一種基于大電網廣域信息的阻尼控制裝置及其方法
【專利摘要】一種基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，所述廣域阻尼控制裝置將核心的控制邏輯功能和電力控制裝置相結合，布置于站端，通過獲取廣域量測信號后采用控制邏輯功能輸出至本地受控系統。本申請采用模塊化的硬件結構，就地化控制輸出可避免調度遠端集中控制方式的延時影響，提升了系統的運行穩定性。
【專利說明】—種基于大電網廣域信息的阻尼控制裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力系統的穩定控制領域，具體涉及一種基于大電網量測信息的廣域阻尼實時控制裝置及其控制應用方法。
【背景技術】
[0002]隨著交直流互聯電網的快速發展，發電資源與用電需求在總量和地域分布上存在著顯著的不匹配，使電網結構必然凸顯出區域間互聯、遠距離大容量送電、交直流混合運行等特點，交直流互聯大電網的暫態安全穩定問題和動態弱阻尼問題，逐漸成為制約電網運行效率提升的瓶頸。采用廣域量測數據信息，構建基于無模型自適應控制器的廣域阻尼控制裝置，將阻尼控制器與自適應控制相結合，利用廣域信息對主導區間振蕩模式有強可觀性的廣域信息作為反饋信號，并在對該模式有強可控性的直流極控和發電機勵磁端施加閉環控制，從而達到抑制區間低頻振蕩的目的。
[0003]區間低頻振蕩會因發電機群間的振蕩產生，參與的機組涉及到全網，目前多臺本地發電機(電力系統穩定器)PSS需相互協調抑制區間低頻振蕩，實現形式復雜，并且由于本地PSS采用本地信號作為反饋信號，對區間低頻振蕩模式的可觀性較弱，抑制效果較差；基于廣域量測系統的發展，廣域阻尼控制凸顯優勢；通過控制器，全局的可觀性，從而控制器能夠在更全面的信息下做出更為準確和有效的操作，進而逐步改變了電力系統中本地控制器間難以協調和全局優化的局面。另一方面，電網在實際運行中，當系統發生斷線、切機等故障時，系統網絡結構和運行方式會發生變化，固定參數的廣域阻尼控制器控制性能有時會受到顯著影響，自適應阻尼控制能在線調整控制器參數以跟蹤系統運行方式的變化，有望解決固定參數阻尼控制器的適應性問題。
[0004]廣域阻尼控制所具有的潛力和實現的難度，使其成為電力系統極具吸引力和挑戰性的研究方向。近年來在大量學者研究工作的推動下，廣域阻尼控制理論在反饋信號和控制地點選擇、低頻振蕩的在線辨識、時滯系統的阻尼控制器設計等方面已經取得突破性的進展。目前已開展的廣域阻尼控制系統的研究均采用(廣域監測系統)WAMS系統獲取廣域信息的量測數據，將阻尼控制系統的邏輯功能集成在調度端的主站系統中，通過調度至站端專用通道接口將控制指令下發到受控的廠站端。借助于通道連接方式下的廣域阻尼控制系統，其控制環節需確保通道的穩定性，通道的延時將影響廣域阻尼控制系統的穩定運行。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術中存在的上述問題，本申請提出一種基于就地下放的廣域阻尼控制裝置，將核心的控制邏輯功能和電力控制裝置相結合，布置于站端，通過獲取廣域量測信號后采用控制邏輯功能輸出至本地受控系統，避免了遠距離傳輸對控制信號的影響，提升了廣域阻尼控制系統運行的穩定性；本申請同時針對就地下放功能的廣域阻尼裝置，提出了一種應用方法。
[0006]本申請公開了一種基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，具體方案如下:
[0007]—種基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，其特征在于:所述廣域阻尼控制裝置將核心的控制邏輯功能和電力控制裝置相結合，布置于站端，通過獲取廣域量測信號后采用控制邏輯功能輸出至本地受控系統。
[0008]該基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，包括錄波模塊、數據處理模塊、控制邏輯模塊、管理模塊、開入模塊、開出模塊、信號模塊、電源模塊，其特征在于:
[0009]所述錄波模塊、數據處理模塊、控制邏輯模塊、管理模塊、開入模塊、開出模塊、信號模塊、電源模塊，各功能模塊通過阻尼控制裝置的背板總線互聯，背板總線提供以太網通訊接口、電源接口、對時接口 ；
[0010]所述數據處理模塊通過外部以太網接口接收外部數據、即廣域量測數據信號，通過背板總線對時接口獲取同步信號后同步外部數據的時間斷面，并以1ms的間隔將同步后的廣域量測數據連續實時轉發至背板總線；當所述數據處理模塊接收到的廣域量測數據狀態信息異常時，所述數據處理模塊同步發送數據的異常狀態信息至背板總線；所述同步后的廣域量測數據通過背板總線以太網通訊接口轉發至錄波模塊、管理模塊和控制邏輯模塊；
[0011]所述控制邏輯模塊接收數據處理模塊經背板總線轉發的實時的同步后的廣域量測數據，判別廣域量測數據中頻率差值的變化，當檢測到當前頻率差值達到設定閾值時，認為系統處于低頻振蕩狀態，所述控制邏輯模塊產生控制命令并通過背板總線以太網通訊接口將控制命令下發至開出模塊，同時將控制命令經背板總線以太網通訊接口下發至錄波模塊和管理模塊；
[0012]所述錄波模塊接收數據處理模塊實時轉發的同步后的廣域量測數據和控制邏輯模塊下發的控制命令，完成在線存儲功能，采用標準的錄波格式對外部數據和控制命令的循環存儲，滿足離線配置工具的數據召喚功能，即可通過讀取存儲數據并通過錄波分析工具進行查詢和數據分析；
[0013]所述管理模塊通過獲取實時轉發的同步后的廣域量測數據及控制邏輯模塊下發的控制命令，輸入顯示實時廣域量測數據以及阻尼控制裝置的控制狀態至人機界面，當接收到數據處理模塊同步發送數據的異常狀態信息時，將異常告警狀態信息通過背板總線以太網通訊接口輸出至信號模塊；所述管理模塊還通過對外GPS接口，獲取同步狀態信號并同步轉發至背板總線的對時接口；
[0014]所述開入模塊為可配置節點狀態插件，通過連接或斷開方式，置位相應的節點狀態，開入節點狀態通過背板總線以太網通訊接口上送至管理模塊，用于顯示當前裝置各開入節點狀態。所述開出模塊接收控制邏輯模塊下發的控制命令，將控制命令轉換為調制模擬量信號，輸出至直流極控系統或發電機勵磁端調節系統進行實施功率控制，根據調制模擬量對應比例的直流功率或發電機功率狀態的實施控制；
[0015]所述信號模塊通過接收管理插件轉發的裝置告警狀態信息，驅動節點繼電器，下發告警信號至站端監控系統；
[0016]所述電源模塊通過接入外部直流220V或I1V工作電源，通過內部模塊電源轉換，輸出各5V供電電源至背板總線電源接口，用于各模塊的供電電源。
[0017]進一步優選，所述開入模塊默認的開入節點包括控制功能的投入和退出節點、阻尼控制裝置的測試和非測試節點、阻尼控制裝置的檢修和非檢修節點、投信號工作模式節點和非投信號節點。
[0018]進一步優選，所述電源模塊初接收外部電源接入外，還提供一組失電裝置的告警節點，當電源模塊故障時，該節點繼電器閉合，驅動告警節點，告警節點信號連接至站端監控系統，用于運行人員監視裝置工作電源狀態。
[0019]本申請還公開了一種基于上述廣域阻尼控制裝置的阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0020](I)數據處理模塊通過接收廣域量測信號，在線判別數據狀態的有效性，基于同步時標的各量測點數據的對齊判別，以1ms的間隔將數據經過背板總線實時轉發至控制邏輯模塊和管理模塊，當接收到的數據狀態信息異常時，同步發送數據的異常狀態信息；
[0021](2)控制邏輯模塊實時接收數據處理模塊經背板總線轉發的廣域量測數據，通過廣域頻差計算獲取區間信號的頻率差值，根據區間信號頻率差值的變化，檢測系統是否處于低頻振蕩狀態，當控制邏輯模塊檢測到當前為低頻振蕩狀態時，根據頻率差值變化情況對應下發控制命令，將控制命令通過背板總線以太網通訊接口將下發至開出模塊，同時將控制命令經背板總線下發至錄波模塊和管理模塊；
[0022](3)所述開出模塊接收控制邏輯模塊下發的控制命令，將控制命令轉換為調制模擬量信號，輸出至直流極控系統或發電機勵磁端調節系統進行實施功率控制，根據調制模擬量對應比例的直流功率或發電機功率狀態的實施控制；
[0023](4)返回步驟(2)，控制邏輯模塊對所述的區間信號頻率差值進行實時計算判別，實時判斷當前系統控制狀態，如果仍處于低頻振蕩狀態時，則生成對應的控制命令下發至開出模塊。
[0024]本申請相對于現有技術具有以下有益的技術效果:
[0025]采用就地下發的阻尼控制裝置，采用模塊化的硬件結構，就地化控制輸出可避免調度遠端集中控制方式的延時影響，提升了系統的運行穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本申請公開的基于電網廣域信息的阻尼控制裝置的結構框圖；
[0027]圖2為本申請公開的基于電網廣域信息的阻尼控制方法流程圖；
【具體實施方式】
[0028]下面結合說明書附圖對本申請的技術方案進一步詳細介紹。
[0029]本申請公開了一種基于廣域電網的功率振蕩抑制功能的阻尼控制裝置，同時，還公開了一種基于阻尼控制裝置應用的控制方法。
[0030]如附圖1所示:
[0031]基于電網廣域信息的阻尼控制裝置包括接收廣域量測信號的數據處理模塊、實現控制器算法及邏輯功能的控制邏輯模塊、實現狀態監測及數據共享的管理模塊、實現數據存儲及轉發的錄波模塊、實現開關量信號采集的開入模塊、實現控制命令輸出的開出模塊、滿足信號狀態轉出的信號模塊，以上功能模塊均需要軟硬件結合的功能模塊完成；同時還包括電源模塊以及人機操作功能模塊。
[0032]所述數據處理模塊采用嵌入式實時操作系統，滿足廣域量測數據的同步在線接收、處理和轉發。支持可配置的廣域量測數據信息，同步相同斷面時刻的量測數據，滿足數據的實時在線發布。
[0033]所述阻尼控制裝置接收同步相量測量裝置上送的廣域量測數據，包括廣域量測的模擬量信號、功率信號、頻率信號。基于時間同步信號構建同一斷面數據的集中處理。針對上送量測數據的有效性進行判別，提取參與阻尼控制邏輯的有效數據進行同步轉發至控制邏輯模塊。
[0034]所述控制邏輯模塊采用嵌入式實時操作系統，通過數據處理模塊發布的實時數據，在線檢測廣域量測數據點的區間頻率信號的狀態；通過控制參數判別電網運行狀態；根據區間頻率信號，實時在線檢測區域電網低頻振蕩狀態。當檢測到區間頻率波動情況，采用多控制器協調控制并下發調制指令。采用獨立的系統防誤邏輯接口，控制邏輯模塊通過開入模塊對應的操作投退狀態，對應控制邏輯的執行和退出狀態。通過量測信號判別非振蕩狀態的系統故障，閉鎖控制器，退出控制功能，提升系統的可靠性；
[0035]所述管理模塊是阻尼控制裝置的綜合功能性管理模塊，通過內部以太網通訊方式接收各模塊狀態信息，實現量測數據顯示，告警報文輸出、指示燈狀態顯示的工況處理。接收同步信號，并轉發同步信號至其他各功能模塊。接收的控制邏輯模塊轉發的廣域量測數據及控制輸出模擬量數據，滿足以太網方式同步轉發至監測平臺工作站，實現裝置的工況在線監測，同時可通過監測平臺，實時召喚錄波模塊存儲的歷史數據及召喚控制邏輯模塊的定值參數，支持裝置工況狀態的信息上送。
[0036]所述錄波模塊通過接收數據處理插件及控制邏輯模塊的實時數據，完成在線存儲功能，采用標準的錄波格式進行數據的循環存儲，滿足離線數據召喚功能。
[0037]所述開入模塊實現開關量狀態節點信號的采集，總計32組開關量節點，每組節點可定義一個開關狀態了，默認配置多控制器投退操作節點，節點連通是表示即表示控制器當前為投入狀態，節點斷開后表示退出狀態；同時還配置有裝置檢修投退狀態，當裝置檢修節點閉合時，控制邏輯計算退出，用于裝置硬件功能測試時使用。
[0038]所述信號模塊支持裝置告警狀態的節點信號輸出功能，配置有保持和非保持節點。可根據告警信號類型進行定義輸出。
[0039]所述電源模塊，滿足交直流電源工作模式，提供各所述各功能模塊的工作電源，支持電源失電告警功能。
[0040]本申請還公開了一種基于廣域信息的阻尼控制方法，其步驟如下:
[0041]如附圖2所示:
[0042](I)數據處理模塊通過接收廣域量測信號，在線判別數據狀態的有效性，基于同步時標的各量測點數據的對齊判別，以1ms的間隔將數據經過背板總線實時轉發至控制邏輯模塊和管理模塊，當接收到的數據狀態信息異常時，同步發送數據的異常狀態信息；
[0043](2)控制邏輯模塊實時接收數據處理模塊經背板總線轉發的廣域量測數據，通過廣域頻差計算獲取區間信號的頻率差值，根據區間信號頻率差值的變化，檢測系統是否處于低頻振蕩狀態，當控制邏輯模塊檢測到當前為低頻振蕩狀態時，根據頻率差值變化情況對應下發控制命令，將控制命令通過背板總線以太網通訊接口將下發至開出模塊，同時將控制命令經背板總線下發至錄波模塊和管理模塊；
[0044](3)所述開出模塊接收控制邏輯模塊下發的控制命令，將控制命令轉換為調制模擬量信號，輸出至直流極控系統或發電機勵磁端調節系統進行實施功率控制，根據調制模擬量對應比例的直流功率或發電機功率狀態的實施控制；
[0045](4)返回步驟(2)，控制邏輯模塊對所述的區間信號頻率差值進行實時計算判別，實時判斷當前系統控制狀態，如果仍處于低頻振蕩狀態時，則生成對應的控制命令下發至開出模塊。
[0046]本發明 申請人:結合說明書附圖對本發明的實施例做了詳細的說明與描述，但是本領域技術人員應該理解，以上實施例僅為本發明的優選實施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發明精神，而并非對本發明保護范圍的限制，相反，任何基于本發明的發明精神所作的任何改進或修飾都應當落在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，其特征在于:所述廣域阻尼控制裝置將核心的控制邏輯功能和電力控制裝置相結合，布置于站端，通過獲取廣域量測信號后采用控制邏輯功能輸出至本地受控系統。
2.一種基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，包括錄波模塊、數據處理模塊、控制邏輯模塊、管理模塊、開入模塊、開出模塊、信號模塊、電源模塊，其特征在于: 所述錄波模塊、數據處理模塊、控制邏輯模塊、管理模塊、開入模塊、開出模塊、信號模塊、電源模塊，各功能模塊通過阻尼控制裝置的背板總線互聯，背板總線提供以太網通訊接口、電源接口、對時接口 ； 所述數據處理模塊通過外部以太網接口接收外部數據、即廣域量測數據信號，通過背板總線對時接口獲取同步信號后同步外部數據的時間斷面，并以1ms的間隔將同步后的廣域量測數據連續實時轉發至背板總線；當所述數據處理模塊接收到的廣域量測數據狀態信息異常時，所述數據處理模塊同步發送數據的異常狀態信息至背板總線；所述同步后的廣域量測數據通過背板總線以太網通訊接口轉發至錄波模塊、管理模塊和控制邏輯模塊； 所述控制邏輯模塊接收數據處理模塊經背板總線轉發的實時的同步后的廣域量測數據，判別廣域量測數據中頻率差值的變化，當檢測到當前頻率差值達到設定閾值時，認為系統處于低頻振蕩狀態，所述控制邏輯模塊產生控制命令并通過背板總線以太網通訊接口將控制命令下發至開出模塊，同時將控制命令經背板總線以太網通訊接口下發至錄波模塊和管理模塊； 所述錄波模塊接收數據處理模塊實時轉發的同步后的廣域量測數據和控制邏輯模塊下發的控制命令，完成在線存儲功能，采用標準的錄波格式對外部數據和控制命令的循環存儲，滿足離線配置工具的數據召喚功能，即可通過讀取存儲數據并通過錄波分析工具進行查詢和數據分析； 所述管理模塊通過獲取實時轉發的同步后的廣域量測數據及控制邏輯模塊下發的控制命令，輸入顯示實時廣域量測數據以及阻尼控制裝置的控制狀態至人機界面，當接收到數據處理模塊同步發送數據的異常狀態信息時，將異常告警狀態信息通過背板總線以太網通訊接口輸出至信號模塊；所述管理模塊還通過對外GPS接口，獲取同步狀態信號并同步轉發至背板總線的對時接口； 所述開入模塊為可配置節點狀態插件，通過連接或斷開方式，置位相應的節點狀態，開入節點狀態通過背板總線以太網通訊接口上送至管理模塊，用于顯示當前裝置各開入節點狀態；所述開出模塊接收控制邏輯模塊下發的控制命令，將控制命令轉換為調制模擬量信號，輸出至直流極控系統或發電機勵磁端調節系統進行實施功率控制，根據調制模擬量對應比例的直流功率或發電機功率狀態的實施控制； 所述信號模塊通過接收管理插件轉發的裝置告警狀態信息，驅動節點繼電器，下發告警信號至站端監控系統； 所述電源模塊通過接入外部直流220V或I1V工作電源，通過內部模塊電源轉換，輸出各5V供電電源至背板總線電源接口，用于各模塊的供電電源。
3.根據權利要求2所述的基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，其特征在于: 所述開入模塊默認的開入節點包括控制功能的投入和退出節點、阻尼控制裝置的測試和非測試節點、阻尼控制裝置的檢修和非檢修節點、投信號工作模式節點和非投信號節點。
4.根據權利要求2所述的基于電網廣域信息的阻尼控制裝置，其特征在于: 所述電源模塊初接收外部電源接入外，還提供一組失電裝置的告警節點，當電源模塊故障時，該節點繼電器閉合，驅動告警節點，告警節點信號連接至站端監控系統，用于運行人員監視裝置工作電源狀態。
5.一種基于權利要求2-4任一項權利要求的廣域阻尼控制裝置的阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)數據處理模塊通過接收廣域量測信號，在線判別數據狀態的有效性，基于同步時標的各量測點數據的對齊判別，以1ms的間隔將數據經過背板總線實時轉發至控制邏輯模塊和管理模塊，當接收到的數據狀態信息異常時，同步發送數據的異常狀態信息； (2)控制邏輯模塊實時接收數據處理模塊經背板總線轉發的廣域量測數據，通過廣域頻差計算獲取區間信號的頻率差值，根據區間信號頻率差值的變化，檢測系統是否處于低頻振蕩狀態，當控制邏輯模塊檢測到當前為低頻振蕩狀態時，根據頻率差值變化情況對應下發控制命令，將控制命令通過背板總線以太網通訊接口將下發至開出模塊，同時將控制命令經背板總線下發至錄波模塊和管理模塊； (3)所述開出模塊接收控制邏輯模塊下發的控制命令，將控制命令轉換為調制模擬量信號，輸出至直流極控系統或發電機勵磁端調節系統進行實施功率控制，根據調制模擬量對應比例的直流功率或發電機功率狀態的實施控制； (4)返回步驟(2)，控制邏輯模塊對所述的區間信號頻率差值進行實時計算判別，實時判斷當前系統控制狀態，如果仍處于低頻振蕩狀態時，則生成對應的控制命令下發至開出模塊。
【文檔編號】G05B19/418GK104199403SQ201410415829
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】涂亮, 熊春暉, 門錕, 葉艷軍, 柳勇軍, 王 華, 楊誠, 廖全飛 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 北京四方繼保自動化股份有限公司