专利名称：电力系统广域控制系统的控制子站架构方法
技术领域：
本发明属于电力系统广域控制技术领域。
技术背景电力系统广域控制系统是在电力系统广域测量系统(WAMS - Wide Area Measurement System)基础上发展起来的新一代电力系统广域控制系统(WACS-Wide Area Control System )。与电力系统广域测量系统相比，电力系统广域控制系统将主要包 括控制中央站、测量子站和控制子站，功能从单纯的测量、监视提升为闭环控制。控制子站作为广域控制系统的执行输出单元，不仅要具备与其它控制、保护装置等 一致的准确性、安全性和可靠性，更需要解决广域控制系统中多点协调控制和多点同步 控制等问题。随着高速数字通信和GPS对时等技术的成熟，实现电力系统广域控制系 统的控制子站已成为可能。发明内容在电力系统动态、安全监测系统的基础上发展起来的电力系统广域控制系统，对于 数据传输、控制输出和应用维护等在可靠性和实时性方面都提出了新的要求。本发明主要针对广域控制系统的控制子站提出解决方案 一种电力系统广域控制系统控制子站的 架构实现方法，该方法以绝对时间作为控制中央站的工作时间坐标，实现绝对时间点上 的实时控制，并通过测量通信通道随机延时时间，为控制数据延时补偿提供计算依据， 实测控制量和输出量，实现广域控制系统中多点协调控制和多点同步控制。本发明针对 控制子站架构提出的发明内容如下1) 接入对时信号，以高精度的绝对时间作为控制子站的工作时间坐标；2) 通过高速数字通信通道，接收带时标的控制命令，实现绝对时间点上的实时控制；3) 测量通信通道随机延时时间，并回送给控制中央站，为控制数据延时补偿技术 提供计算依据；4) 以真实电力系统运行环境为依据，对控制量采用连续跟踪、逐步逼近的方式， 调节实际控制输出量与控制中央站预期控制量一致；5) 控件回路，闭锁控制量。 该发明有效的解决电力系统广域控制系统中的跨区域，多控制点同步控制、协调控 制的难题，可以为广域控制系统在数据传输通道延时随机变化情况下，提供实时闭环控 制反馈，使广域控制系统具备较强的容错能力，提高广域控制系统的运行可靠性。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案进行详细表述本发明所提出的电力系统广域控制系统控制子站的架构实现方法，以绝对时间作为 控制中央站的工作时间坐标，实现绝对时间点上的实时控制，并通过测量通信通道随机 延时时间，为控制数据延时补偿提供计算依据，实测控制输出量，实现广域控制系统中 多点协调控制和多点同步控制，具体有如下内容1、 控制子站通过接入对时信号，以高精度的绝对时间作为控制子站的工作时间坐标， 其特征如下1) 控制子站具备接入外部高精度对时源的能力，根据外部对时信号不断修正自身 运行绝对时间坐标。对时信号的形式不做具体要求，但要求对时精度能达到lus 左右，并能够提供绝对时间信息。2) 自备高精度晶振，在外部对时源突然消失或对时信号失真度大等情况下，自动 根据上次有效对时信号维持至少2小时的绝对时标。3) 控制子站在处理、执行控制数据，调节、回测输出量等工作时，都以绝对时间 为时间坐标，精确控制任务发生的时刻。4) 针对不同地域的控制子站间，无需直接的通信协调，根据统一的绝对时间坐标 既可完成同步数据处理、同步控制输出等广域控制系统的特殊要求。2、 控制子站通过高速数字通信通道，接收带时标的控制命令，实现绝对时间点上的实 时控制，其特征如下1) 控制子站具备接入高速数字通信数据的能力。对通信方式不做具体规定，但传 输能力应不低于lMbps为宜。通信链路应有明确的源地址、目的地址标识，便 于控制系统识别通信数据的来源。2) 控制命令中应至少包含闭环控制回路的控制时标，即执行控制命令的执行时标。3) 控制命令到达控制子站的本地时刻相对控制时标之间存在三种可能状态历史、 现在和未来。控制子站计算此时间差，按照不同策略输出控制量。4) 控制命令晚于控制时标到达控制子站，并超出延时允许后，控制命令自动失效。5) 控制命令晚于控制时标到达控制子站，但未超出延时允许值，或控制命令恰好于控制时标所在时刻到达控制子站，立即执行控制命令。6) 控制命令早于控制时标到达控制子站，待绝对时间到达后，开始执行控制命令。7) 当控制缓冲区中出现多条控制时标相同的命令时，使用最后收到的控制命令。3、 控制子站测量通信通道随机延时时间，并回送给控制中央站，为控制数据延时补偿提供计算依据，其特征如下1) 控制命令中还应包含闭环控制回路的测量时标，即用于计算控制量的电力系统 广域测量数据的时标。2) 控制子站计算测量时标与本地接收到控制命令时刻的时间差，即控制延时时间。并实时回送计算结果，回送数据中包含明确的绝对时间标识，作为延时补偿技 术的重要计算依据。3) 控制子站仅为控制中央站提供通信通道随机延时时间数据，具体的延时补偿算法由控制中央站根据不同的控制逻辑选择。例如对低频振荡进行控制时，中央 站可考虑补偿当前主导振荡频率下的振荡角度。4、 控制子站以真实电力系统运行环境为依据，对控制量采用连续跟踪、逐步逼近的方式，调节实际控制输出量与控制中央站预期控制量一致，其特征如下1) 控制子站的广域控制过程是一个连续的调节过程。 一般认为广域控制系统监测 的区域电网间的频差不存在振荡时控制量趋于零，区域电网间发生振荡时按照 预定策略调节控制量，增大电网阻尼，抑制区域电网间的低频振荡，使电网恢 复正常运行。2) 广域控制系统采用数字信号量形式传输控制量，控制子站以模拟信号量形式作 用于目标调节对象。控制子站具备将离散数字信号合理的转变为连续模拟信号 的功能。3) 根据目标调节对象的特性，预定合理的调节速度或制定更复杂的多级调节速度。4) 根据电力系统实际运行可承受极限，预定合理的正、负双向调节范围。5) 控制子站的实际输出控制量受最大调节范围和调节速度的限制，总是以不超出 最大调节速度的变化率，输出不超出调节范围的，最接近当前广域控制系统控 制需求的控制量。5、 控制子站具备独立的测量回路，同步实测控制输出量，出现异常时自动断开硬件回 路，闭锁控制量，其特征如下-1) 控制子站不但具备独立的D/A输出回路，同时配备独立的A/D采集回路，分别 用于输出控制量和回测控制量。2) 实时对比回测值与输出值的误差情况，发现超出硬件误差范围后，自动启动输出异常逻辑，从物理上断开输出回路，彻底闭锁控制量，防止控制量输出异常 恶化电力系统运行状态。 3)利用高速数字通信网络，以带绝对时标的报文方式连续上送输出数据和回测数 据。作为广域控制系统真实的控制过程的数据记录源，便于事故后分析或离线 分析。综上所述，本发明为电力系统广域控制系统中的多点同步、协调控制要求，提供了 一种可行的控制子站架构。
权利要求
1.一种电力系统广域控制系统控制子站的架构实现方法，该方法以绝对时间作为控制中央站的工作时间坐标，实现绝对时间点上的实时控制，并通过测量通信通道随机延时时间，为控制数据延时补偿提供计算依据，实测控制输出量，实现广域控制系统中多点协调控制和多点同步控制；其特征为，该方法包括如下内容控制子站通过接入对时信号，以高精度的绝对时间作为控制子站的工作时间坐标；控制子站通过高速数字通信通道，接收带时标的控制命令，实现绝对时间点上的实时控制；控制子站测量通信通道随机延时时间，并回送给控制中央站，为控制数据延时补偿提供计算依据；控制子站以真实电力系统运行环境为依据，对控制量采用连续跟踪、逐步逼近的方式，调节实际控制输出量与控制中央站预期控制量一致；控制子站具备独立的测量回路，同步实测控制输出量，出现异常时自动断开硬件回路，闭锁控制量。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于控制子站具备接入外部高精度对时 源的能力，根据外部对时信号不断修正自身运行绝对时间坐标，对时信号能提供绝对时 间信息，对时精度达到1US;控制子站自备高精度晶振，在外部对时源突然消失或对时 信号失真情况下，自动根据上次有效对时信号维持至少2小时的绝对时标。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于控制子站在处理、执行控制数 据，调节、回测输出量等工作时，都以绝对时间为时间坐标；不同地域的控制子站间根 据统一的绝对时间坐标完成同步数据处理、同步控制输出。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制子站具备接入高速数字通 信数据的能力，传输能力不低于1Mbps，通信链路有明确的源地址、目的地址标识，便 于控制系统识别通信数据的来源。
5、 根据权利要求1或4所述的方法，其特征为在于控制命令到达控制子站的本 地时刻相对控制时标之间存在三种可能状态，控制子站计算此三种状态下得时间差，按 照不同策略输出控制量，控制命令晚于控制时标到达控制子站，并超出延时允许后，控制命令自动失效； 控制命令晚于控制时标到达控制子站，但未超出延时允许值，或控制命令恰好于控 制时标所在时刻到达控制子站，立即执行控制命令；控制命令早于控制时标到达控制子站，待绝对时间到达后，开始执行控制命令。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于当控制缓冲区中出现多条控制时标 相同的命令时，使用最后收到的控制命令。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于控制命令中包含闭环控制回路的测 量时标，控制子站计算测量时标与本地接收到控制命令时刻的时间差作为控制通信通道 随机延时时间，并实时回送计算结果，回送数据中包含明确的绝对时间标识。
8、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于广域控制系统监测的区域电网间的频差不存在振荡时控制量趋于零，区域电网间发 生振荡时按照预定策略调节控制量，增大电网阻尼，抑制区域电网间的振荡，使电网其 恢复正常运行；广域控制系统采用数字信号量形式传输控制量，控制子站以模拟信号量形式作用于 目标调节对象，控制子站具备将离散数字信号转变为连续模拟信号的功能；根据目标调节对象的特性，预定相应的调节速度或制定多级调节速度，根据电力系 统实际运行可承受极限，预定相应的正、负双向调节范围；控制子站的实际输出控制量受最大调节范围和调节速度的限制，总是以不超出最大 调节速度的变化率，输出不超出调节范围的、最接近当前广域控制系统控制需求的控制 量。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制子站具备独立的D/A输出回路， 同时配备独立的A/D采集回路，分别用于输出控制量和回测控制量；实时对比回测值与 输出值的误差情况，发现超出硬件误差范围后，自动启动输出异常逻辑，从物理上断开 输出回路，彻底闭锁控制量，防止控制量输出异常恶化电力系统运行状态；利用高速数 字通信网络，以带绝对时标的报文方式连续上送输出数据和回测数据，作为广域控制系 统真实的控制过程的数据记录源，便于事故后分析或离线分析。
全文摘要
本发明公开了一种电力系统广域控制系统控制子站的架构方法，该方法包括以下内容接入对时信号，以高精度的绝对时间作为控制子站的工作时间坐标；通过高速数字通信通道，接收带时标的控制命令，实现绝对时间点上的实时控制；测量通信通道随机延时时间，并回送给控制中央站，为控制数据延时补偿技术提供计算依据；以真实电力系统运行环境为依据，对控制量采用连续跟踪、逐步逼近的方式，调节实际控制输出量与控制中央站预期控制量一致；具备独立的测量回路，同步实测控制输出量。该方案用于电力系统广域控制技术领域，用以解决电力系统广域控制系统中的跨区域，多控制点间同步输出、协调控制的难题，提供一种电力系统广域控制系统控制子站的架构方案。
文档编号G05B19/02GK101325347SQ200810103510
公开日2008年12月17日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者吴京涛, 吴小辰, 睿 张, 鹏 李, 石景海, 炯 胡, 贺静波, 赵颖科, 超 陆 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;南方电网技术研究中心;清华大学