專利名稱：一種facts設(shè)備集群控制系統(tǒng)以其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電網(wǎng)控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)以其控制方法。
背景技術(shù)：
目前，柔性交流輸電系統(tǒng)(FlexibleAC Transmission System, FACTS)作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)前沿技術(shù)之一，已經(jīng)廣泛用于輸電系統(tǒng)，其主要用于增強輸配電系統(tǒng)的可控性，提高系統(tǒng)輸電容量，增強系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。近年來，作為一種快速靈活的可控電力裝置，F(xiàn)ACTS設(shè)備的動靜態(tài)性能極大程度依賴于控制器的設(shè)計。隨著FACTS設(shè)備的廣泛使用，F(xiàn)ACTS控制器數(shù)量也明顯增多。由此產(chǎn)生的FACTS集群控制成為目前FACTS發(fā)展過程中的一個主要難點。現(xiàn)有的FACTS控制系統(tǒng)存在以下弊端(一)針對單個FACTS設(shè)備進(jìn)行獨立調(diào)控，然而由于FACTS自身及相互之間都會產(chǎn)生不同程度的干擾；(二)利用數(shù)據(jù)采集終端，通過采集、記錄、上傳至計算機，利用軟件程序分析出FACTS設(shè)備及電網(wǎng)運行參數(shù)，發(fā)出控制信號調(diào)整FACTS運行狀態(tài)，不能夠直接對電網(wǎng)的實時運行參數(shù)進(jìn)行形象化的監(jiān)測及顯示；(三)隨著FACTS安裝數(shù)量的增加，軟件程序也逐漸龐大，不利于整個FACTS集群的設(shè)計分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)以其控制方法，以實現(xiàn)準(zhǔn)確、及時的實現(xiàn)FACTS設(shè)備集群管理的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，包括電氣連接輸電母線上的FACTS設(shè)備，分別與FACTS設(shè)備電氣連接的信號檢測采集模塊、集群優(yōu)化控制模塊以及工控機；
所述信號檢測采集模塊檢測并采集FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號，并將采集的電流、電壓和相位角信號傳輸給工控機；
所述集群優(yōu)化控制模塊接收工控機指令，并根據(jù)工控機指令驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述信號檢測采集模塊，包括采樣電路、隔離電路、調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述采樣電路采集的FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號依次經(jīng)隔離電路、調(diào)理電路并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳輸給工控機。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述采樣電路，包括電壓互感器、霍爾傳感器和過零比較器，所述電壓互感器采集的電壓信號以及霍爾傳感器采集的電流信號經(jīng)過零比較器后產(chǎn)生相位角信號，所述電壓互感器、霍爾傳感器和過零比較器分別將電壓信號、電流信號和相位角信號傳輸給隔離電路。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述隔離電路采用電壓隔離變送器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述調(diào)理電路，包括濾波單元、放大單元和保護(hù)單元，上述電流、電壓和相位角信號經(jīng)隔離電路傳輸給調(diào)理電路的濾波單元，依次經(jīng)濾波單元、放大單元和保護(hù)單元后傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述電流、電壓和相位角信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)USB數(shù)據(jù)線傳輸給工控機。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述集群優(yōu)化控制模塊，包括控制器、信號處理電路、光電隔離電路和驅(qū)動電路，所述控制器接受工控機的指令，并根據(jù)該指令產(chǎn)生控制信號，該控制信號依次經(jīng)信號處理電路、隔離電路傳輸給驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路根據(jù)接收的控制信號驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述控制器采用DSP處理器，所述DSP處理器和工控機通過RS232總線連接。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述工控機運行LabVIEW平臺。同時本發(fā)明的技術(shù)方案還公開了一種FACTS設(shè)備集群控制方法，包括以下步驟 電壓互感器、霍爾電流傳感器采集FACTS設(shè)備的電壓和電流信號，通過過零比較器分
析基波電力信號的相位角，并將電壓、電流以及相位角這三個模擬信號傳輸給隔離電路；上述電壓、電流以及相位角三個模擬信號經(jīng)隔離電路送入調(diào)理電路，所述隔離電路隔離屏蔽電路中干擾信號、防止干擾耦合，同時保護(hù)采樣電路安全；
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通過USB總線將采集的電壓、電流以及相位角信號傳輸給工控機；所述工控機獲取上述FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)即電壓、電流以及相位角信號后，利用LabVIEff軟件平臺完成采樣波形顯示、信號分析以及數(shù)據(jù)讀取儲存，并通過分析上述FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)即電壓、電流以及相位角信號以及各FACTS設(shè)備之間的相互影響，確定FACTS設(shè)備集群控制策略；
所述工控機將上述FACTS設(shè)備集群控制策略通過RS232總線傳輸給DSP處理器，所述DSP處理器產(chǎn)生PWM信號用于控制FACTS設(shè)備中功率開關(guān)器件的通斷順序，從而控制FACTS設(shè)備的工作狀態(tài)；
所述DSP處理器輸出端連接信號處理電路，所述DSP處理器發(fā)出的PWM信號經(jīng)信號處理電路濾波后，完成對信號的去噪，從而獲取有效信號；
上述經(jīng)過濾波后的PWM驅(qū)動信號，經(jīng)光電隔離電路后傳輸給驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路根據(jù)FACTS設(shè)備中的功率開關(guān)類型產(chǎn)生其通斷所需的驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓，驅(qū)動功率開關(guān)管，控制FACTS設(shè)備的工作狀態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果
本發(fā)明的技術(shù)方案，通過設(shè)置信號檢測采集模塊對FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)的采樣分析，監(jiān)視電網(wǎng)運行狀態(tài)功能，從而通過工控機對FACTS設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，并通過集群優(yōu)化控制模塊完成對FACTS設(shè)備的控制，達(dá)到了準(zhǔn)確、及時的實現(xiàn)FACTS設(shè)備集群管理的目的；
同時，基于工控機中的虛擬儀器實現(xiàn)運行狀態(tài)監(jiān)測功能，利用LabVIEW的圖形編程語言進(jìn)行FACTS設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采樣，自動保存采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)而作為后續(xù)集群控制的輸入數(shù)據(jù)，提高控制系統(tǒng)的實時性和準(zhǔn)確性；
控制器采用的DSP微處理器，通過RS-232總線實現(xiàn)與計算機的通信功能，用于完成工控機對輸電系統(tǒng)中FACTS設(shè)備的集中管理和數(shù)據(jù)交換。利用Labview強大的圖形化編程能力和數(shù)據(jù)處理功能，監(jiān)測并采樣FACTS集群運行數(shù)據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)運行狀態(tài)，通過分析FACTS設(shè)備自身各項狀態(tài)運行參數(shù)以及各FACTS設(shè)備之間的相互影響作用，確定FACTS設(shè)備集群控制策略。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明實施例所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)使用原理框 圖2為為本發(fā)明實施例所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)的原理框 圖3為本發(fā)明實施例所述的信號檢測采集模塊的原理框 圖4為本發(fā)明實施例所述的FACTS設(shè)備集群控制方法的數(shù)據(jù)流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖2所示，一種FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，包括電氣連接輸電母線上的FACTS設(shè)備，分別與FACTS設(shè)備電氣連接的信號檢測采集模塊、集群優(yōu)化控制模塊以及工控機；信號檢測采集模塊檢測并采集FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號，并將采集的電流、電壓和相位角信號傳輸給工控機；集群優(yōu)化控制模塊接收工控機指令，并根據(jù)工控機指令驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。其中，信號檢測采集模塊，包括采樣電路、隔離電路、調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，采樣電路采集的FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號依次經(jīng)隔離電路、調(diào)理電路并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳輸給工控機。如圖3所示，采樣電路，包括電壓互感器、霍爾傳感器和過零比較器，電壓互感器采集的電壓信號以及霍爾傳感器采集的電流信號經(jīng)過零比較器后產(chǎn)生相位角信號，電壓互感器、霍爾傳感器和過零比較器分別將電壓信號、電流信號和相位角信號傳輸給隔離電路。隔離電路采用電壓隔離變送器。調(diào)理電路，包括濾波單元、放大單元和保護(hù)單元，電流、電壓和相位角信號經(jīng)隔離電路傳輸給調(diào)理電路的濾波單元，依次經(jīng)濾波單元、放大單元和保護(hù)單元后傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。電流、電壓和相位角信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)USB數(shù)據(jù)線傳輸給工控機。如圖2所示，集群優(yōu)化控制模塊，包括控制器、信號處理電路、光電隔離電路和驅(qū)動電路，控制器接受工控機的指令，并根據(jù)該指令產(chǎn)生控制信號，該控制信號依次經(jīng)信號處理電路、光電隔離電路傳輸給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)接收的控制信號驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。控制器采用DSP處理器，DSP處理器和工控機通過RS232總線連接，DSP處理器采用DSP F2812微處理器。工控機中運行LabVIEW軟件平臺。一種FACTS設(shè)備集群控制方法，包括以下步驟
電壓互感器、霍爾電流傳感器采集FACTS設(shè)備的電壓和電流信號，通過過零比較器分析基波電力信號的相位角，并將電壓、電流以及相位角這三個模擬信號傳輸給隔離電路；電壓、電流以及相位角三個模擬信號經(jīng)隔離電路送入調(diào)理電路，隔離電路隔離屏蔽電路中干擾信號、防止干擾耦合，同時保護(hù)采樣電路安全；
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通過USB總線將采集的電壓、電流以及相位角信號傳輸給工控機；
工控機獲取上述FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)即電壓、電流以及相位角信號后，利用LabVIEff軟件平臺完成采樣波形顯示、信號分析以及數(shù)據(jù)讀取儲存，并通過分析上述FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)即電壓、電流以及相位角信號以及各FACTS設(shè)備之間的相互影響，確定FACTS設(shè)備集群控制策略；
工控機將上述FACTS設(shè)備集群控制策略通過RS232總線傳輸給DSP處理器，DSP處理器產(chǎn)生PWM信號用于控制FACTS設(shè)備中功率開關(guān)器件的通斷順序，從而控制FACTS設(shè)備的工作狀態(tài)；
DSP處理器輸出端連接信號處理電路，DSP處理器發(fā)出的PWM信號經(jīng)信號處理電路濾波后，完成對信號的去噪，從而獲取有效信號；
經(jīng)過濾波后的PWM驅(qū)動信號，經(jīng)光電隔離電路后傳輸給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)FACTS設(shè)備中的功率開關(guān)類型產(chǎn)生其通斷所需的驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓，驅(qū)動功率開關(guān)管，控制FACTS設(shè)備的工作狀態(tài)。如圖1所示，根據(jù)電力應(yīng)用需求，整個輸電系統(tǒng)安裝基于一個以上傳感器及轉(zhuǎn)換電路的信號監(jiān)控模塊和基于一個以上的集群優(yōu)化控制模塊。將每一路信號監(jiān)控模塊和集群優(yōu)化控制模塊與工控機相連，其中，工控機具有根據(jù)探測集群所獲取的信號來分析FACTS裝置運行狀態(tài)，并具有能輸出整個輸電系統(tǒng)的FACTS集群控制信號的運算處理能力。工控機獲得FACTS集群運行狀態(tài)信號后，根據(jù)FACTS設(shè)備類型及整個區(qū)域當(dāng)前輸電系統(tǒng)運行狀態(tài)處理得到FACTS集群的工作狀態(tài)變化要求，對FACTS集群輸出控制指令。工控機輸出的指令信號，由控制器作用，產(chǎn)生FACTS裝置所需要的驅(qū)動控制信號，調(diào)整其工作狀態(tài)。信號監(jiān)控模塊和集群優(yōu)化控制模塊布局上是相對獨立的，而且，信號監(jiān)控模塊中傳感器及轉(zhuǎn)換電路分布于FACTS集群各個安裝節(jié)點附近。通過分析FACTS設(shè)備自身各項狀態(tài)運行參數(shù)以及各FACTS設(shè)備之間的相互影響作用，明確輸電系統(tǒng)運行狀態(tài)指標(biāo)，最終確定FACTS集群控制策略。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電氣連接輸電母線上的FACTS設(shè)備，分別與FACTS設(shè)備電氣連接的信號檢測采集模塊、集群優(yōu)化控制模塊以及工控機； 所述信號檢測采集模塊檢測并采集FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號，并將采集的電流、電壓和相位角信號傳輸給工控機； 所述集群優(yōu)化控制模塊接收工控機指令，并根據(jù)工控機指令驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號檢測采集模塊，包括采樣電路、隔離電路、調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述采樣電路采集的FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號依次經(jīng)隔離電路、調(diào)理電路并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳輸給工控機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣電路，包括電壓互感器、霍爾傳感器和過零比較器，所述電壓互感器采集的電壓信號以及霍爾傳感器采集的電流信號經(jīng)過零比較器后產(chǎn)生相位角信號，所述電壓互感器、霍爾傳感器和過零比較器分別將電壓信號、電流信號和相位角信號傳輸給隔離電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離電路采用電壓隔離變送器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)理電路，包括濾波單元、放大單元和保護(hù)單元，上述電流、電壓和相位角信號經(jīng)隔離電路傳輸給調(diào)理電路的濾波單元，依次經(jīng)濾波單元、放大單元和保護(hù)單元后傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流、電壓和相位角信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)USB數(shù)據(jù)線傳輸給工控機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述集群優(yōu)化控制模塊，包括控制器、信號處理電路、光電隔離電路和驅(qū)動電路，所述控制器接受工控機的指令，并根據(jù)該指令產(chǎn)生控制信號，該控制信號依次經(jīng)信號處理電路、隔離電路傳輸給驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路根據(jù)接收的控制信號驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器采用DSP處理器，所述DSP處理器和工控機通過RS232總線連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或7所述的FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機運行LabVIEW平臺。
10.一種采用權(quán)利要求1至9所述FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 電壓互感器、霍爾電流傳感器采集FACTS設(shè)備的電壓和電流信號，通過過零比較器分析基波電力信號的相位角，并將電壓、電流以及相位角這三個模擬信號傳輸給隔離電路； 上述電壓、電流以及相位角三個模擬信號經(jīng)隔離電路送入調(diào)理電路，所述隔離電路隔離屏蔽電路中干擾信號、防止干擾耦合，同時保護(hù)采樣電路安全； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通過USB總線將采集的電壓、電流以及相位角信號傳輸給工控機； 所述工控機獲取上述FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)即電壓、電流以及相位角信號后，利用LabVIEff軟件平臺完成采樣波形顯示、信號分析以及數(shù)據(jù)讀取儲存，并通過分析上述FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)即電壓、電流以及相位角信號以及各FACTS設(shè)備之間的相互影響，確定FACTS設(shè)備集群控制策略； 所述工控機將上述FACTS設(shè)備集群控制策略通過RS232總線傳輸給DSP處理器，所述DSP處理器產(chǎn)生PWM信號用于控制FACTS設(shè)備中功率開關(guān)器件的通斷順序，從而控制FACTS設(shè)備的工作狀態(tài)； 所述DSP處理器輸出端連接信號處理電路，所述DSP處理器發(fā)出的PWM信號經(jīng)信號處理電路濾波后，完成對信號的去噪，從而獲取有效信號； 上述經(jīng)過濾波后的PWM驅(qū)動信號，經(jīng)光電隔離電路后傳輸給驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路根據(jù)FACTS設(shè)備中的功率開關(guān)類型產(chǎn)生其通斷所需的驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓，驅(qū)動功率開關(guān)管，控制FACTS設(shè)備的工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種FACTS設(shè)備集群控制系統(tǒng)，包括電氣連接輸電母線上的FACTS設(shè)備，分別與FACTS設(shè)備電氣連接的信號檢測采集模塊、集群優(yōu)化控制模塊以及工控機；所述信號檢測采集模塊檢測并采集FACTS設(shè)備上的電流、電壓和相位角信號，并將采集的電流、電壓和相位角信號傳輸給工控機；所述集群優(yōu)化控制模塊接收工控機指令，并根據(jù)工控機指令驅(qū)動FACTS設(shè)備相應(yīng)動作。并公開一種FACTS設(shè)備集群控制方法，通過設(shè)置信號檢測采集模塊對FACTS設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)的采樣分析，監(jiān)視電網(wǎng)運行狀態(tài)功能，從而通過工控機對FACTS設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，并通過集群優(yōu)化控制模塊完成對FACTS設(shè)備的控制，達(dá)到了準(zhǔn)確、及時的實現(xiàn)FACTS設(shè)備集群管理的目的。
文檔編號H02J3/00GK103023020SQ20121048761
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者拜潤卿, 梁琛, 姚旭, 陳新, 陳振寰, 韓旭杉, 梁福波, 邢延?xùn)|, 倪賽賽, 崔力心, 李昆鵬 申請人:甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司