一种传统变电站自动电压控制子站装置及其控制方法与流程

本发明属于电力系统能量管理系统(EMS)技术领域，特别涉及一种传统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。

智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。传统变电站是利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，建成了变电站综合自动化系统，实现对变电站设备运行情况进行监视、测量、控制和协调的功能。

申请号为201610821934.0的专利发明“一种智能变电站自动电压控制子站装置及其控制方法”公开了一种应用于智能变电站的自动电压控制子站装置及其控制方法，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。该装置控制方法主要为利用智能变内符合IEC61850标准的MMS通信采集站内模拟量和数字量、策略计算模块通过投切站内电容器或电抗器对应开关达到站内电压合格、关口无功合理、响应调度无功调节指令的三个目标。

事实上，上述发明针对的采用符合IEC61850标准通信的智能变电站在国内属于新生事物，尚未大面积应用。目前全国电力系统中更大量的传统变电站，站内通信不采用符合IEC61850标准的通信，而是采用符合IEC870-5-101、102、104标准的通信，或者采用CDT、DNP等部颁标准的通信。如何在这些传统变电站实现自动电压控制在前述发明中没有解决，特别是如何使用一套变电站自动电压控制装置适应所有传统变电站涉及的各种通信规约是一个急需解决的问题，不解决这个问题就无法在传统变电站改造中推广变电站内的自动电压控制技术。另外变电站自动电压控制在投切站内电容器或电抗器无法达到目标时，有时可以通过调节主变分接头档位到达电压调节的目标，比如当站内母线电压高于电压上限时，若电容器已全部退出且电抗器已全部投入，此时可以通过降主变分接头档位实现降低母线电压的目标，但这一问题在前述发明中也没有解决。

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，提出一种传统变电站自动电压控制子站装置及其控制方法。本发明可以提高传统变电站无功设备安全运行率和电压运行质量，杜绝调度主站直控方式下电容器、电抗器、分接头误控现象的发生，适应于通信方式不尽相同的各类传统变电站进行自动电压控制技术的升级改造。

本发明提出的一种传统变电站自动电压控制子站装置，该装置包括：规约库，数据采集模块，通信模块，策略计算模块，指令输出模块，以及与所述四个模块分别相连的实时数据库；所述规约库通过集成规则和报文解析用于传统变电站的站内通信，所述数据采集模块用于从传统变电站监控系统获取变电站所有模拟量和数字量，所述通信模块用于与调度主站建立数据交互，所述策略计算模块用于计算传统变电站自动电压控制策略，所述指令输出模块用于通过传统变电站监控系统下发传统变电站自动电压控制指令，所述实时数据库用于支持数据采集模块、通信模块、策略计算模块和指令输出模块之间的数据交互。

本发明提出的一种采用上述传统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)传统变电站自动电压控制子站装置的数据采集模块、指令输出模块以传统变电站监控系统支持的通信方式接入监控系统；数据采集模块、指令输出模块与传统变电站监控系统之间的通信报文按照规约库集成的规则进行报文解析；数据采集模块从监控系统采集变电站所有模拟量和数字量，包括所有设备包含各线路、主变、母线、电容电抗的电流、电压、有功、无功数据以及各设备故障、告警信号、保护信号；指令输出模块向监控系统下发站内电容器或电抗器对应开关的跳合闸命令以及主变分接头档位升降命令；

2)通信模块以传统变电站远动装置支持的通信方式接入远动装置；通信模块与远动装置之间的通信报文按照规约库集成的规则进行报文解析；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得到投切站内电容电抗器或升降主变分接头的控制策略，实现站内电压合格、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；具体包括以下步骤：

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，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，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；当母线电压高于电压上限时，若电容器已全部退出且电抗器已全部投入，则降主变分接头档位；当母线电压低于电压下限时，若电抗器已全部退出且电容器已全部投入，则升主变分接头档位；

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，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，根据步骤2)中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)指令输出模块根据步骤3)策略计算模块的控制策略分解为对应电容器电抗器开关的跳合闸命令或主变分接头档位升降指令，并下发到传统变电站监控系统执行；

5)实时数据库采用共享内存技术提供一套数据读写的函数；数据采集模块、指令输出模块、通信模块、策略计算模块使用所述函数进行模块间的数据交互。

本发明的特点及有益效果：

本发明提出的一种传统变电站自动电压控制子站装置，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、或主变分接头档位升降指令，主站侧不再需要维护电容器、电抗器开关的遥控点号和分接头档位升降的遥控点号，杜绝了调度主站对电容器、电抗器开关或分接头档位误控现象的发生。本发明可以提高无功设备安全运行率和电压运行质量，适应于通信方式不尽相同的各类传统变电站进行自动电压控制技术的升级改造。

附图说明

图1为本发明装置的信息交互结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种传统变电站自动电压控制子站装置及其控制方法，下面通过附图及具体实施例进一步详细说明如下：

本发明提出的一种传统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：规约库，数据采集模块，通信模块，策略计算模块，指令输出模块，以及与所述四个模块分别相连的实时数据库。所述规约库通过集成规则和报文解析用于传统变电站的站内通信，所述数据采集模块用于从传统变电站监控系统获取变电站所有模拟量和数字量，所述通信模块用于与调度主站建立数据交互，所述策略计算模块用于计算传统变电站自动电压控制策略，所述指令输出模块用于通过传统变电站监控系统下发传统变电站自动电压控制指令，支持所述实时数据库用于支持数据采集模块、通信模块、策略计算模块和指令输出模块之间的数据交互；其中：

所述规约库支持符合IEC870-5-101、102、104标准的通信，或者采用CDT、DNP、MODBUS标准的通信；所述数据采集模块、通信模块、指令输出模块都以传统变电站内原有监控系统、远动装置等支持的网络或串口的通信方式接入，并依据规约库对各类通信报文进行解释；数据采集模块从传统变电站监控系统采集站内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、保护信号；指令输出模块通过传统变电站监控系统下发站内电容器、电抗器开关的跳合闸命令以及主变分头投切命令；所述通信模块接到传统变电站远动装置，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，再由传统变电站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得到投切站内电容电抗器或升降主变分接头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；所述实时数据库采用共享内存技术提供一套数据读写的函数，数据采集模块、指令输出模块、通信模块、策略计算模块使用所述函数进行模块间的数据交互。

本发明提出的一种采用上述传统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)传统变电站自动电压控制子站装置的数据采集模块、指令输出模块以传统变电站监控系统支持的通信方式(网络或串口)接入监控系统；数据采集模块、指令输出模块与传统变电站监控系统之间的通信报文按照规约库集成的规则进行报文解析；数据采集模块从监控系统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、保护信号；指令输出模块向监控系统下发站内电容器或电抗器对应开关的跳合闸命令以及主变分接头档位升降命令；

2)通信模块以传统变电站远动装置支持的通信方式(网络或串口)接入远动装置；通信模块与远动装置之间的通信报文按照规约库集成的规则进行报文解析；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得到投切站内电容电抗器或升降主变分接头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，三个目标优先级从高到低、依次进行，具体包括以下步骤：

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，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，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；当母线电压高于电压上限时，若电容器已全部退出且电抗器已全部投入，则降主变分接头档位；当母线电压低于电压下限时，若电抗器已全部退出且电容器已全部投入，则升主变分接头档位；

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，即根据步骤2)中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)指令输出模块根据步骤3)策略计算模块给出的结果(即控制策略)分解为对应电容器电抗器开关的跳合闸命令或主变分接头档位升降指令，并下发到监控系统执行。

5)实时数据库采用共享内存技术提供一套数据读写的函数；数据采集模块、指令输出模块、通信模块、策略计算模块使用所述函数进行模块间的数据交互。

本发明所述装置及其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。

下面结合一个具体实施例对本发明进一步说明如下。

该实施例的传统变电站装有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；并装有支持IEC870-5-101规约的监控系统、支持IEC870-5-104规约的远动装置；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)传统变电站自动电压控制子站装置的数据采集模块、指令输出模块接入传统变电站监控系统以太网接口，通信规约采用IEC870-5-101标准；数据采集模块、指令输出模块与传统变电站监控系统之间的通信报文按照规约库集成的IEC870-5-101规约进行报文解析；数据采集模块从监控系统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、保护信号；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、或主变分接头档位升降指令下发到监控系统执行。

2)通信模块通过以太网络接到传统变电站远动装置，通信规约采用IEC870-5-104标准；通信模块与远动装置之间的通信报文按照规约库集成的IEC870-5-104规约进行报文解析；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得到投切站内电容电抗器或升降主变分接头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，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，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；当母线电压高于电压上限时，若电容器已全部退出且电抗器已全部投入，则降主变分接头档位；当母线电压低于电压下限时，若电抗器已全部退出且电容器已全部投入，则升主变分接头档位；

2016年10月30日11时57分12秒，220kV母线电压为230.45kV，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229.65kV，电压越限的状态消除；

2016年10月30日11时59分42秒，10kV母线电压为10.74kV，大于电压上限10.7kV；电容器投运台数为0台，电抗器投运台数为1台；控制策略为主变分接头降一档；降档后10kV母线电压为10.56kV，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11月3日22时42分12秒，220kV母线电压为228.11kV、110kV母线电压为115.66kV、10kV母线电压为10.62kV，电压均合格；电容器投运台数为1台，电抗器投运台数为0台；高压母线送出无功为6.3MVar，为无功倒送；控制策略为退出一组电容器；退出电容器后高压母线送出无功为-1.8MVar，无功倒送现象消除；220kV母线电压为227.32kV、110kV母线电压为114.75kV、10kV母线电压为10.29kV，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11月5日13时33分12秒，220kV母线电压为227.32kV、110kV母线电压为115.28kV、10kV母线电压为10.09kV，电压均合格；高压母线送出无功为-9.2MVar，没有无功倒送；电容器投运台数为1台，电抗器投运台数为0台；调度指令为升无功，控制策略为投入一组电容器；投入电容器后高压母线送出无功为-1.4MVar，无功升高但没有倒送；220kV母线电压为228.11kV、110kV母线电压为116.03kV、10kV母线电压为10.38kV，电压仍均合格。可以看出，投入电容器后10kV母线电压为10.38kV，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-9.2MVar升高为-1.4MVar，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。

4)指令输出模块根据步骤3)策略计算模块给出的结果(即控制策略)分解为对应电容器电抗器开关的跳合闸命令或主变分接头档位升降指令，并下发到监控系统执行；

5)实时数据库采用共享内存技术提供一套数据读写的函数；数据采集模块、指令输出模块、通信模块、策略计算模块使用所述函数进行模块间的数据交互。