基于PMU量测的电力系统动态设备同步时钟控制方法与流程

本发明的实施例涉及电力系统控制，具体而言，涉及基于pmu量测的电力系统动态设备同步时钟控制方法。

背景技术：

随着电网规模不断扩大，可再生能源接入持续增长，新型输电技术广泛应用，需求侧响应逐步受到重视，电力系统“源—网—荷”各部分结构和动态特性更加复杂多变，电网安全稳定问题日益突出。

同步发电机组等动态设备分散控制是保证电力系统稳定运行的关键手段。在电力工业中，这些动态设备的反馈控制是基于本地时钟采样的异步时钟控制模式，其控制结构和原理分别见附图5和图6。但是，由于本地时钟信号采样不能反应电力系统同一时刻动态，因而异步时钟控制模式会导致分散动态设备控制的不协调，不利于改善电力系统的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种有利于提高电力系统的稳定性的基于pmu量测的电力系统动态设备同步时钟控制方法。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于pmu量测的电力系统动态设备同步时钟控制方法，包括如下步骤：步骤1，分散动态设备启动同步时钟控制，安装在分散动态设备处的pmu和gps进行实时交互，gps通过时钟同步功能，向pmu发送电力系统同步时钟采样脉冲信号；步骤2，根据gps同步时钟采样脉冲信号，pmu实时周期性同步采集分散动态设备输出；步骤3，根据pmu实时量测值，反馈控制系统按控制器控制规则，实时计算动态设备控制输入；步骤4，根据控制输入，反馈控制系统分散同步调节动态设备输出，实现分散动态设备同步时钟协调电力系统动态。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

步骤2的同步时钟采集分散动态设备输出包括电压、电流、功率、发电机功角和转速等，通过分散动态设备反馈控制，同步时钟协同电力系统动态。

相比于现有技术，本发明的优势在于：基于gps同步时钟信号，pmu实时周期性同步采集动态设备输出，反馈控制系统根据pmu量测值，计算分散动态设备控制输入，对动态设备实施分散同步时钟控制。pmu测量能反应电力系统同一时刻动态，因此通过基于pmu量测的电力系统分散动态设备同步时钟控制，实现同步协调分散动态设备输出，解决异步时钟控制模式导致分散动态设备不协调控制问题，提高电力系统稳定运行水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，并非对本发明的限制。

图1是电力系统分散动态设备同步时钟控制流程图。

图2是电力系统分散动态设备同步时钟控制系统框图。

图3是基于pmu同步采样的同步时钟控制的控制原理图。

图4是电力系统分散动态设备同步时钟控制结构框图。

图5是电力系统分散动态设备异步时钟控制系统框图。

图6是基于本地时钟异步采样的异步时钟控制的控制原理图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。

见图1。先判断分散动态设备是否启动同步时钟控制，若“否”，则执行异步时钟控制，若“是”，则执行同步时钟控制。同步时钟控制的控制流程(方法)如下：同步时钟控制包括安装在分散动态设备处的pmu与gps进行实时交互，gps通过时钟同步功能，向pmu发送电力系统同步时钟采样脉冲信号；根据gps同步采样脉冲信号，pmu周期性同步采集分散动态设备输出，包括电压、电流、功率、发电机功角和转速等；根据pmu实时测量值，反馈控制系统按控制器控制规则，实时计算动态设备控制输入；根据控制输入量，反馈控制系统分散同步调节动态设备输出，实现分散动态设备同步时钟协调电力系统动态；

见图2至图4。本实施例的基于pmu量测的电力系统动态设备同步时钟控制方法具有一个实施框架，在该实施框架内有同步时钟采样、同步时钟控制和电力网络模型三部分。

同步时钟采样部分又包括gps同步时钟和pmu同步采样。gps同步时钟向分散pmu提供同步时钟采样脉冲信号；pmu同步采样根据gps同步时钟脉冲信号，对分散动态设备进行周期性实时同步采样。

同步时钟控制部分又包括同步时钟控制和同步时钟运行。在同步时钟控制中，反馈控制系统根据pmu同步采样值，实时计算控制输入，对分散动态设备实施同步时钟控制。在同步时钟运行中，分散动态设备与电力网络相连，通过同步时钟控制作用，实现电能在“动态设备—电力网络”同步时钟调整，分散同步协调电力系统动态。

电力网络部分又包括结构保留型电力传输网络，根据扰动和故障类型，设置电力系统扰动和故障情景。

上述实施框架的控制原理是：同步时钟采样部分，根据gps同步采样时钟脉冲信号，pmu实现对分散动态设备控制变量周期性同步采样；同步时钟控制部分，根据pmu同步时钟测量值，反馈控制系统对动态设备实施同步时钟控制，实时同步调节分散动态设备输出，实现电能同步时钟调整；电力网络部分，根据所建立结构保留型电力网络，设置电力系统扰动和故障情景。

以3机9节点、5机14节点、10机39节点和54机118节点等四个ieee标准系统为例，分别对两种控制方式下进行暂态稳定分析，说明所提方法在改善电力系统暂态稳定性方面的有效性。分析步骤如下：

1、在matlab/simulink仿真平台上，分别建立3机9节点、5机14节点、10机39节点和54机118节点等ieee标准算例系统，发电机采用四阶模型，励磁系统采用ieee直流i型模型，考虑电力系统稳定器；

2、设置三相短路故障，分别在同步时钟控制模式和异步时钟控制模式下，进行电力系统暂态稳定仿真，计算临界切除时间(criticalclearingtime,cct)。

3、对比分析仿真结果，得出结论，说明所提出的同步时钟控制模式的有效性。

部分仿真结果如下表：

表1在同步时钟控制和异步时钟控制模式下临界切除时间(cct)的比较

ta——异步时钟控制模式下的临界切除时间；

ts——同步时钟控制模式下的临界切除时间；

r—同步时钟控制模式相对于异步时钟控制模式的临界切除时间提升率

r＝(ts-ta)/ta×100％

仿真结果表明，在相同故障点和故障类型下，相对于异步时钟控制模式，同步时钟控制模式的cct增加明显。cct越大，系统抵御给定故障能力越强，表明同步时钟控制模式能提高电力系统的稳定性。

综上所述，相对于基于本地时钟的异步时钟控制，基于pmu同步时钟采样的同步时钟控制能实现分散动态设备同步时钟协调电力系统动态，更有利于提高电力系统的稳定性；相对于基于本地时钟的异步时钟采样装置，基于gps同步时钟采样信号的pmu装置，在改善电力系统稳定性方面具有更好的应用前景。仿真结果表明所提方法的可行性和有效性。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。