CN110224446B - 一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置 - Google Patents

一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其中：通信接口模块接收控制主站发送的受端城市局部电网运行状态数据；信号采集模块采集发电厂的发电机的电压信号和电流信号，或者变电站负荷的电压信号和电流信号；频率计算模块计算受端城市局部电网孤网运行的实时频率；频率变化率计算模块计算受端城市局部电网孤网运行的频率变化率；控制量计算模块根据局部电网运行状态数据、实时频率以及频率变化率，计算总控制量；输出控制模块根据总控制量调节发电厂的发电机出力或者变电站的切负荷控制。本发明提高了受端城市局部电网孤网运行频率控制的可靠性与控制精度，降低了受端城市局部电网在孤网运行条件下的控制代价，提高了供电可靠性。

Description

一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，电力负荷也在不断增长，电力系统的电压等级也越来越高，当电网主网架电压等级升高以后，较低电压等级的局部电网就有可能由于自然灾害、电力设备老化、电压崩溃、连锁故障等偶然事件引发孤网独立运行甚至大面积停电的风险。近年来世界范围内发生的几起大电网停电事故，增加了人们对电网安全可靠运行的重视程度。大面积停电事故的发生往往会造成巨大的经济损失，引发的后果也越来越严重。
为保持大电网的安全稳定运行，国内采用安全稳定控制系统进行控制，确保发生严重故障情况下大电网的安全稳定运行，针对受端城市局部电网孤网运行状态用安全稳定控制系统进行控制，不能进行精细的连续调节，其控制代价偏大，且存在过控或欠控的可能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，提高了受端城市局部电网孤网运行频率控制的可靠性与控制精度，降低了受端城市局部电网在孤网运行条件下的控制代价，提高了供电可靠性。
本发明提供的一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，包括：通信接口模块、信号采集模块、频率计算模块、频率变化率计算模块、控制量计算模块以及输出控制模块；
所述通信接口模块，用于接收控制主站发送的受端城市局部电网运行状态数据，并将所述局部电网运行状态数据输送至所述控制量计算模块；
所述信号采集模块，用于采集所述控制装置所在发电厂的发电机的电压信号和电流信号，或者变电站负荷的电压信号和电流信号，并将所述发电机的电压信号和电流信号输送至所述频率计算模块和所述频率变化率计算模块，或者将所述变电站负荷的电压信号和电流信号输送至所述频率计算模块和所述频率变化率计算模块；
所述频率计算模块，用于根据所述发电机的电压信号和电流信号，或者所述变电站负荷的电压信号和电流信号，计算受端城市局部电网孤网运行的实时频率，并将所述实时频率输送至所述控制量计算模块；
所述频率变化率计算模块，用于根据所述发电机的电压信号和电流信号，或者所述变电站负荷的电压信号和电流信号，计算受端城市局部电网孤网运行的频率变化率，并将所述频率变化率输送至所述控制量计算模块；
所述控制量计算模块，用于根据所述局部电网运行状态数据、所述实时频率以及所述频率变化率，计算总控制量，并将所述总控制量输送至所述输出控制模块；
所述输出控制模块，用于根据所述总控制量调节发电厂的发电机出力或者变电站的切负荷控制。
优选地，所述控制量计算模块，进一步地用于根据所述局部电网运行状态数据，判断受端城市局部电网是否是孤网运行，若是，则利用所述实时频率与受端城市局部电网的额定频率的差值计算出基本控制量，还根据所述频率变化率计算出附加控制量，再根据所述基本控制量和所述附加控制量，计算出所述总控制量。
优选地，当所述实时频率高于所述额定频率且所述频率变化率为正时，或者所述实时频率低于所述额定频率且所述频率变化率为负时，所述总控制量为所述基本控制量与所述附加控制量之和；当所述实时频率高于所述额定频率且所述频率变化率为负时，或者所述实时频率低于所述额定频率且所述频率变化率为正时，则所述总控制量为所述基础控制量减去所述附加控制量。
优选地，当所述信号采集模块采集所述发电机的电压信号和电流信号时，所述总控制量为所述发电机的可调节容量；当所述信号采集模块采集所述变电站负荷的电压信号和电流信号时，所述总控制量为所述变电站的可切负荷量。
优选地，当所述控制装置应用于变电站时，所述输出控制模块的输出类型为切负荷的跳闸接点或者GOOSE跳闸报文；当所述控制装置应用于发电厂时，所述输出控制模块的输出类型为切机的跳闸接点、提升发电机出力命令和回力发电机出力命令。
优选地，当所述控制装置应用于数字化变电站时，所述输出控制模块的输出类型为GOOSE跳闸报文，当所述控制装置应用于常规变电站时，所述输出控制模块的输出类型为切负荷的跳闸接点。
优选地，所述通信接口模块与控制主站之间的通信协议中包括受端城市局部电网运行状态数据、联网转孤网故障调节发电机容量命令、联网转孤网故障切负荷命令。
优选地，所述通信接口模块，还用于接收来自所述控制主站的联网转孤网故障调节发电机容量命令或者联网转孤网故障切负荷命令，并将所述联网转孤网故障调节发电机容量命令或者所述联网转孤网故障切负荷命令通过所述控制量计算模块转发至所述输出控制模块，由所述输出控制模块执行所述联网转孤网故障调节发电机容量命令或者所述联网转孤网故障切负荷命令。
优选地，所述通信接口模块与控制主站之间更新通信报文的时间间隔不大于1.667毫秒。
实施本发明，具有如下有益效果：本发明中，控制量计算模块根据局部电网运行状态数据、实时频率和频率变化率计算总控制量，输出控制模块根据总控制量调节发电厂的发电机出力或者变电站的切负荷控制，提高了受端城市局部电网孤网运行频率控制的可靠性与控制精度，降低了受端城市局部电网在孤网运行条件下的控制代价，提高了供电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明提供的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置的原理框图。
图2是本发明提供的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置的控制流程图。
具体实施方式
本发明提供一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，如图1所示，其包括：通信接口模块、信号采集模块、频率计算模块、频率变化率计算模块、控制量计算模块以及输出控制模块。
通信接口模块用于接收控制主站发送的受端城市局部电网运行状态数据，并将局部电网运行状态数据输送至控制量计算模块。
信号采集模块用于采集控制装置所在发电厂的发电机的电压信号和电流信号，或者变电站负荷的电压信号和电流信号，并将发电机的电压信号和电流信号输送至频率计算模块和频率变化率计算模块，或者将变电站负荷的电压信号和电流信号输送至频率计算模块和频率变化率计算模块。发电机的电压信号和电流信号，分别是三相电压信号和三相电流信号；变电站负荷的电压信号和电流信号，也分别是三相电压信号和三相电流信号。
频率计算模块用于根据发电机的电压信号和电流信号，或者变电站负荷的电压信号和电流信号，计算受端城市局部电网孤网运行的实时频率，并将实时频率输送至控制量计算模块。
频率变化率计算模块用于根据发电机的电压信号和电流信号，或者变电站负荷的电压信号和电流信号，计算受端城市局部电网孤网运行的频率变化率，并将频率变化率输送至控制量计算模块。
控制量计算模块用于根据局部电网运行状态数据、实时频率以及频率变化率，计算总控制量，并将总控制量输送至输出控制模块。
输出控制模块用于根据总控制量调节发电厂的发电机出力或者变电站的切负荷控制。
当受端城市局部电网联网时，本发明提供的控制装置不进行控制；当受端城市局部电网孤网运行时，综合孤网的实时频率、频率变化率计算总控制量，并根据总控制量调节发电机出力或切负荷控制，优先调节发电机出力，由输出控制模块输出。
控制量计算模块进一步地用于根据局部电网运行状态数据，判断受端城市局部电网是否是孤网运行，若是，则利用实时频率与受端城市局部电网的额定频率的差值计算出基本控制量，还根据频率变化率计算出附加控制量，再根据基本控制量和附加控制量，计算出总控制量。
当实时频率高于额定频率且频率变化率为正时，或者实时频率低于额定频率且频率变化率为负时，总控制量为基本控制量与附加控制量之和；当实时频率高于额定频率且频率变化率为负时，或者实时频率低于额定频率且频率变化率为正时，则总控制量为基础控制量减去附加控制量。
进一步地，当信号采集模块采集发电机的电压信号和电流信号时，总控制量为发电机的可调节容量；当信号采集模块采集变电站负荷的电压信号和电流信号时，总控制量为变电站的可切负荷量。
进一步地，当控制装置应用于变电站时，输出控制模块的输出类型为切负荷的跳闸接点或者GOOSE跳闸报文；当控制装置应用于发电厂时，输出控制模块的输出类型为切机的跳闸接点、提升发电机出力命令和回力发电机出力命令。
当控制装置应用于数字化变电站时，输出控制模块的输出类型为GOOSE跳闸报文，当控制装置应用于常规变电站时，输出控制模块的输出类型为切负荷的跳闸接点。
通信接口模块与控制主站之间的通信协议中包括受端城市局部电网运行状态数据、联网转孤网故障调节发电机容量命令、联网转孤网故障切负荷命令。该通信协议兼容发电厂与变电站的不同应用场景。
通信接口模块还用于接收来自控制主站的联网转孤网故障调节发电机容量命令或者联网转孤网故障切负荷命令，并将联网转孤网故障调节发电机容量命令或者联网转孤网故障切负荷命令通过控制量计算模块转发至输出控制模块，由输出控制模块执行联网转孤网故障调节发电机容量命令或者联网转孤网故障切负荷命令。
进一步地，通信接口模块与控制主站之间更新通信报文的时间间隔不大于1.667毫秒。
频率计算模块根据装置采集的电压计算频率，要求频率的计算误差不大于±0.01Hz。
频率变化率计算模块根据装置采集的电压计算频率变化率，要求频率变化率的计算误差不大于±0.1Hz/s。
输出控制模块的输出类型可以根据应用场景进行配置，当应用于常规变电站(即非数字化变电站)时其输出类型为切负荷的跳闸接点，当应用于数字化变电站时其输出类型为GOOSE跳闸报文，当应用于发电厂时其输出类型为切机的跳闸接点、提升发电机出力命令与回降发电机出力命令，根据不同输出类型配置不同的输出板卡，装置软件兼容不同应用场景。
采用上述方案后，提高了受端城市局部电网孤网运行频率控制装置的可靠性与控制精度，降低了孤网运行条件下的控制代价，提高了供电可靠性。
图2是本发明提供的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置的控制流程图，控制过程如下：
1.控制主站根据受端城市局部电网与主网的联网线状态判断局部电网处于联网状态、孤网状态或发生联网转孤网故障，并将这些信号发给本装置的通信接口模块，通信接口模块将这些信号发给控制量计算模块。
2.信号采集模块采集本站的电压、电流信号，并将这些信号发给频率计算模块与频率变化率计算模块，计算出本站的实时频率与频率变化率，并将实时频率和频率变化率传给控制量计算模块。
3. 当本装置应用于发电厂时，控制量计算模块综合上述信号进行判断与计算，当局部电网处于联网状态时不计算控制量，当发生联网转孤网故障时，可接收控制主站的调节发电机命令并执行，当处于孤网状态时根据孤网实时频率、频率变化率计算总控制量，并对发电机进行调节。孤网实时频率在正常允许波动范围内时无需采取任何控制措施，本装置计算总控制量为零，当孤网实时频率波动超出正常允许波动范围时计算控制量，当实时频率超过额定频率时回降发电机出力，当实时频率低于额定频率时提升发电机出力，总控制量包括基本控制量与附加控制量两部分，基本控制量根据实时频率与额定频率的差值计算，附加控制量根据频率变化率计算。
4. 当本装置应用于变电站时，控制量计算模块综合上述信号进行判断与计算，当局部电网处于联网状态时不计算总控制量，当发生联网转孤网故障时，可接收控制主站的切负荷命令并执行，当处于孤网状态时根据孤网实时频率、频率变化率计算总控制量，并切除相应数量负荷。孤网频率在正常允许波动范围内时无需采取任何控制措施，本装置计算总控制量为零，当孤网实时频率波动超出允许波动范围时计算总控制量。
切负荷的频率允许波动范围时而大于调节发电机的频率正常允许波动范围，这样保证了孤网实时频率波动时优先调节发电机，当发电机调节容量不足时才切负荷。本装置仅在孤网运行时才采取连续精确的频率控制，提高了控制的可靠性与控制精度，降低了孤网运行条件下的控制代价，提高了供电可靠性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，包括：通信接口模块、信号采集模块、频率计算模块、频率变化率计算模块、控制量计算模块以及输出控制模块；
所述通信接口模块，用于接收控制主站发送的受端城市局部电网运行状态数据，并将所述局部电网运行状态数据输送至所述控制量计算模块；
所述信号采集模块，用于采集所述控制装置所在发电厂的发电机的电压信号和电流信号，或者变电站负荷的电压信号和电流信号，并将所述发电机的电压信号和电流信号输送至所述频率计算模块和所述频率变化率计算模块，或者将所述变电站负荷的电压信号和电流信号输送至所述频率计算模块和所述频率变化率计算模块；
所述频率计算模块，用于根据所述发电机的电压信号和电流信号，或者所述变电站负荷的电压信号和电流信号，计算受端城市局部电网孤网运行的实时频率，并将所述实时频率输送至所述控制量计算模块；
所述频率变化率计算模块，用于根据所述发电机的电压信号和电流信号，或者所述变电站负荷的电压信号和电流信号，计算受端城市局部电网孤网运行的频率变化率，并将所述频率变化率输送至所述控制量计算模块；
所述控制量计算模块，用于根据所述局部电网运行状态数据、所述实时频率以及所述频率变化率，计算总控制量，并将所述总控制量输送至所述输出控制模块；
所述输出控制模块，用于根据所述总控制量调节发电厂的发电机出力或者变电站的切负荷控制；
所述控制量计算模块，进一步地用于根据所述局部电网运行状态数据，判断受端城市局部电网是否是孤网运行，若是，则利用所述实时频率与受端城市局部电网的额定频率的差值计算出基本控制量，还根据所述频率变化率计算出附加控制量，再根据所述基本控制量和所述附加控制量，计算出所述总控制量；
当所述实时频率高于所述额定频率且所述频率变化率为正时，或者所述实时频率低于所述额定频率且所述频率变化率为负时，所述总控制量为所述基本控制量与所述附加控制量之和；当所述实时频率高于所述额定频率且所述频率变化率为负时，或者所述实时频率低于所述额定频率且所述频率变化率为正时，则所述总控制量为所述基本控制量减去所述附加控制量。
2.根据权利要求1所述的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，当所述信号采集模块采集所述发电机的电压信号和电流信号时，所述总控制量为所述发电机的可调节容量；当所述信号采集模块采集所述变电站负荷的电压信号和电流信号时，所述总控制量为所述变电站的可切负荷量。
3.根据权利要求2所述的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，当所述控制装置应用于变电站时，所述输出控制模块的输出类型为切负荷的跳闸接点或者GOOSE跳闸报文；当所述控制装置应用于发电厂时，所述输出控制模块的输出类型为切机的跳闸接点、提升发电机出力命令和回力发电机出力命令。
4.根据权利要求3所述的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，当所述控制装置应用于数字化变电站时，所述输出控制模块的输出类型为GOOSE跳闸报文，当所述控制装置应用于常规变电站时，所述输出控制模块的输出类型为切负荷的跳闸接点。
5.根据权利要求1所述的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，所述通信接口模块与控制主站之间的通信协议中包括受端城市局部电网运行状态数据、联网转孤网故障调节发电机容量命令、联网转孤网故障切负荷命令。
6.根据权利要求5所述的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，
所述通信接口模块，还用于接收来自所述控制主站的联网转孤网故障调节发电机容量命令或者联网转孤网故障切负荷命令，并将所述联网转孤网故障调节发电机容量命令或者所述联网转孤网故障切负荷命令通过所述控制量计算模块转发至所述输出控制模块，由所述输出控制模块执行所述联网转孤网故障调节发电机容量命令或者所述联网转孤网故障切负荷命令。
7.根据权利要求5所述的受端城市局部电网孤网运行频率控制装置，其特征在于，所述通信接口模块与控制主站之间更新通信报文的时间间隔不大于1.667毫秒。
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