專利名稱：城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于運(yùn)行的城市電網(wǎng)中，采用智能方法對繼電保護(hù)、開關(guān)、安 全自動裝置、各種自動調(diào)節(jié)裝置及其參數(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)城市電網(wǎng)的穩(wěn) 定、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的技術(shù)方案，屬于電力系統(tǒng)理論、控制理論和人工智 能的交叉技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會的發(fā)展使得城市電網(wǎng)向著電壓等級復(fù)雜化、電源方式多樣化、長短 線路并存、架空線與電纜線并存、帶弱環(huán)的開環(huán)運(yùn)行方式、單負(fù)荷容量增大與動 態(tài)負(fù)荷增多的方向發(fā)展，同時要求城市電網(wǎng)具有更高的供電安全性與可靠性，自 愈控制技術(shù)就是在這一需求下應(yīng)用到電網(wǎng)中的一種新的控制模式。自愈控制技術(shù) 的誕生和發(fā)展是人工智能與控制理論發(fā)展的必然結(jié)果，和傳統(tǒng)的控制模式相比， 它具有自治性、智能性、適應(yīng)性、協(xié)調(diào)性、主動性和社會性等優(yōu)良特征，使被控 對象具備很強(qiáng)的自我愈合、自我防治、自我免疫能力。
傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)自動化系統(tǒng)分為三個層次，省級主網(wǎng)主要完成SCADA功能和EMS 功能，地區(qū)電網(wǎng)和縣級電網(wǎng)主要完成SCADA功能和PAS功能，而部分地區(qū)電網(wǎng)和 大部分縣級電網(wǎng)只具備SCADA功能。繼電保護(hù)、備用電源自投裝置、安全自動裝 置、自動調(diào)節(jié)裝置等與自動化系統(tǒng)相對孤立，SCADA系統(tǒng)與PAS應(yīng)用也不是一個整 體，不同的'PAS應(yīng)用之間也是孤立運(yùn)行，不存在相互協(xié)調(diào)，電網(wǎng)的各種信息存在 于各個信息孤島之中，整個電網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制是各自為政，缺乏統(tǒng)一的調(diào)度。保護(hù) 定值的整定與配合都是在離線狀態(tài)下按最大方式整定、按最小方式校驗(yàn)，缺乏對 保護(hù)的實(shí)時監(jiān)視和管理。
鑒于自愈控制技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)，在通訊、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中紛紛提出了自愈控制 方案，目前自愈控制在電網(wǎng)中的應(yīng)用只針對于輸電網(wǎng)，并且僅考慮對故障隱患的 處理和故障后的恢復(fù)，也沒有提出具體可行的控制策略。為了防止出現(xiàn)大面積停 電，在被中斷供電、解裂、切除后，城市電網(wǎng)要有自我恢復(fù)供電的能力，要求開 展城市電網(wǎng)規(guī)劃和改造工作，促進(jìn)電網(wǎng)與城市的協(xié)調(diào)發(fā)展，建成堅(jiān)強(qiáng)的城市電網(wǎng)， 提高供電能力和可靠性，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活 水平不斷提髙的要求。這就需要我們研究并實(shí)現(xiàn)新的控制模式，實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)、 二次系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和自動化的有效集成與協(xié)調(diào)控制。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法。城市電 網(wǎng)自愈控制通過進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，自動判斷城市電網(wǎng)當(dāng)前所處的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù) 城市電網(wǎng)所處的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)用智能方法進(jìn)行決策，實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)、開關(guān)、安 全自動裝置、自動調(diào)節(jié)裝置的自動控制，在期望時間內(nèi)促使城市電網(wǎng)轉(zhuǎn)向更好的 運(yùn)行狀態(tài)，使城市電網(wǎng)具備自愈能力，即使城市電網(wǎng)能夠順利渡過緊急情況、及 時恢復(fù)供電，運(yùn)行時滿足安全約束，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，對于負(fù)荷變化等擾動具 有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。
技術(shù)方案城市電網(wǎng)的自愈控制通過對城市電網(wǎng)狀態(tài)的自動辨識，并根據(jù)實(shí) 際條件進(jìn)行控制決策，統(tǒng)一協(xié)調(diào)裝置與調(diào)度自動化系統(tǒng)，協(xié)調(diào)緊急情況與非緊急 情況、異常情況與正常情況下的電網(wǎng)控制，形成分散控制與集中控制、局部控制 與整個城市電網(wǎng)的綜合控制相協(xié)調(diào)的控制模式，體現(xiàn)出城市電網(wǎng)的自愈能力。為 此，完整定義了城市電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、以及各種運(yùn)行狀態(tài)與相應(yīng)控制之間的關(guān)系。
本發(fā)明的城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法采用基于自愈控制技術(shù)的城市電網(wǎng)一 體化協(xié)調(diào)控制模式，信號的處理和控制策略的生產(chǎn)具有自適應(yīng)性，無需外界干預(yù) 自動完成控制過程，協(xié)調(diào)繼電保護(hù)裝置、開關(guān)、安全自動裝置、自動調(diào)節(jié)裝置的 動作行為，具體歩驟如下
1) 首先，電壓電流互感器分別將城市電網(wǎng)各處的電壓、電流信號變換為弱電 信號，傳感器將開關(guān)的動作特性、觸頭溫度變換為弱電信號，繼電保護(hù)裝置接收 到變換后的電壓、電流信號后與當(dāng)前保護(hù)定值區(qū)的定值進(jìn)行比較，大于動作啟動 值時觸發(fā)繼電器將開關(guān)跳開以切除故障，備用電源自投裝置接收到變換后的電壓、 電流信號和開關(guān)狀態(tài)后與動作閥值比較，滿足動作條件時觸發(fā)繼電器合上備用電 源開關(guān)，所有變換后的弱電信號、繼電保護(hù)裝置和備用電源自投裝置的動作情況、 動作前后開關(guān)的狀態(tài)以報(bào)文方式通過遠(yuǎn)程測控終端和電力通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給前置模 塊；
2) 前置模塊接收到報(bào)文后對信號進(jìn)行解析還原，并進(jìn)行濾波處理，過濾錯誤 信息后將信號傳遞給控制決策模塊，控制決策模塊將接收到的電壓電流值與正常 電壓電流值進(jìn)行比較、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性檢査，若負(fù)荷處的電壓電流不在正常 值范圍內(nèi)、且與電源不連通時，執(zhí)行拓?fù)浞治鲚敵鰧Ψ枪收系氖щ娯?fù)荷的恢復(fù)供 電方案，并按遙控報(bào)文格式組織開關(guān)動作和保護(hù)定值區(qū)修改的控制信號，發(fā)送給 前置模塊；
3) 不存在失電負(fù)荷時，控制決策模塊進(jìn)行拓?fù)渥粉欂?fù)荷的電源，當(dāng)負(fù)荷的電 源中只有分布式電源時，利用接收到的頻率、電壓、電流信號對孤島內(nèi)的有功功 率和無功功率進(jìn)行平衡計(jì)算以輸出切機(jī)、切負(fù)荷方案，并按遙控報(bào)文格式組織有 功無功電源和負(fù)荷的控制信號，發(fā)送給前置模塊；4) 不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系時，控制決策模塊利用接收到 的電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號和存儲歷史的電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行狀態(tài) 辨識，并與存儲的故障特征量比較，當(dāng)故障特征量不存在時按遙控報(bào)文格式組織 安全自動裝置的調(diào)控命令信號，發(fā)送給前置模塊；
5) 無故障發(fā)生、不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系時，控制決策模 塊將接收到的開關(guān)特征信息與出廠技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際值不在正常范圍時 確定丌關(guān)存在異常，然后設(shè)置異常丌關(guān)退出并逐步增大功率，計(jì)算各種功率情況 下城市電網(wǎng)的臨界電壓，將當(dāng)前運(yùn)行情況與臨界電壓、電壓和電流的正常運(yùn)行范 圍進(jìn)行比較，當(dāng)存在電壓失穩(wěn)趨勢、過負(fù)荷或電壓越限信號時，經(jīng)過拓?fù)渑c靈敏 度計(jì)算輸出轉(zhuǎn)移負(fù)荷的路徑、電容器投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)策略，并按遙控報(bào) 文格式組織控制信號，發(fā)送給前置模塊；
6) 無故障發(fā)生、不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系、無異常情況時， 控制決策模塊利用接收到的繼電保護(hù)裝置動作信號、動作前后開關(guān)的狀態(tài)信號和 動作前后的電壓電流信號進(jìn)行繼電保護(hù)、開關(guān)動作邏輯因果追蹤確定故障的位置 與類型，然后對比繼電保護(hù)裝置和開關(guān)的實(shí)際動作行為與應(yīng)有動作邏輯，不一致 時確定為誤動或拒動，并檢驗(yàn)繼電保護(hù)的選擇性、靈敏性和速動性，對不滿足要 求的保護(hù)定值進(jìn)行整定計(jì)算，選擇能適應(yīng)當(dāng)前運(yùn)行方式的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)， 按遙控報(bào)文格式組織控制信號，發(fā)送給前置模塊；
7) 未接收到信號時，控制決策模塊在定時器觸發(fā)下啟動從前置模塊采集電壓、 電流、開關(guān)狀態(tài)信號和運(yùn)行維修記錄，進(jìn)行狀態(tài)辨識，與城市電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特征 進(jìn)行比較，如果不存在失電負(fù)荷、供電孤島、故障、過負(fù)荷、電壓越限、電壓失 穩(wěn)趨勢、設(shè)備異常、高低壓電磁環(huán)網(wǎng)、二次系統(tǒng)安全隱患，則結(jié)合存儲的設(shè)備運(yùn) 行年限與壽命曲線得出故障發(fā)生概率，開斷故障概率大于閥值的設(shè)備計(jì)算潮流分 布，與安全閾值比較得到安全裕度和破壞安全約束的預(yù)想事故，并對當(dāng)前運(yùn)行電 網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性檢査，如果從一點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過一些設(shè)備后能回到出發(fā)點(diǎn)，則 所經(jīng)過的路徑為高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，然后經(jīng)過拓?fù)漭敵鼋猸h(huán)與負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，并按 遙控報(bào)文格式組織開關(guān)操作信號，發(fā)送給前置模塊；
8) 如果任意設(shè)備退出運(yùn)行時城市電網(wǎng)仍然能正常運(yùn)行，則對歷史負(fù)荷進(jìn)行延 拓處理，得出負(fù)荷的變化趨勢，然后結(jié)合接收到的當(dāng)前電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信 號對各種運(yùn)行方式下的網(wǎng)損進(jìn)行計(jì)算、比較，得到網(wǎng)損最小的運(yùn)行方式以及由當(dāng) 前運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)損最小運(yùn)行方式所需要進(jìn)行的操作，進(jìn)一歩根據(jù)新的運(yùn)行方 式和負(fù)荷的變化趨勢，計(jì)算無功潮流和功率因數(shù)，改變無功電源出力直到城市電 網(wǎng)的無功潮流減小、功率因數(shù)增大且大于功率因數(shù)限值、網(wǎng)損減小時確定為無功 補(bǔ)償設(shè)備的最終運(yùn)行狀態(tài)，最后按遙控報(bào)文格式組織開關(guān)操作和變壓器分接頭操 作的命令信號，發(fā)送給前置模塊；9) 如果網(wǎng)損最小運(yùn)行方式與當(dāng)前運(yùn)行方式相同，則利用接收到的歷史電壓電
流信號、預(yù)測負(fù)荷數(shù)據(jù)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對城市電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀進(jìn)行評估，比較負(fù)荷變
化前后各種運(yùn)行方式下的功率分布和電壓的變化情況，輸出當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、有功
電源或無功電源不能滿足負(fù)荷及其
變化的情況，以及調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、有功電源或無功電源的策略。
10) 前置模塊接收到控制命令信號時，通過電力通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程測控裝 置執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。
其中執(zhí)行拓?fù)浞治鲚敵鰧Ψ枪收系氖щ娯?fù)荷的恢復(fù)供電方案的方法為比較 各備用電源的功率，得到電源功率大于負(fù)荷且操作開關(guān)最少的供電方式，如果沒 有可行的供電方式能恢復(fù)對所有負(fù)荷的供電則根據(jù)負(fù)荷的重要性進(jìn)行排序，將大 于電源功率且重要性低的負(fù)荷確定為停電負(fù)荷，然后對操作后的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn) 行保護(hù)定值整定計(jì)算，選擇能適應(yīng)該運(yùn)行方式的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)。
對孤島內(nèi)的有功功率和無功功率進(jìn)行平衡計(jì)算以輸出切機(jī)、切負(fù)荷方案的方 法為控制決策模塊利用接收到的孤島內(nèi)的頻率、電壓、電流信號進(jìn)行功率平衡計(jì) 算，如果孤島內(nèi)電源能發(fā)出的總功率小于總負(fù)荷則根據(jù)負(fù)荷的重要性進(jìn)行排序， 將大于電源功率且重要性低的負(fù)荷確定為停電負(fù)荷，如果發(fā)電機(jī)出力遠(yuǎn)大于總負(fù) 荷則根據(jù)發(fā)電機(jī)的出力進(jìn)行排序，出力大小與功率差額最接近的發(fā)電機(jī)確定為停 發(fā)機(jī)組；在孤島內(nèi)功率平衡基礎(chǔ)上逐歩增大孤島內(nèi)的負(fù)荷功率，計(jì)算各種功率情 況下孤島的臨界電壓，將當(dāng)前運(yùn)行情況與臨界電壓進(jìn)行比較，存在電壓失穩(wěn)趨勢 時對最接近臨界電壓處的電容器、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷進(jìn)行控制，使孤島內(nèi)不發(fā)生電壓 失穩(wěn)現(xiàn)象。
經(jīng)過拓?fù)渑c靈敏度計(jì)算輸出轉(zhuǎn)移負(fù)荷的路徑、電容器投切和變壓器分接頭調(diào) 節(jié)策略的方法為設(shè)置異常設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)為退出，計(jì)算城市電網(wǎng)各種運(yùn)行方式和 無功補(bǔ)償方式下的功率分布、電壓分布、以及負(fù)荷增長時的臨界電壓，并將各種 運(yùn)行情況與電壓和電流的正常運(yùn)行范圍進(jìn)行比較，得到電壓和電流都沒有超出正 常運(yùn)行范圍的運(yùn)行方式，然后將當(dāng)前負(fù)荷下城市電網(wǎng)的臨界電壓與同樣運(yùn)行方式 下負(fù)荷增長時的臨界電壓進(jìn)行比較，選出安全裕度最大的運(yùn)行方式，然后對此運(yùn) 行方式進(jìn)行保護(hù)定值整定計(jì)算，選擇能適應(yīng)此運(yùn)行方式的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)， 從而得出當(dāng)前運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)樵撨\(yùn)行方式需要進(jìn)行的開關(guān)操作、電容器投切或變 壓器分接頭調(diào)節(jié)情況，以及操作順序。
經(jīng)過拓?fù)漭敵鼋猸h(huán)與負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案的方法為依次設(shè)置高低壓電磁環(huán)網(wǎng)中每個 設(shè)備的狀態(tài)為退出，計(jì)算退出前后功率的變化量，并進(jìn)行排序，變化量最小的設(shè) 備確定為解環(huán)點(diǎn)，然后退出破壞安全約束的預(yù)想事故設(shè)備，計(jì)算城市電網(wǎng)潮流分 布，并與最大允許功率進(jìn)行比較，大于最大允許功率時，改變開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)重新 計(jì)算潮流分布，如果始終不能將所有線路功率減小到最大允許值之下，則改變丌關(guān)狀態(tài)調(diào)整現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式，均衡負(fù)荷的分布，使得在破壞安全約束的預(yù)想 事故設(shè)備退出情況下所有線路的功率都小于最大允許值，比較當(dāng)前運(yùn)行方式與新 運(yùn)行方式得出需要操作的丌關(guān)及操作順序。
有益效果本方案將自愈控制技術(shù)應(yīng)用到城市電網(wǎng)中可以得到如下的效果-
1、 一體化決策
本方案將各種裝置的動作及其參數(shù)的設(shè)置與調(diào)度端的控制決策、緊急情況與 非緊急情況、異常情況與正常情況作為一個整體進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生信 息孤島與控制孤島。
2、 智能化決策
本方案根據(jù)各種裝置與調(diào)度端、緊急情況與非緊急情況、異常情況與正常情 況的不同特點(diǎn)，采用與各自相適應(yīng)的智能方法進(jìn)行決策，使整個控制決策與控制 過程智能化。
3、 自治性與協(xié)調(diào)性
本方案中各種裝置具有一定的自治性，當(dāng)沒有接到調(diào)度端的命令時自主進(jìn)行 決策與控制，同時也能根據(jù)調(diào)度端的控制信號進(jìn)行操作，保證城市電網(wǎng)各部分之 間的協(xié)調(diào)性。各種控制具有一定的自治性，各自在相應(yīng)的觸發(fā)條件下進(jìn)行決策與 控制，必要時由總的控制進(jìn)行協(xié)調(diào)，保證同一時間實(shí)施的控制措施之間協(xié)調(diào)，不 同時刻執(zhí)行的控制措施之間能協(xié)調(diào)，避免控制的混亂。
4、 冗余性與可靠性
本方案充分利用數(shù)據(jù)采集得到的冗余信息進(jìn)行分析，確保城市電網(wǎng)狀態(tài)的準(zhǔn) 確辨識。從不同的控制目標(biāo)和不同的角度出發(fā)進(jìn)行決策，相互之間進(jìn)行校核，保 證控制決策的正確性與可靠性。
5、 適應(yīng)性
本方案能在各種情況下對城市電網(wǎng)進(jìn)行控制，適應(yīng)能力強(qiáng)。在緊急情況下確 保負(fù)荷的正常供電，在現(xiàn)有條件下不能保證所有負(fù)荷的供電時優(yōu)先對重要負(fù)荷進(jìn) 行供電，能消除城市電網(wǎng)中出現(xiàn)的異常情況和安全隱患，在城市電網(wǎng)能夠安全正 常供電時盡量提高供電的經(jīng)濟(jì)性與電網(wǎng)的健壯性。
圖1是城市電網(wǎng)自愈控制方案的框架結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1中緊急控制與恢復(fù)控制的功能流。 圖3是圖1中孤島控制的功能流。 圖4是圖1中校正控制的功能流。 圖5是圖1中預(yù)防控制的功能流。 圖6是圖1中優(yōu)化控制的功能流。圖7是圖1中健壯控制的功能流。
具體實(shí)施例方式
城市電網(wǎng)自愈控制方案是根據(jù)城市電網(wǎng)當(dāng)前所處的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，使其 達(dá)到一種更佳的運(yùn)行狀態(tài)，從而保證城市電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 具體的控制過程如下
1) 首先，電壓電流互感器分別將城市電網(wǎng)各處的電壓、電流信號變換為弱電 信號，傳感器將開關(guān)的動作特性、觸頭溫度變換為弱電信號，繼電保護(hù)裝置接收 到變換后的電壓、電流信號后與當(dāng)前保護(hù)定值區(qū)的定值進(jìn)行比較，大于動作啟動
值如定值O區(qū)為當(dāng)前保護(hù)定值區(qū)、電流I段定值為7A、采集到的平山311線路電 流為9. 3A時觸發(fā)繼電器將洪將臺311開關(guān)跳開以切除故障；重合閘合上跳開的洪 將臺311開關(guān)，此時檢測到平山311線路電流仍為9.3A，重合閘再次跳開剛合上 的洪將臺311開關(guān)，此次重合失?。粋溆秒娫醋酝堆b置接收到變換后的電壓、電 流信號和開關(guān)狀態(tài)后與動作閥值比較，滿足動作條件如平山35kV I段母線電壓為 0.0 kV、平山35kVII段母線電壓為35.64kV、平山310母聯(lián)開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)為斷 開時觸發(fā)繼電器合上此時的備用電源開關(guān)，即平山310母聯(lián)開關(guān)，所有變換后的 弱電信號、繼電保護(hù)裝置和備用電源自投裝置的動作情況、動作前后開關(guān)的狀態(tài) 以報(bào)文方式通過遠(yuǎn)程測控終端和電力通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給前置模塊；
2) 前置模塊接收到報(bào)文后對信號進(jìn)行解析還原，并進(jìn)行濾波處理，如采集到 平山10kV母線電壓為3. 21kV、處理后為0. OkV，過濾錯誤信息后將信號傳遞給控 制決策模塊，控制決策模塊將接收到的電壓電流值與正常電壓電流值進(jìn)行比較、 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性檢査，若負(fù)荷處的電壓電流不在正常范圍內(nèi)、且與電源不連 通時確定為失電負(fù)荷，如平山10kV母線電壓為0.0kV，小于正常電壓9.8kV，且 平山10kV母線與電源的連接通路被切斷，則確定連接到該母線的負(fù)荷為失電負(fù)荷， 然后執(zhí)行拓?fù)浞治鲚敵鰧Ψ枪收系氖щ娯?fù)荷的恢復(fù)供電方案如連接到平山10kV母 線的負(fù)荷的恢復(fù)供電方案為平山304開關(guān)分閘、303開關(guān)合閘，并按遙控報(bào)文格式 組織開關(guān)動作和保護(hù)定值區(qū)修改的控制信號，發(fā)送給前置模塊；
3) 不存在失電負(fù)荷時，控制決策模塊進(jìn)行拓?fù)渥粉欂?fù)荷的電源，當(dāng)負(fù)荷的電 源中只有分布式電源時確定為供電孤島，如只有同源電廠為洪將臺的308程橋負(fù) 荷和東門變的所有負(fù)荷供電，這些負(fù)荷與同源電廠及其相互之間的連接組成一個 供電孤島，然后利用接收到的頻率、電壓、電流信號對孤島內(nèi)的有功功率和無功 功率進(jìn)行平衡計(jì)算以輸出切機(jī)、切負(fù)荷方案，如洪將臺308程橋負(fù)荷和東門變的 所有負(fù)荷之和為23MW，大于同源電廠最大出力15MW，孤島內(nèi)的有功功率不平衡， 經(jīng)過排序，東門變的108延安負(fù)荷、106延邊負(fù)荷重要性最低，輸出的切負(fù)荷方案為切除108延安負(fù)荷和106延邊負(fù)荷，并按遙控報(bào)文格式組織有功無功電源和負(fù) 荷的控制信號，發(fā)送給前置模塊；
4) 不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系時，控制決策模塊利用接收到 的電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號和存儲的歷史電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行狀態(tài) 辨識，如采集到六合767開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)為合上、767六東線東門側(cè)電壓為 116.52kV、辨識出767六東線無故障，并與存儲的故障特征量(767六東線故障) 比較，當(dāng)故障特征量不存在時按遙控報(bào)文格式組織安全自動裝置的調(diào)控命令信號， 如調(diào)節(jié)東門767丌關(guān)兩側(cè)電壓差減小到5. 5kV、兩側(cè)頻率差減小到0. lHz，發(fā)送給 前置模塊；
5) 無故障發(fā)生、不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系時，控制決策模 塊將接收到的開關(guān)特征信息與出廠技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際值不在正常范圍時 確定開關(guān)存在異常，如金牛310丌關(guān)的分閘時間56. 9ms、分閘速度0. 82m/s、出 廠參數(shù)中分閘時間為小于等于50ms、分閘速度為0. 9~1. 3 m/s之間，實(shí)際分閘時 間過長、分閘速度過慢，故該開關(guān)存在異常，然后設(shè)置異常開關(guān)退出并逐步增大 功率，如將馬四負(fù)荷從2.4MW按0. 1MW的步長逐歩增大到60MW，計(jì)算各種功率情 況下城市電網(wǎng)的臨界電壓，將當(dāng)前運(yùn)行情況如馬集35kVII段母線電壓為30.97kV、 馬集ltt主變35kV側(cè)電流為78. 3A與臨界電壓如馬集35kVII段母線為23. 7kV、電 壓和電流的JH常運(yùn)行范圍如35kV母線電壓為31. 5~38. 5kV、馬集1#主變35kV側(cè) 電流為505A進(jìn)行比較，當(dāng)存在電壓失穩(wěn)趨勢、過負(fù)荷或電壓越限信號如馬集35kV n段母線電壓低于正常運(yùn)行范圍時，經(jīng)過拓?fù)渑c靈敏度計(jì)算輸出轉(zhuǎn)移負(fù)荷的路徑、 電容器投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)策略，如金牛310開關(guān)分閘、金牛387開關(guān)合閘、 升高馬集ltt主變檔位，并按遙控報(bào)文格式組織控制信號，發(fā)送給前置模塊；
6) 無故障發(fā)生、不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系、無異常情況時， 控制決策模塊利用接收到的繼電保護(hù)裝置動作信號、動作前后開關(guān)的狀態(tài)信號和 動作前后的電壓電流信號進(jìn)行繼電保護(hù)、開關(guān)動作邏輯因果追蹤確定故障的位置 與類型，如768六洪1S線和769六洪2tt線的電流II段保護(hù)動作分別跳開六合768 開關(guān)、六合769丌關(guān)，動作前平山35kVl段母線電壓為3.2kV、 10kV母線電壓為 0.9kV、 311平山線電流為6.7A,確定故障發(fā)生在311平山線，然后對比繼電保護(hù) 裝置和開關(guān)的實(shí)際動作行為與應(yīng)有動作邏輯，不一致時確定為誤動或拒動，如311 平山線洪將臺側(cè)電流I段保護(hù)確定為拒動，并檢驗(yàn)繼電保護(hù)的選擇性、靈敏性和 速動性，對不滿足要求的保護(hù)定值進(jìn)行整定計(jì)算，選擇能適應(yīng)城市電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài) 的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)，如將311平山線洪將臺側(cè)電流I段保護(hù)的當(dāng)前定值區(qū) 修改為定值O區(qū)，按遙控報(bào)文格式組織控制信號，發(fā)送給前置模塊；
7) 未接收到信號時，控制決策模塊在定時器觸發(fā)下啟動從前置模塊采集電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號和運(yùn)行維修記錄，進(jìn)行狀態(tài)辨識，與城市電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特征 進(jìn)行比較，如果不存在失電負(fù)荷、供電孤島、故障、過負(fù)荷、電壓越限、電壓失 穩(wěn)趨勢、設(shè)備異常、高低壓電磁環(huán)網(wǎng)、二次系統(tǒng)安全隱患，則結(jié)合存儲的設(shè)備運(yùn) 行年限與壽命曲線得出故障發(fā)生概率，分別丌斷故障概率大于閥值如0.1的設(shè)備 如714洪馬ltt線、715洪馬2#線、770六金線計(jì)算潮流分布，與安全閾值比較得 到安全裕度和破壞安全約束的預(yù)想事故，如714洪馬1S線，并對當(dāng)前運(yùn)行電網(wǎng)進(jìn) 行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性檢査，如果從一點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過一些設(shè)備后能回到出發(fā)點(diǎn)，則所經(jīng) 過的路徑為高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，然后經(jīng)過拓?fù)漭敵鼋猸h(huán)與負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，如馬集710 開關(guān)分閘、平山303開關(guān)合閘將馬集ltt主變的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到平山變，并按遙控報(bào)文 格式組織開關(guān)操作信號，發(fā)送給前置模塊；
8) 如果任意設(shè)備退出運(yùn)行時城市電網(wǎng)仍然能正常運(yùn)行，則對歷史負(fù)荷進(jìn)行延 拓處理，得出負(fù)荷的變化趨勢，然后結(jié)合接收到的當(dāng)前電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信 號對各種運(yùn)行方式下的網(wǎng)損進(jìn)行計(jì)算、比較，得到網(wǎng)損最小的運(yùn)行方式以及由當(dāng) 前運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)損最小運(yùn)行方式所需要進(jìn)行的操作，如斷開平山303開關(guān)、 合上平山304開關(guān)，進(jìn)一歩根據(jù)新的運(yùn)行方式和負(fù)荷的變化趨勢，計(jì)算無功潮流 和功率因數(shù)，改變無功電源出力直到城市電網(wǎng)的無功潮流減小、功率因數(shù)增大且 大于功率因數(shù)限值、網(wǎng)損減小時確定為無功補(bǔ)償設(shè)備的最終運(yùn)行狀態(tài)，如投入馬 集115電容器、升高洪將臺ltt主變檔位，最后按遙控報(bào)文格式組織開關(guān)操作和變 壓器分接頭操作的命令信號，發(fā)送給前置模塊；
9) 如果網(wǎng)損最小運(yùn)行方式與當(dāng)前運(yùn)行方式相同，則利用接收到隱患，任意設(shè) 備退出運(yùn)行時城市電網(wǎng)仍然能正常運(yùn)行，且對于當(dāng)前負(fù)荷分布情況按當(dāng)前方式運(yùn) 行網(wǎng)損最小、運(yùn)行成本最低，則確定城市電網(wǎng)處于優(yōu)化正常運(yùn)行狀態(tài)，此時利用 獲的歷史電壓電流信號、預(yù)測負(fù)荷數(shù)據(jù)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對城市電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀進(jìn)行評 估，比較負(fù)荷變化前后各種運(yùn)行方式下的功率分布和電壓的變化情況，輸出當(dāng)前 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、有功電源或無功電源不能滿足負(fù)荷及其變化的情況，如馬集變的負(fù)荷 成3倍以上速度增長，在達(dá)到65MW后，僅由714洪馬1#線和715洪馬2#線供電 不可靠，當(dāng)一條線檢修時，另一條線不能承擔(dān)所有負(fù)荷的供電，然后列出調(diào)整電 網(wǎng)結(jié)構(gòu)、有功電源或無功電源的策略，如在馬集變附近建一座分布式電源；
10) 前置模塊接收到控制命令信號時，通過電力通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程測控裝 置執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。
權(quán)利要求
1.一種城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法，其特征在于采用基于自愈控制技術(shù)的城市電網(wǎng)一體化協(xié)調(diào)控制模式，信號的處理和控制策略的產(chǎn)生具有自適應(yīng)性，無需外界干預(yù)自動完成控制過程，協(xié)調(diào)繼電保護(hù)裝置、開關(guān)、安全自動裝置、自動調(diào)節(jié)裝置的動作行為，具體步驟如下1)首先，電壓電流互感器分別將城市電網(wǎng)各處的電壓、電流信號變換為弱電信號，傳感器將開關(guān)的動作特性、觸頭溫度變換為弱電信號，繼電保護(hù)裝置接收到變換后的電壓、電流信號后與當(dāng)前保護(hù)定值區(qū)的定值進(jìn)行比較，大于動作啟動值時觸發(fā)繼電器將開關(guān)跳開以切除故障，備用電源自投裝置接收到變換后的電壓、電流信號和開關(guān)狀態(tài)后與動作閥值比較，滿足動作條件時觸發(fā)繼電器合上備用電源開關(guān)，所有變換后的弱電信號、繼電保護(hù)裝置和備用電源自投裝置的動作情況、動作前后開關(guān)的狀態(tài)以報(bào)文方式通過遠(yuǎn)程測控終端和電力通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給前置模塊；2)前置模塊接收到報(bào)文后對信號進(jìn)行解析還原，并進(jìn)行濾波處理，過濾錯誤信息后將信號傳遞給控制決策模塊，控制決策模塊將接收到的電壓電流值與正常電壓電流值進(jìn)行比較、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性檢查，若負(fù)荷處的電壓電流不在正常值范圍內(nèi)、且與電源不連通時，執(zhí)行拓?fù)浞治鲚敵鰧Ψ枪收系氖щ娯?fù)荷的恢復(fù)供電方案，并按遙控報(bào)文格式組織開關(guān)動作和保護(hù)定值區(qū)修改的控制信號，發(fā)送給前置模塊；3)不存在失電負(fù)荷時，控制決策模塊進(jìn)行拓?fù)渥粉欂?fù)荷的電源，當(dāng)負(fù)荷的電源中只有分布式電源時，利用接收到的頻率、電壓、電流信號對孤島內(nèi)的有功功率和無功功率進(jìn)行平衡計(jì)算以輸出切機(jī)、切負(fù)荷方案，并按遙控報(bào)文格式組織有功無功電源和負(fù)荷的控制信號，發(fā)送給前置模塊；4)不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系時，控制決策模塊利用接收到的電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號和存儲的歷史電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號進(jìn)行狀態(tài)辨識，并與存儲的故障特征量比較，當(dāng)故障特征量不存在時按遙控報(bào)文格式組織安全自動裝置的調(diào)控命令信號，發(fā)送給前置模塊；5)無故障發(fā)生、不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系時，控制決策模塊將接收到的開關(guān)特征信息與出廠技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際值不在正常范圍時確定開關(guān)存在異常，然后設(shè)置異常開關(guān)退出并逐步增大功率，計(jì)算各種功率情況下城市電網(wǎng)的臨界電壓，將當(dāng)前運(yùn)行情況與臨界電壓、電壓和電流的正常運(yùn)行范圍進(jìn)行比較，當(dāng)存在電壓失穩(wěn)趨勢、過負(fù)荷或電壓越限信號時，經(jīng)過拓?fù)渑c靈敏度計(jì)算輸出轉(zhuǎn)移負(fù)荷的路徑、電容器投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)策略，并按遙控報(bào)文格式組織控制信號，發(fā)送給前置模塊；6)無故障發(fā)生、不存在失電負(fù)荷且負(fù)荷與大電網(wǎng)有電氣聯(lián)系、無異常情況時，控制決策模塊利用接收到的繼電保護(hù)裝置動作信號、動作前后開關(guān)的狀態(tài)信號和動作前后的電壓電流信號進(jìn)行繼電保護(hù)、開關(guān)動作邏輯因果追蹤確定故障的位置與類型，然后對比繼電保護(hù)裝置和開關(guān)的實(shí)際動作行為與應(yīng)有動作邏輯，不一致時確定為誤動或拒動，并檢驗(yàn)繼電保護(hù)的選擇性、靈敏性和速動性，對不滿足要求的保護(hù)定值進(jìn)行整定計(jì)算，選擇能適應(yīng)當(dāng)前運(yùn)行方式的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)，按遙控報(bào)文格式組織控制信號，發(fā)送給前置模塊；7)未接收到信號時，控制決策模塊在定時器觸發(fā)下啟動從前置模塊采集電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號和運(yùn)行維修記錄，進(jìn)行狀態(tài)辨識，與城市電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特征進(jìn)行比較，如果不存在失電負(fù)荷、供電孤島、故障、過負(fù)荷、電壓越限、電壓失穩(wěn)趨勢、設(shè)備異常、高低壓電磁環(huán)網(wǎng)、二次系統(tǒng)安全隱患，則結(jié)合存儲的設(shè)備運(yùn)行年限與壽命曲線得出故障發(fā)生概率，開斷故障概率大于閥值的設(shè)備計(jì)算潮流分布，與安全閾值比較得到安全裕度和破壞安全約束的預(yù)想事故，并對當(dāng)前運(yùn)行電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性檢查，如果從一點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過一些設(shè)備后能回到出發(fā)點(diǎn)，則所經(jīng)過的路徑為高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，然后經(jīng)過拓?fù)漭敵鼋猸h(huán)與負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，并按遙控報(bào)文格式組織開關(guān)操作信號，發(fā)送給前置模塊；8)如果任意設(shè)備退出運(yùn)行時城市電網(wǎng)仍然能正常運(yùn)行，則對歷史負(fù)荷進(jìn)行延拓處理，得出負(fù)荷的變化趨勢，然后結(jié)合接收到的當(dāng)前電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)信號對各種運(yùn)行方式下的網(wǎng)損進(jìn)行計(jì)算、比較，得到網(wǎng)損最小的運(yùn)行方式以及由當(dāng)前運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)損最小運(yùn)行方式所需要進(jìn)行的操作，進(jìn)一步根據(jù)新的運(yùn)行方式和負(fù)荷的變化趨勢，計(jì)算無功潮流和功率因數(shù)，改變無功電源出力直到城市電網(wǎng)的無功潮流減少、功率因數(shù)增大且大于功率因數(shù)限值、網(wǎng)損減小時確定為無功補(bǔ)償設(shè)備的最終運(yùn)行狀態(tài)，最后按遙控報(bào)文格式組織開關(guān)操作和變壓器分接頭操作的命令信號，發(fā)送給前置模塊；9)如果網(wǎng)損最小運(yùn)行方式與當(dāng)前運(yùn)行方式相同，則利用接收到的歷史電壓電流信號、預(yù)測負(fù)荷數(shù)據(jù)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對城市電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀進(jìn)行評估，比較負(fù)荷變化前后各種運(yùn)行方式下的功率分布和電壓的變化情況，輸出當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、有功電源或無功電源不能滿足負(fù)荷及其變化的情況，以及調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、有功電源或無功電源的策略；10)前置模塊接收到控制命令信號時，通過電力通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程測控裝置執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法，其特征在于執(zhí)行拓?fù)浞治鲚敵鰧Ψ枪收系氖щ娯?fù)荷的恢復(fù)供電方案，其方法為比較各備用電源的 功率，得到電源功率大于負(fù)荷且操作開關(guān)最少的供電方式，如果沒有可行的供電 方式能恢復(fù)對所有負(fù)荷的供電則根據(jù)負(fù)荷的重要性進(jìn)行排序，將大于電源功率且 重要性低的負(fù)荷確定為停電負(fù)荷，然后對操作后的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行保護(hù)定值整 定計(jì)算，選擇能適應(yīng)該運(yùn)行方式的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法，其特征在于對孤 島內(nèi)的有功功率和無功功率進(jìn)行平衡計(jì)算以輸出切機(jī)、切負(fù)荷方案，其方法為控 制決策模塊利用接收到的孤島內(nèi)的頻率、電壓、電流信號進(jìn)行功率平衡計(jì)算，如 果孤島內(nèi)電源能發(fā)出的總功率小于總負(fù)荷則根據(jù)負(fù)荷的重要性進(jìn)行排序，將大于 電源功率且重要性低的負(fù)荷確定為停電負(fù)荷，如果發(fā)電機(jī)出力遠(yuǎn)大于總負(fù)荷則根 據(jù)發(fā)電機(jī)的出力進(jìn)行排序，出力大小與功率差額最接近的發(fā)電機(jī)確定為停發(fā)機(jī)組； 在孤島內(nèi)功率平衡基礎(chǔ)上逐步增大孤島內(nèi)的負(fù)荷功率，計(jì)算各種功率情況下孤島的臨界電壓，將當(dāng)前運(yùn)行情況與臨界電壓進(jìn)行比較，存在電壓失穩(wěn)趨勢時對最接 近臨界電壓處的電容器、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷進(jìn)行控制，使孤島內(nèi)不發(fā)生電壓失穩(wěn)現(xiàn)象。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法，其特征在于經(jīng)過 拓?fù)渑c靈敏度計(jì)算輸出轉(zhuǎn)移負(fù)荷的路徑、電容器投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)策略， 其方法為設(shè)置異常設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)為退出，計(jì)算城市電網(wǎng)各種運(yùn)行方式和無功補(bǔ) 償方式下的功率分布、電壓分布、以及負(fù)荷增長時的臨界電壓，并將各種運(yùn)行情 況與電壓和電流的正常運(yùn)行范圍進(jìn)行比較，得到電壓和電流都沒有超出正常運(yùn)行 范圍的運(yùn)行方式，然后將當(dāng)前負(fù)荷下城市電網(wǎng)的臨界電壓與同樣運(yùn)行方式下負(fù)荷 增長時的臨界電壓進(jìn)行比較，選出安全裕度最大的運(yùn)行方式，然后對此運(yùn)行方式 進(jìn)行保護(hù)定值整定計(jì)算，選擇能適應(yīng)此運(yùn)行方式的定值區(qū)作為當(dāng)前定值區(qū)，從而 得出當(dāng)前運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)樵撨\(yùn)行方式需要進(jìn)行的開關(guān)操作^電容器投切或變壓器 分接頭調(diào)節(jié)情況，以及操作順序。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法，其特征在于經(jīng)過 拓?fù)漭敵鼋猸h(huán)與負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，其方法為依次設(shè)置高低壓電磁環(huán)網(wǎng)中每個設(shè)備的 狀態(tài)為退出，計(jì)算退出前后功率的變化量，并進(jìn)行排序，變化量最小的設(shè)備確定 為解環(huán)點(diǎn)，然后退出破壞安全約束的預(yù)想事故設(shè)備，計(jì)算城市電網(wǎng)潮流分布，并 與最大允許功率進(jìn)行比較，大于最大允許功率時，改變開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)重新計(jì)算潮 流分布，如果始終不能將所有線路功率減小到最大允許值之下，則改變開關(guān)狀態(tài) 調(diào)整現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式，均衡負(fù)荷的分布，使得在破壞安全約束的預(yù)想事故設(shè) 備退出情況下所有線路的功率都小于最大允許值，比較當(dāng)前運(yùn)行方式與新運(yùn)行方 式得出需要操作的開關(guān)及操作順序。
全文摘要
城市電網(wǎng)運(yùn)行的自愈控制方法是一種用于運(yùn)行的城市電網(wǎng)中，采用基于自愈控制技術(shù)的城市電網(wǎng)一體化協(xié)調(diào)控制模式，信號的處理和控制策略的產(chǎn)生具有自適應(yīng)性，無需外界干預(yù)自動完成控制過程，協(xié)調(diào)繼電保護(hù)裝置、開關(guān)、安全自動裝置、自動調(diào)節(jié)裝置的動作行為，對繼電保護(hù)、開關(guān)、安全自動裝置、各種自動調(diào)節(jié)裝置及其參數(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)城市電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的技術(shù)方案，屬于電力系統(tǒng)理論、控制理論和人工智能的交叉技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號H02J3/26GK101594002SQ200910032589
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者但唐軍, 昆 余, 劉皓明, 廖迎晨, 冰 王, 平 王, 袁曉玲, 陳星鶯 申請人:河海大學(xué)