专利名称：一种电力系统广域阻尼的控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及电力系统控制领域，更具体的说，是涉及一种电力系 统广域阻尼的控制系统及其方法。
背景技术：
传统的电力系统控制模式，基本都是本地模式的，即位于电网 局部的某控制器仅仅采集本地信息作为反馈信号，据此计算控制指令 并执行，构成连续的闭环控制系统。这种本地控制模式以电力系统稳 定器PSS、 SVC、 TCSC等为代表。
这种本地模式的控制在电力系统过去的上百年间发挥了很重要 的作用，但是随着电网规模的扩大、特别是大电网之间的互联，这种 控制模式越来越多的暴露出局限性，主要体现在大电网的动态特性 更加复杂，特别是容易出现波及范围很大的电网波动事件，如区域间 的功率振荡等，本地模式的控制由于仅仅采集本地信号，无法有效控 制这种大范围动态现象。
另一方面，近年来由于同步相量测量技术的发展，广域相量测量系统的建设在国内外电力系统都已经初具规模，对于该系统的应用， 目前国内外都还停留于事故后分析以及在线监视方面，没有充分发挥广域量测系统在构建广域控制、提升系统大范围动态性能方面的潜 力。
发明内容
本发明提出了一种能有效抑制电力系统大范围的功率动荡现象， 提髙电力系统稳定性的电力系统广域阻尼的控制系统，另外，本发明 还提供了 一种电力系统广域阻尼的控制方法。
为了实现上述目的，本发明釆用如下技术方案
一种电力系统广域阻尼的控制系统，包括经由通信通道连接的广 域相量测量系统、广域阻尼控制主站以及执行子站；广域相量测量系 统用于釆集交流变电站或者直流换流站的同步相量数据信号；广域阻 尼控制主站接收、处理来自广域相量测量系统的信号，判断其中的振
荡信息及其控制系统的投运状态，并发出命令控制执行子站；执行子
站与电力系统的控制设备连接，并命令传动相关的电力系统控制设 备，对功率振荡现象给予控制。
控制系统的投运状态包括以下内容电网运行状态，电力系统控
制设备的自身状态，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行子站三 者之间的通信通道的状态，广域量测系统、控制主站与控制子站三者 的硬件状态。
广域阻尼控制主站包括装配有实时操作系统的计算机，该计算机 釆用实时数据库存储来自广域相量测量系统的数据。
在广域阻尼控制主站还包括内部实现数字控制器模块。，该数字 控制器模块由隔直、滤波、比例增益、以及移相、以及限幅环节构成。
广域相量测量系统与广域阻尼控制主站之间，及广域阻尼控制主 站与执行子站之间均通过单个或多个光纤通道实现信号传输。
电力系统的控制设备包括电力系统稳定器、电力系统高压直流输电控制器系统、静止同步补偿器及静止无功补偿器中的任一种或多种组合。
另外，本发明还提供了 一种使用电力系统广域阻尼的控制系统的控制方法，其包括以下步骤a、广域相量测量系统接收来自交流变电站或者直流换流站的同步相量数据，并传送给广域阻尼控制主站； b、广域阻尼控制主站接收、处理来自广域相量测量系统的信号；c、对信号进行分析计算，判定当前信号中是否具备振荡信息及控制系统 的投运条件，当具备振荡信息时，且投运条件满足时，执行下一步骤d;当不具备振荡信息或投运条件不满足时，返回上一步骤b; d、广 域阻尼控制主站传送控制命令到执行子站，执行子站接收并处理来自 广域阻尼控制主站的控制命令；e、执行子站检测通信通道的状态及自身硬件状态是否异常，当通信通道的状态或自身硬件状态异常时， 控制系统返回执行步骤b;当通信通道的状态及自身硬件状态正常时，执行子站将控制命令转发到当地的控制设备，控制当地控制设备动 作，完成整个闭环控制过程。
在步骤c中，投运条件包括以下内容电网运行状态，电力系统 控制设备的状态，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行子站三者 之间的通信通道是否正常，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行 子站三者的硬件状态是否正常；当具备振荡信息时，且电网运行状态 正常、电力系统控制设备的状态正常、通信通道正常及控制系统硬件 的状态正常时，执行下一步骤d;当不具备振荡信息、电网运行状态 异常、电力系统控制设备的状态异常、通信通道异常或控制系统硬件的状态异常时，返回上一步骤b。
在步骤d中，广域阻尼控制主站将连续计算当前的控制命令，该 控制命令在输入的外部相量数据的驱动下被传送至执行子站。
在步骤a中所釆集到的广域量测系统采集实时电网相量数据，以
及在步骤e中执行子站转发给控制设备的控制命令,均附有GPS时标。 本发明的电力系统广域阻尼的控制系统及其控制方法，其利用广 域相量测量系统、广域阻尼控制主站以及执行子站所构成的闭环控制 系统，将大范围地采集各区域间的电网相量数据，对电网发生的功率 振荡现象予以及时发现，利用广域阻尼控制主站内建的数字控制模块 对振荡信息计算实时指令，并将实时指令传送至远方执行子站，传动 相关的电力系统控制设备，对功率振荡现象给予及时抑制。故，本发 明的电力系统广域阻尼的控制系统及其控制方法，能明显大范围提升 电力系统的稳定性，同时也充分发挥广域相量测量系统在构建广域控 制、提升系统大范围动态性能方面的潜力。
图l是本发明的系统组成原理框图； 图2是本发明的系统控制方法流程图。
具体实施例方式
如图l所示，为本发明的一种电力系统广域阻尼的控制系统的 组成原理框图，包括经由通信通道连接的广域相量测量系统、广域阻 尼控制主站以及执行子站。
广域相量测量系统位于电网的多个关键交流变电站或者直流换
流站，并采集同步相量数据，获得电网的动态信息，并通过单个或多 个光纤通道将采集到的信息传输给广域阻尼控制主站。
广域阻尼控制主站用于接收、处理来自广域相量测量系统的信 号，并将接收到的数据信号中的振荡信息及当前控制系统的投运状态 进行判断，并发出命令控制执行子站。
控制系统中除了实现控制振荡现象的基本功能外，还需要考虑到 系统中的投运状态，以保证控制系统自身的可靠运行与电网的安全。
上述投运状态具体包括电网运行状态，电力系统控制设备的自 身状态，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行子站三者之间的通 信通道状态，广域量测系统、控制主站与控制子站三者的硬件状态。
上述投运状态中，当电网处于异常状况时，执行广域阻尼控制系 统可能恶化此种异常；而当广域阻尼控制主站或者执行子站自身硬件
检测发现了异常，可能威胁到控制系统的合理指令；当通信通道异常 时，控制系统无法可靠传送指令与数据；
在以上的异常情况下，为了保证控制系统自身的可靠运行与电网 的安全，控制系统将自动判别为不具备投运条件，此时对处于已投运 状态的控制系统，将发出指令消减控制量，而对未投运状态的控制系 统，将发出指令闭锁控制系统。
上述广域阻尼控制主站还包括装配有实时搡作系统的计算机，其 利用实时数据库存储来自广域相量测量系统的数据信号。
另外，广域阻尼控制主站内部还实现了数字控制模块。该数字控 制模块由隔直、滤波、比例增益、以及移相、以及限幅环节构成，其提升了控制系统控制电网振荡阻尼的核心逻辑。该数字控制模块表现 为运行在广域阻尼控制主站中计算机的软件系统。
执行子站釆用电力系统高压保护类似的体系构架，通过高速光纤 与远方的广域阻尼控制主站连接。执行子站位于需要实施控制的厂 站，并与电力系统的控制设备连接，并命令传动相关的电力系统控制 设备，对功率振荡现象给予控制。
所述控制设备包括电力系统稳定器(PSS)、电力系统高压直流控 制系统(歸C )、静止同步补偿器(STATC0M)及静止无功补偿器(SVC ) 中的任一种或多种组合。
如图2所示，为本发明的电力系统广域阻尼的控制系统的控制方 法流程图，其包括以下步骤
a 、广域相量测量系统接收来自交流变电站或者直流换流站的同 步相量数据及GPS时标，并传送给广域阻尼控制主站。
b、 广域阻尼控制主站接收、处理来自广域相量测量系统的信号， 广域阻尼控制主站并釆用实时数据库存储来自广域相量测量系统的 信号。
c、 对信号进行分析计算，判定当前信号中是否具备振荡信息及 控制系统的投运条件状态，当具备振荡信息时，且电网运行状态正常、 电力系统控制设备的状态正常、通信通道正常及控制系统硬件的状态 正常时，执行下一步骤d;当不具备振荡信息、电网运行状态异常、 电力系统控制设备的状态异常、通信通道异常或控制系统硬件的状态 异常时，返回上一步骤b。
d、 广域阻尼控制主站将连续计算当前的控制命令，该控制命令 在输入的外部相量数据的驱动下被传送至执行子站，执行子站接收并 处理来自广域阻尼控制主站的控制命令。
e、 执行子站检测通信通道的状态及自身硬件状态是否异常，当
通信通道的状态或自身硬件状态异常时，控制系统返回执行步骤b; 当通信通道的状态及自身硬件状态正常时，执行子站将控制命令及附 带的GPS时标转发到当地的控制设备，控制当地控制设备动作，完成 整个闭环控制过程。
在步骤a中及在步骤e中附有的GPS时标可以保证多个不同通道 数据的同步以及实时评估广域阻尼控制系统回路的全部时延。
权利要求
1、一种电力系统广域阻尼的控制系统，其特征在于包括经由通信通道连接的广域相量测量系统、广域阻尼控制主站以及执行子站；广域相量测量系统用于采集交流变电站或者直流换流站的同步相量数据信号；广域阻尼控制主站接收、处理来自广域相量测量系统的信号，判断信号中的振荡信息及其控制系统的投运状态，并发出命令控制执行子站；执行子站与电力系统的控制设备连接，并传动相关的电力系统控制设备，对功率振荡现象给予控制。
2、 根据权利要求l所述的电力系统广域阻尼的控制系统，其特征在于 控制系统的投运状态包括以下内容电网运行状态，电力系统控制设备的 自身状态，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行子站三者之间的通信 通道是否正常，广域量测系统、控制主站与控制子站三者的硬件状态是否 正常。
3、 根据权利要求1所述的电力系统广域阻尼的控制系统，其特征在于 广域阻尼控制主站包括装配有实时操作系统的计算机，该计算机釆用实时 数据库存储来自广域相量测量系统的数据。
4、 根据权利要求3所述的电力系统广域阻尼的控制系统，其特征在于在广域阻尼控制主站内部实现数字控制模块，该数字控制模块由隔直、滤波、比例增益、移相以及限幅环节构成。
5、 根据权利要求1所述的电力系统广域阻尼的控制系统，其特征在于: 广域相量测量系统与广域阻尼控制主站之间，及广域阻尼控制主站与执行子站之间均通过单个或多个光纤通道实现信号传输。
6、 根据权利要求1所述的电力系统广域阻尼的控制系统，其特征在于: 电力系统的控制设备包括电力系统稳定器、电力系统高压直流输电控制系 统、静止同步补偿器及静止无功补偿器中的任一种或多种组合。
7、 一种使用权利要求1所述的电力系统广域阻尼的控制系统的控制方法，其包括以下步骤a、 广域相量测量系统接收来自交流变电站或者直流换流站的同步相量 数据，并传送给广域阻尼控制主站；b、 广域阻尼控制主站接收、处理来自广域相量测量系统的信号；c、 对信号进行分析计算，判定当前信号中是否具备振荡信息及控制系 统的投运条件，当具备振荡信息时，且投运条件满足时，执行下一步骤d; 当不具备振荡信息或投运条件不满足时，返回上一步骤b;d、 广域阻尼控制主站传送控制命令到执行子站，执行子站接收并处理 来自广域阻尼控制主站的控制命令；e、 执行子站检测通信通道的状态及自身硬件状态是否异常，当通信通 道的状态或自身硬件状态异常时，控制系统返回执行步骤b;当通信通道的 状态及自身硬件状态正常时，执行子站将控制命令转发到当地的控制设备， 控制当地控制设备动作，完成整个闭环控制过程。
8、 根据权利要求7所述的电力系统广域阻尼的控制方法，其特征在于: 在步骤c中，投运条件包括以下内容电网运行状态，电力系统控制设备 的状态，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行子站三者之间的通信通 道是否正常，广域量测系统、广域阻尼控制主站与执行子站三者的硬件状态是否正常；当具备振荡信息时，且电网运行状态正常、电力系统控制设 备的状态正常、通信通道正常及控制系统硬件的状态正常时，执行下一步骤d;当不具备振荡信息、电网运行状态异常、电力系统控制设备的状态异常、通信通道异常或控制系统硬件的状态异常时，返回上一步骤b。
9、 根据权利要求7所述的电力系统广域阻尼的控制方法，其特征在于: 在步骤d中，广域阻尼控制主站将连续计算当前的控制命令，该控制命令 在输入的外部相量数据的驱动下被传送至执行子站。
10、 根据权利要求7所述的电力系统广域阻尼的控制方法，其特征在 于在步骤a中所釆集到的广域量测相量数据，以及在步骤e中执行子站 转发给控制设备的控制命令，均附有GPS时标。
全文摘要
本发明涉及一种电力系统广域阻尼的控制系统，其包括经由通信通道连接的广域相量测量系统、广域阻尼控制主站以及执行子站；广域相量测量系统用于采集交流变电站或者直流换流站的同步相量数据信号；广域阻尼控制主站接收、处理来自广域相量测量系统的信号，判断其中的振荡信息及其控制系统的投运状态，并发出命令控制执行子站；执行子站与电力系统的控制设备连接，并命令传动相关的电力系统控制设备，对功率振荡现象给予控制。另外，本发明还提供了一种电力系统广域阻尼的控制系统的控制方法。本发明能有效抑制电力系统大范围的功率动荡现象，提高电力系统的稳定性。
文档编号H02J3/24GK101202451SQ20071003241
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者吴京涛, 吴小辰, 鹏 李, 李立浧, 贺静波, 超 陆, 韩英铎 申请人:南方电网技术研究中心;清华大学;北京四方继保自动化股份有限公司