无功补偿控制仿真试验系统

摘要

本发明公开了一种无功补偿控制仿真试验系统。实时仿真系统主要适用于详细研究大电力系统的主干网络和局部系统的暂态和动态过程以及物理装置的试验研究，但无法验证或优化单个或区域系统内的电压无功控制装置控制策略。本发明采用的技术方案为：无功补偿控制仿真试验系统，其特征在于它包括任务调度管理中心、人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块、通讯接口服务模块、被控电源和PLC驱动模块。本发明用于单个电压无功控制装置或若干个有电气连接的电压无功控制装置的测试，验证或优化电压无功控制装置的控制策略。

权利要求

1.无功补偿控制仿真试验系统，其特征在于它包括任务调度管理中心、人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块、通讯接口服务模块、被控电源和PLC驱动模块，任务调度管理中心，用于负责其他各部分的调度管理，监视各部分的运行情况，响应各部分的请求；

数据接口服务模块，用于管理整个系统的相关数据，为其他各部分提供统一的数据接口服务，响应其他各部分的数据读写请求；

人机界面，用于负责数据的图形化显示，用户操作响应，数据查询，以及Excel报表的导出；

潮流计算模块，用于电网潮流计算，通过数据接口服务模块读取潮流计算所需数据，然后将计算结果通过数据接口服务模块写入文件或数据库；

通讯接口服务模块，用于将相关信息下发到被测试的电压无功控制装置，然后接收电压无功控制装置的返回值，转发给数据接口服务模块，进行数据的打包和解析；

被控电源用于将相关信息转换成电气量传送给被测试的电压无功控制装置；

PLC驱动模块用于将相关信息转换成开关量传送给被测试的电压无功控制装置；

应用本系统的操作流程如下：通过解析潮流数据，应用二次开发服务模块开发的作图工具，画出所研究电网的地理接线图和厂站接线图；根据研究和测试内容，设置电压无功控制装置的相关参数，然后用潮流计算模块计算电网潮流，如果潮流计算结果满足收敛条件，则显示最终的计算结果，停止循环计算；如果潮流计算结果不满足收敛条件，则显示当前轮的计算情况，潮流计算结果通过Modbus驱动模块发送给被控电源进行进一步的处理，然后下发到电压无功控制装置，实现对电压无功的控制，电网相关元件的状态数据通过PLC驱动模块输出给电压无功控制装置，电压无功控制装置将其控制后的动作指令通过PLC驱动模块返回给潮流计算模块，进行下一轮的潮流计算和电压无功控制。

2.根据权利要求1所述的无功补偿控制仿真试验系统，其特征在于所述的人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块和通讯接口服务模块通过一计算平台完成，该计算平台的主机为一台工控电脑，配有以太网、USB和RS232接口，工控电脑通过以太网交换机分别连接被控电源和PLC驱动模块。

3.根据权利要求1所述的无功补偿控制仿真试验系统，其特征在于所述的数据接口服务模块管理的数据包括潮流数据文件、实时数据库、历史数据库和二次开发服务模块。

4.根据权利要求3所述的无功补偿控制仿真试验系统，其特征在于所述的人机界面还包括元件动态显示模块、试验监视子模块和时钟模块。

说明书

无功补偿控制仿真试验系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统仿真领域，具体地说是一种无功补偿控制仿真试验系统。

背景技术

[0002] 电力系统仿真是根据实际电力系统建立模型，从而利用模型来研究电力系统的工作行为和特征，是电力系统试验研究、规划设计和调度运行的重要工具。正确选择电力系统模型和参数是电力系统仿真的基础。大量的电力系统工程研究和事故仿真表明，模型与参数对电力系统仿真精度与可信度有重大影响。

[0003] 就目前的技术水平而言，电力系统离线仿真的规模基本不受限制，能够较完整地模拟大规模电力系统，适用于研究大电力系统复杂的暂态和动态过程。但离线计算程序不能接入实际的物理装置进行仿真，对于新型电力系统物理装置的模拟需要准确的数学模型，而数学模型的获得除理论分析外，还需仿真试验来验证。而电力系统实时仿真系统的特点是模拟电力系统实时过程，能够统一模拟电力系统的电磁暂态过程、机电暂态过程以及后续的动态过程，能够接入实际的物理装置进行模拟试验。但由于仿真实时性的要求和仿真系统硬件规模的限制，一般实时仿真系统所能够模拟的电力系统规模总是有限的。实时仿真系统主要适用于详细研究大电力系统的主干网络和局部系统的暂态和动态过程以及物理装置的试验研究，但无法验证或优化单个或区域系统内的电压无功控制装置控制策略。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种无功补偿控制仿真试验系统，用于单个电压无功控制装置或若干个有电气连接的电压无功控制装置的测试，以验证或优化电压无功控制装置的控制策略。

[0005] 为此，本发明采用的技术方案如下：无功补偿控制仿真试验系统，其特征在于它包括任务调度管理中心、人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块、通讯接口服务模块、被控电源和PLC(输入输出端子箱的简称)驱动模块，

[0006] 任务调度管理中心，用于负责其他各部分的调度管理，监视各部分的运行情况，响应各部分的请求，维护整个系统的正常运行；

[0007] 数据接口服务模块，用于管理整个系统的相关数据，为其他各部分提供统一的数据接口服务，响应其他各部分的数据读写请求，保证各部分能够正确高效的获取数据，其它各部分读写数据都通过该部分完成，这样既可以实现数据源的唯一性，也可以保持其它各部分读写数据的接口统一，方便系统的进一步扩展，该部分主要管理的数据源包括潮流数据文件、实时数据库、历史数据库和和二次开发服务模块，利用二次开发服务模块可以开发出作图工具，用作图工具可以画出所研究电网的地理接线图(简称地理图)和厂站接线图(简称厂站图)；

[0008] 人机界面，用于负责数据的图形化显示，用户操作响应，数据查询，以及Excel报表的导出，人机界面还包括元件动态显示模块、试验监视子模块和时钟模块；

[0009] 潮流计算模块，用于电网潮流计算，通过数据接口服务模块读取潮流计算所需数据，然后将计算结果通过数据接口服务模块写入文件或相应的数据库；

[0010] 通讯接口服务模块，用于将相关信息下发到电压无功控制装置(电压无功控制装置简称为VQC)，然后接收VQC的返回值，转发给数据接口服务模块，进行数据的打包和解析；

[0011] 被控电源用于将相关信息转换成电气量传送给被测试的电压无功控制装置；

[0012] PLC驱动模块用于将相关信息转换成开关量传送给被测试的电压无功控制装置。

[0013] 所述的人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块和通讯接口服务模块通过一计算平台完成，该计算平台的主机为一台工控电脑，配有以太网、USB和RS232接口，工控电脑通过以太网交换机分别连接被控电源和PLC驱动模块。

[0014] 本发明将计算平台计算得到的电压等信息输出给被控电源，给VQC设备的测试提供合适的测试电源；并将电网相关元件的状态数据输出给VQC设备；然后将VQC设备的控制结果采集并传送给计算平台，计算平台根据返回的动作指令做出相应的反馈，从而形成一个完整的闭环。

[0015] 本发明的主要功能如下：

[0016] (1)不断自动或手动改变电网结构和参数，反复计算电网的潮流；

[0017] (2)根据潮流数据，绘制地理接线图、厂站接线图，显示必要的、常用的数据信息；

[0018] (3)在厂站接线图中，通过操作母联开关的闭合，可以改变电网的结构，类似地，也可以控制无功控制设备的投切；

[0019] (4)在厂站图中，可以双击电容器组可以关联配置外部模拟信号源(电压、电流、相位等)、开关量信号接点等，用于输出模拟量信号和采集开关量信号等；

[0020] (5)潮流计算能够与VQC或者软VQC进行通讯，根据VQC或者软VQC返回状态反复计算潮流；

[0021] (6)在潮流反复计算的过程中，在地理接线图或厂站接线图上能及时地显示计算状态信息；

[0022] (7)灵活、实用的统计查询功能，能查询显示用户指定的信息，记录各种数据状态下相应的VQC动作结果，并能导出成Excel报表；

[0023] (8)系统回放功能：对于多电站内的VQC设备给出控制策略时，系统应能保存当前网络拓扑、电网参数和负荷数据、发电机出力水平、有载变压器分接头位置及无功控制设备投运量等信息，以便在执行某一VQC设备的控制策略后可进行系统回放；

[0024] (9)在电网中存在多个VQC的情况下，可屏蔽指定的VQC使之不参与调节；也可以指定参与调节的VQC组合方案；

[0025] (10)可编辑VQC动作的时间顺序和组合逻辑动作顺序；

[0026] (11)支持用户编辑增加不同种类的VQC通信协议，可以采用动态链接库(.DLL文件)方式或其他方式。

[0027] 本发明可以通过计算平台和硬件通讯接口的软件部分进行良好的扩展，能够满足将来更大系统规模的需求；软件系统计算容量和接入信号量无限制；最大模拟量输出通道数目：50；最大数字量输出/输入通道数目：196(基于PLC的输入/输出通道的数目)。

[0028] 下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

[0029] 图1为本发明的系统组成框图。

[0030] 图2为本发明的典型操作流程图。

具体实施方式

[0031] 如图1所示的无功补偿控制仿真试验系统，其由任务调度管理中心、人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块和通讯接口服务模块组成。

[0032] 任务调度管理中心，用于负责其他各部分的调度管理，监视各部分的运行情况，响应各部分的请求。

[0033] 数据接口服务模块，用于管理整个系统的潮流数据文件、实时数据库、历史数据库和二次开发服务模块，为其他各部分提供统一的数据接口服务，响应其他各部分的数据读写请求。

[0034] 人机界面，用于负责数据的图形化显示，用户操作响应，数据查询，以及Excel报表的导出，人机界面包括元件动态显示模块、试验监视子模块和时钟模块。

[0035] 潮流计算模块，用于电网潮流计算，通过数据接口服务模块读取潮流计算所需数据，然后将计算结果通过数据接口服务模块写入文件或数据库。

[0036] 通讯接口服务模块，用于将相关信息下发到电压无功控制装置，然后接收电压无功控制装置的返回值，转发给数据接口服务模块，进行数据的打包和解析。

[0037] 人机界面、数据接口服务模块、潮流计算模块和通讯接口服务模块通过计算平台完成，该计算平台的主机为一台工控电脑，配有以太网、USB和RS232接口，工控电脑通过以太网交换机分别连接被控电源和PLC驱动模块。

[0038] 应用本仿真试验系统的典型操作流程如图2所示：

[0039] 通过解析潮流数据文件，应用二次开发服务模块开发的作图工具，可以画出所研究电网的地理接线图和厂站接线图。在地理接线图中，可以清晰地了解到电网的网架结构和运行状态；在厂站接线图中，绘制了厂站中的各种设备，包括母线、变压器、断路器、静止电容器、电抗器等，方便了解厂站中各电网元件的连接和运行情况，同时可以方便地对电网相关元件进行操作。根据研究和测试内容，设置VQC的相关参数，然后调用潮流计算模块计算电网潮流。如果潮流计算结果满足收敛条件，则显示最终的计算结果，停止循环计算；如果潮流计算结果不满足收敛条件，则显示当前轮的计算情况。用户可以设置在每次循环计算过程中是否允许用户操作电网相关元件，比如电容器的投切等。潮流计算结果通过Modbus驱动模块发送给被控电源进行进一步的处理，然后下发到VQC，实现对电压无功的控制；电网相关元件的状态数据通过PLC驱动模块输出给电压无功控制装置。电压无功控制装置将其控制后的动作指令通过PLC驱动模块返回给潮流计算模块，进行下一轮的潮流计算和电压无功控制。

[0040] 除此典型操作流程之外，其它操作情况也在本系统处理范围之内，比如：基于先前就画好的地理接线图和厂站接线图文件进行操作、通过绘制图形输入电网参数、VQC闭环控制不收敛但超过最大允许循环次数、VQC与潮流计算程序自动完成整个计算过程等。

[0041] 计算平台与被控电源建立连接，通过被控电源输出模拟量，考虑到被控电源配有RS232接口，计算平台与被控电源的通讯可以采用以太网的方式。

[0042] 主机和被控电源间的通讯采用MODBUS协议。

[0043] 计算平台需要通过硬件设备PLC输出电网相关元件(如断路器)的状态数据给VQC作为输入，电网相关元件动作指令的输出通过PLC完成。

[0044] VQC控制结果信号的采集功能通过定义标准的用户接口，并将实际的通讯实现代码封装成为DLL的形式，允许用户自行开发新的DLL以满足用户更多的需求。有如下两种的通讯方式：a)直接采集，使用PLC的输入通道来实现；b)采用某种通讯规约来传送远动信号，例如IEC60870-5-101规约，VQC具有RS232或RS485接口，如果采用RS232接口，可以通过一个RS232/以太网的协议转换器与计算平台连接。

[0045] 主机和被控电源间的通讯采用IEC60870-5-101协议，将来也可以支持其它的通讯协议，如：60870-5-104、61850。

[0046] 本发明被控电源的要求如下：

[0047] (1)交流电压：量限：100V、220V、400V；调节范围：量限×(0～130)％；准确度：0.05级；稳定度：0.03％/3min；失真度：≤0.2％(线性非容性负载)；输出负载容量：每相
20VA(输出120％时)；

[0048] (2)交流电流：量限：1A、5A、10A；调节范围：1A，5A量限×(0～140)％；10A量限×(0～120)％；准确度：0.05级；稳定度：0.03％/3min；失真度：≤0.2％(线性负载)；输出负载容量：20VA(输出120％时)；

[0049] (3)相位：调节范围：0°～360°；分辨率：0.01°；准确度：0.05°；

[0050] (4)远动规约：RS232(外配RS232转以太网接口)，采用MODBUS规约。