专利名称：一种facts设备集群控制系统以其控制方法
技术领域：
本发明涉及电网控制领域，具体地，涉及一种FACTS设备集群控制系统以其控制方法。
背景技术：
目前，柔性交流输电系统(FlexibleAC Transmission System, FACTS)作为现代电力系统前沿技术之一，已经广泛用于输电系统，其主要用于增强输配电系统的可控性，提高系统输电容量，增强系统运行稳定性。近年来，作为一种快速灵活的可控电力装置，FACTS设备的动静态性能极大程度依赖于控制器的设计。随着FACTS设备的广泛使用，FACTS控制器数量也明显增多。由此产生的FACTS集群控制成为目前FACTS发展过程中的一个主要难点。现有的FACTS控制系统存在以下弊端(一)针对单个FACTS设备进行独立调控，然而由于FACTS自身及相互之间都会产生不同程度的干扰；(二)利用数据采集终端，通过采集、记录、上传至计算机，利用软件程序分析出FACTS设备及电网运行参数，发出控制信号调整FACTS运行状态，不能够直接对电网的实时运行参数进行形象化的监测及显示；(三)随着FACTS安装数量的增加，软件程序也逐渐庞大，不利于整个FACTS集群的设计分析。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种FACTS设备集群控制系统以其控制方法，以实现准确、及时的实现FACTS设备集群管理的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种FACTS设备集群控制系统，包括电气连接输电母线上的FACTS设备，分别与FACTS设备电气连接的信号检测采集模块、集群优化控制模块以及工控机；
所述信号检测采集模块检测并采集FACTS设备上的电流、电压和相位角信号，并将采集的电流、电压和相位角信号传输给工控机；
所述集群优化控制模块接收工控机指令，并根据工控机指令驱动FACTS设备相应动作。根据本发明的优选实施例，所述信号检测采集模块，包括采样电路、隔离电路、调理电路和模数转换电路，所述采样电路采集的FACTS设备上的电流、电压和相位角信号依次经隔离电路、调理电路并经模数转换电路进行模数转换后，传输给工控机。根据本发明的优选实施例，所述采样电路，包括电压互感器、霍尔传感器和过零比较器，所述电压互感器采集的电压信号以及霍尔传感器采集的电流信号经过零比较器后产生相位角信号，所述电压互感器、霍尔传感器和过零比较器分别将电压信号、电流信号和相位角信号传输给隔离电路。根据本发明的优选实施例，所述隔离电路采用电压隔离变送器。根据本发明的优选实施例，所述调理电路，包括滤波单元、放大单元和保护单元，上述电流、电压和相位角信号经隔离电路传输给调理电路的滤波单元，依次经滤波单元、放大单元和保护单元后传输给模数转换电路。根据本发明的优选实施例，所述电流、电压和相位角信号经模数转换电路模数转换后经USB数据线传输给工控机。根据本发明的优选实施例，所述集群优化控制模块，包括控制器、信号处理电路、光电隔离电路和驱动电路，所述控制器接受工控机的指令，并根据该指令产生控制信号，该控制信号依次经信号处理电路、隔离电路传输给驱动电路，所述驱动电路根据接收的控制信号驱动FACTS设备相应动作。根据本发明的优选实施例，所述控制器采用DSP处理器，所述DSP处理器和工控机通过RS232总线连接。根据本发明的优选实施例，所述工控机运行LabVIEW平台。同时本发明的技术方案还公开了一种FACTS设备集群控制方法，包括以下步骤 电压互感器、霍尔电流传感器采集FACTS设备的电压和电流信号，通过过零比较器分
析基波电力信号的相位角，并将电压、电流以及相位角这三个模拟信号传输给隔离电路；上述电压、电流以及相位角三个模拟信号经隔离电路送入调理电路，所述隔离电路隔离屏蔽电路中干扰信号、防止干扰耦合，同时保护采样电路安全；
所述模数转换电路通过USB总线将采集的电压、电流以及相位角信号传输给工控机；所述工控机获取上述FACTS设备运行状态参数即电压、电流以及相位角信号后，利用LabVIEff软件平台完成采样波形显示、信号分析以及数据读取储存，并通过分析上述FACTS设备运行状态参数即电压、电流以及相位角信号以及各FACTS设备之间的相互影响，确定FACTS设备集群控制策略；
所述工控机将上述FACTS设备集群控制策略通过RS232总线传输给DSP处理器，所述DSP处理器产生PWM信号用于控制FACTS设备中功率开关器件的通断顺序，从而控制FACTS设备的工作状态；
所述DSP处理器输出端连接信号处理电路，所述DSP处理器发出的PWM信号经信号处理电路滤波后，完成对信号的去噪，从而获取有效信号；
上述经过滤波后的PWM驱动信号，经光电隔离电路后传输给驱动电路，所述驱动电路根据FACTS设备中的功率开关类型产生其通断所需的驱动电流或驱动电压，驱动功率开关管，控制FACTS设备的工作状态。本发明的技术方案的有益效果
本发明的技术方案，通过设置信号检测采集模块对FACTS设备运行状态参数的采样分析，监视电网运行状态功能，从而通过工控机对FACTS设备进行优化，并通过集群优化控制模块完成对FACTS设备的控制，达到了准确、及时的实现FACTS设备集群管理的目的；
同时，基于工控机中的虚拟仪器实现运行状态监测功能，利用LabVIEW的图形编程语言进行FACTS设备运行状态的监控和数据采样，自动保存采样数据，进而作为后续集群控制的输入数据，提高控制系统的实时性和准确性；
控制器采用的DSP微处理器，通过RS-232总线实现与计算机的通信功能，用于完成工控机对输电系统中FACTS设备的集中管理和数据交换。利用Labview强大的图形化编程能力和数据处理功能，监测并采样FACTS集群运行数据，根据电网运行状态，通过分析FACTS设备自身各项状态运行参数以及各FACTS设备之间的相互影响作用，确定FACTS设备集群控制策略。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例所述的FACTS设备集群控制系统使用原理框 图2为为本发明实施例所述的FACTS设备集群控制系统的原理框 图3为本发明实施例所述的信号检测采集模块的原理框 图4为本发明实施例所述的FACTS设备集群控制方法的数据流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。如图2所示，一种FACTS设备集群控制系统，包括电气连接输电母线上的FACTS设备，分别与FACTS设备电气连接的信号检测采集模块、集群优化控制模块以及工控机；信号检测采集模块检测并采集FACTS设备上的电流、电压和相位角信号，并将采集的电流、电压和相位角信号传输给工控机；集群优化控制模块接收工控机指令，并根据工控机指令驱动FACTS设备相应动作。其中，信号检测采集模块，包括采样电路、隔离电路、调理电路和模数转换电路，采样电路采集的FACTS设备上的电流、电压和相位角信号依次经隔离电路、调理电路并经模数转换电路进行模数转换后，传输给工控机。如图3所示，采样电路，包括电压互感器、霍尔传感器和过零比较器，电压互感器采集的电压信号以及霍尔传感器采集的电流信号经过零比较器后产生相位角信号，电压互感器、霍尔传感器和过零比较器分别将电压信号、电流信号和相位角信号传输给隔离电路。隔离电路采用电压隔离变送器。调理电路，包括滤波单元、放大单元和保护单元，电流、电压和相位角信号经隔离电路传输给调理电路的滤波单元，依次经滤波单元、放大单元和保护单元后传输给模数转换电路。电流、电压和相位角信号经模数转换电路模数转换后经USB数据线传输给工控机。如图2所示，集群优化控制模块，包括控制器、信号处理电路、光电隔离电路和驱动电路，控制器接受工控机的指令，并根据该指令产生控制信号，该控制信号依次经信号处理电路、光电隔离电路传输给驱动电路，驱动电路根据接收的控制信号驱动FACTS设备相应动作。控制器采用DSP处理器，DSP处理器和工控机通过RS232总线连接，DSP处理器采用DSP F2812微处理器。工控机中运行LabVIEW软件平台。一种FACTS设备集群控制方法，包括以下步骤
电压互感器、霍尔电流传感器采集FACTS设备的电压和电流信号，通过过零比较器分析基波电力信号的相位角，并将电压、电流以及相位角这三个模拟信号传输给隔离电路；电压、电流以及相位角三个模拟信号经隔离电路送入调理电路，隔离电路隔离屏蔽电路中干扰信号、防止干扰耦合，同时保护采样电路安全；
模数转换电路通过USB总线将采集的电压、电流以及相位角信号传输给工控机；
工控机获取上述FACTS设备运行状态参数即电压、电流以及相位角信号后，利用LabVIEff软件平台完成采样波形显示、信号分析以及数据读取储存，并通过分析上述FACTS设备运行状态参数即电压、电流以及相位角信号以及各FACTS设备之间的相互影响，确定FACTS设备集群控制策略；
工控机将上述FACTS设备集群控制策略通过RS232总线传输给DSP处理器，DSP处理器产生PWM信号用于控制FACTS设备中功率开关器件的通断顺序，从而控制FACTS设备的工作状态；
DSP处理器输出端连接信号处理电路，DSP处理器发出的PWM信号经信号处理电路滤波后，完成对信号的去噪，从而获取有效信号；
经过滤波后的PWM驱动信号，经光电隔离电路后传输给驱动电路，驱动电路根据FACTS设备中的功率开关类型产生其通断所需的驱动电流或驱动电压，驱动功率开关管，控制FACTS设备的工作状态。如图1所示，根据电力应用需求，整个输电系统安装基于一个以上传感器及转换电路的信号监控模块和基于一个以上的集群优化控制模块。将每一路信号监控模块和集群优化控制模块与工控机相连，其中，工控机具有根据探测集群所获取的信号来分析FACTS装置运行状态，并具有能输出整个输电系统的FACTS集群控制信号的运算处理能力。工控机获得FACTS集群运行状态信号后，根据FACTS设备类型及整个区域当前输电系统运行状态处理得到FACTS集群的工作状态变化要求，对FACTS集群输出控制指令。工控机输出的指令信号，由控制器作用，产生FACTS装置所需要的驱动控制信号，调整其工作状态。信号监控模块和集群优化控制模块布局上是相对独立的，而且，信号监控模块中传感器及转换电路分布于FACTS集群各个安装节点附近。通过分析FACTS设备自身各项状态运行参数以及各FACTS设备之间的相互影响作用，明确输电系统运行状态指标，最终确定FACTS集群控制策略。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种FACTS设备集群控制系统，其特征在于，包括电气连接输电母线上的FACTS设备，分别与FACTS设备电气连接的信号检测采集模块、集群优化控制模块以及工控机； 所述信号检测采集模块检测并采集FACTS设备上的电流、电压和相位角信号，并将采集的电流、电压和相位角信号传输给工控机； 所述集群优化控制模块接收工控机指令，并根据工控机指令驱动FACTS设备相应动作。
2.根据权利要求1所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述信号检测采集模块，包括采样电路、隔离电路、调理电路和模数转换电路，所述采样电路采集的FACTS设备上的电流、电压和相位角信号依次经隔离电路、调理电路并经模数转换电路进行模数转换后，传输给工控机。
3.根据权利要求2所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述采样电路，包括电压互感器、霍尔传感器和过零比较器，所述电压互感器采集的电压信号以及霍尔传感器采集的电流信号经过零比较器后产生相位角信号，所述电压互感器、霍尔传感器和过零比较器分别将电压信号、电流信号和相位角信号传输给隔离电路。
4.根据权利要求3所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述隔离电路采用电压隔离变送器。
5.根据权利要求2所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述调理电路，包括滤波单元、放大单元和保护单元，上述电流、电压和相位角信号经隔离电路传输给调理电路的滤波单元，依次经滤波单元、放大单元和保护单元后传输给模数转换电路。
6.根据权利要求2-5任一所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述电流、电压和相位角信号经模数转换电路模数转换后经USB数据线传输给工控机。
7.根据权利要求1所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述集群优化控制模块，包括控制器、信号处理电路、光电隔离电路和驱动电路，所述控制器接受工控机的指令，并根据该指令产生控制信号，该控制信号依次经信号处理电路、隔离电路传输给驱动电路，所述驱动电路根据接收的控制信号驱动FACTS设备相应动作。
8.根据权利要求7所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述控制器采用DSP处理器，所述DSP处理器和工控机通过RS232总线连接。
9.根据权利要求1、2或7所述的FACTS设备集群控制系统，其特征在于，所述工控机运行LabVIEW平台。
10.一种采用权利要求1至9所述FACTS设备集群控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤 电压互感器、霍尔电流传感器采集FACTS设备的电压和电流信号，通过过零比较器分析基波电力信号的相位角，并将电压、电流以及相位角这三个模拟信号传输给隔离电路； 上述电压、电流以及相位角三个模拟信号经隔离电路送入调理电路，所述隔离电路隔离屏蔽电路中干扰信号、防止干扰耦合，同时保护采样电路安全； 所述模数转换电路通过USB总线将采集的电压、电流以及相位角信号传输给工控机； 所述工控机获取上述FACTS设备运行状态参数即电压、电流以及相位角信号后，利用LabVIEff软件平台完成采样波形显示、信号分析以及数据读取储存，并通过分析上述FACTS设备运行状态参数即电压、电流以及相位角信号以及各FACTS设备之间的相互影响，确定FACTS设备集群控制策略； 所述工控机将上述FACTS设备集群控制策略通过RS232总线传输给DSP处理器，所述DSP处理器产生PWM信号用于控制FACTS设备中功率开关器件的通断顺序，从而控制FACTS设备的工作状态； 所述DSP处理器输出端连接信号处理电路，所述DSP处理器发出的PWM信号经信号处理电路滤波后，完成对信号的去噪，从而获取有效信号； 上述经过滤波后的PWM驱动信号，经光电隔离电路后传输给驱动电路，所述驱动电路根据FACTS设备中的功率开关类型产生其通断所需的驱动电流或驱动电压，驱动功率开关管，控制FACTS设备的工作状态。
全文摘要
本发明公开了一种FACTS设备集群控制系统，包括电气连接输电母线上的FACTS设备，分别与FACTS设备电气连接的信号检测采集模块、集群优化控制模块以及工控机；所述信号检测采集模块检测并采集FACTS设备上的电流、电压和相位角信号，并将采集的电流、电压和相位角信号传输给工控机；所述集群优化控制模块接收工控机指令，并根据工控机指令驱动FACTS设备相应动作。并公开一种FACTS设备集群控制方法，通过设置信号检测采集模块对FACTS设备运行状态参数的采样分析，监视电网运行状态功能，从而通过工控机对FACTS设备进行优化，并通过集群优化控制模块完成对FACTS设备的控制，达到了准确、及时的实现FACTS设备集群管理的目的。
文档编号H02J3/00GK103023020SQ20121048761
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者拜润卿, 梁琛, 姚旭, 陈新, 陈振寰, 韩旭杉, 梁福波, 邢延东, 倪赛赛, 崔力心, 李昆鹏 申请人:甘肃省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司