專利名稱：分布式電力無功優化的實時控制設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統的無功優化控制，特別是分布式電力無功優化的實時控制設備和方法。
背景技術：
目前，電力系統一般通過專用通訊網絡來傳輸采集的實時數據，從而進行分布式的無功優化控制。該類專用通訊網絡的鋪設和維護成本很高，并且在原有的專用通訊線路損壞的情況下，無法提供多條冗余通路可供使用。而現階段的公共互聯網無論是有線形式還是無線形式均已得到廣泛應用，并且都可得到較為廉價的解決方案。但是，當此類公共網絡用于解決如電力系統無功優化實時控制之類的數據傳輸時，其網絡繁忙時會出現數據包丟失的現象，而這類分布式控制系統的實時優化狀態對于輸入狀態和輸出控制量的可靠性和實時性具有一定程度的要求。因此，在公共互聯網絡具有數據丟包的情況下，如何進行分布式電力無功優化的實時控制，該問題一直未能找到很好的解決方法。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能夠通過公共移動互聯網采集并傳輸電力系統的實時狀態數據，在存在數據丟包的情況下，實現一種分布式無功優化實時控制的設備和方法。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是，提供一種分布式電力無功優化的實時控制設備，它包括狀態采集器，其用于采集反映所述電力系統運行狀態的實時數據；無功調節控制器，其用于接收通過公共的移動互聯網傳送的所述實時數據，并運行無功優化迭代計算，以得到優化的輸出控制量；無功執行器，其用于通過所述公共的移動互聯網接收所述優化的輸出控制量，并根據該輸出控制量對所述電力系統進行分布式無功優化的實時控制。其中，所述公共的移動互聯網是采用GPRS或CDMA技術接入并基于TCP/IP協議的公共計算機互聯網絡。根據本實用新型的另一個優選實施例還包括狀態估計裝置，用于對所述采集的實時數據進行狀態估計，以得到能夠真實反映所述電力系統當前運行狀態的輸入數據。根據本實用新型的另一個優選實施例，所述無功調節控制器還執行去冗-保持處理。綜上所述，本實用新型實現了將公共互聯網，尤其是公共移動互聯網技術應用于電力系統無功優化的分布式實時控制當中，并且基于新型網絡化控制理論的建模方法，在反饋回路中采用狀態估計，以及在前向通道中進行去冗-保持處理，很好地克服了公共通訊網絡中由于數據丟包而對無功優化實時控制產生的不利影響。從實驗室得到的實驗結果曲線可以看到，采用本實用新型的設備和方法，可以實現分布式電力系統無功優化的次優控制，達到了比現有方法更好的優化效果。
圖1顯示了根據本實用新型，無功優化實時控制系統的建模；圖2顯示了根據本實用新型，具有前向-反饋通道數據丟包的無功優化實時控制的結構框圖；圖3顯示了根據本實用新型采用經典遺傳優化算法的實施例中，解決前向-反饋通道數據丟包算法的流程圖；圖4顯示了一種IEEE 30節點系統的結構圖；圖5顯示了一種IEEE 57節點系統的結構圖；圖6顯示了在IEEE 30節點系統中不存在數據丟失、算法改進后和未改進三種情況下最優網損值的對比圖；圖7顯示了在IEEE 57節點系統中不存在數據丟失、算法改進后和未改進三種情況下最優網損值的對比圖；圖8顯示了去冗-保持處理中實際控制量u (k)的形成過程；圖9顯示了針對所采集的實時數據進行狀態估計的步驟。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。所述無功優化實時控制方法將網絡化控制模型與傳統無功優化計算相結合，具體思路為通過傳感器對電力系統的狀態進行實時采集，將采集的數據通過公共的移動互聯網傳送給無功調節控制器進行無功優化算法求解，再將優化計算的結果通過公共的移動互聯網傳送給發電機、有載變壓器、無功補償設備等執行器進行無功調節的實際控制操作。其中，公共的移動互聯網是采用GPRS或CDMA技術接入并基于TCP/IP協議的公共計算機互聯網。由于GPRS或CDMA接入技術是目前移動互聯網中廣為流行的技術，用戶可以從市場上得到收發模塊或芯片級的整體解決方案；同時，將其應用于所述無功優化實時控制與應用于其它的數據通信系統，沒有本質區別。因此關于接入技術，這里不再贅述。本實用新型主要解決分布式實時控制系統利用公共互聯網通信情況下的數據丟失對于無功優化算法的影響。按照上述思路，構造基于網絡化控制模型的無功優化問題的系統結構，如圖1所示。采集的實時數據x(k)包括電網的電壓、電流、設備工作狀態等；無功優化計算的結果 u(k)為輸出控制量，包括發電機輸出電壓、有載變壓器檔位、電容器無功補償容量等信息； τ sc為狀態傳感器至無功調節控制器的網絡傳輸時延；τ ca為無功調節控制器到執行器的網絡傳輸時延。在傳統無功優化模型的基礎上，引入分布式的網絡化控制結構，就必須分析網絡化控制系統中通過公共互聯網絡傳輸因素對無功優化算法及其性能的影響。針對網絡化無功優化控制系統中前向通道與反饋回路同時存在數據丟包，導致部分輸出控制變量不可控和部分輸入狀態數據丟失的情況，利用本實用新型所提出的去冗-保持處理與狀態估計方法對無功優化算法同時進行改進，以減少公共網絡中數據丟失對無功優化實時控制造成的影響。改進思路是在無功優化計算之前，首先進行狀態估計，剔除網絡傳輸所帶來的采集數據丟失的不利影響，估計出系統實際的運行狀態，為無功優化計算提供可靠的輸入數據。在進行無功優化計算時，原有的優化算法操作可以保持不變，僅需將去冗-保持處理過程引入，以減少不可控輸出量對無功優化造成的影響，最終，使電力系統盡快達到近似的最優狀態。圖2為具有前向-反饋通道數據丟包的無功優化實時控制結構圖。狀杰估計法假定反饋回路中存在網絡丟包而造成狀態采集器采集到的部分實時狀態數據丟失，則無功優化控制器將無法接受到完整的狀態輸入信息，此時進行的優化計算只能基于系統的部分狀態信息，其優化結果將無法保證系統達到最佳的優化狀態。因此，在無功優化計算前需要首先進行狀態估計。此時，丟失的狀態數據在無功優化控制器中會保持為前一時刻或上一次的量測值，它與真實值之間存在一定的誤差，在此將其稱作模擬量測值。狀態估計基于該模擬量測值進行計算，估計出系統真實的運行狀態，為無功優化提供準確的輸入數據。狀態估計的實現步驟如下(1)對通過網絡傳輸來的采集數據進行網絡拓撲結構處理和可觀測性分析。網絡拓撲結構處理是根據量測值估計電網的實際開關狀態，糾正偶然出現錯誤的開關狀態信息，以保證數據庫中電網結線方式的正確性。可觀測性分析是電力系統狀態可估計的前提，即在給定網絡和量測信息時，能夠確定系統的狀態信息。若該網絡是可觀測的，便可以進行狀態估計。否則，將對不可觀測的部分通過選擇最小數目的附加量測，使之變成可觀測。(2)進行狀態估計，其中包括估計計算和不良數據檢測與辨識。估計計算采用加權最小二乘法；不良數據檢測與辨識分別采用加權殘差檢測法與殘差搜索辨識法。不良數據檢測是用于判斷某次量測采樣中是否存在不良數據。通過檢測確知量測采樣中存在不良數據后，確定不良數據具體的位置稱為不良數據辨識。(3)將狀態估計得到的良好數據存入系統數據庫或文件，以便進行無功優化計算。狀態估計是利用電力系統的實時量測信息，通過估計計算，以排除量測數據中噪聲以及反饋通道中網絡丟包的干擾，獲得電力系統當前的運行狀態。利用狀態估計方法對數據進行實時處理，能夠提高數據的精度，排除偶然的錯誤信息和數據，提高無功優化系統的控制與可靠性。狀態估計的基本步驟如圖9所示，一般包括模型假設、狀態估計、數據檢測、和辨識。模型假設是指在給出網絡接線狀態和網絡參數的條件下，確定量測函數方程和量測誤差方陣的過程。狀態估計是計算狀態估計值的過程，即使殘差的加權內積達到最小的狀態。數據檢測即檢查量測值中是否存在不良數據或網絡接線狀態中是否存在錯誤信息的過程。辨識是確定具體不良數據或網絡接線錯誤的過程。在給定網絡結線，支路參數和量測系統的條件下，電力系統狀態估計的非線性量測方程為[0040]ζ = h (χ) +ν(1)式(1)中ζ為m維量測向量，包括支路有功與無功功率、結點注入有功和無功功率以及結點電壓模值的量測；h(x)為由基爾霍夫基本電路定律所建立的非線性量測函數向量；X為各節點的電壓模值與相角；V為量測噪聲向量。電力系統狀態估計數學方法有加權最小二乘法、快速分解法、正交化方法和混合法等。加權最小二乘估計法是在狀態估計中應用最為廣泛的一種方法，此方法不需要隨機變量的任何統計特性，是在假設量測誤差Iv1, V2，-,VfflI服從均值為零、方差為Oi2的正態分布條件下，以量測值ζ與量測估計值f之差的平方和最小為目標準則的估計方法。按加權最小二乘估計法準則建立的目標函數為
權利要求1.一種分布式電力無功優化的實時控制設備，包括狀態采集器，其用于采集反映電力系統運行狀態的實時數據；無功調節控制器，其與所述狀態采集器通信連接以用于接收通過公共的移動互聯網傳送來的所述實時數據，并運行無功優化迭代計算，以得到優化的輸出控制量；無功執行器，其與所述無功調節控制器通信連接以用于通過所述公共的移動互聯網接收所述優化的輸出控制量，并根據該輸出控制量對所述電力系統進行分布式無功優的實時控制。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述公共的移動互聯網是采用GPRS或CDMA 技術接入并基于TCP/IP協議的公共計算機互聯網絡。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于，還包括狀態估計裝置，用于對所述采集的實時數據進行狀態估計，以得到能夠真實反映所述電力系統當前運行狀態的輸入數據。
4.如權利要求1-3中任一項所述的設備，其特征在于，所述無功調節控制器包括去冗-保持處理裝置，以對優化的輸出控制量執行去冗-保持操作。
專利摘要本實用新型提供一種分布式電力無功優化的實時控制設備，包括狀態采集器，用于采集反映所述電力系統運行狀態的實時數據；無功調節控制器，用于接收通過公共的移動互聯網傳送來的所述實時數據，并運行無功優化迭代計算，以得到優化的輸出控制量；無功執行器，用于通過所述公共的移動互聯網接收所述優化的輸出控制量，并根據該輸出控制量對所述電力系統進行分布式無功優化的實時控制。本實用新型實現了將公共移動互聯網技術應用于電力系統無功優化的分布式實時控制當中，并基于網絡化控制理論的建模方法，在反饋回路中采用狀態估計，以及在前向通道中進行去冗-保持處理，克服了公共通訊網絡中由于數據丟包而對無功優化實時控制產生的不利影響。
文檔編號H02J3/18GK202167857SQ20112027668
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者蘭浩, 劉琴, 張偉, 彭可, 李仲陽, 盤清琳, 黃丹, 龍小華 申請人:湖南師范大學