，
发电侧电压检测模块1，用于检测发电侧实时电压；
发电侧电流检测模块2，用于检测发电侧实时电流；
发电侧功率调节模块3，用于调节发电侧的有功功率输出；
发电侧励磁电流调节模块4，用于调节发电侧的无功功率输出；
高压配电侧电压检测模块5，用于检测高压配电侧实时电压；
高压配电侧频率检测模块6，用于检测高压配电侧实时频率；
高压配电侧负载调整模块7，用于调整高压配电侧的负载容量；
高压配电侧无功补偿模块8，用于对高压配电侧的无功功率进行补偿；
低压配电侧电压检测模块9，用于检测低压配电侧实时电压；
低压配电侧频率检测模块10，用于检测低压配电侧实时频率；
低压配电侧负载调整模块11，用于调整低压配电侧的负载容量；
低压配电侧无功补偿模块12，用于对低压配电侧的无功功率进行补偿。
一种上述的电网功率平衡控制系统的控制方法，包括以下步骤：
A、当电网中的某一低压配电侧频率检测模块10检测到电网频率出现波动，则通过其对应的低压配电侧负载调整模块11和其相邻区域的低压配电侧负载调整模块11对电网的负载进行调整，使电网频率恢复正常；与此同时，高压配电侧负载调整模块7根据高压配电侧频率检测模块6检测到的高压配电侧的频率状态进行负载调整；发电侧功率调节模块3根据电网的负载变化进行功率调节，发电侧励磁电流调节模块4通过调整发电机励磁电流保持发电侧实时电压的稳定；
B、当电网中的某一低压配电侧电压检测模块9检测到电网电压出现波动，则通过其对应的低压配电侧无功补偿模块12对这一区域内的无功功率进行补偿；高压配电侧无功补偿模块8根据对应的各个低压配电侧无功补偿模块12进行调整，实施超前补偿；发电侧励磁电流调节模块4根据各个高压配电侧电压检测模块5的检测结果对发电机励磁电流进行调整，并将调整结果反馈至高压配电侧和低压配电侧，以减少高压配电侧和低压配电侧功率电阻的投入量；
C、当电网中的同一区域的低压配电侧电压检测模块9和低压配电侧频率检测模块10同时检测到电网电压和频率的波动，则通过其对应的低压配电侧负载调整模块11对电网负载进行调整，然后根据调整后对应区域高压配电侧电压检测模块5检测到的电压波动值，通过高压配电侧无功补偿模块8对无功功率进行补偿；与此同时，通过发电侧功率调节模块3和发电侧励磁电流调节模块4的调节，保持发电侧实时电压的稳定。
步骤A中，将高压配电侧电压检测模块5检测到的电压波动曲线与高压配电侧负载调整曲线进行比对，获取两条曲线的共同特征区间，根据特征区间的平均时域偏移量得到系统中无功功率与有功功率变化同步性的时域偏差率，使用发电侧励磁电流调节模块4改变发电机励磁电流调整的时刻和变化率，以提高整个电网中无功功率与有功功率变化的同步性。
共同特征区间的判定标准为：电压波动曲线段与高压配电侧负载调整曲线段的变化率相似，且电压波动曲线段与高压配电侧负载调整曲线段的三次谐波线性相关系数大于0.8。其中变化率相似的判定方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为电压波动曲线段的时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为电压波动曲线段的最大值，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为电压波动曲线段的最小值，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为高压配电侧负载调整曲线段的时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为高压配电侧负载调整曲线段的最大值，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为高压配电侧负载调整曲线段的最小值。
步骤B中，发电侧励磁电流调节模块4根据各个高压配电侧电压检测模块5的检测结果对发电机励磁电流进行调整采用PID调整方式，PID传递函数通过基于BP神经网络的自适应方式进行整定，高压配电侧无功补偿模块8进行超前补偿的微分时间是发电侧励磁电流调节模块4采用的PID调整的微分时间的2倍。
步骤C中，发电侧励磁电流调节模块4根据各低压配电区域的无功功率变化量的加权平均值进行发电机励磁电流的调节，各低压配电区域的无功权重值与同一区域的有功功率成正比，然后将发电侧的无功功率变化量根据各高压配电区域无功功率的大小进行分配，每个高压配电侧无功补偿模块8按照分配到的无功功率分量对无功补偿量进行二次调整，调整量与分配的无功功率分量之比为1.05:1。
此外，由于低压侧的波动和干扰较多，为了提高信号采集的准确性，在低压配电侧电压检测模块9和低压配电侧频率检测模块10的信号输入端，加设滤波电路。参照图2，滤波电路的输入端IN通过串联的第一电阻R1和第二电阻R2连接至运算放大器A的正相输入端，运算放大器A的正相输入端通过第一电容C1接地，运算放大器A的反相输入端通过第三电阻R3接地，第一电阻R1和第二电阻R2之间通过串联的第二电容C2和第三电容C3连接至运算放大器A的输出端，第二电容C2和第三电容C3之间通过串联的电感L和第四电阻R4接地，运算放大器A的反相输入端通过第五电阻R5连接至运算放大器A的输出端，运算放大器A的输出端连接至三极管Q的集电极，三极管Q的发射极通过第四电容C4连接至运算放大器A的反相输入端，三极管Q的基极通过串联的第五电容C5和第六电容C6连接至运算放大器A的输出端，第五电容C5和第六电容C6之间通过第六电阻R6接地，运算放大器A的输出端连接至滤波电路的输出端OUT。
此滤波电路针对低压配电侧检测信号出现的多频率高频干扰，可以进行充分的过滤降噪，从而提高检测信号质量。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (4)

1.一种电网功率平衡控制系统的控制方法，所述电网功率平衡控制系统包括，
发电侧电压检测模块（1），用于检测发电侧实时电压；
发电侧电流检测模块（2），用于检测发电侧实时电流；
发电侧功率调节模块（3），用于调节发电侧的有功功率输出；
发电侧励磁电流调节模块（4），用于调节发电侧的无功功率输出；
高压配电侧电压检测模块（5），用于检测高压配电侧实时电压；
高压配电侧频率检测模块（6），用于检测高压配电侧实时频率；
高压配电侧负载调整模块（7），用于调整高压配电侧的负载容量；
高压配电侧无功补偿模块（8），用于对高压配电侧的无功功率进行补偿；
低压配电侧电压检测模块（9），用于检测低压配电侧实时电压；
低压配电侧频率检测模块（10），用于检测低压配电侧实时频率；
低压配电侧负载调整模块（11），用于调整低压配电侧的负载容量；
低压配电侧无功补偿模块（12），用于对低压配电侧的无功功率进行补偿；
其特征在于包括以下步骤：
A、当电网中的某一低压配电侧频率检测模块（10）检测到电网频率出现波动，则通过其对应的低压配电侧负载调整模块（11）和其相邻区域的低压配电侧负载调整模块（11）对电网的负载进行调整，使电网频率恢复正常；与此同时，高压配电侧负载调整模块（7）根据高压配电侧频率检测模块（6）检测到的高压配电侧的频率状态进行负载调整；发电侧功率调节模块（3）根据电网的负载变化进行功率调节，发电侧励磁电流调节模块（4）通过调整发电机励磁电流保持发电侧实时电压的稳定；
B、当电网中的某一低压配电侧电压检测模块（9）检测到电网电压出现波动，则通过其对应的低压配电侧无功补偿模块（12）对这一区域内的无功功率进行补偿；高压配电侧无功补偿模块（8）根据对应的各个低压配电侧无功补偿模块（12）进行调整，实施超前补偿；发电侧励磁电流调节模块（4）根据各个高压配电侧电压检测模块（5）的检测结果对发电机励磁电流进行调整，并将调整结果反馈至高压配电侧和低压配电侧，以减少高压配电侧和低压配电侧功率电阻的投入量；
C、当电网中的同一区域的低压配电侧电压检测模块（9）和低压配电侧频率检测模块（10）同时检测到电网电压和频率的波动，则通过其对应的低压配电侧负载调整模块（11）对电网负载进行调整，然后根据调整后对应区域高压配电侧电压检测模块（5）检测到的电压波动值，通过高压配电侧无功补偿模块（8）对无功功率进行补偿；与此同时，通过发电侧功率调节模块（3）和发电侧励磁电流调节模块（4）的调节，保持发电侧实时电压的稳定。
2.根据权利要求1所述的电网功率平衡控制系统的控制方法，其特征在于：步骤A中，将高压配电侧电压检测模块（5）检测到的电压波动曲线与高压配电侧负载调整曲线进行比对，获取两条曲线的共同特征区间，根据特征区间的平均时域偏移量得到系统中无功功率与有功功率变化同步性的时域偏差率，使用发电侧励磁电流调节模块（4）改变发电机励磁电流调整的时刻和变化率，以提高整个电网中无功功率与有功功率变化的同步性。
3.根据权利要求1所述的电网功率平衡控制系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，发电侧励磁电流调节模块（4）根据各个高压配电侧电压检测模块（5）的检测结果对发电机励磁电流进行调整采用PID调整方式，PID传递函数通过基于BP神经网络的自适应方式进行整定，高压配电侧无功补偿模块（8）进行超前补偿的微分时间是发电侧励磁电流调节模块（4）采用的PID调整的微分时间的2倍。
4.利用权利要求1所述的电网功率平衡控制系统的控制方法，其特征在于，步骤C中，发电侧励磁电流调节模块（4）根据各低压配电区域的无功功率变化量的加权平均值进行发电机励磁电流的调节，各低压配电区域的无功权重值与同一区域的有功功率成正比，然后将发电侧的无功功率变化量根据各高压配电区域无功功率的大小进行分配，每个高压配电侧无功补偿模块（8）按照分配到的无功功率分量对无功补偿量进行二次调整，调整量与分配的无功功率分量之比为1.05:1。
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