本發明屬于電力系統能量管理系統(EMS)技術領域，特別涉及一種傳統變電站自動電壓控制子站裝置及其控制方法。

背景技術：

自動電壓控制(以下簡稱AVC，Automatic Voltage Control)系統是實現輸電網安全(提高電壓穩定裕度)、經濟(降低網絡損耗)、優質(提高電壓合格率)運行的重要手段。AVC系統架構在電網能量管理系統(EMS)之上，能夠利用輸電網實時運行數據，從輸電網全局優化的角度科學決策出最佳的無功電壓調整方案，自動下發給電廠、變電站以及下級電網調度機構執行。

智能變電站是采用先進、可靠、集成和環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，同時，具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能的變電站。傳統變電站是利用計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術，對變電站二次設備的功能進行重新組合、優化設計，建成了變電站綜合自動化系統，實現對變電站設備運行情況進行監視、測量、控制和協調的功能。

申請號為201610821934.0的專利發明“一種智能變電站自動電壓控制子站裝置及其控制方法”公開了一種應用于智能變電站的自動電壓控制子站裝置及其控制方法，該裝置包括用于獲取變電站所有模擬量和數字量的數據采集模塊、用于與調度主站建立數據交互的通信模塊、用于智能變電站自動電壓控制的策略計算模塊、用于智能變電站自動電壓控制的指令輸出模塊。該裝置控制方法主要為利用智能變內符合IEC61850標準的MMS通信采集站內模擬量和數字量、策略計算模塊通過投切站內電容器或電抗器對應開關達到站內電壓合格、關口無功合理、響應調度無功調節指令的三個目標。

事實上，上述發明針對的采用符合IEC61850標準通信的智能變電站在國內屬于新生事物，尚未大面積應用。目前全國電力系統中更大量的傳統變電站，站內通信不采用符合IEC61850標準的通信，而是采用符合IEC870-5-101、102、104標準的通信，或者采用CDT、DNP等部頒標準的通信。如何在這些傳統變電站實現自動電壓控制在前述發明中沒有解決，特別是如何使用一套變電站自動電壓控制裝置適應所有傳統變電站涉及的各種通信規約是一個急需解決的問題，不解決這個問題就無法在傳統變電站改造中推廣變電站內的自動電壓控制技術。另外變電站自動電壓控制在投切站內電容器或電抗器無法達到目標時，有時可以通過調節主變分接頭檔位到達電壓調節的目標，比如當站內母線電壓高于電壓上限時，若電容器已全部退出且電抗器已全部投入，此時可以通過降主變分接頭檔位實現降低母線電壓的目標，但這一問題在前述發明中也沒有解決。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種傳統變電站自動電壓控制子站裝置及其控制方法。本發明可以提高傳統變電站無功設備安全運行率和電壓運行質量，杜絕調度主站直控方式下電容器、電抗器、分接頭誤控現象的發生，適應于通信方式不盡相同的各類傳統變電站進行自動電壓控制技術的升級改造。

本發明提出的一種傳統變電站自動電壓控制子站裝置，該裝置包括：規約庫，數據采集模塊，通信模塊，策略計算模塊，指令輸出模塊，以及與所述四個模塊分別相連的實時數據庫；所述規約庫通過集成規則和報文解析用于傳統變電站的站內通信，所述數據采集模塊用于從傳統變電站監控系統獲取變電站所有模擬量和數字量，所述通信模塊用于與調度主站建立數據交互，所述策略計算模塊用于計算傳統變電站自動電壓控制策略，所述指令輸出模塊用于通過傳統變電站監控系統下發傳統變電站自動電壓控制指令，所述實時數據庫用于支持數據采集模塊、通信模塊、策略計算模塊和指令輸出模塊之間的數據交互。

本發明提出的一種采用上述傳統變電站自動電壓控制子站裝置的控制方法，包括以下步驟：

1)傳統變電站自動電壓控制子站裝置的數據采集模塊、指令輸出模塊以傳統變電站監控系統支持的通信方式接入監控系統；數據采集模塊、指令輸出模塊與傳統變電站監控系統之間的通信報文按照規約庫集成的規則進行報文解析；數據采集模塊從監控系統采集變電站所有模擬量和數字量，包括所有設備包含各線路、主變、母線、電容電抗的電流、電壓、有功、無功數據以及各設備故障、告警信號、保護信號；指令輸出模塊向監控系統下發站內電容器或電抗器對應開關的跳合閘命令以及主變分接頭檔位升降命令；

2)通信模塊以傳統變電站遠動裝置支持的通信方式接入遠動裝置；通信模塊與遠動裝置之間的通信報文按照規約庫集成的規則進行報文解析；通信模塊向遠動裝置發送子站遠方本地信號、本站無功可減和可增量，再由遠動裝置通過調度數據網轉發給調度主站；調度主站將本站無功調節指令下發到遠動裝置，再由遠動裝置下發給通信模塊；

3)策略計算模塊通過計算得到投切站內電容電抗器或升降主變分接頭的控制策略，實現站內電壓合格、關口無功合理、響應調度無功調節指令的三個目標，三個目標優先級從高到低、依次進行；具體包括以下步驟：

3.1)實時監視各級母線電壓值，計算各級母線電壓越限的緊急情況控制策略，以保證母線電壓當前量測值在給定的電壓上限和下限范圍內，當母線電壓高于電壓上限時退出電容器或投入電抗器，當母線電壓低于電壓下限時退出電抗器或投入電容器；當母線電壓高于電壓上限時，若電容器已全部退出且電抗器已全部投入，則降主變分接頭檔位；當母線電壓低于電壓下限時，若電抗器已全部退出且電容器已全部投入，則升主變分接頭檔位；

3.2)在3.1)所有母線電壓合格的基礎上，計算220kV關口出現無功倒送情況，當無功倒送時退出電容器或投入電抗器，以保證220kV主變關口的無功合理性；

3.3)在3.1)和3.2)的條件都能滿足的情況下，計算電壓優化控制策略，根據步驟2)中調度主站下發的無功調節指令投切電容器或電抗器；當無功調節指令為升無功時退出電抗器或投入電容器；當無功調節指令為降無功時退出電容器或投入電抗器，以保證響應調度無功調節指令；

4)指令輸出模塊根據步驟3)策略計算模塊的控制策略分解為對應電容器電抗器開關的跳合閘命令或主變分接頭檔位升降指令，并下發到傳統變電站監控系統執行；

5)實時數據庫采用共享內存技術提供一套數據讀寫的函數；數據采集模塊、指令輸出模塊、通信模塊、策略計算模塊使用所述函數進行模塊間的數據交互。

本發明的特點及有益效果：

本發明提出的一種傳統變電站自動電壓控制子站裝置，采集和監測站內所有模擬量和數字量，達到了站內設備全息監測的目的；子站裝置實時監測本站各級母線電壓，一旦母線電壓發生越限的緊急情況則優先處理，提高了緊急情況處理的速度；調度主站只下發無功調節指令，子站裝置根據調度無功調節指令進行控制策略計算并分解為具體的電容器或電抗器開關的跳合閘命令、或主變分接頭檔位升降指令，主站側不再需要維護電容器、電抗器開關的遙控點號和分接頭檔位升降的遙控點號，杜絕了調度主站對電容器、電抗器開關或分接頭檔位誤控現象的發生。本發明可以提高無功設備安全運行率和電壓運行質量，適應于通信方式不盡相同的各類傳統變電站進行自動電壓控制技術的升級改造。

附圖說明

圖1為本發明裝置的信息交互結構示意圖。

具體實施方式

本發明提出的一種傳統變電站自動電壓控制子站裝置及其控制方法，下面通過附圖及具體實施例進一步詳細說明如下：

本發明提出的一種傳統變電站自動電壓控制子站裝置，其組成及其信息交互如圖1所示，該裝置包括：規約庫，數據采集模塊，通信模塊，策略計算模塊，指令輸出模塊，以及與所述四個模塊分別相連的實時數據庫。所述規約庫通過集成規則和報文解析用于傳統變電站的站內通信，所述數據采集模塊用于從傳統變電站監控系統獲取變電站所有模擬量和數字量，所述通信模塊用于與調度主站建立數據交互，所述策略計算模塊用于計算傳統變電站自動電壓控制策略，所述指令輸出模塊用于通過傳統變電站監控系統下發傳統變電站自動電壓控制指令，支持所述實時數據庫用于支持數據采集模塊、通信模塊、策略計算模塊和指令輸出模塊之間的數據交互；其中：

所述規約庫支持符合IEC870-5-101、102、104標準的通信，或者采用CDT、DNP、MODBUS標準的通信；所述數據采集模塊、通信模塊、指令輸出模塊都以傳統變電站內原有監控系統、遠動裝置等支持的網絡或串口的通信方式接入，并依據規約庫對各類通信報文進行解釋；數據采集模塊從傳統變電站監控系統采集站內所有模擬量和數字量，包括各線路、主變、母線、電容電抗等所有設備的電流、電壓、有功、無功數據以及各設備故障、告警信號、保護信號；指令輸出模塊通過傳統變電站監控系統下發站內電容器、電抗器開關的跳合閘命令以及主變分頭投切命令；所述通信模塊接到傳統變電站遠動裝置，向遠動裝置發送子站遠方本地信號、本站無功可減和可增量，再由傳統變電站遠動裝置通過調度數據網轉發給調度主站；調度主站將本站無功調節指令下發到遠動裝置，再由遠動裝置下發給通信模塊；所述策略計算模塊通過計算得到投切站內電容電抗器或升降主變分接頭的控制策略達到站內電壓合格、關口無功合理、響應調度無功調節指令的三個目標；所述實時數據庫采用共享內存技術提供一套數據讀寫的函數，數據采集模塊、指令輸出模塊、通信模塊、策略計算模塊使用所述函數進行模塊間的數據交互。

本發明提出的一種采用上述傳統變電站自動電壓控制子站裝置的控制方法，包括以下步驟：

1)傳統變電站自動電壓控制子站裝置的數據采集模塊、指令輸出模塊以傳統變電站監控系統支持的通信方式(網絡或串口)接入監控系統；數據采集模塊、指令輸出模塊與傳統變電站監控系統之間的通信報文按照規約庫集成的規則進行報文解析；數據采集模塊從監控系統采集變電站所有模擬量和數字量，包括各線路、主變、母線、電容電抗等所有設備的電流、電壓、有功、無功數據以及各設備故障、告警信號、保護信號；指令輸出模塊向監控系統下發站內電容器或電抗器對應開關的跳合閘命令以及主變分接頭檔位升降命令；

2)通信模塊以傳統變電站遠動裝置支持的通信方式(網絡或串口)接入遠動裝置；通信模塊與遠動裝置之間的通信報文按照規約庫集成的規則進行報文解析；通信模塊向遠動裝置發送子站遠方本地信號、本站無功可減和可增量，再由遠動裝置通過調度數據網轉發給調度主站；調度主站將本站無功調節指令下發到遠動裝置，再由遠動裝置下發給通信模塊；

3)策略計算模塊通過計算得到投切站內電容電抗器或升降主變分接頭的控制策略達到站內電壓合格、關口無功合理、響應調度無功調節指令的三個目標，三個目標優先級從高到低、依次進行，具體包括以下步驟：

3.1)實時監視各級母線電壓值，計算各級母線電壓越限的緊急情況控制策略，以保證母線電壓當前量測值在給定的電壓上限和下限范圍內，即當母線電壓高于電壓上限時退出電容器或投入電抗器，當母線電壓低于電壓下限時退出電抗器或投入電容器；當母線電壓高于電壓上限時，若電容器已全部退出且電抗器已全部投入，則降主變分接頭檔位；當母線電壓低于電壓下限時，若電抗器已全部退出且電容器已全部投入，則升主變分接頭檔位；

3.2)在3.1)所有母線電壓合格的基礎上，計算220kV關口出現無功倒送情況控制策略，即為當無功倒送時退出電容器或投入電抗器，以保證220kV主變關口的無功合理性；

3.3)在3.1)和3.2)的條件都能滿足的情況下，計算電壓優化控制策略，即根據步驟2)中調度主站下發的無功調節指令投切電容器或電抗器；當無功調節指令為升無功時退出電抗器或投入電容器；當無功調節指令為降無功時退出電容器或投入電抗器，以保證響應調度無功調節指令；

4)指令輸出模塊根據步驟3)策略計算模塊給出的結果(即控制策略)分解為對應電容器電抗器開關的跳合閘命令或主變分接頭檔位升降指令，并下發到監控系統執行。

5)實時數據庫采用共享內存技術提供一套數據讀寫的函數；數據采集模塊、指令輸出模塊、通信模塊、策略計算模塊使用所述函數進行模塊間的數據交互。

本發明所述裝置及其控制方法具體實現可采用一臺設置在變電站中的計算機實現，在計算機中預先存儲通過常規編程技術編制成控制程序。

下面結合一個具體實施例對本發明進一步說明如下。

該實施例的傳統變電站裝有1臺3繞組主變(電壓等級分別為220/110/10kV)，10kV低壓側母線下裝有3組電容器和1組電抗器，電容器容量均為8MVar，電抗器容量均為10MVar；并裝有支持IEC870-5-101規約的監控系統、支持IEC870-5-104規約的遠動裝置；220kV母線電壓上下限分別是230kV和222kV、110kV母線電壓上下限分別是117kV和112kV、10kV母線電壓上下限分別是10.7kV和10.1kV。具體實施方法如下：

1)傳統變電站自動電壓控制子站裝置的數據采集模塊、指令輸出模塊接入傳統變電站監控系統以太網接口，通信規約采用IEC870-5-101標準；數據采集模塊、指令輸出模塊與傳統變電站監控系統之間的通信報文按照規約庫集成的IEC870-5-101規約進行報文解析；數據采集模塊從監控系統采集變電站所有模擬量和數字量，包括各線路、主變、母線、電容電抗等所有設備的電流、電壓、有功、無功數據以及各設備故障、告警信號、保護信號；指令輸出模塊根據策略計算模塊給出的結果分解為對應電容器或電抗器開關的跳合閘命令、或主變分接頭檔位升降指令下發到監控系統執行。

2)通信模塊通過以太網絡接到傳統變電站遠動裝置，通信規約采用IEC870-5-104標準；通信模塊與遠動裝置之間的通信報文按照規約庫集成的IEC870-5-104規約進行報文解析；通信模塊向遠動裝置發送子站遠方本地信號、本站無功可減和可增量，再由遠動裝置通過調度數據網轉發給調度主站；調度主站將本站無功調節指令下發到遠動裝置，再由遠動裝置下發給通信模塊；

3)策略計算模塊通過計算得到投切站內電容電抗器或升降主變分接頭控制策略達到站內電壓合格、關口無功合理、響應調度無功調節指令的三個目標，三個目標優先級從高到低、依次進行：

3.1)實時監視各級母線電壓值，計算各級母線電壓越限的緊急情況控制策略，以保證母線電壓當前量測值在給定的電壓上限和下限范圍內，即當母線電壓高于電壓上限時退出電容器或投入電抗器，當母線電壓低于電壓下限時退出電抗器或投入電容器；當母線電壓高于電壓上限時，若電容器已全部退出且電抗器已全部投入，則降主變分接頭檔位；當母線電壓低于電壓下限時，若電抗器已全部退出且電容器已全部投入，則升主變分接頭檔位；

2016年10月30日11時57分12秒，220kV母線電壓為230.45kV，大于電壓上限230kV；電容器投運臺數為0臺，電抗器投運臺數為0臺；控制策略為投入一組電抗器；投入電抗器后220kV母線電壓為229.65kV，電壓越限的狀態消除；

2016年10月30日11時59分42秒，10kV母線電壓為10.74kV，大于電壓上限10.7kV；電容器投運臺數為0臺，電抗器投運臺數為1臺；控制策略為主變分接頭降一檔；降檔后10kV母線電壓為10.56kV，電壓越限的狀態消除；

3.2)在3.1)所有母線電壓合格的基礎上，計算220kV關口出現無功倒送情況控制策略，即為當無功倒送時退出電容器或投入電抗器，以保證220kV主變關口的無功合理性；

2016年11月3日22時42分12秒，220kV母線電壓為228.11kV、110kV母線電壓為115.66kV、10kV母線電壓為10.62kV，電壓均合格；電容器投運臺數為1臺，電抗器投運臺數為0臺；高壓母線送出無功為6.3MVar，為無功倒送；控制策略為退出一組電容器；退出電容器后高壓母線送出無功為-1.8MVar，無功倒送現象消除；220kV母線電壓為227.32kV、110kV母線電壓為114.75kV、10kV母線電壓為10.29kV，電壓仍均合格。

3.3)在3.1)和3.2)的條件都能滿足的情況下，計算電壓優化控制策略，即根據調度主站下發的無功調節指令投切電容器或電抗器；當無功調節指令為升無功時退出電抗器或投入電容器；當無功調節指令為降無功時退出電容器或投入電抗器，以保證響應調度無功調節指令。

2016年11月5日13時33分12秒，220kV母線電壓為227.32kV、110kV母線電壓為115.28kV、10kV母線電壓為10.09kV，電壓均合格；高壓母線送出無功為-9.2MVar，沒有無功倒送；電容器投運臺數為1臺，電抗器投運臺數為0臺；調度指令為升無功，控制策略為投入一組電容器；投入電容器后高壓母線送出無功為-1.4MVar，無功升高但沒有倒送；220kV母線電壓為228.11kV、110kV母線電壓為116.03kV、10kV母線電壓為10.38kV，電壓仍均合格。可以看出，投入電容器后10kV母線電壓為10.38kV，更接近于上下限(10.7kV和10.1kV)的折中點10.4kV運行，提高了電壓運行的安全性；送出無功從-9.2MVar升高為-1.4MVar，意味著從上級網絡吸收的無功減少了，也就減少了網絡損耗，提高了電網運行的經濟性。

4)指令輸出模塊根據步驟3)策略計算模塊給出的結果(即控制策略)分解為對應電容器電抗器開關的跳合閘命令或主變分接頭檔位升降指令，并下發到監控系統執行；

5)實時數據庫采用共享內存技術提供一套數據讀寫的函數；數據采集模塊、指令輸出模塊、通信模塊、策略計算模塊使用所述函數進行模塊間的數據交互。