專利名稱：電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)的控制子站架構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)廣域控制技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)是在電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS - Wide Area Measurement System)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)(WACS-Wide Area Control System )。與電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)相比，電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)將主要包 括控制中央站、測量子站和控制子站，功能從單純的測量、監(jiān)視提升為閉環(huán)控制?？刂谱诱咀鳛閺V域控制系統(tǒng)的執(zhí)行輸出單元，不僅要具備與其它控制、保護(hù)裝置等 一致的準(zhǔn)確性、安全性和可靠性，更需要解決廣域控制系統(tǒng)中多點(diǎn)協(xié)調(diào)控制和多點(diǎn)同步 控制等問題。隨著高速數(shù)字通信和GPS對時等技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)廣域控制系 統(tǒng)的控制子站已成為可能。發(fā)明內(nèi)容在電力系統(tǒng)動態(tài)、安全監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)，對于 數(shù)據(jù)傳輸、控制輸出和應(yīng)用維護(hù)等在可靠性和實(shí)時性方面都提出了新的要求。本發(fā)明主要針對廣域控制系統(tǒng)的控制子站提出解決方案 一種電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)控制子站的 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法，該方法以絕對時間作為控制中央站的工作時間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上 的實(shí)時控制，并通過測量通信通道隨機(jī)延時時間，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償提供計算依據(jù)， 實(shí)測控制量和輸出量，實(shí)現(xiàn)廣域控制系統(tǒng)中多點(diǎn)協(xié)調(diào)控制和多點(diǎn)同步控制。本發(fā)明針對 控制子站架構(gòu)提出的發(fā)明內(nèi)容如下1) 接入對時信號，以高精度的絕對時間作為控制子站的工作時間坐標(biāo)；2) 通過高速數(shù)字通信通道，接收帶時標(biāo)的控制命令，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上的實(shí)時控制；3) 測量通信通道隨機(jī)延時時間，并回送給控制中央站，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償技術(shù) 提供計算依據(jù)；4) 以真實(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為依據(jù)，對控制量采用連續(xù)跟蹤、逐步逼近的方式， 調(diào)節(jié)實(shí)際控制輸出量與控制中央站預(yù)期控制量一致；5) 控件回路，閉鎖控制量。 該發(fā)明有效的解決電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)中的跨區(qū)域，多控制點(diǎn)同步控制、協(xié)調(diào)控 制的難題，可以為廣域控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸通道延時隨機(jī)變化情況下，提供實(shí)時閉環(huán)控 制反饋，使廣域控制系統(tǒng)具備較強(qiáng)的容錯能力，提高廣域控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)表述本發(fā)明所提出的電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)控制子站的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法，以絕對時間作為 控制中央站的工作時間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上的實(shí)時控制，并通過測量通信通道隨機(jī) 延時時間，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償提供計算依據(jù)，實(shí)測控制輸出量，實(shí)現(xiàn)廣域控制系統(tǒng)中 多點(diǎn)協(xié)調(diào)控制和多點(diǎn)同步控制，具體有如下內(nèi)容1、 控制子站通過接入對時信號，以高精度的絕對時間作為控制子站的工作時間坐標(biāo)， 其特征如下1) 控制子站具備接入外部高精度對時源的能力，根據(jù)外部對時信號不斷修正自身 運(yùn)行絕對時間坐標(biāo)。對時信號的形式不做具體要求，但要求對時精度能達(dá)到lus 左右，并能夠提供絕對時間信息。2) 自備高精度晶振，在外部對時源突然消失或?qū)r信號失真度大等情況下，自動 根據(jù)上次有效對時信號維持至少2小時的絕對時標(biāo)。3) 控制子站在處理、執(zhí)行控制數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)、回測輸出量等工作時，都以絕對時間 為時間坐標(biāo)，精確控制任務(wù)發(fā)生的時刻。4) 針對不同地域的控制子站間，無需直接的通信協(xié)調(diào)，根據(jù)統(tǒng)一的絕對時間坐標(biāo) 既可完成同步數(shù)據(jù)處理、同步控制輸出等廣域控制系統(tǒng)的特殊要求。2、 控制子站通過高速數(shù)字通信通道，接收帶時標(biāo)的控制命令，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上的實(shí) 時控制，其特征如下1) 控制子站具備接入高速數(shù)字通信數(shù)據(jù)的能力。對通信方式不做具體規(guī)定，但傳 輸能力應(yīng)不低于lMbps為宜。通信鏈路應(yīng)有明確的源地址、目的地址標(biāo)識，便 于控制系統(tǒng)識別通信數(shù)據(jù)的來源。2) 控制命令中應(yīng)至少包含閉環(huán)控制回路的控制時標(biāo)，即執(zhí)行控制命令的執(zhí)行時標(biāo)。3) 控制命令到達(dá)控制子站的本地時刻相對控制時標(biāo)之間存在三種可能狀態(tài)歷史、 現(xiàn)在和未來?？刂谱诱居嬎愦藭r間差，按照不同策略輸出控制量。4) 控制命令晚于控制時標(biāo)到達(dá)控制子站，并超出延時允許后，控制命令自動失效。5) 控制命令晚于控制時標(biāo)到達(dá)控制子站，但未超出延時允許值，或控制命令恰好于控制時標(biāo)所在時刻到達(dá)控制子站，立即執(zhí)行控制命令。6) 控制命令早于控制時標(biāo)到達(dá)控制子站，待絕對時間到達(dá)后，開始執(zhí)行控制命令。7) 當(dāng)控制緩沖區(qū)中出現(xiàn)多條控制時標(biāo)相同的命令時，使用最后收到的控制命令。3、 控制子站測量通信通道隨機(jī)延時時間，并回送給控制中央站，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償提供計算依據(jù)，其特征如下1) 控制命令中還應(yīng)包含閉環(huán)控制回路的測量時標(biāo)，即用于計算控制量的電力系統(tǒng) 廣域測量數(shù)據(jù)的時標(biāo)。2) 控制子站計算測量時標(biāo)與本地接收到控制命令時刻的時間差，即控制延時時間。并實(shí)時回送計算結(jié)果，回送數(shù)據(jù)中包含明確的絕對時間標(biāo)識，作為延時補(bǔ)償技 術(shù)的重要計算依據(jù)。3) 控制子站僅為控制中央站提供通信通道隨機(jī)延時時間數(shù)據(jù)，具體的延時補(bǔ)償算法由控制中央站根據(jù)不同的控制邏輯選擇。例如對低頻振蕩進(jìn)行控制時，中央 站可考慮補(bǔ)償當(dāng)前主導(dǎo)振蕩頻率下的振蕩角度。4、 控制子站以真實(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為依據(jù)，對控制量采用連續(xù)跟蹤、逐步逼近的方式，調(diào)節(jié)實(shí)際控制輸出量與控制中央站預(yù)期控制量一致，其特征如下1) 控制子站的廣域控制過程是一個連續(xù)的調(diào)節(jié)過程。 一般認(rèn)為廣域控制系統(tǒng)監(jiān)測 的區(qū)域電網(wǎng)間的頻差不存在振蕩時控制量趨于零，區(qū)域電網(wǎng)間發(fā)生振蕩時按照 預(yù)定策略調(diào)節(jié)控制量，增大電網(wǎng)阻尼，抑制區(qū)域電網(wǎng)間的低頻振蕩，使電網(wǎng)恢 復(fù)正常運(yùn)行。2) 廣域控制系統(tǒng)采用數(shù)字信號量形式傳輸控制量，控制子站以模擬信號量形式作 用于目標(biāo)調(diào)節(jié)對象?？刂谱诱揪邆鋵㈦x散數(shù)字信號合理的轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)模擬信號 的功能。3) 根據(jù)目標(biāo)調(diào)節(jié)對象的特性，預(yù)定合理的調(diào)節(jié)速度或制定更復(fù)雜的多級調(diào)節(jié)速度。4) 根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行可承受極限，預(yù)定合理的正、負(fù)雙向調(diào)節(jié)范圍。5) 控制子站的實(shí)際輸出控制量受最大調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)速度的限制，總是以不超出 最大調(diào)節(jié)速度的變化率，輸出不超出調(diào)節(jié)范圍的，最接近當(dāng)前廣域控制系統(tǒng)控 制需求的控制量。5、 控制子站具備獨(dú)立的測量回路，同步實(shí)測控制輸出量，出現(xiàn)異常時自動斷開硬件回 路，閉鎖控制量，其特征如下-1) 控制子站不但具備獨(dú)立的D/A輸出回路，同時配備獨(dú)立的A/D采集回路，分別 用于輸出控制量和回測控制量。2) 實(shí)時對比回測值與輸出值的誤差情況，發(fā)現(xiàn)超出硬件誤差范圍后，自動啟動輸出異常邏輯，從物理上斷開輸出回路，徹底閉鎖控制量，防止控制量輸出異常 惡化電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。 3)利用高速數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，以帶絕對時標(biāo)的報文方式連續(xù)上送輸出數(shù)據(jù)和回測數(shù) 據(jù)。作為廣域控制系統(tǒng)真實(shí)的控制過程的數(shù)據(jù)記錄源，便于事故后分析或離線 分析。綜上所述，本發(fā)明為電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)中的多點(diǎn)同步、協(xié)調(diào)控制要求，提供了 一種可行的控制子站架構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)控制子站的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法，該方法以絕對時間作為控制中央站的工作時間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上的實(shí)時控制，并通過測量通信通道隨機(jī)延時時間，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償提供計算依據(jù)，實(shí)測控制輸出量，實(shí)現(xiàn)廣域控制系統(tǒng)中多點(diǎn)協(xié)調(diào)控制和多點(diǎn)同步控制；其特征為，該方法包括如下內(nèi)容控制子站通過接入對時信號，以高精度的絕對時間作為控制子站的工作時間坐標(biāo)；控制子站通過高速數(shù)字通信通道，接收帶時標(biāo)的控制命令，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上的實(shí)時控制；控制子站測量通信通道隨機(jī)延時時間，并回送給控制中央站，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償提供計算依據(jù)；控制子站以真實(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為依據(jù)，對控制量采用連續(xù)跟蹤、逐步逼近的方式，調(diào)節(jié)實(shí)際控制輸出量與控制中央站預(yù)期控制量一致；控制子站具備獨(dú)立的測量回路，同步實(shí)測控制輸出量，出現(xiàn)異常時自動斷開硬件回路，閉鎖控制量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于控制子站具備接入外部高精度對時 源的能力，根據(jù)外部對時信號不斷修正自身運(yùn)行絕對時間坐標(biāo)，對時信號能提供絕對時 間信息，對時精度達(dá)到1US;控制子站自備高精度晶振，在外部對時源突然消失或?qū)r 信號失真情況下，自動根據(jù)上次有效對時信號維持至少2小時的絕對時標(biāo)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于控制子站在處理、執(zhí)行控制數(shù) 據(jù)，調(diào)節(jié)、回測輸出量等工作時，都以絕對時間為時間坐標(biāo)；不同地域的控制子站間根 據(jù)統(tǒng)一的絕對時間坐標(biāo)完成同步數(shù)據(jù)處理、同步控制輸出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述控制子站具備接入高速數(shù)字通 信數(shù)據(jù)的能力，傳輸能力不低于1Mbps，通信鏈路有明確的源地址、目的地址標(biāo)識，便 于控制系統(tǒng)識別通信數(shù)據(jù)的來源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征為在于控制命令到達(dá)控制子站的本 地時刻相對控制時標(biāo)之間存在三種可能狀態(tài)，控制子站計算此三種狀態(tài)下得時間差，按 照不同策略輸出控制量，控制命令晚于控制時標(biāo)到達(dá)控制子站，并超出延時允許后，控制命令自動失效； 控制命令晚于控制時標(biāo)到達(dá)控制子站，但未超出延時允許值，或控制命令恰好于控 制時標(biāo)所在時刻到達(dá)控制子站，立即執(zhí)行控制命令；控制命令早于控制時標(biāo)到達(dá)控制子站，待絕對時間到達(dá)后，開始執(zhí)行控制命令。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于當(dāng)控制緩沖區(qū)中出現(xiàn)多條控制時標(biāo) 相同的命令時，使用最后收到的控制命令。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于控制命令中包含閉環(huán)控制回路的測 量時標(biāo)，控制子站計算測量時標(biāo)與本地接收到控制命令時刻的時間差作為控制通信通道 隨機(jī)延時時間，并實(shí)時回送計算結(jié)果，回送數(shù)據(jù)中包含明確的絕對時間標(biāo)識。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于廣域控制系統(tǒng)監(jiān)測的區(qū)域電網(wǎng)間的頻差不存在振蕩時控制量趨于零，區(qū)域電網(wǎng)間發(fā) 生振蕩時按照預(yù)定策略調(diào)節(jié)控制量，增大電網(wǎng)阻尼，抑制區(qū)域電網(wǎng)間的振蕩，使電網(wǎng)其 恢復(fù)正常運(yùn)行；廣域控制系統(tǒng)采用數(shù)字信號量形式傳輸控制量，控制子站以模擬信號量形式作用于 目標(biāo)調(diào)節(jié)對象，控制子站具備將離散數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)模擬信號的功能；根據(jù)目標(biāo)調(diào)節(jié)對象的特性，預(yù)定相應(yīng)的調(diào)節(jié)速度或制定多級調(diào)節(jié)速度，根據(jù)電力系 統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行可承受極限，預(yù)定相應(yīng)的正、負(fù)雙向調(diào)節(jié)范圍；控制子站的實(shí)際輸出控制量受最大調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)速度的限制，總是以不超出最大 調(diào)節(jié)速度的變化率，輸出不超出調(diào)節(jié)范圍的、最接近當(dāng)前廣域控制系統(tǒng)控制需求的控制 量。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制子站具備獨(dú)立的D/A輸出回路， 同時配備獨(dú)立的A/D采集回路，分別用于輸出控制量和回測控制量；實(shí)時對比回測值與 輸出值的誤差情況，發(fā)現(xiàn)超出硬件誤差范圍后，自動啟動輸出異常邏輯，從物理上斷開 輸出回路，徹底閉鎖控制量，防止控制量輸出異常惡化電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；利用高速數(shù) 字通信網(wǎng)絡(luò)，以帶絕對時標(biāo)的報文方式連續(xù)上送輸出數(shù)據(jù)和回測數(shù)據(jù)，作為廣域控制系 統(tǒng)真實(shí)的控制過程的數(shù)據(jù)記錄源，便于事故后分析或離線分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)控制子站的架構(gòu)方法，該方法包括以下內(nèi)容接入對時信號，以高精度的絕對時間作為控制子站的工作時間坐標(biāo)；通過高速數(shù)字通信通道，接收帶時標(biāo)的控制命令，實(shí)現(xiàn)絕對時間點(diǎn)上的實(shí)時控制；測量通信通道隨機(jī)延時時間，并回送給控制中央站，為控制數(shù)據(jù)延時補(bǔ)償技術(shù)提供計算依據(jù)；以真實(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為依據(jù)，對控制量采用連續(xù)跟蹤、逐步逼近的方式，調(diào)節(jié)實(shí)際控制輸出量與控制中央站預(yù)期控制量一致；具備獨(dú)立的測量回路，同步實(shí)測控制輸出量。該方案用于電力系統(tǒng)廣域控制技術(shù)領(lǐng)域，用以解決電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)中的跨區(qū)域，多控制點(diǎn)間同步輸出、協(xié)調(diào)控制的難題，提供一種電力系統(tǒng)廣域控制系統(tǒng)控制子站的架構(gòu)方案。
文檔編號G05B19/02GK101325347SQ200810103510
公開日2008年12月17日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者吳京濤, 吳小辰, 睿 張, 鵬 李, 石景海, 炯 胡, 賀靜波, 趙穎科, 超 陸 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心;清華大學(xué)