CN113852087A - 多节点电网稳压控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多节点电网稳压控制系统，包括：有功稳压模块、调压控制模块和自治调节模块。本发明的多节点电网稳压控制系统，基于有向带权图，分析母线或母线段节点的全网有功裕度指标，接受电网控制设备或其他运行设备的调压任务执行请求进行自治调节，保持电网节点电压稳定。
Description
本申请为分案申请，原申请是名称为“一种多节点电网稳压控制系统”的发明专利，原申请的申请号为“2020108220895”，申请日期为2020年8月15日。
技术领域
本发明涉及电网控制领域，具体涉及多节点电网稳压控制系统。
背景技术
在多个地区对接入电网的使用,发现存在过压或欠压、电压瞬时跌落、高频脉冲干扰和谐波电流干扰等多种问题，电力稳压系统已经成为地方电网进行管理控制不可缺少的系统。
现有的电网稳压技术都是针对单个节点或单个设备，节点或设备间的稳压过程相互独立，造成稳压控制过程效率低下，稳压结果不理想。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明多节点电网稳压控制系统，包括：有功稳压模块、调压控制模块和自治调节模块；其中。
所述有功稳压模块，用于。
根据电网地理接线图、一次接线图、电网参数及各运行设备负荷大小，得到运行设备任一母线带的负荷；该母线带的负荷量只包括自身直接所带负荷，以及比该母线电压等级小的母线从该母线获得的有功负荷，不包括同一电压等级母线间流动的有功功率。
所述调压控制模块，用于。
定期向各运行设备发出电压调节指令.并接受每一个任务执行过程中的信息反馈；监视各一级运行设备的电压，采集电网内负荷有功和无功、各微电源有功和无功、储能元件信息，根据电网参数、电压限制规则和控制设备有功、无功限制等，获得电网各节点的电压水平和无功储备情况。
所述自治调节模块，用于。
采集本地信息，包括电压、有功、无功等的变化；评估本地节点和邻近线路的电压水平，一旦检测到电压越限，一级运行设备自主地作出决策，通过调节电压控制器参考电压整定值改变无功输出，将电压恢复到正常水平，并将相关调节信息报告电网控制设备。
优选地，所述有功稳压模块，还用于。
将全网的接线图转化为电力系统有向带权图，图中的节点表示电气设备的母线或母线段；边表示连接母线或母线段的电气设备，所述电气设备包括母联断路器输电线路、运行设备、控制设备和发电机等；边的权值为所述支路在故障发生前瞬间所记录的潮流数据，边的权值的符号设流出为正，流入为负，边的方向为潮流的流向。
保持任一条母线在负荷功率因数恒定的情况下，按比例逐渐增加有功和无功功率，直至系统处于临界状态；在进行计算时，负荷的和分量在每次迭代中增长，直到潮流计算结果不收敛，并将最后一次收敛的结果作为临界点；在模拟节点有功和无功负荷增长时，能够计算得到每次模拟的母线节点电压，从而可以得到多个绘制裕度曲线所需要的坐标点。
根据获得的坐标点，绘制节点的裕度曲线；根据所述裕度曲线，获取节点在初始状态的负荷大小Fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小Fr，根据所述节点在初始状态的负荷大小Fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小Fr计算有功裕度Fp，其中，Fp=(Fr-Fo)/(Fo+1)。
优选地，所述有功稳压模块，还用于。
对所有节点进行模拟计算得到全网有功裕度指标，在进行模拟计算时，选择运行设备的母线进行分析，对全网有功和无功负荷之和进行模拟增长，生成母线电压变化情况；通过多个节点的母线电压变化情况绘制图形，计算全网有功裕度指标。
根据全网有功裕度指标确定运行设备所对应的发电机的分群，如果运行设备的有功裕度小于全网有功裕度指标，则将所述运行设备所归属的发电机对应的节点划入失步群，否则将运行设备归属的发电机对应的节点划入稳态群，将失步群和剩余群分别归入集合A和B。
在有向带权图上给运行设备和集合中的发电机赋支路权值，节点权值为相连各支路权值的和,所述支路权值可为正值或负值；从集合A、B中节点数较少的那个集合开始，由每个节点出发搜索与之相连的支路，依次将节点相邻的各条支路加入这两个发电机集合A和B，计算该集合的权值，以使新组成的集合的权值最小，其中集合的初始权值为集合中全部节点的节点权值和。
当新增的任何一条支路均使集合权值开始增加时，说明新组成的集合的权值已经达到最小，此时结束搜索，并统计连接两个集合的支路即未加入集合的支路，确定未加入集合的支路中的全部运行设备作为切除运行设备集合。
将所述切除运行设备集合中的运行设备设定时间段的旁路15min电量代替到被代开关上，完成电量的旁代和统计；同时记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据，并提供旁路代告警及旁路代确认。
优选地，所述调压控制模块，还用于。
根据各节点实时反馈的电压信息，通过预先设定的推算规则，确定各一级运行设备所属位置的电压参考值，并将执行命令发送至各一级运行设备；紧急情况下接受运行设备协助调压请求，选择最适合承担该调压任务的一级运行设备,并将执行请求发送至该设备,同时向其余运行设备发出信息。
紧急情况下，当仅靠某节点上的运行设备的电压调节已无法消除该运行设备区域内的节点电压越限时，电网的控制设备向相邻电压控制区运行设备发出通信指令，使相邻电压控制区运行设备参与进行二级电压控制，消除电压波动并将相关消除信息及时反馈。
优选地，所述自治调节模块，还用于。
接受电网控制设备或其他运行设备的调压任务执行请求，并返回相关执行信息；紧急情况下运行设备按自治方式调节时，若该运行设备对应的控制设备无功电压达到安全运行限值，但电压水平仍未回复至安全运行范围内，则向电网控制设备请求由其他运行设备协助完成任务。
其他运行设备所有的控制行为均不威胁到自身的电压调节，以确保所述其他运行设备的控制对象在安全稳定的运行范围内运行；具体地，所述其他运行设备执行任务时应满足以下限制条件：机端电压在容许范围内；输出无功在容许范围内,定转子电流发热在容许范围内；发电机在具有设定稳定裕度的范围内运行；整定值一次调节增量在容许范围内。
优选地，所述运行设备维持所述控制设备无功平衡、保持控制设备电压合格，监测控制设备的无功功率和电压；所述运行设备包括通信、感知、决策、规则制定和执行单元；通信单元实现运行设备与同级设备以及运行设备与电网控制设备进行通信，包括实时反馈自身运行状况及自身操作，当自身无功出力达到极限时向电网控制设备发出协助请求和接受控制设备发布的协助调压信息；感知单元采集环境信息包括无功和电压信息并存放到数据库中；数据库存储本运行设备的状态数据和接受到的信息；规则制定用于确定运行设备的决策方式；包括电压无功越限判据、运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值和整定值调节量；执行单元根据决策控制向本地控制设备发出电压控制命令，并接收反馈的电压控制结果。
优选地，所述控制设备管理电网中所有运行设备,并综合评价各运行设备的电压控制行为，使电网的无功电压保持在正常水平上，所述控制设备包括通信、推理和规则制定单元，通信单元一方面采集各运行设备的实施状态数据或接受运行设备的任务协助请求，另一方面将无功优化计算结果下发给各运行设备,为其进行本地电压控制提供依据，或在紧急状况下选择运行设备进行调压协助；其中，数据库存储电网内各运行设备的实时状态数据以及推理单元的计算结果。
优选地，推理单元有两种决策方式：正常情况下的并行优化计算方式，根据数据库存储的各节点的实时电压、有功、无功等信息，给出电网各运行设备所监测的控制设备的参考电压整定值，将结果存储到数据库中，并下达到各运行设备；紧急情况下的任务协助方式，根据运行设备发来的求助信息，通过对其相邻运行设备的环境信息和电压控制能力的评估，选择最合适的运行设备进行本地电压控制，消除节点的电压越限，规则制定用于确定设备的决策方式，包括电压无功越限判据、各个运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值。
本发明的多节点电网稳压控制系统，基于有向带权图，分析母线或母线段节点的全网有功裕度指标，接受电网控制设备或其他运行设备的调压任务执行请求进行自治调节，保持电网节点电压稳定。
附图说明
图1为本发明多节点电网稳压控制系统的结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明多节点电网稳压控制系统，包括：有功稳压模块、调压控制模块和自治调节模块；其中。
所述有功稳压模块，用于。
根据电网地理接线图、一次接线图、电网参数及各运行设备负荷大小，得到运行设备任一母线带的负荷；该母线带的负荷量只包括自身直接所带负荷，以及比该母线电压等级小的母线从该母线获得的有功负荷，不包括同一电压等级母线间流动的有功功率。
将全网的接线图转化为电力系统有向带权图，图中的节点表示电气设备的母线或母线段；边表示连接母线或母线段的电气设备，所述电气设备包括母联断路器输电线路、运行设备、控制设备和发电机等；边的权值为所述支路在故障发生前瞬间所记录的潮流数据，边的权值的符号设流出为正，流入为负，边的方向为潮流的流向。
保持任一条母线在负荷功率因数恒定的情况下，按比例逐渐增加有功和无功功率，直至系统处于临界状态；在进行计算时，负荷的和分量在每次迭代中增长，直到潮流计算结果不收敛，并将最后一次收敛的结果作为临界点；在模拟节点有功和无功负荷增长时，能够计算得到每次模拟的母线节点电压，从而可以得到多个绘制裕度曲线所需要的坐标点。
根据获得的坐标点，绘制节点的裕度曲线；根据所述裕度曲线，获取节点在初始状态的负荷大小Fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小Fr，根据所述节点在初始状态的负荷大小Fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小Fr计算有功裕度Fp，其中，Fp=(Fr-Fo)/(Fo+1)。
对所有节点进行模拟计算得到全网有功裕度指标，在进行模拟计算时，选择运行设备的母线进行分析，对全网有功和无功负荷之和进行模拟增长，生成母线电压变化情况；通过多个节点的母线电压变化情况绘制图形，计算全网有功裕度指标。
根据全网有功裕度指标确定运行设备所对应的发电机的分群，如果运行设备的有功裕度小于全网有功裕度指标，则将所述运行设备所归属的发电机对应的节点划入失步群，否则将运行设备归属的发电机对应的节点划入稳态群，将失步群和剩余群分别归入集合A和B。
在有向带权图上给运行设备和集合中的发电机赋支路权值，节点权值为相连各支路权值的和,所述支路权值可为正值或负值；从集合A、B中节点数较少的那个集合开始，由每个节点出发搜索与之相连的支路，依次将节点相邻的各条支路加入这两个发电机集合A和B，计算该集合的权值，以使新组成的集合的权值最小，其中集合的初始权值为集合中全部节点的节点权值和。
当新增的任何一条支路均使集合权值开始增加时，说明新组成的集合的权值已经达到最小，此时结束搜索，并统计连接两个集合的支路即未加入集合的支路，确定未加入集合的支路中的全部运行设备作为切除运行设备集合。
将所述切除运行设备集合中的运行设备设定时间段的旁路15min电量代替到被代开关上，完成电量的旁代和统计；同时记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据，并提供旁路代告警及旁路代确认。
所述调压控制模块，用于。
定期向各运行设备发出电压调节指令.并接受每一个任务执行过程中的信息反馈；监视各一级运行设备的电压，采集电网内负荷有功和无功、各微电源有功和无功、储能元件信息，根据电网参数、电压限制规则和控制设备有功、无功限制等，获得电网各节点的电压水平和无功储备情况。
根据各节点实时反馈的电压信息，通过预先设定的推算规则，确定各一级运行设备所属位置的电压参考值，并将执行命令发送至各一级运行设备。紧急情况下接受运行设备协助调压请求，选择最适合承担该调压任务的一级运行设备,并将执行请求发送至该设备,同时向其余运行设备发出信息。
紧急情况下，当仅靠某节点上的运行设备的电压调节已无法消除该运行设备区域内的节点电压越限时，电网的控制设备向相邻电压控制区运行设备发出通信指令，使相邻电压控制区运行设备参与进行二级电压控制，消除电压波动并将相关消除信息及时反馈。
所述自治调节模块，用于。
采集本地信息，包括电压、有功、无功等的变化；评估本地节点和邻近线路的电压水平，一旦检测到电压越限，一级运行设备自主地作出决策，通过调节电压控制器参考电压整定值改变无功输出，将电压恢复到正常水平，并将相关调节信息报告电网控制设备。
接受电网控制设备或其他运行设备的调压任务执行请求，并返回相关执行信息。紧急情况下运行设备按自治方式调节时，若该运行设备对应的控制设备无功电压达到安全运行限值，但电压水平仍未回复至安全运行范围内，则向电网控制设备请求由其他运行设备协助完成任务。
其他运行设备所有的控制行为均不威胁到自身的电压调节，以确保所述其他运行设备的控制对象在安全稳定的运行范围内运行。具体地，所述其他运行设备执行任务时应满足以下限制条件：机端电压在容许范围内；输出无功在容许范围内,定转子电流发热在容许范围内；发电机在具有设定稳定裕度的范围内运行；整定值一次调节增量在容许范围内。
优选地，所述运行设备维持所述控制设备无功平衡、保持控制设备电压合格，监测控制设备的无功功率和电压。所述运行设备包括通信、感知、决策、规则制定和执行单元。通信单元实现运行设备与同级设备以及运行设备与电网控制设备进行通信，包括实时反馈自身运行状况及自身操作，当自身无功出力达到极限时向电网控制设备发出协助请求和接受控制设备发布的协助调压信息。感知单元采集环境信息包括无功和电压信息并存放到数据库中。数据库存储本运行设备的状态数据和接受到的信息。规则制定用于确定运行设备的决策方式。包括电压无功越限判据、运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值和整定值调节量；执行单元根据决策控制向本地控制设备发出电压控制命令，并接收反馈的电压控制结果。
所述控制设备管理电网中所有运行设备,并综合评价各运行设备的电压控制行为，使电网的无功电压保持在正常水平上，所述控制设备包括通信、推理和规则制定单元，通信单元一方面采集各运行设备的实施状态数据或接受运行设备的任务协助请求，另一方面将无功优化计算结果下发给各运行设备,为其进行本地电压控制提供依据，或在紧急状况下选择运行设备进行调压协助。其中，数据库存储电网内各运行设备的实时状态数据以及推理单元的计算结果。
推理单元有两种决策方式：正常情况下的并行优化计算方式，根据数据库存储的各节点的实时电压、有功、无功等信息，给出电网各运行设备所监测的控制设备的参考电压整定值，将结果存储到数据库中，并下达到各运行设备；紧急情况下的任务协助方式，根据运行设备发来的求助信息，通过对其相邻运行设备的环境信息和电压控制能力的评估，选择最合适的运行设备进行本地电压控制，消除节点的电压越限，规则制定用于确定设备的决策方式，包括电压无功越限判据、各个运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值。
在记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据之后，根据所述旁路代信息和最终的旁路电量数据发布旁路代告警并形成相关统计报表，同时将确认的旁路代结果和人工添加的旁路代事项及旁路电量统计计算结果进行展示。
其中，上述有功稳压模块、调压控制模块和自治调节模块通过对应的进程和线程实现模块单元，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体单元可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。
本发明的多节点电网稳压控制系统，基于有向带权图，分析母线或母线段节点的全网有功裕度指标，接受电网控制设备或其他运行设备的调压任务执行请求进行自治调节，保持电网节点电压稳定。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.多节点电网稳压控制系统，其特征在于，包括：有功稳压模块、调压控制模块和自治调节模块；其中，
所述有功稳压模块，用于：
根据电网地理接线图、一次接线图、电网参数及各运行设备负荷大小，得到运行设备任一母线带的负荷；该母线带的负荷量只包括自身直接所带负荷，以及比该母线电压等级小的母线从该母线获得的有功负荷，不包括同一电压等级母线间流动的有功功率；
所述调压控制模块，用于：
定期向各运行设备发出电压调节指令.并接受每一个任务执行过程中的信息反馈；监视各一级运行设备的电压，采集电网内负荷有功和无功、各微电源有功和无功、储能元件信息，根据电网参数、电压限制规则和控制设备有功、无功限制等，获得电网各节点的电压水平和无功储备情况；
所述自治调节模块，用于：
采集本地信息，包括电压、有功、无功等的变化；评估本地节点和邻近线路的电压水平，一旦检测到电压越限，一级运行设备自主地作出决策，通过调节电压控制器参考电压整定值改变无功输出，将电压恢复到正常水平，并将相关调节信息报告电网控制设备。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述有功稳压模块，还用于：
将全网的接线图转化为电力系统有向带权图，图中的节点表示电气设备的母线或母线段；边表示连接母线或母线段的电气设备，所述电气设备包括母联断路器输电线路、运行设备、控制设备和发电机等；边的权值为所述支路在故障发生前瞬间所记录的潮流数据，边的权值的符号设流出为正，流入为负，边的方向为潮流的流向；
保持任一条母线在负荷功率因数恒定的情况下，按比例逐渐增加有功和无功功率，直至系统处于临界状态；在进行计算时，负荷的和分量在每次迭代中增长，直到潮流计算结果不收敛，并将最后一次收敛的结果作为临界点；在模拟节点有功和无功负荷增长时，能够计算得到每次模拟的母线节点电压，从而可以得到多个绘制裕度曲线所需要的坐标点；
根据获得的坐标点，绘制节点的裕度曲线；根据所述裕度曲线，获取节点在初始状态的负荷大小Fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小Fr，根据所述节点在初始状态的负荷大小Fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小Fr计算有功裕度Fp，其中，Fp=(Fr-Fo)/(Fo+1)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述有功稳压模块，还用于：
对所有节点进行模拟计算得到全网有功裕度指标，在进行模拟计算时，选择运行设备的母线进行分析，对全网有功和无功负荷之和进行模拟增长，生成母线电压变化情况；通过多个节点的母线电压变化情况绘制图形，计算全网有功裕度指标；
根据全网有功裕度指标确定运行设备所对应的发电机的分群，如果运行设备的有功裕度小于全网有功裕度指标，则将所述运行设备所归属的发电机对应的节点划入失步群，否则将运行设备归属的发电机对应的节点划入稳态群，将失步群和剩余群分别归入集合A和B；
在有向带权图上给运行设备和集合中的发电机赋支路权值，节点权值为相连各支路权值的和,所述支路权值可为正值或负值；从集合A、B中节点数较少的那个集合开始，由每个节点出发搜索与之相连的支路，依次将节点相邻的各条支路加入这两个发电机集合A和B，计算该集合的权值，以使新组成的集合的权值最小，其中集合的初始权值为集合中全部节点的节点权值和；
当新增的任何一条支路均使集合权值开始增加时，说明新组成的集合的权值已经达到最小，此时结束搜索，并统计连接两个集合的支路即未加入集合的支路，确定未加入集合的支路中的全部运行设备作为切除运行设备集合；
将所述切除运行设备集合中的运行设备设定时间段的旁路15min电量代替到被代开关上，完成电量的旁代和统计；同时记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据，并提供旁路代告警及旁路代确认。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调压控制模块，还用于：
根据各节点实时反馈的电压信息，通过预先设定的推算规则，确定各一级运行设备所属位置的电压参考值，并将执行命令发送至各一级运行设备；紧急情况下接受运行设备协助调压请求，选择最适合承担该调压任务的一级运行设备,并将执行请求发送至该设备,同时向其余运行设备发出信息；
紧急情况下，当仅靠某节点上的运行设备的电压调节已无法消除该运行设备区域内的节点电压越限时，电网的控制设备向相邻电压控制区运行设备发出通信指令，使相邻电压控制区运行设备参与进行二级电压控制，消除电压波动并将相关消除信息及时反馈。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自治调节模块，还用于：
接受电网控制设备或其他运行设备的调压任务执行请求，并返回相关执行信息；紧急情况下运行设备按自治方式调节时，若该运行设备对应的控制设备无功电压达到安全运行限值，但电压水平仍未回复至安全运行范围内，则向电网控制设备请求由其他运行设备协助完成任务；
其他运行设备所有的控制行为均不威胁到自身的电压调节，以确保所述其他运行设备的控制对象在安全稳定的运行范围内运行；具体地，所述其他运行设备执行任务时应满足以下限制条件：机端电压在容许范围内；输出无功在容许范围内,定转子电流发热在容许范围内；发电机在具有设定稳定裕度的范围内运行；整定值一次调节增量在容许范围内。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运行设备维持所述控制设备无功平衡、保持控制设备电压合格，监测控制设备的无功功率和电压；所述运行设备包括通信、感知、决策、规则制定和执行单元；通信单元实现运行设备与同级设备以及运行设备与电网控制设备进行通信，包括实时反馈自身运行状况及自身操作，当自身无功出力达到极限时向电网控制设备发出协助请求和接受控制设备发布的协助调压信息；感知单元采集环境信息包括无功和电压信息并存放到数据库中；数据库存储本运行设备的状态数据和接受到的信息；规则制定用于确定运行设备的决策方式；包括电压无功越限判据、运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值和整定值调节量；执行单元根据决策控制向本地控制设备发出电压控制命令，并接收反馈的电压控制结果。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制设备管理电网中所有运行设备,并综合评价各运行设备的电压控制行为，使电网的无功电压保持在正常水平上，所述控制设备包括通信、推理和规则制定单元，通信单元一方面采集各运行设备的实施状态数据或接受运行设备的任务协助请求，另一方面将无功优化计算结果下发给各运行设备,为其进行本地电压控制提供依据，或在紧急状况下选择运行设备进行调压协助；其中，数据库存储电网内各运行设备的实时状态数据以及推理单元的计算结果。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，推理单元有两种决策方式：正常情况下的并行优化计算方式，根据数据库存储的各节点的实时电压、有功、无功等信息，给出电网各运行设备所监测的控制设备的参考电压整定值，将结果存储到数据库中，并下达到各运行设备；紧急情况下的任务协助方式，根据运行设备发来的求助信息，通过对其相邻运行设备的环境信息和电压控制能力的评估，选择最合适的运行设备进行本地电压控制，消除节点的电压越限，规则制定用于确定设备的决策方式，包括电压无功越限判据、各个运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值。
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