一种电力设备协调控制系统的制作方法

本发明涉及电网安防领域，具体涉及一种电力设备协调控制系统。

背景技术：

电网控制技术在电力设备上得到了广泛应用，使得整个电力设备控制过程实现了自动监测、控制和管理。

对于多设备的安防监测，如何协调其通信过程，控制其通信状态，是电力行业的管理难题。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种电力设备协调控制系统，包括：策略控制模块、通信管理模块和稳压旁代模块；其中。

所述策略控制模块，用于。

采用优化控制算法计算出各运行设备的控制目标，运行设备接收控制命令，通过调节电压控制器来维持无功电压设备的端电压。紧急情况下,通过运行设备感知到附近的节点电压出现异常，以自治方式自主调节控制设备的电压整定值；如果由于自身容量的限制，现地的自治控制不能使异常电压完全恢复，则向控制设备发送协助调压请求消息，控制设备进行控制指挥，根据其他运行设备的电压控制能力从高到低顺次选择其他控制设备协助完成调压任务。当通过运行设备检测到本地或邻近节点电压异常时将以自治方式工作，调节本地或临近节点电压控制的整定值，改变控制设备的无功出力。

在电压异常的紧急情况下采用自治方式进行控制，利用发电机的无功功率裕度，保持输电系统的送端电压为一定值。

所述通信管理模块，用于。

多设备通信控制，采用点对点请求-响应模式来实现多设备的通信控制。在这种方式下，消息的发出者和接受者都是已知的。当任一运行设备需要其他设备协助完成任务时，则向电网控制设备发出电压调节协助请求。控制设备接受到该请求后根据电网运行状况选择与所述任一运行设备相邻的运行设备来协助电压调节，并向请求的运行设备及协助设备发出指令。协助设备接受到指令后判断该指令是否会与自身配电控制发生冲突，如不发生冲突，则开始执行该指令，控制请求的运行设备完成电压调节任务，并向控制设备返回任务完成信息。若协助的运行设备接受到指令后经判断会危害自身配电控制，则向电网控制设备反馈拒绝信息，并由控制设备重新布置协助任务。

其中，通信控制过程中的控制设备有发送请求、监测两种工作状态，并能够向管理人员提供报警信息；而运行设备有监测、请求、执行任务三种工作状态。具体通信控制工作状态如下。

1)正常运行状态下，各个设备处于监测状态，一级运行设备监测覆盖范围内的节点电压和线路电压，电网控制设备检测系统中未被运行设备监测覆盖的节点电压。紧急情况下，设备的状态转移由节点电压越限触发。监测状态是系统的初始状态，也是完成电压紧急控制的终止状态。

2)当运行设备检测到覆盖范围内的节点电压越限，且判定无法通过自身调节使越限电压恢复正常时,该运行设备向电网控制设备发出协助调压请求，并报告电压越限的具体情况，进入请求状态。

3)控制设备根据优化算法选择电网内的运行设备作为协助设备向其发出协助二级电压控制请求，并进入请求状态。接收到协助调压请求的运行设备确定协助调压的行为不会危害自身配电控制，并向电网控制设备发出确认信息，启动本地二级电压控制，提供相应的电压及无功支持，进入执行状态。

4）提供二级电压支持的运行设备在完成调压任务后，由执行状态回到监测状态。

5）请求电压控制支持的运行设备实时监控本地电压状态，若越限电压恢复正常，则向控制设备发出恢复确认消息。

6）电网控制设备接收到请求电压支持和提供电压支持的各个运行设备完成任务的确认消息，返回到监测状态。

7）处于发送请求状态的电网控制设备如果在给定的时间内没有收到提供电压支持的运行设备的任务执行信息，则表明紧急情况下的电压越限已无法通过二级电压控制消除，此时，控制设备向请求协助调压的运行设备发出协助调压失败的消息，并向管理人员发出报警信息，同时返回监测状态。

8）发出协助调压请求的运行设备在给定的时间内没有接收到控制设备的确认调压信息，或接收到协助调压失败的信息，则记录本次协助调压请求的全过程信息，保留到数据库中，并返回监测状态。

所述稳压旁代模块，用于。

根据电网地理接线图、一次接线图、电网参数及各运行设备负荷大小，得到运行设备任一母线带的负荷；该母线带的负荷量只包括自身直接所带负荷，以及比该母线电压等级小的母线从该母线获得的有功负荷，不包括同一电压等级母线间流动的有功功率。

将全网的接线图转化为电力系统有向带权图，图中的节点表示电气设备的母线或母线段；边表示连接母线或母线段的电气设备，所述电气设备包括母联断路器输电线路、运行设备、控制设备和发电机等；边的权值为所述支路在故障发生前瞬间所记录的潮流数据，边的权值的符号设流出为正，流入为负，边的方向为潮流的流向。

保持任一条母线在负荷功率因数恒定的情况下，按比例逐渐增加有功和无功功率，直至系统处于临界状态；在进行计算时，负荷的和分量在每次迭代中增长，直到潮流计算结果不收敛，并将最后一次收敛的结果作为临界点；在模拟节点有功和无功负荷增长时，能够计算得到每次模拟的母线节点电压，从而可以得到多个绘制裕度曲线所需要的坐标点。

根据获得的坐标点，绘制节点的裕度曲线；根据所述裕度曲线，获取节点在初始状态的负荷大小fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小fr，根据所述节点在初始状态的负荷大小fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小fr计算有功裕度fp，其中，fp=(fr-fo)/(fo+1)。

对所有节点进行模拟计算得到全网有功裕度指标，在进行模拟计算时，选择运行设备的母线进行分析，对全网有功和无功负荷之和进行模拟增长，生成母线电压变化情况；通过多个节点的母线电压变化情况绘制图形，计算全网有功裕度指标。

根据全网有功裕度指标确定运行设备所对应的发电机的分群，如果运行设备的有功裕度小于全网有功裕度指标，则将所述运行设备所归属的发电机对应的节点划入失步群，否则将运行设备归属的发电机对应的节点划入稳态群，将失步群和剩余群分别归入集合a和b。

在有向带权图上给运行设备和集合中的发电机赋支路权值，节点权值为相连各支路权值的和,所述支路权值可为正值或负值；从集合a、b中节点数较少的那个集合开始，由每个节点出发搜索与之相连的支路，依次将节点相邻的各条支路加入这两个发电机集合a和b，计算该集合的权值，以使新组成的集合的权值最小，其中集合的初始权值为集合中全部节点的节点权值和。

当新增的任何一条支路均使集合权值开始增加时，说明新组成的集合的权值已经达到最小，此时结束搜索，并统计连接两个集合的支路即未加入集合的支路，确定未加入集合的支路中的全部运行设备作为切除运行设备集合。

将所述切除运行设备集合中的运行设备设定时间段的旁路15min电量代替到被代开关上，完成电量的旁代和统计；同时记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据，并提供旁路代告警及旁路代确认。

优选地，所述控制设备管理电网中所有运行设备,并综合评价各运行设备的电压控制行为，使电网的无功电压保持在正常水平上，所述控制设备包括通信、推理和规则制定单元，通信单元一方面采集各运行设备的实施状态数据或接受运行设备的任务协助请求，另一方面将无功优化计算结果下发给各运行设备,为其进行本地电压控制提供依据，或在紧急状况下选择运行设备进行调压协助。其中，数据库存储电网内各运行设备的实时状态数据以及推理单元的计算结果。

推理单元有两种决策方式：正常情况下的并行优化计算方式，根据数据库存储的各节点的实时电压、有功、无功等信息，给出电网各运行设备所监测的控制设备的参考电压整定值，将结果存储到数据库中，并下达到各运行设备；紧急情况下的任务协助方式，根据运行设备发来的求助信息，通过对其相邻运行设备的环境信息和电压控制能力的评估，选择最合适的运行设备进行本地电压控制，消除节点的电压越限，规则制定用于确定设备的决策方式，包括电压无功越限判据、各个运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值。

本发明的一种电力设备控制系统，利用电力设备管理的优化控制策略，配置不同设备间的通信模式和状态转化过程，并对需要切除的故障设备进行稳压旁代，同时可以实现状态监测的安防功能。

附图说明

图1为本发明一种电力设备协调控制系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电力设备协调控制系统，包括：策略控制模块、通信管理模块和稳压旁代模块；其中。

所述策略控制模块，用于。

当系统处于正常情况时，控制系统的目标是实现全局的优化控制，维持系统整体电压水平和良好的无功分布。

采用优化控制算法计算出各运行设备的控制目标，运行设备接收控制命令，通过调节电压控制器来维持无功电压设备的端电压。紧急情况下,通过运行设备感知到附近的节点电压出现异常，以自治方式自主调节控制设备的电压整定值；如果由于自身容量的限制，现地的自治控制不能使异常电压完全恢复，则向控制设备发送协助调压请求消息，控制设备进行控制指挥，根据其他运行设备的电压控制能力从高到低顺次选择其他控制设备协助完成调压任务。当通过运行设备检测到本地或邻近节点电压异常时将以自治方式工作，调节本地或临近节点电压控制的整定值，改变控制设备的无功出力。

在电压异常的紧急情况下采用自治方式进行控制，利用发电机的无功功率裕度，保持输电系统的送端电压为一定值。

所述通信管理模块，用于。

多设备通信控制，采用点对点请求-响应模式来实现多设备的通信控制。在这种方式下，消息的发出者和接受者都是已知的。当任一运行设备需要其他设备协助完成任务时，则向电网控制设备发出电压调节协助请求。控制设备接受到该请求后根据电网运行状况选择与所述任一运行设备相邻的运行设备来协助电压调节，并向请求的运行设备及协助设备发出指令。协助设备接受到指令后判断该指令是否会与自身配电控制发生冲突，如不发生冲突，则开始执行该指令，控制请求的运行设备完成电压调节任务，并向控制设备返回任务完成信息。若协助的运行设备接受到指令后经判断会危害自身配电控制，则向电网控制设备反馈拒绝信息，并由控制设备重新布置协助任务。

其中，通信控制过程中的控制设备有发送请求、监测两种工作状态，并能够向管理人员提供报警信息；而运行设备有监测、请求、执行任务三种工作状态。具体通信控制工作状态如下。

1)正常运行状态下，各个设备处于监测状态，一级运行设备监测覆盖范围内的节点电压和线路电压，电网控制设备检测系统中未被运行设备监测覆盖的节点电压。紧急情况下，设备的状态转移由节点电压越限触发。监测状态是系统的初始状态，也是完成电压紧急控制的终止状态。

2)当运行设备检测到覆盖范围内的节点电压越限，且判定无法通过自身调节使越限电压恢复正常时,该运行设备向电网控制设备发出协助调压请求，并报告电压越限的具体情况，进入请求状态。

3)控制设备根据优化算法选择电网内的运行设备作为协助设备向其发出协助二级电压控制请求，并进入请求状态。接收到协助调压请求的运行设备确定协助调压的行为不会危害自身配电控制，并向电网控制设备发出确认信息，启动本地二级电压控制，提供相应的电压及无功支持，进入执行状态。

4）提供二级电压支持的运行设备在完成调压任务后，由执行状态回到监测状态。

5）请求电压控制支持的运行设备实时监控本地电压状态，若越限电压恢复正常，则向控制设备发出恢复确认消息。

6）电网控制设备接收到请求电压支持和提供电压支持的各个运行设备完成任务的确认消息，返回到监测状态。

7）处于发送请求状态的电网控制设备如果在给定的时间内没有收到提供电压支持的运行设备的任务执行信息，则表明紧急情况下的电压越限已无法通过二级电压控制消除，此时，控制设备向请求协助调压的运行设备发出协助调压失败的消息，并向管理人员发出报警信息，同时返回监测状态。

8）发出协助调压请求的运行设备在给定的时间内没有接收到控制设备的确认调压信息，或接收到协助调压失败的信息，则记录本次协助调压请求的全过程信息，保留到数据库中，并返回监测状态。

在上述控制控制过程中，最重要的步骤是电网控制设备如何选择最合适的运行设备进行二级电压控制协助，使控制系统以最短的时间和最有效的控制手段完成电压紧急控制任务。

所述稳压旁代模块，用于。

根据电网地理接线图、一次接线图、电网参数及各运行设备负荷大小，得到运行设备任一母线带的负荷；该母线带的负荷量只包括自身直接所带负荷，以及比该母线电压等级小的母线从该母线获得的有功负荷，不包括同一电压等级母线间流动的有功功率。

将全网的接线图转化为电力系统有向带权图，图中的节点表示电气设备的母线或母线段；边表示连接母线或母线段的电气设备，所述电气设备包括母联断路器输电线路、运行设备、控制设备和发电机等；边的权值为所述支路在故障发生前瞬间所记录的潮流数据，边的权值的符号设流出为正，流入为负，边的方向为潮流的流向。

保持任一条母线在负荷功率因数恒定的情况下，按比例逐渐增加有功和无功功率，直至系统处于临界状态；在进行计算时，负荷的和分量在每次迭代中增长，直到潮流计算结果不收敛，并将最后一次收敛的结果作为临界点；在模拟节点有功和无功负荷增长时，能够计算得到每次模拟的母线节点电压，从而可以得到多个绘制裕度曲线所需要的坐标点。

根据获得的坐标点，绘制节点的裕度曲线；根据所述裕度曲线，获取节点在初始状态的负荷大小fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小fr，根据所述节点在初始状态的负荷大小fo和节点在临界崩溃状态的负荷大小fr计算有功裕度fp，其中，fp=(fr-fo)/(fo+1)。

对所有节点进行模拟计算得到全网有功裕度指标，在进行模拟计算时，选择运行设备的母线进行分析，对全网有功和无功负荷之和进行模拟增长，生成母线电压变化情况；通过多个节点的母线电压变化情况绘制图形，计算全网有功裕度指标。

根据全网有功裕度指标确定运行设备所对应的发电机的分群，如果运行设备的有功裕度小于全网有功裕度指标，则将所述运行设备所归属的发电机对应的节点划入失步群，否则将运行设备归属的发电机对应的节点划入稳态群，将失步群和剩余群分别归入集合a和b。

在有向带权图上给运行设备和集合中的发电机赋支路权值，节点权值为相连各支路权值的和,所述支路权值可为正值或负值；从集合a、b中节点数较少的那个集合开始，由每个节点出发搜索与之相连的支路，依次将节点相邻的各条支路加入这两个发电机集合a和b，计算该集合的权值，以使新组成的集合的权值最小，其中集合的初始权值为集合中全部节点的节点权值和。

当新增的任何一条支路均使集合权值开始增加时，说明新组成的集合的权值已经达到最小，此时结束搜索，并统计连接两个集合的支路即未加入集合的支路，确定未加入集合的支路中的全部运行设备作为切除运行设备集合。

将所述切除运行设备集合中的运行设备设定时间段的旁路15min电量代替到被代开关上，完成电量的旁代和统计；同时记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据，并提供旁路代告警及旁路代确认。

优选地，所述控制设备管理电网中所有运行设备,并综合评价各运行设备的电压控制行为，使电网的无功电压保持在正常水平上，所述控制设备包括通信、推理和规则制定单元，通信单元一方面采集各运行设备的实施状态数据或接受运行设备的任务协助请求，另一方面将无功优化计算结果下发给各运行设备,为其进行本地电压控制提供依据，或在紧急状况下选择运行设备进行调压协助。其中，数据库存储电网内各运行设备的实时状态数据以及推理单元的计算结果。

推理单元有两种决策方式：正常情况下的并行优化计算方式，根据数据库存储的各节点的实时电压、有功、无功等信息，给出电网各运行设备所监测的控制设备的参考电压整定值，将结果存储到数据库中，并下达到各运行设备；紧急情况下的任务协助方式，根据运行设备发来的求助信息，通过对其相邻运行设备的环境信息和电压控制能力的评估，选择最合适的运行设备进行本地电压控制，消除节点的电压越限，规则制定用于确定设备的决策方式，包括电压无功越限判据、各个运行设备的控制范围、运行设备监测的控制设备的电压参考值。

在记录进行旁路代信息和最终的旁路电量数据之后，根据所述旁路代信息和最终的旁路电量数据发布旁路代告警并形成相关统计报表，同时将确认的旁路代结果和人工添加的旁路代事项及旁路电量统计计算结果进行展示。

其中，上述策略控制模块、通信管理模块和稳压旁代模块通过对应的进程和线程实现模块单元，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体单元可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。

本发明的一种电力设备控制系统，利用电力设备管理的优化控制策略，配置不同设备间的通信模式和状态转化过程，并对需要切除的故障设备进行稳压旁代，同时可以实现状态监测的安防功能。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。