專利名稱：一種基于ems的電網(wǎng)備用電源自投控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投控制 方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)備用電源自動(dòng)投切裝置是為提高電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行所采取的一種重要措 施。當(dāng)工作電源因故障不能供電時(shí)，自動(dòng)裝置應(yīng)能迅速將備用電源自動(dòng)投入使用或?qū)⒂脩?切換到備用電源上。典型的備用自投有單母線進(jìn)線備投、分段斷路器備投、變壓器備投、 進(jìn)線及橋路備投、旁跳斷路器備投等。
目前廣泛采用的備自投裝置是采用微機(jī)技術(shù)開發(fā)的備自投裝置，這種裝載安裝在變電 站中，通過網(wǎng)絡(luò)把本地的遙測和遙信信號接入裝置中，裝置根據(jù)接入的遙測和遙信信號判
斷是否需要發(fā)出電源切換的控制命令，控制命令通過本地p執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)fi;。.但是，這種安
裝在變電站內(nèi)的備自投裝置，存在如下問題
(1) 成本高，維護(hù)代價(jià)大。由于需要在每個(gè)變電站都安裝備自投裝置，因此總體投 資成本很高。另外，裝置分散在各變電站中，需要定期維護(hù)，因此維護(hù)成本大。
(2) 備自投裝置的備自投策略無法考慮遠(yuǎn)方備用電源側(cè)設(shè)備的安全性。備自投裝置
只能考慮了本地變電站母線電壓或進(jìn)線電流，而無法考慮遠(yuǎn)方備用電源側(cè)主變的容載比、 線路的熱穩(wěn)定極限等，易導(dǎo)致備用電源側(cè)過負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。
(3) 備自投裝置的備自投策略易受地方小電源干擾。目前備自投的故障掉電檢測信
號一般是電壓和電流，檢測信號單一會導(dǎo)致備自投的誤動(dòng)和拒動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。比如失電側(cè) 存在地方小機(jī)組，則由于這些機(jī)組的電壓支撐作用，會導(dǎo)致備自投的拒動(dòng)。
(4) 備自投裝置的備自投策略無法與安全控制裝置協(xié)調(diào)。電網(wǎng)中存在大量的安全控 制裝置，如低頻減載裝置、高頻切機(jī)等。由于備自投裝置自動(dòng)采集本地的信息，因此無法 棄j斷電源丟失是故障引起的，還是諸如低頻減載裝置等安全自動(dòng)控制裝置的動(dòng)作觸發(fā)的， 若是安全自動(dòng)控制裝置的動(dòng)作結(jié)果，則備自投裝置不應(yīng)動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)備自投裝置存在的問題，提出了基于電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)的電力系統(tǒng)廣域備用電源自投控制方法，實(shí)現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致變電站停電時(shí)， 可以從系統(tǒng)的角度自動(dòng)把負(fù)荷切換到備用電源上。
本發(fā)明提出的一種基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投的控制方法，其特征在于，該方法 包括
1) 對每一個(gè)需要備用電源自投的變電站，在EMS系統(tǒng)中建立對應(yīng)的控制模型；
2) 利用EMS實(shí)時(shí)采集的遙測和遙信信息，驅(qū)動(dòng)備用電源自投的控制模型產(chǎn)生控制策
略；
3) 利用EMS的安全分析功能校核所述控制策略的安全性,若滿足電阿的安全運(yùn)行要求， 則通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端驅(qū)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作；否則， 修改所述控制策略，然后通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端 驅(qū)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。
本發(fā)明的特點(diǎn)
''本發(fā)明的基于EMS實(shí)現(xiàn)了一種電網(wǎng)備用電源自投控制方法。該方法在電網(wǎng)能量管理系 統(tǒng)中對所有備用電源自投裝置建立模型，利用EMS實(shí)時(shí)采集的遙測和遙信信息，驅(qū)動(dòng)備 用電源自投的控制模型產(chǎn)生控制策略，然后利用EMS的安全分析功能校核控制策略的安全 性，若滿足電網(wǎng)的安全運(yùn)行要求，則通過SCADA的遙控把控制策略下發(fā)給變電站側(cè)的RTU 執(zhí)行，否則調(diào)整控制策略然后下發(fā)。 本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 只需針對每個(gè)需要備用電源自投的變電站，在EMS中建立對應(yīng)的控制模型，不需 要在變電站側(cè)安裝裝置和維護(hù)，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)和變電站側(cè)的RTU能夠正常運(yùn) 行，基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投就可以運(yùn)行，可以大大降低投資和維護(hù)成本；
2、 電網(wǎng)備用電源自投的模型是建立在EMS系統(tǒng)中的，它不僅可以讀取單個(gè)變電站本 地的信息，還可以讀取全電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，包括開關(guān)動(dòng)作信息、保護(hù)動(dòng)作信息、安全穩(wěn)定 控制裝置動(dòng)作信息和遙測量，因此可以實(shí)現(xiàn)與保護(hù)和安全穩(wěn)控裝置的協(xié)調(diào)；
3、 利用EMS的安全分析工具，可以對電網(wǎng)備用電源自投的動(dòng)作進(jìn)行安全校核，因此 提高了電網(wǎng)備用電源自投的安全性。


圖1電網(wǎng)電源自投控制流程圖。.
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的一種基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投控制方法結(jié)合附圖及實(shí)施詳細(xì)說明
如下
本發(fā)明的方法流程如圖1所示，包括以下步驟
1)對每一個(gè)需要備用電源自投的變電站，在EMS系統(tǒng)中建立對應(yīng)的控制模犁該控制模型包括測量模塊、決策模塊和動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊；其中，測量模塊用于確定控 制模型需要輸入的電網(wǎng)實(shí)時(shí)的遙信和遙測數(shù)據(jù)；決策模塊用于根據(jù)遙信和遙測數(shù)據(jù)確定 啟動(dòng)條件、閉鎖條件和對應(yīng)的動(dòng)作策略，動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊用于把動(dòng)作策略轉(zhuǎn)化成遙控命令， 并確定遙控命令對應(yīng)的遙控廠站號和遙控點(diǎn)號，便于廠站端的RTU接收和執(zhí)行；
2) 利用EMS實(shí)時(shí)采集的遙測和遙信信息，驅(qū)動(dòng)備用電源自投的控制模型產(chǎn)生控制策 略；具體包括
遍歷所有控制模型，并進(jìn)行如下步驟
(21) 根據(jù)控制模型的測量模塊確定的遙信和遙測數(shù)據(jù)，從EMS系統(tǒng)獲取由開關(guān)跳閘、 保護(hù)動(dòng)作、安全自動(dòng)裝置動(dòng)作組成的遙信數(shù)據(jù)以及由母線的電壓幅值、線路的有功、無功 以及電流組成的設(shè)備的遙測數(shù)據(jù)；
(22) 利用步驟(21)獲取的遙信和遙測實(shí)時(shí)信息，根據(jù)決策模塊確定的啟動(dòng)條件、 閉鎖條件和對應(yīng)的動(dòng)作策略，判斷啟動(dòng)條件和閉鎖條件是否滿足(由于啟動(dòng)條件和閉鎖 條件分別是一組邏輯條件，所以判斷啟動(dòng)條件和閉鎖條件的過程就是邏輯計(jì)算)，若啟動(dòng) 條件滿足而閉鎖條件不成立則發(fā)出決策模型中確定好的控制策略；
3) 利用EMS的安全分析功能校核所述控制策略的安全性，若滿足電網(wǎng)的安全運(yùn)行要 求，則通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端(RTU)驅(qū) 動(dòng)開關(guān)動(dòng)作；募體包括
31) 對控制策略進(jìn)行電網(wǎng)安全校驗(yàn)，檢査控制策略是否會引起電網(wǎng)中的線路或變壓器 過載或母線電壓過低情況；若存在所述情況，修正控制策略，轉(zhuǎn)步驟4);否則直接轉(zhuǎn)步 驟4);
32) 根據(jù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊確定的遙控命令對應(yīng)的遙控廠站號和遙控點(diǎn)號，把控制策略 轉(zhuǎn)化為遙控命令通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端 (RTU)驅(qū)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。
本發(fā)明中，采用的電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)是安裝在電網(wǎng)調(diào)度中心，對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)視、評估與控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)安全評估與優(yōu)化控制。 本發(fā)明方法的實(shí)施例結(jié)合圖1進(jìn)一步說明如下
如圖1給出的電網(wǎng)電源自投控制流程圖，下面以一名為鄭家山變的110kV變電站的備
用'電源自投為例，說明本發(fā)明方法的具體實(shí)方法。
步驟一、首先在EMS系統(tǒng)中建立鄭家山變的電網(wǎng)備用電源自投的控制模型，控制模 型包括測量模塊、決策模塊和動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊等構(gòu)成。
其中測量模塊用于確定控制模型需要輸入的電網(wǎng)實(shí)時(shí)的遙信和遙測數(shù)據(jù)，在本實(shí)施 例中這些遙信信息包括鄭家山變01開關(guān)狀態(tài)的遙信，鄭家山變02開關(guān)狀態(tài)的遙信，鄭 家山變03開關(guān)狀態(tài)的遙信，鄭#1主變主保護(hù)動(dòng)作信號的遙信和鄭#1主變高后備保護(hù)出口 信號狀態(tài)的遙信。在本實(shí)施例中這些遙測信息包括鄭家山變01開關(guān)A相電流，鄭家山 變110kVI母工作電壓的遙測和鄭家山變llOkVII母的遙測。
決策模塊用于根據(jù)遙信和遙測數(shù)據(jù)確定啟動(dòng)條件、閉鎖條件和對應(yīng)的動(dòng)作策略。在本實(shí)施例中，啟動(dòng)條件為鄭家山變Ol開關(guān)處于閉合狀態(tài)，鄭家山變02開關(guān)處于閉合狀態(tài)，
鄭家山變03開關(guān)處于打開狀態(tài)，鄭家山變01開關(guān)A相電流小于12安培，鄭家山變110kVI 母工作電壓小于50kV，鄭家山變110kVII母工作電壓大于90kV:閉鎖條件為鄭#1主變
低后備保護(hù)出口信號為1或鄭#1主變主保護(hù)動(dòng)作信號為1;對應(yīng)的動(dòng)作策略為打開鄭'家
山變01開關(guān)，閉合鄭家山變03開關(guān)。
動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊用于把動(dòng)作策略轉(zhuǎn)化成遙控命令，并確定遙控命令對應(yīng)的遙控廠站號 和遙控點(diǎn)號。在本實(shí)施例中，打開鄭家山變01開關(guān)的遙控命令對應(yīng)的遙控廠站號為5和 遙控點(diǎn)號為1,閉合鄭家山變03開關(guān)的遙控命令對應(yīng)的遙控廠站號為5和遙控點(diǎn)號為3。 步驟二、利用EMS實(shí)時(shí)采集的鄭家山變01開關(guān)狀態(tài)，鄭家山變02開關(guān)狀態(tài)，鄭家 山.變03開關(guān)狀態(tài)，鄭#1主變主保護(hù)動(dòng)作信號和鄭#1主變高后備保護(hù)出口信號狀態(tài)等遙 信。以及鄭家山變01開關(guān)A相電流，鄭家山變110kVI母工作電壓的遙測和鄭家山變 110kVII母的遙測，驅(qū)動(dòng)備用電源自投的控制模型產(chǎn)生控制策略；具體包括-
① 采集如上所述的遙信和遙測數(shù)據(jù)；
② 判斷啟動(dòng)條件鄭家山變01開關(guān)處于閉合狀態(tài)，鄭家山變02開關(guān)處于閉合狀態(tài)，
鄭家山變03開關(guān)處于打開狀態(tài)，鄭家山變01開關(guān)A相電流小于12安培，鄭家山變110kVI 母工作電壓小于50kV，鄭家山變110kVII母工作電壓大于90kV是否滿足；同時(shí)判斷閉鎖
條件鄭#1主變低后備保護(hù)出口信號'為1或鄭#1主變主保護(hù)動(dòng)作信號為1是否成立；若啟 動(dòng)條件滿足而閉鎖條件不成立則發(fā)出決策模型中確定好的控制策略打開鄭家山變Ol 開關(guān)，閉合鄭家山變03開關(guān)；
步驟三、把打開鄭家山變01開關(guān)，閉合鄭家山變03開關(guān)這兩個(gè)操作，作用到EMS 中的實(shí)時(shí)電網(wǎng)模型中，并進(jìn)行潮流計(jì)算。檢查電網(wǎng)是否出現(xiàn)線路過載、變壓器過載或電 壓越限的情況，若不存在這些情況則進(jìn)入下一步，否則自動(dòng)進(jìn)行對應(yīng)的決策計(jì)算，調(diào)整控 制策略
①存在支路過載或聯(lián)絡(luò)線斷面過載，通過建立如下線性規(guī)劃模型計(jì)算控制策略的修正
方案
<formula>formula see original document page 6</formula>''其中，cD;是切除負(fù)荷j的單位成本，切除負(fù)荷j對線路/的功率的靈敏度，i%是 負(fù)荷j的負(fù)載，尸,是線路/當(dāng)前的有功潮流，巧是線路7的功率上限，《,.是發(fā)電機(jī)i的出 力對斷面t的功率的靈敏度，S^切除負(fù)荷j對斷面t的功率的靈敏度，《是斷面t當(dāng)前的有功潮^l總加，巧是斷面t的功率上限，Z)代表備用電源自投動(dòng)作后恢復(fù)供電的負(fù)荷集合。
口''由上面計(jì)算所等的控制策略迭加到備自投模型的控制策略，即得到最終的控制策略。
②存在母線電壓越限，通過建立如下線性規(guī)劃模型計(jì)算控制策略的修正方案
其中Q^是切除負(fù)荷j的單位成本，Q^,是投/切一次電容器i的成本，；j切除負(fù)荷 j單位無功量對母線"的電壓幅值的靈敏度，S^切除負(fù)荷j單位有功量對母線/7的電壓 幅值的靈敏度，」 是負(fù)荷j的有功負(fù)載，a^是負(fù)荷j的無功負(fù)載，S;,切除電容器i單 位容量對母線"的電壓幅值的靈敏度，，ft;P,是電容器當(dāng)前發(fā)出的無功，^是母線/7當(dāng)前 的'電壓，K是母線/ 的電壓上限，^是母線/7的電壓下限，Z)代表備用電源自投動(dòng)作后 恢復(fù)供電的負(fù)荷集合。
由上面計(jì)算所得的控制策略迭加到備自投模型的控制策略，即得到最終的控制策略。 步驟四、若最終的控制策略是打開鄭家山變01開關(guān)和與合鄭家山變03開關(guān)，把這
兩個(gè)操作轉(zhuǎn)化成兩個(gè)遙控命令，對應(yīng)的遙控廠站號和遙控號分別為(5, 1)和(5, 3)， 通過SCADA系統(tǒng)下發(fā)給變電站的RTU執(zhí)行。
利用以上描述的方法，對每一個(gè)需要備用電源自投的變電站，在EMS系統(tǒng)中建立對 應(yīng)的控制模型，修改備用電源自投控制模型的測量模塊、決策模塊和動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊的參 數(shù)，基于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)對所有變電站的備用電源自投控制。
權(quán)利要求
1. 一種基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投的控制方法，其特征在于，該方法包括1)對每一個(gè)需要備用電源自投的變電站，在EMS系統(tǒng)中建立對應(yīng)的控制模型；2)利用EMS實(shí)時(shí)采集的遙測和遙信信息，驅(qū)動(dòng)備用電源自投的控制模型產(chǎn)生控制策略；3)利用EMS的安全分析功能校核所述控制策略的安全性，若滿足電網(wǎng)的安全運(yùn)行要求，則通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端驅(qū)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。
2. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟1)的控制模型包括測量模塊、 決策模塊和動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊；其中，所述測量模塊用于確定控制模型需要輸入的電網(wǎng)實(shí)時(shí) 的遙信和遙測數(shù)據(jù)；所述決策模塊用于根據(jù)遙信和遙測數(shù)據(jù)確定啟動(dòng)條件、閉鎖條件和 對應(yīng)的動(dòng)作策略，所述動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊用于把動(dòng)作策略轉(zhuǎn)化成遙控命令，并確定遙控命令 對應(yīng)的遙控廠站號和遙控點(diǎn)號，便于廠站端的RTU接收和執(zhí)行。
3. 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟2)利用EMS實(shí)時(shí)采集的遙測和遙 1言信息，驅(qū)動(dòng)備用電源自投的控制模型產(chǎn)生控制策略，具體包括以下步驟遍歷所有控制 模型，并進(jìn)行如下步驟21) 根據(jù)控制模型的測量模塊確定的遙信和遙測數(shù)據(jù)，從EMS系統(tǒng)獲取由開關(guān)跳閘、 保護(hù)動(dòng)作、安全自動(dòng)裝置動(dòng)作組成的遙信數(shù)據(jù)以及由母線的電壓幅值、線路的有功、無功 以及電流組成的設(shè)備的遙測數(shù)據(jù)；22) 利用步驟21)獲取的遙信和遙測實(shí)時(shí)信息，根據(jù)決策模塊確定的啟動(dòng)條件、閉 鎖條件和對應(yīng)的動(dòng)作策略，判斷啟動(dòng)條件和閉鎖條件是否滿足(由于啟動(dòng)條件和閉鎖條 件分別是一組邏輯條件，所以判斷啟動(dòng)條件和閉鎖條件的過程就是邏輯計(jì)算)，若啟動(dòng)條 件滿足而閉鎖條件不成立則發(fā)出決策模型中確定好的控制策略。
4. 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括31) 對控制策略進(jìn)行電網(wǎng)安全校驗(yàn)，檢查控制策略是否會引起電網(wǎng)中的線路或變壓器 過載或母線電壓過低情況；若存在所述情況，修正控制策略，轉(zhuǎn)步驟32);否則直接轉(zhuǎn)步 驟32);32) 根據(jù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模塊確定的遙控命令對應(yīng)的遙控廠站號和遙控點(diǎn)號，把控制策略 轉(zhuǎn)化為遙控命令通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端驅(qū)動(dòng)開關(guān) 動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投的控制方法，屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域，該方法包括在電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中建立電網(wǎng)電源備用自投的控制模型，利用電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)遙信和遙測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電網(wǎng)電源備用自投的控制模型，產(chǎn)生控制策略；系統(tǒng)自動(dòng)對控制策略對電網(wǎng)的安全性進(jìn)行校核或調(diào)整，然后把控制策略通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的遙控下發(fā)給變電站的遠(yuǎn)方終端驅(qū)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，達(dá)到備用電源自投的目的。本發(fā)明只需在EMS中維護(hù)電網(wǎng)備用電源自投的模型，不需要在變電站側(cè)安裝裝置和維護(hù)，在調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，基于EMS的電網(wǎng)備用電源自投就可以運(yùn)行，可以大大降低投資和維護(hù)成本。
文檔編號H02J9/06GK101286653SQ20081010598
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者具小平, 吳文傳, 孫宏斌, 張伯明, 王俏文, 郭慶來, 陶文偉 申請人:清華大學(xué);廣東電網(wǎng)公司深圳供電局