智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統

喬成銀　陳波　尹相國　馬磊　張文

摘? ?要：為提高對智能變電站過程層二次虛回路的自動控制抗干擾和校核能力，設計了基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統。建立了智能變電站過程層的二次虛回路等效電路模型，采用誤差反饋校正方法調節模糊控制參數;在此基礎上，進行智能變電站過程層二次虛回路的線性自抗擾控制和參數整定性處理，根據等效控制反饋增益的變化實現對過程層二次虛回路的自動校核。仿真實驗結果表明，采用該方法進行智能變電站過程層二次虛回路自動校核的校核精度較高、可靠性較好，且校核過程較穩定，提高了智能變電站過程層二次虛回路的抗干擾能力，具有很高的應用價值。

關鍵詞：智能變電站;過程層;二次虛回路;校核;反饋調節

中圖分類號：TM301.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Automatic Checking System for Secondary Virtual Circuit

of Process Layer of Intelligent Substation

QIAO Cheng-yin ，CHEN Bo，Yin Xiang-guo，MA Lei，ZHANG Wen

（State Grid Ningxia Maintence Company，Yinchuan，Ningxia 750011，China）

Abstract：In order to improve the automatic control anti-interference and check ability of the secondary virtual circuit in the process substation of intelligent substation，an automatic verification system for the secondary virtual circuit of the intelligent substation process based on linear expansion adaptive control is designed. The second virtual loop equivalent circuit model of the intelligent substation process layer is established，and the fuzzy feedback parameters are adjusted by the error feedback correction method. On this basis，the linear auto disturbance rejection control and parameter tuning processing of the secondary virtual loop of the intelligent substation process layer are carried out. According to the change of the equivalent control feedback gain，the automatic check of the secondary virtual loop of the process layer is realized. The simulation results show that the method of automatic verification of the secondary virtual circuit in the process substation of the intelligent substation has high calibration accuracy，good reliability，and stable calibration process，which improves the secondary virtual circuit of the intelligent substation process layer. Anti-interference ability，has high application value.

Key words：smart substation;process layer;secondary virtual circuit;check;feedback adjust

智能變電站已經成為電力系統建設中的重要支撐節點，其以二次虛回路代替常規變電站的硬電纜連接，實現了電網運行過程的信息傳輸[1]。因此，為保證智能變電站過程層二次虛回路的有效性和穩定性，需要構建智能變電站的過程層二次虛回路自動校核模型，提高其自動化控制能力。相關的智能變電站的控制系統設計方法也受到人們的極大關注。

通常來說，對智能變電站的控制是建立在對智能變電站過程層二次虛回路自動校核的基礎上進行的，通過建立智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統，結合感應電動勢和電機參數的整定性處理的方法來實現智能變電站過程層二次虛回路自動校核[2]。目前，已有專家學者在智能變電站過程層二次虛回路自動校核領域提出了一些較為成熟的研究結果，如模糊PID方法和磁通切換控制方法等等[3]。文獻[4]利用深度搜索方法對二次虛實回路進行了校核，設計過程層虛回路配置規則，將狀態校核作為二次虛回路校核的一部分，并利用鄰接表存儲物理光纖回路，利用深度優先搜索算法實現智能變電站過程層中各設備的物理拓撲鏈接，通過深度搜索故障推理算法實現校核過程。文獻[5]中提出了一種基于檢修態切換的智能變電站回路校核系統，仿照常規變電站的工作流程定義相關設備的檢修態，將過程層二次虛回路的校核過程簡化為檢修態之間的切換，并通過電樞空載感應電勢調節模型實現智能變電站過程層二次虛回路自動校核。然而上述方法在進行智能變電站過程層二次虛回路自動校核時的自適應性不好，抗干擾能力較差。

針對上述方法存在的問題，設計基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統。并進行仿真實驗分析，得出有效性結論。

1? ?變電站過程層二次虛回路抗干擾控制

1.1? ?二次虛回路等效電路模型

為了實現智能變電站過程層二次虛回路的優化校核和控制，首先需構建智能變電站過程層二次虛回路等效電路模型，根據線圈的電磁變換進行電機控制，采用能量參數調節的方法，完成智能變電站過程層二次虛回路的能量變換和分流控制[6]。智能變電站過程層二次虛回路的等效電路模型如圖1所示。

根據圖1所示的等效電路模型，結合磁通切換的模糊PID控制方法，對電路進行矢量控制和轉速調節，通過感應電勢的智能調節方法，進行智能變電站過程層二次虛回路的線性組合控制和模糊參數調節[7]，得到智能變電站過程層二次虛回路的轉速辨識模型用如下公式描述：

V = Lq■■f（u）du + E × ■? ? ?（1）

其中，f（u）表示二次虛回路永磁磁鏈的變化函數，Lq表示擴展卡爾曼調節系數，UJ表示二次虛回路沿切向交替充磁的電壓，E是感應電動勢，智能變電站過程層的感應電動勢表示：

E = n × ■? ? ?（2）

其中，Δφ表示磁通量變化量，Δt表示時間。根據上述分析，結合階躍響應控制法，進行二次虛回路等效控制[8]，根據某一頻率、某一相序的電壓擾動分量來控制二次虛回路，避免了傳統的PID控制方法中信號產生過程中同時出現放大擾動信號的過程。二階離散數據跟蹤器控制輸出等效模型表示為：

P = V（ f × a - v） × h? ? ?（3）

其中，v是輸入旋轉矢量;a是耦合電流分量;f是輸入信號的一階導數;h為步長。根據電壓擾動與電流響應分量進行參數調節，通過耦合頻率調節方法[9]，進行智能變電站過程層二次虛回路的自動校核和控制。

1.2? ?二次虛回路的模糊控制智能參數調節

在上述研究基礎上，采用誤差反饋校正方法調節智能變電站過程層二次虛回路的模糊控制參數，構建線性自抗擾控制模型[10]，得到耦合電流分量和控制誤差的關系為：

H = β × ■? ? ?（4）

其中，z是頻率耦合的特征參數，用α表示智能變電站過程層二次虛回路控制的模糊參數，β為可調參數。采用最大似然估計的方法進行自整定性處理，根據電壓擾動與電流響應分量的聯合控制，通過自適應尋優得到智能變電站過程層二次虛回路的同頻率分量疊加模型為：

A = δ × H - ■? ? ?（5）

其中，δ表示并網逆變可調參數，k表示智能變電站過程層的自動校核比例系數，g表示智能變電站過程層的微分系數[11]。考慮控制器輸出的調制信號對直流側能量的影響，在功率輸出增益最大的條件下，構建變電站過程層的模糊控制智能參數調節模型：

W = ■? ? ?（6）

其中，r表示電力系統直流多功率分送控制的輸出增益，φ表示電力系統逆變器對外等效控制特征量。綜上所述，構建了變電站過程層的模糊控制智能參數調節模型，根據參數調節結果，完成了智能變電站過程層二次虛回路的抗干擾控制。

2? ?二次虛回路自動校核

2.1? ?二次虛回路線性自抗擾控制

在上述建立智能變電站過程層的二次虛回路等效電路模型，采用誤差反饋校正方法進行智能變電站過程層的模糊控制參數調節的基礎上，進行智能變電站過程層二次虛回路自動校核。設計一種基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統。在交流側濾波端，構建輸入輸出系統，用以下公式表示：

I = i × ■? ? ?（7）

其中，u表示第i通道的基頻電壓，tmax表示負序電流響應的最大幅值，t0表示基頻電流的幅值，v表示電荷運動速度，結合負序擾動電壓的相位p，對變電站過程層進行模糊控制。借助于參數的耦合控制方法，得到頻率耦合時滯項T為：

T = I × sign [sin（ωt - p）]? ? ?（8）

其中，sign表示返回符號函數，采用二次虛回路線性自抗擾控制方法[12]，得到二次虛回路頻率耦合控制輸出為：

G = μ1 - ■ - T? ? ?（9）

其中，μ表示自抗擾控制參數。

2.2? ?參數整定性處理

構建線性自抗擾控制器進行智能變電站過程層二次虛回路線性自抗擾控制和參數整定性處理，對直流側負荷進行穩定性調節，假設智能變電站過程層的誤差控制項為λ，采用頻率耦合調節的方法，以控制采樣周期為輸入，對負序電流響應分量進行自動調節，得到二次虛回路自動校核的參數自整定性特征提取輸出為：

ω = ■ - λ? ? ?（10）

以輸出功率為控制目標函數，根據等效控制反饋增益的變化進行智能變電站過程層二次虛回路自動校核，構建智能變電站過程層二次虛回路的多功率分送控制模型，結合智能變電站過程層二次虛回路的電磁參數進行自適應調節[13]，過程層二次虛回路的電磁損耗量在θ時刻為：

Q = ■? ? ? ? ?（11）

當智能變電站過程層二次虛回路的電磁損耗衰減遠遠小于負載功率時，智能變電站過程層的線性擾動分量c與并網點電壓u′的關系滿足：

u′ = ■c - Q? ? ? ? （12）

采用多功耗自適應參數調節的方法，得到此時輸出的瞬時電壓為：

V = σ × ■sign [sin（ωt）]? ? ?（13）

其中，σ表示常規調節系數。在此基礎上，若智能變電站過程層的線性擾動分量c與并網點電壓 u′的關系滿足公式（13），則智能變電站過程層二次虛回路自動校核過程的電流參數x自整定性調節輸出為：

M = ■■（V × θ + ω）dt? ? ?（14）

綜上分析，根據自整定性調節輸出結果實現智能變電站過程層二次虛回路自動校核。

3? ?仿真測試與結果分析

為測試所設計的基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統的實際應用性能，進行仿真實驗。實驗條件設置情況如下：在Matlab Simulink平臺上建立智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統模型，設定直流母線電壓參數為220 V，閉環控制環比例積分參數為0.068，鎖相環的比例積分參數為0.034，頻率耦合參數為0.25，等效電感 Lg = 3.74 mH。

根據上述參數設定，得到智能變電站過程層二次虛回路校核的耦合特性曲線簡化模型如圖2所示。

圖2 智能變電站過程層二次虛回路校核的耦合特性曲線簡化模型觀察圖2，根據耦合特性曲線分析得知，采用所提的基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統進行校核的智能性和自適應性較好，仿真輸出結果與理想化曲線差異較小，說明了本文系統的有效性。

為進一步測試基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統的有效性，設計如下對比實驗。將該系統與文獻[4]提出的基于深度搜索方法的變電站二次虛實回路校核系統和文獻[5]提出的基于檢修態切換的智能變電站回路校核系統進行對比，測試不同系統在進行自適應校核時的校核精度，得到對比結果如圖3所示。

分析圖3可知，隨著迭代次數的不斷增加，不同變電站過程層二次虛回路校核系統的校核精度也相應發生變化。文獻[5]系統的校核精度僅在最初時小于文獻[4]系統，但這兩種系統的校核精度始終小于所提的基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統。對比結果表明，所提系統的校核精度最高，可證明所提方法的有效性。

對上述三種校核系統進行蓄意攻擊，記錄三種系統成功抵御攻擊的次數，結果如表1所示。

分析表1可知，隨著總攻擊次數的不斷增加，不同校核系統成功抵御攻擊的次數也在不斷增加。但所提的基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統成功抵御攻擊的次數始終在3中系統中保持最高，說明該校核系統具有較強的抗干擾能力，有效性更好。

4? ?結? ?論

針對智能變電站過程層二次虛回路的校核能力和抗干擾能力較差的問題，設計了基于線性擴張自適應控制的智能變電站過程層二次虛回路自動校核系統。根據自抗擾控制模型及參數調節結果，提高了虛回路的抗干擾能力;根據線性擴張自適應控制系統，實現智能變電站過程層二次虛回路的自動校核。經測試研究得知，該系統在進行智能變電站過程層二次虛回路自動校核的準確性較高，可靠性較好，抗干擾能力較強，具有極高的應用優勢。

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