[發明專利]一種多端交直流主動配電網調度控制仿真系統及方法

有效

• 申請號: 201710579466.5
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107463732B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 鄧衛;裴瑋;趙振興;張學;范士雄;于汀;衛澤晨;劉幸蔚;李燁;朱承治;馬宇輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;中國電力科學研究院;國網浙江省電力公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F111/06;G06Q50/06;H02J3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種多端交直流主動配電網調度控制仿真系統，其特征在于包括：數字仿真模塊、物理仿真試驗模塊、功率放大模塊、信號放大模塊、保護裝置、通信管理單元、綜合處理單元、數據總線及主站模塊；其中數字仿真模塊通過功率放大模塊與物理仿真試驗模塊互連，形成數字和物理聯合仿真試驗環境；

所述數字仿真模塊，包括在實時仿真環境下運行的實時仿真模塊、在非實時仿真環境下運行的非實時仿真模塊、仿真信息-通信數據交互接口和I/O板卡；實時仿真模塊和非實時仿真模塊根據不同的試驗對象構建多端交直流主動配電網的數字仿真模型，實時仿真模塊和非實時仿真模塊運行在主機上；主機通過I/O板卡外接數字量及模擬量的輸入輸出，主機通過仿真信息-通信數據交互接口交互信息；

實時仿真模塊通過仿真信息-通信數據交互接口，將所述數字仿真模型運行的實時數據發送出去，同時獲取仿真信息-通信數據交互接口傳輸的實時數據，寫入所述數字仿真模型；

非實時仿真模塊完成離線的仿真計算，滿足非實時仿真計算要求，通過仿真信息-通信數據交互接口，將所述數字仿真模型運行的數據發送出去，同時獲取仿真信息-通信數據交互接口傳輸的數據，寫入所述數字仿真模型；

仿真信息-通信數據交互接口，一方面獲取實時仿真模塊或非實時仿真模塊中所述數字仿真模型運行過程中的遙測信息和遙信信息，并上傳至通信管理單元，另一方面接收通信管理單元下達的遙調信息和遙控信息，并寫入所述數字仿真模型；

I/O板卡，一方面，通過功率放大模塊與物理仿真試驗模塊互聯；數字仿真模型在運行過程中的實時輸出數據通過I/O板卡形成模擬量或者數字量輸出信號，再通過功率放大模塊輸出功率級的電壓、電流，接入物理仿真試驗模塊中的動模裝置與實際的熱電設備；同時物理仿真試驗模塊中動模裝置與實際的熱電設備的運行數據反饋至I/O板卡形成數字仿真模塊的模擬量或者數字量輸入信號；另一方面，數字仿真模型故障運行時的電壓波形、電流波形、開關狀態信息通過I/O板卡輸出對應的數字量、模擬量，并經過信號放大模塊輸出保護裝置能夠識別的電壓、電流信號，作為保護裝置的輸入信號，當保護裝置檢測到故障發生時輸出保護開關動作信號，并經過I/O板卡反饋至數字仿真模型；

物理仿真試驗模塊，包括實際的熱電設備和動模裝置，所述動模裝置用于模擬復雜的熱電設備；所述數字仿真模型在運行過程中的實時輸出數據通過I/O板卡形成模擬量或者數字量輸出信號，再通過功率放大模塊輸出功率級的電壓、電流，接入物理仿真試驗模塊中實際的熱電設備和動模裝置；

通信管理單元，負責接受數字仿真模塊的仿真信息-通信數據交互接口上傳的遙測、遙信信息，并轉換至數據總線的標準化格式，發送至數據總線；并從數據總線獲取相應的遙調、遙控信息，發送至仿真信息-通信數據交互接口；

綜合處理單元，通過通信部件、采集部件獲取物理仿真試驗模塊中動模裝置與實際的熱電設備上傳的遙測、遙信信息，并轉換至數據總線的標準化格式，發送至數據總線；并從數據總線獲取相應的遙調、遙控信息，通過通信部件、控制部件調整物理仿真試驗模塊中相應的動模裝置與實際的熱電設備；

保護裝置，負責對數字仿真模塊與物理仿真試驗模塊運行時發生的各類故障進行保護，并將動作信號進行反饋；一方面，數字仿真模型故障運行時的電壓波形、電流波形、開關狀態信息通過I/O板卡輸出對應的數字量、模擬量，并經過信號放大模塊輸出保護裝置能夠識別的電壓、電流信號，作為保護裝置的輸入信號；當保護裝置檢測到故障發生時將產生保護開關動作信號，通過I/O板卡反饋至所述數字仿真模型；另一方面，保護裝置采集物理仿真試驗模塊中動模裝置與實際的熱電設備的電壓、電流、開關狀態信息；當保護裝置檢測到故障發生時，輸出保護開關動作信號，反饋至動模裝置與實際的熱電設備所配套的保護開關，進行異常或者故障情況下的保護；

主站模塊，作為多端交直流主動配電網調度控制仿真系統的調度控制中心，通過數據總線獲取數字仿真模塊中的交直流主動配電網的數字仿真模型以及物理仿真試驗模塊中動模裝置與實際的熱電設備在運行過程中的遙測、遙信信息，進行分析計算和綜合決策，并向數據總線下發對應生成的交直流主動配電網運行控制、優化調度的遙調、遙控信息；

所述主站模塊包括：直流電網穩定分析模塊、不間斷轉供控制模塊、系統運行評估模塊、安全轉供控制模塊、交直流最優潮流模塊、日前優化調度模塊、直流對交流支持模塊、交流對直流支持模塊；

直流電網穩定分析模塊，負責分析不同換流站采用直流電壓控制情況下的直流電網對應的最大負荷接入能力，并以最大負荷接入能力作為直流電網穩定邊界的量化指標，輸出最大負荷接入能力最強和次強兩種情形下采用直流電壓控制的換流站對應編號，作為不間斷轉供控制模塊啟動時快速選擇的直流電壓控制換流站；

不間斷轉供控制模塊，負責在某換流站交流側故障情況下，快速切換該換流站的控制方式為交流側電壓/頻率支撐控制，以提供對換流站交流側重要負荷的不間斷電力供應；同時依據直流電網穩定分析模塊的輸出結果，確定采用直流電壓控制的換流站，支撐直流電網母線電壓，在確保交流負荷不間斷電力供應的同時保障直流電網電壓的穩定；

系統運行評估模塊，負責在獲取系統信息，包括網絡拓撲、線路阻抗、換流站控制方式、發電機參數、節點負荷參數信息的基礎上，調用交直流混合潮流計算程序，計算節點電壓、線路潮流關鍵指標是否越限值，如果沒有越限情況則輸出無運行預警，不需要執行特殊處理；如果有越限情況則輸出運行預警，且需要執行相應的處理措施，如啟動安全轉供控制模塊；

安全轉供控制模塊，在系統運行評估模塊輸出運行預警即多端交直流主動配電網調度控制仿真系統出現關鍵指標越限值、運行風險顯著情況下，負責通過反復調用交直流混合潮流計算程序，輸出當前時段的饋線間聯絡開關、線路分段開關位置信息，以及當前時段各換流站、分布式電源的運行方式及功率大小；系統可以調整當前時段的饋線間聯絡開關、線路分段開關進行網絡拓撲結構的重構，將重載線路進行多分段供電，均衡線路負載率或改善電壓水平；也可以調整當前時段重載線路上各換流站、分布式電源的運行方式及功率大小，以提供對重載線路的功率支援，均衡線路負載率或改善電壓水平，通過上述操作，使得關鍵指標回歸正常值的同時系統能夠優化運行；

交直流最優潮流模塊，負責通過反復調用交直流混合潮流計算程序，輸出當前時段各換流站、分布式電源的運行方式及功率大小，實現多端交直流主動配電網調度控制仿真系統的優化運行，優化運行的目標有多種，包括經濟性最佳、系統網損最小；根據系統運行要求來確定優化運行目標；

日前優化調度模塊，負責在獲取第二天的負荷預測、可再生能源功率預測信息的基礎上，通過反復調用交直流混合潮流計算程序，輸出第二天各時段的各換流站、分布式電源的運行方式及功率大小，實現多端交直流主動配電網調度控制仿真系統的優化運行日前計劃，優化運行的目標有多種，包括經濟性最佳、系統網損最小，根據系統運行要求來確定優化運行目標；

直流對交流支持模塊，負責在某換流站交流側低電壓時，控制該換流站向交流側網絡提供無功支援，以恢復交流側電壓至正常值，由于換流站輸出無功功率受到其當前時段有功功率、額定容量的物理極限約束，在一定條件下需要降低換流站的有功功率，來提高無功功率輸出能力；調整完畢后，模塊輸出當前時段各換流站的有功、無功功率數值為調度指令；

交流對直流支持模塊，負責在某換流站直流側低電壓時，控制該換流站從交流側網絡吸收有功功率向直流側網絡提供有功支援，以恢復直流側電壓至正常值；由于換流站吸收有功功率受到其當前時段無功功率、額定容量的物理極限約束，在一定條件下需要降低換流站的無功功率，來提高有功功率吸收能力；調整完畢后，輸出當前時段各換流站的有功、無功功率數值為調度指令。