一种基于冗余测控的母线功率平衡方法与流程

1.本发明属于母线功率平衡技术领域，尤其涉及一种基于冗余测控的母线功率平衡方法。


背景技术：

2.母线功率平衡是反应厂站端量测质量的重要指标，相比于状态估计遥测合格率指标，其直接对厂站端量测数据进行统计计算，对量测数据出现的问题具有更加明确的指向性，同时该指标的提升对电力系统内发电厂和变电站的站端基础数据质量提出了更高要求。
3.一般认为，调度主站出现母线功率不平衡问题主要因为测控装置数据采集不同步和通讯网关机数据发送不同步导致调度端参与计算的各间隔遥测量值不是同一个时间断面的数据，进而造成了母线功率总加不平衡。另外，电压电流互感器二次转化、测控装置采集精度和遥测死区值等对母线功率平衡也是重要的影响因素。
4.互感器转化环节
5.电压电流互感器把电力系统一次强电压和大电流转化为可供测控装置使用的二次电压电流，测量用电流互感器精度应不低于0.2级。
6.测控装置采集环节
7.在测控装置采集环节，影响母线功率平衡的主要因素有采集精度、遥测零死区、遥测变化死区以及送出满码值等。采集精度直接影响到遥测数据的准确性；遥测零死区关系到遥测数据的跳零值；遥测变化死区反映出测控装置对遥测量值变化的灵敏度和遥测量值的刷新速度；送出满码值则影响到测控装置数据采集的分辨率。
8.数据通讯网关机数据处理上送环节
9.数据通讯网关机数据处理的影响因素主要有数据通讯网关机装置的数据处理能力、遥测数据组包方式以及给调度的报文上送速度。通讯网关机装置的数据处理能力影响到网络报文的接受、解析和数据处理速度；参与计算的重要遥测数据组包方式可分为变化遥测随机组包上送和遥测数据同一帧组包上送两种，组包方式影响到调度接收数据的时间同步性；通讯网关机给调度的报文上送速度影响到调度数据的刷新速度和实时性。
10.1)硬件数据处理能力
11.数据通讯网关机数据处理能力主要由装置的硬件性能决定。
12.随着变电站规模的不断扩大，特别是要求上送调度主站的信息量迅速增大以及与调度主站的连接链路越来越多，数据通讯网关机的数据处理能力受硬件条件制约，其处理速度可能无法很好地满足调度主站对数据质量的更高要求。
13.2)遥测数据组包方式
14.一般情况下，变化遥测在数据通讯网关机内部按照转发点表顺序进行扫描、组包，当参与母线功率平衡计算的重要遥测量值变化步调不一致或在转发点表中的序号相差较大时，可能导致重要遥测量不在同一帧iec104报文内上送，调度主站接收到的重要遥测数
据可能不是在同一时间断面的数据。当现场负荷波动频率较快、幅度较大时，调度主站母线功率平衡计算值的误差就会相应较大。
15.3)上送调度报文速度
16.数据通讯网关机上送调度主站报文的速度过慢，会导致调度主站接收到的数据刷新慢且实时性较差；若上送速度过快，则对装置数据处理能力的要求变高，可能会影响到其他功能模块的正常运行。


技术实现要素：

17.本发明要解决的技术问题：提供一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，通过冗余测控对母线上各间隔所有测控进行同步采样、死区为零、同步传输的方案，解决现有测控数据不平衡问题，保障基础数据质量。
18.本发明技术方案是：
19.一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，所述方法包括：
20.步骤1、冗余测控装置实现各间隔交流量数据的同步采集；
21.步骤2、冗余测控装置将遥测算法由周期计算改为迭代计算，同时取消遥测死区机制，保证上送队列能随时取到最新的遥测实时数据；实现遥测数据等间隔上送；
22.步骤3、实现各虚拟测控同步上送遥测值；使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步；
23.步骤4、计算母线有功功率。
24.冗余测控装置的测控板负责所有母线涉及间隔的数据采集和计算，管理板负责所有母线涉及间隔的数据上送，测控板和管理板内部通过总线实现传输。
25.所述冗余测控装置实现各间隔交流量数据的同步采集的步骤包括：
26.步骤1.1、测控板上采集模块同步采集母线上各间隔原始数据，直到所有间隔数据采集完毕，并通知计算模块进入计算流程，闭锁采集流程；
27.步骤1.2、测控板上计算模块同步计算母线上各间隔遥测数据，直到所有间隔遥测数据计算完毕，并通知采集模块重新进入采集流程，闭锁计算流程，同时启动内部总线发送。
28.遥测算法由周期计算改为迭代计算的方法包括：
29.遥测有效值迭代计算公式为：
[0030][0031]
式中：xk为当前时刻有效值；x
k-1
为前一时刻有效值；n为每周波采样点数；x(k)为当前时刻采样值；x(k-n)为一周波前采样值。
[0032]
实现各虚拟测控同步上送遥测值；使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步的方法包括：
[0033]
步骤3.1、内部总线通过配置传输优化策略，使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步；
[0034]
步骤3.2、管理板接收所有间隔的遥测数据，并通过各模块间的信息交互实现遥测
数据同步触发上送。
[0035]
内部总线通过配置传输优化策略为通过同步传输技术，实现各虚拟测控同步上送遥测值。
[0036]
遥测数据等间隔上送的方法为：站内测控装置采用统一时钟源对时，以整秒时刻作为周期上送起点，根据周期上送定值实现遥测数据等间隔上送。
[0037]
计算母线有功功率的方法为：
[0038]
pk＝p
k-1
+u(k)
×
i(k)-u(k-n)
×
i(k-n)
[0039]
式中：pk为当前时刻有功功率；p
k-1
为前一时刻有功功率；u(k)为当前时刻电压采样值；u(k-n)为一周波前电压采样值；i(k)为当前时刻电流采样值；i(k-n)为一周波前电流采样值。
[0040]
冗余测控装置包括1块管理板、2块测控板、1块功能开入板，1块电源板、1块单色液晶板，各板之间通过高速总线进行通讯。
[0041]
本发明有益效果是：
[0042]
本发明优点：
[0043]
本发明采用冗余测控同步采集、传输技术，不同于分散测控装置，冗余测控装置实现了多间隔交流量数据的同步采集，并通过同步传输技术，实现了各虚拟测控同步上送遥测值的功能，从而保证了各间隔遥测数据的同步性。
[0044]
本发明冗余测控装置将遥测算法由周期计算改为迭代计算，同时取消遥测死区机制，保证上送队列能随时取到最新的遥测实时数据。
[0045]
本发明实现了母线上所有间隔数据的同步采集和传输，保证了参与母线功率平衡度计算的交流量处于同一数据断面上；同时对当前遥测算法进行了优化，保证上送队列能随时取到最新的遥测结果，并实现了遥测数据等间隔上送，通过实时上传的遥测数据进行功率计算；解决了电力系统母线功率不平衡问题，提升了变电站遥测数据质量，通过高可靠的变电站基础数据量测功能，为主站提供稳定的数据源，促进高级应用实用化，支撑智能电网业务发展。
附图说明
[0046]
图1本发明冗余测控同步采集、传输流程示意图；
[0047]
图2本发明分散测控和冗余测控采集传输时标对比示意图；
[0048]
图3为具体实施方式优化后的遥测算法流程示意图；
[0049]
图4为具体实施方式仿真变电站部分一次接线示意图；
[0050]
图5为具体实施方式母线功率平衡改造前后对比示意图；
[0051]
图6为具体实施方式冗余测控整机架构设计方案；
[0052]
图7为具体实施方式冗余测控装置后视图。
具体实施方式
[0053]
一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，具体包括：
[0054]
如图1示，测控板负责所有母线涉及间隔的数据采集、计算，管理板负责所有母线涉及间隔的数据上送，内部通过总线实现传输。具体流程如下：
[0055]
1)测控板上采集模块通过连接光纤从过程层中心交换机同步采集母线上各间隔原始数据，直到所有间隔数据采集完毕，并通知计算模块进入计算流程，闭锁采集流程；
[0056]
2)测控板上计算模块按优化的遥测算法同步计算母线上各间隔遥测数据有效值，直到所有间隔遥测数据有效值计算完毕，并通知采集模块重新进入采集流程，闭锁计算流程，同时启动内部总线发送；
[0057]
3)内部总线通过配置传输优化策略，使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步；
[0058]
管理板接收所有间隔的遥测数据，并通过各模块间的信息交互实现遥测数据同步触发上送，至此在各环节上都保证了各间隔数据处于同一断面。
[0059]
冗余测控装置结构如下：
[0060]
如图6和图7所示，装置配置了1块管理板、2块测控板、1块功能开入板，1块电源板、1块单色液晶板，各插件之间通过高速总线进行通讯。
[0061]
目前变电站测控装置采集、计算交流量不能保证在同一个时间断面内，因此上送到网关机的数据并非是同一时刻，从而导致母线功率不平衡度下降。
[0062]
由图2以看出，不同的测控装置其数据采集时刻、传输时刻均不相同，而冗余测控装置可以实现多个间隔数据采集时刻、传输时刻的同步，从而保证测控端上送数据是同一时间断面。
[0063]
采集模块同步采集母线上各间隔原始数据，通知计算模块进入计算流程，闭锁采集流程。
[0064]
本发明为了加快遥测上送速率，在测控的遥测算法上也进行了部分改进。
[0065]
冗余测控装置将遥测算法由周期计算改为迭代计算，同时取消遥测死区概念，保证上送队列能随时取到最新的遥测实时数据。遥测有效值迭代计算公式如下所述：
[0066][0067]
式中：xk为当前时刻有效值；x
k-1
为前一时刻有效值；n为每周波采样点数；x(k)为当前时刻采样值；x(k-n)为一周波前采样值；k代表的是遥测数据下标，表示计算数据的序号。
[0068]
本发明最终目的是要算有功功率，本发明通过遥测算法的改进和和上送方法的改进，使变电站各个间隔的功率处在同一断面上，减小功率计算误差。
[0069]
有功功率算法如下：
[0070]
pk＝p
k-1
+u(k)
×
i(k)-u(k-n)
×
i(k-n)式
[0071]
(1-2)
[0072]
式中：pk为当前时刻有功功率；p
k-1
为前一时刻有功功率；u(k)为当前时刻电压采样值；u(k-n)为一周波前电压采样值；i(k)为当前时刻电流采样值；i(k-n)为一周波前电流采样值。
[0073]
站内测控装置采用统一时钟源对时，以整秒时刻作为周期上送起点，根据周期上送定值实现遥测数据等间隔上送。
[0074]
基于优化后的遥测算法，对某特高压变电站的500kv部分进行仿真，一次接线如图
4所示。其中，城一、城二为平行双回线，长一、长二、长三为平行多回线。
[0075]
该特高压变电站潮流波动大、功率变化迅速，以主变中压侧为例，一天内功率波动达787mw，5秒内有功功率波动峰值达175mw。调度主站母线实测功率存在不平衡，为了保证仿真数据功率平衡，主变中压侧、长一线、长二线、长三线取实际遥测值，城一、城二线功率相等，根据母线功率平衡公式计算得出。
[0076]
改造前的相关参数为：遥测死区0.5％，pt、ct精度为0.2级，遥测上送时间为3秒。
[0077]
改造后使用冗余测控装置，相关参数为：pt、ct精度为0.2级，同步采集上送，不受遥测死区及遥测上送不同步影响。改造前后的有功功率误差如下图5所示。可以看出，使用优化后的遥测算法，解决了遥测死区误差及遥测上送不同步问题，减小了调度端母线不平衡峰值，提升了调度端母线平衡合格率。
[0078]
本发明基于目前电力系统对基础数据质量的要求越来越高，除了对状态估计的合格率进行考核外，对500kv、220kv母线的有功、无功总加平衡以及线路功率平衡的合格率也纳入了考核范围。经大量实验发现，变电站不同测控装置采集、传输的不同步是导致母线功率不平衡的重要因素，本发明提供了一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，通过同步采集、传输技术，优化遥测算法，解决了这一问题。

技术特征：
1.一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1、冗余测控装置实现各间隔交流量数据的同步采集；步骤2、冗余测控装置将遥测算法由周期计算改为迭代计算，同时取消遥测死区机制，保证上送队列能随时取到最新的遥测实时数据；实现遥测数据等间隔上送；步骤3、实现各虚拟测控同步上送遥测值；使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步；步骤4、计算母线有功功率。2.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：冗余测控装置的测控板负责所有母线涉及间隔的数据采集和计算，管理板负责所有母线涉及间隔的数据上送，测控板和管理板内部通过总线实现传输。3.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：所述冗余测控装置实现各间隔交流量数据的同步采集的步骤包括：步骤1.1、测控板上采集模块同步采集母线上各间隔原始数据，直到所有间隔数据采集完毕，并通知计算模块进入计算流程，闭锁采集流程；步骤1.2、测控板上计算模块同步计算母线上各间隔遥测数据，直到所有间隔遥测数据计算完毕，并通知采集模块重新进入采集流程，闭锁计算流程，同时启动内部总线发送。4.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：遥测算法由周期计算改为迭代计算的方法包括：遥测有效值迭代计算公式为：式中：x
k
为当前时刻有效值；x
k-1
为前一时刻有效值；n为每周波采样点数；x(k)为当前时刻采样值；x(k-n)为一周波前采样值。5.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：实现各虚拟测控同步上送遥测值；使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步的方法包括：步骤3.1、内部总线通过配置传输优化策略，使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步；步骤3.2、管理板接收所有间隔的遥测数据，并通过各模块间的信息交互实现遥测数据同步触发上送。6.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：内部总线通过配置传输优化策略为通过同步传输技术，实现各虚拟测控同步上送遥测值。7.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：遥测数据等间隔上送的方法为：站内测控装置采用统一时钟源对时，以整秒时刻作为周期上送起点，根据周期上送定值实现遥测数据等间隔上送。8.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：计算母线有功功率的方法为：p
k
＝p
k-1
+u(k)
×
i(k)-u(k-n)
×
i(k-n)
式中：p
k
为当前时刻有功功率；p
k-1
为前一时刻有功功率；u(k)为当前时刻电压采样值；u(k-n)为一周波前电压采样值；i(k)为当前时刻电流采样值；i(k-n)为一周波前电流采样值。9.根据权利要求1所述的一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，其特征在于：冗余测控装置包括1块管理板、2块测控板、1块功能开入板，1块电源板、1块单色液晶板，各板之间通过高速总线进行通讯。

技术总结
本发明一种基于冗余测控的母线功率平衡方法，所述方法包括：步骤1、冗余测控装置实现各间隔交流量数据的同步采集；步骤2、冗余测控装置将遥测算法由周期计算改为迭代计算，同时取消遥测死区机制，保证上送队列能随时取到最新的遥测实时数据；实现遥测数据等间隔上送；步骤3、实现各虚拟测控同步上送遥测值；使得参与计算母线功率平衡的遥测量在同一帧打包，避免分包造成的报文不同步；步骤4、计算母线有功功率；解决了电力系统母线功率不平衡问题，提升了变电站遥测数据质量，通过高可靠的变电站基础数据量测功能，为主站提供稳定的数据源，促进高级应用实用化，支撑智能电网业务发展。支撑智能电网业务发展。支撑智能电网业务发展。


技术研发人员：王家军 李波 刘晓放 韩茂林 章熙 姬源 陈胜 万会江 李颖杰 黎强 袁明军 王平 黄育松 覃海 严锦波
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/25