本发明属于电力系统能量管理系统(EMS)技术领域，特别涉及一种智能变电站自动电压控制子站装置及其控制方法。
背景技术：
自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现输电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用输电网实时运行数据，从输电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。
随着国家电网公司“大运行”体制的推进，目前国家电网各级调度中心管辖的220kV及以上电压等级的变电站均采用调度中心主站的集中控制模式进行无功电压控制，即调度中心主站需要投切无功设备时，根据调度中心主站的电网模型实时搜索找到无功设备所连接的断路器，通过EMS系统下发该断路器的合、分遥控指令。变电站内监控系统接收断路器遥控指令并执行在这种模式下，变电站只是被动的信息采集和控制执行机构。
多年来国内外的电网运行经验和大量电力事故的发生，表明上述集中式调度模式存在以下问题：
1)基础数据的准确性和全面性不足：调度中心主站在对无功设备进行控制时，需要通过采集无功设备相关的各种保护信号、设备状态信号来判定无功设备的运行情况，并作出是否可以投切的决策。由于变电站上送信号数量有限，与无功设备相关的信号，尤其是无功设备大量的在线状态监控信号不能全部上送，调度主站并不能掌握设备运行的全部状态，从而为无功设备的安全运行带来隐患。
2)无功电压控制的敏捷性不足：调度中心主站基于EMS系统中的量测数据进行控制策略的计算，由于变电站监控系统数据采集和上送的延迟，以及调度中心主站计算处理规模的限制，当出现电压越限等情况时，调度中心主站不能及时反应，可能出现1-2分钟的延迟，从而影响电压质量。
3)无功设备控制的安全性不足：在目前的AVC遥控方式下，可能造成AVC在控制无功设备时，错误控制其他开关并造成事故。
目前上述安全隐患都依赖于管理制度和流程来消除，需要调度中心的运行维护人员完成大量的校核工作，增加了人员压力，降低了工作效率。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种智能变电站自动电压控制子站装置及其控制方法，本发明可以提高无功设备安全运行率和电压运行质量，杜绝调度主站电容器、电抗器误控的现象，适应于接线方式不尽相同的各类智能变电站。
本发明提出的一种智能变电站自动电压控制子站装置，该装置包括：
用于获取变电站所有模拟量和数字量的数据采集模块，
用于与调度主站建立数据交互的通信模块，
用于智能变电站自动电压控制的策略计算模块，
用于智能变电站自动电压控制的指令输出模块；以及与所述各模块相连的实时数据库；其中：
所述数据采集模块、指令输出模块都接入智能变电站站控层MMS(制造报文规范)网络(网络传输协议为符合IEC61850标准的MMS报文)；数据采集模块通过MMS网络从间隔层设备采集变电站所有模拟量和数字量，包括各线路、主变、母线、电容电抗等所有设备的电流、电压、有功、无功数据以及各设备故障、告警信号，并采集各个保护装置信号；指令输出模块通过MMS网络向间隔层设备下发站内电容器或电抗器开关的跳合闸命令；所述通信模块通过以太网络接到智能变电站远动装置(网络传输协议为符合IEC61850标准的MMS报文)；通信模块向远动装置发送子站远方本地信号、本站无功可减和可增量，再由远动装置通过调度数据网转发给调度主站；调度主站将本站无功调节指令下发到远动装置，再由远动装置下发给通信模块；所述策略计算模块通过计算投切站内电容电抗器控制策略达到站内电压合格、关口无功合理、响应调度无功调节指令的三个目标；所述数据采集模块、通信模块、策略计算模块和指令输出模块之间通过实时数据库共享内存技术实现数据交换。
本发明提出的采用上述智能变电站自动电压控制子站装置的控制方法，包括以下步骤：
1)智能变电站自动电压控制子站装置的数据采集模块、指令输出模块接入智能变电站站控层MMS网络，数据采集模块从间隔层设备采集变电站所有模拟量和数字量，包括各线路、主变、母线、电容电抗等所有设备的电流、电压、有功、无功数据以及各设备故障、告警信号，并采集各个保护装置信号；指令输出模块向间隔层设备下发站内电容器或电抗器对应开关的跳合闸命令；
2)通信模块通过以太网络接到智能变电站远动装置；通信模块向远动装置发送子站远方本地信号、本站无功可减和可增量，再由远动装置通过调度数据网转发给调度主站；调度主站将本站无功调节指令下发到远动装置，再由远动装置下发给通信模块；
3)策略计算模块通过计算投切站内电容电抗器控制策略达到站内电压合格、关口无功合理、响应调度无功调节指令的三个目标，三个目标优先级从高到低、依次进行：
3.1)实时监视各级母线电压值，计算各级母线电压越限的紧急情况控制策略，即当母线电压高于电压上限时退出电容器或投入电抗器，当母线电压低于电压下限时退出电抗器或投入电容器，以保证母线电压当前量测值在给定的电压上限和下限范围内；
3.2)在3.1)所有母线电压合格的基础上，计算220kV关口出现无功倒送情况控制策略，即为当无功倒送时退出电容器或投入电抗器，以保证220kV主变关口的无功合理性；
3.3)在3.1)和3.2)的条件都能满足的情况下，计算电压优化控制策略，即根据调度主站下发的无功调节指令投切电容器或电抗器；当无功调节指令为升无功时退出电抗器或投入电容器；当无功调节指令为降无功时退出电容器或投入电抗器，以保证响应调度无功调节指令；
4)指令输出模块根据策略计算模块给出的结果(即控制策略)分解为对应电容器或电抗器开关的跳合闸命令下发到间隔层设备执行。
本发明的特点及有益效果：
本发明提出的智能变电站自动电压控制子站装置，将采集和监测站内所有模拟量和数字量，达到了站内设备全息监测的目的；子站装置实时监测本站各级母线电压，一旦母线电压发生越限的紧急情况则优先处理，提高了紧急情况处理的速度；调度主站只下发无功调节指令，子站装置根据调度无功调节指令进行控制策略计算并分解为具体的电容器或电抗器开关的跳合闸命令，主站侧不再需要维护电容器或电抗器开关的遥控点号，杜绝了调度主站电容器或电抗器开关误控现象的发生。本发明可以提高无功设备安全运行率和电压运行质量，适应于接线方式不尽相同的各类智能变电站。
附图说明
图1为本发明装置的信息交互示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种智能变电站自动电压控制子站装置及其控制方法通过附图及具体实施例进一步详细说明如下：
本发明提出的一种智能变电站自动电压控制子站装置，其组成及其信息交互如图1所示，该装置包括：
用于获取变电站所有模拟量和数字量的数据采集模块，
用于与调度主站建立数据交互的通信模块，
用于智能变电站自动电压控制的策略计算模块，
用于智能变电站自动电压控制的指令输出模块；以及与所述各模块相连的实时数据库；其中：
所述数据采集模块、指令输出模块都接入智能变电站站控层MMS(制造报文规范)网络(网络传输协议为符合IEC61850标准的MMS报文)；数据采集模块通过MMS网络从间隔层设备采集变电站所有模拟量和数字量，包括各线路、主变、母线、电容电抗等所有设备的电流、电压、有功、无功数据以及各设备故障、告警信号，并采集各个保护装置信号；指令输出模块通过MMS网络向间隔层设备下发站内电容器或电抗器开关的跳合闸命令；所述通信模块通过以太网络接到智能变电站远动装置(网络传输协议为符合IEC61850标准的MMS报文)；通信模块向远动装置发送子站远方本地信号、本站无功可减和可增量，再由远动装置通过调度数据网转发给调度主站；调度主站将本站无功调节指令下发到远动装置，再由远动装置下发给通信模块；所述策略计算模块通过计算投切站内电容电抗器的控制策略达到站内电压合格、关口无功合理、响应调度无功调节指令的三个目标；所述数据采集模块、通信模块、策略计算模块和指令输出模块之间通过实时数据库共享内存技术实现数据交换。
本发明提出的采用上述智能变电站自动电压控制子站装置的控制方法，包括以下步骤：
1)智能变电站自动电压控制子站装置的数据采集模块、指令输出模块接入智能变电站站控层MMS网络，数据采集模块从间隔层设备采集变电站所有模拟量和数字量，包括各线路、主变、母线、电容电抗等所有设备的电流、电压、有功、无功数据以及各设备故障、告警信号，并采集各个保护装置信号；指令输出模块向间隔层设备下发站内电容器或电抗器对应开关的跳合闸命令；
2)通信模块通过以太网络接到智能变电站远动装置；通信模块向远动装置发送子站远方本地信号、本站无功可减和可增量，再由远动装置通过调度数据网转发给调度主站；调度主站将本站无功调节指令下发到远动装置，再由远动装置下发给通信模块；
3)策略计算模块通过计算投切站内电容电抗器控制策略达到站内电压合格、关口无功合理、响应调度无功调节指令的三个目标，三个目标优先级从高到低、依次进行：
3.1)实时监视各级母线电压值，计算各级母线电压越限的紧急情况控制策略，即当母线电压高于电压上限时退出电容器或投入电抗器，当母线电压低于电压下限时退出电抗器或投入电容器，以保证母线电压当前量测值在给定的电压上限和下限范围内；
3.2)在3.1)所有母线电压合格的基础上，计算220kV关口出现无功倒送情况控制策略，即为当无功倒送时退出电容器或投入电抗器，以保证220kV主变关口的无功合理性；
3.3)在3.1)和3.2)的条件都能满足的情况下，计算电压优化控制策略，即根据调度主站下发的无功调节指令投切电容器或电抗器；当无功调节指令为升无功时退出电抗器或投入电容器；当无功调节指令为降无功时退出电容器或投入电抗器，以保证响应调度无功调节指令；
4)指令输出模块根据策略计算模块给出的结果(即控制策略)分解为对应电容器或电抗器开关的跳合闸命令下发到间隔层设备执行。
上述装置及控制方法具体实现可采用一台设置在变电站中的计算机实现，在计算机中预先存储通过常规编程技术编制成控制程序。
该实施例的智能变电站装有1台3绕组主变(电压等级分别为220/110/10kV)，10kV低压侧母线下装有3组电容器和1组电抗器，电容器容量均为8MVar，电抗器容量均为10MVar；并装有符合IEC61850标准的站控层MMS网络、间隔层设备、远动装置；220kV母线电压上下限分别是230kV和222kV、110kV母线电压上下限分别是117kV和112kV、10kV母线电压上下限分别是10.7kV和10.1kV。具体实施方法如下：
1)智能变电站自动电压控制子站装置的数据采集模块、指令输出模块接入智能变电站站控层MMS网络，数据采集模块从间隔层设备采集变电站所有模拟量和数字量，包括各线路、主变、母线、电容电抗等所有设备的电流、电压、有功、无功数据以及各设备故障、告警信号，并采集各个保护装置信号；指令输出模块根据策略计算模块给出的结果分解为对应电容器或电抗器开关的跳合闸命令下发到间隔层设备执行。
2)通信模块通过以太网络接到智能变电站远动装置；通信模块向远动装置发送子站远方本地信号、本站无功可减和可增量，再由远动装置通过调度数据网转发给调度主站；调度主站将本站无功调节指令下发到远动装置，再由远动装置下发给通信模块；
3)策略计算模块通过计算投切站内电容电抗器控制策略达到站内电压合格、关口无功合理、响应调度无功调节指令的三个目标，三个目标优先级从高到低、依次进行：
3.1)实时监视各级母线电压值，计算各级母线电压越限的紧急情况控制策略，即当母线电压高于电压上限时退出电容器或投入电抗器，当母线电压低于电压下限时退出电抗器或投入电容器，以保证母线电压当前量测值在给定的电压上限和下限范围内；
2016年8月30日15时43分31秒，220kV母线电压为230.29kV，大于电压上限230kV；电容器投运台数为0台，电抗器投运台数为0台；控制策略为投入一组电抗器；投入电抗器后220kV母线电压为229.52kV，电压越限的状态消除。
3.2)在3.1)所有母线电压合格的基础上，计算220kV关口出现无功倒送情况控制策略，即为当无功倒送时退出电容器或投入电抗器，以保证220kV主变关口的无功合理性；
2016年8月7日19时02分0秒，220kV母线电压为228.05kV、110kV母线电压为114.53kV、10kV母线电压为10.55kV，电压均合格；电容器投运台数为0台，电抗器投运台数为0台；高压母线送出无功为7.5MVar，为无功倒送；控制策略为投入一组电抗器；投入电抗器后高压母线送出无功为-2.3MVar，无功倒送现象消除；220kV母线电压为227.62kV、110kV母线电压为114.06kV、10kV母线电压为10.21kV，电压仍均合格。
3.3)在3.1)和3.2)的条件都能满足的情况下，计算电压优化控制策略，即根据调度主站下发的无功调节指令投切电容器或电抗器；当无功调节指令为升无功时退出电抗器或投入电容器；当无功调节指令为降无功时退出电容器或投入电抗器，以保证响应调度无功调节指令。
2016年8月5日9时42分02秒，220kV母线电压为228.57kV、110kV母线电压为114.23kV、10kV母线电压为10.13kV，电压均合格；高压母线送出无功为-10.5MVar，没有无功倒送；电容器投运台数为0台，电抗器投运台数为1台；调度指令为升无功，控制策略为退出一组电抗器；退出电抗器后高压母线送出无功为-3.6MVar，无功升高但没有倒送；220kV母线电压为229.01kV、110kV母线电压为114.59kV、10kV母线电压为10.44kV，电压仍均合格。
可以看出，退出电抗器后10kV母线电压为10.44kV，更接近于上下限(10.7kV和10.1kV)的折中点10.4kV运行，提高了电压运行的安全性；送出无功从-10.5MVar升高为-3.6MVar，意味着从上级网络吸收的无功减少了，也就减少了网络损耗，提高了电网运行的经济性。