喬成銀　陳波　尹相國(guó)　馬磊　張文

摘? ?要：為提高對(duì)智能變電站過(guò)程層二次虛回路的自動(dòng)控制抗干擾和校核能力，設(shè)計(jì)了基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)。建立了智能變電站過(guò)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(diào)節(jié)模糊控制參數(shù);在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路的線性自抗擾控制和參數(shù)整定性處理，根據(jù)等效控制反饋增益的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程層二次虛回路的自動(dòng)校核。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核的校核精度較高、可靠性較好，且校核過(guò)程較穩(wěn)定，提高了智能變電站過(guò)程層二次虛回路的抗干擾能力，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能變電站;過(guò)程層;二次虛回路;校核;反饋調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：TM301.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jīng)成為電力系統(tǒng)建設(shè)中的重要支撐節(jié)點(diǎn)，其以二次虛回路代替常規(guī)變電站的硬電纜連接，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程的信息傳輸[1]。因此，為保證智能變電站過(guò)程層二次虛回路的有效性和穩(wěn)定性，需要構(gòu)建智能變電站的過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核模型，提高其自動(dòng)化控制能力。相關(guān)的智能變電站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法也受到人們的極大關(guān)注。

通常來(lái)說(shuō)，對(duì)智能變電站的控制是建立在對(duì)智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，通過(guò)建立智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)，結(jié)合感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)參數(shù)的整定性處理的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核[2]。目前，已有專家學(xué)者在智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核領(lǐng)域提出了一些較為成熟的研究結(jié)果，如模糊PID方法和磁通切換控制方法等等[3]。文獻(xiàn)[4]利用深度搜索方法對(duì)二次虛實(shí)回路進(jìn)行了校核，設(shè)計(jì)過(guò)程層虛回路配置規(guī)則，將狀態(tài)校核作為二次虛回路校核的一部分，并利用鄰接表存儲(chǔ)物理光纖回路，利用深度優(yōu)先搜索算法實(shí)現(xiàn)智能變電站過(guò)程層中各設(shè)備的物理拓?fù)滏溄?，通過(guò)深度搜索故障推理算法實(shí)現(xiàn)校核過(guò)程。文獻(xiàn)[5]中提出了一種基于檢修態(tài)切換的智能變電站回路校核系統(tǒng)，仿照常規(guī)變電站的工作流程定義相關(guān)設(shè)備的檢修態(tài)，將過(guò)程層二次虛回路的校核過(guò)程簡(jiǎn)化為檢修態(tài)之間的切換，并通過(guò)電樞空載感應(yīng)電勢(shì)調(diào)節(jié)模型實(shí)現(xiàn)智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核。然而上述方法在進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核時(shí)的自適應(yīng)性不好，抗干擾能力較差。

針對(duì)上述方法存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)。并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，得出有效性結(jié)論。

1? ?變電站過(guò)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(shí)現(xiàn)智能變電站過(guò)程層二次虛回路的優(yōu)化校核和控制，首先需構(gòu)建智能變電站過(guò)程層二次虛回路等效電路模型，根據(jù)線圈的電磁變換進(jìn)行電機(jī)控制，采用能量參數(shù)調(diào)節(jié)的方法，完成智能變電站過(guò)程層二次虛回路的能量變換和分流控制[6]。智能變電站過(guò)程層二次虛回路的等效電路模型如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的等效電路模型，結(jié)合磁通切換的模糊PID控制方法，對(duì)電路進(jìn)行矢量控制和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，通過(guò)感應(yīng)電勢(shì)的智能調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路的線性組合控制和模糊參數(shù)調(diào)節(jié)[7]，得到智能變電站過(guò)程層二次虛回路的轉(zhuǎn)速辨識(shí)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(shù)，Lq表示擴(kuò)展卡爾曼調(diào)節(jié)系數(shù)，UJ表示二次虛回路沿切向交替充磁的電壓，E是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，智能變電站過(guò)程層的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表示：

E = n × ■? ? ?（2）

其中，Δφ表示磁通量變化量，Δt表示時(shí)間。根據(jù)上述分析，結(jié)合階躍響應(yīng)控制法，進(jìn)行二次虛回路等效控制[8]，根據(jù)某一頻率、某一相序的電壓擾動(dòng)分量來(lái)控制二次虛回路，避免了傳統(tǒng)的PID控制方法中信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程中同時(shí)出現(xiàn)放大擾動(dòng)信號(hào)的過(guò)程。二階離散數(shù)據(jù)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(zhuǎn)矢量;a是耦合電流分量;f是輸入信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù);h為步長(zhǎng)。根據(jù)電壓擾動(dòng)與電流響應(yīng)分量進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，通過(guò)耦合頻率調(diào)節(jié)方法[9]，進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路的自動(dòng)校核和控制。

1.2? ?二次虛回路的模糊控制智能參數(shù)調(diào)節(jié)

在上述研究基礎(chǔ)上，采用誤差反饋校正方法調(diào)節(jié)智能變電站過(guò)程層二次虛回路的模糊控制參數(shù)，構(gòu)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(guān)系為：

H = β × ■? ? ?（4）

其中，z是頻率耦合的特征參數(shù)，用α表示智能變電站過(guò)程層二次虛回路控制的模糊參數(shù)，β為可調(diào)參數(shù)。采用最大似然估計(jì)的方法進(jìn)行自整定性處理，根據(jù)電壓擾動(dòng)與電流響應(yīng)分量的聯(lián)合控制，通過(guò)自適應(yīng)尋優(yōu)得到智能變電站過(guò)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(wǎng)逆變可調(diào)參數(shù)，k表示智能變電站過(guò)程層的自動(dòng)校核比例系數(shù)，g表示智能變電站過(guò)程層的微分系數(shù)[11]?？紤]控制器輸出的調(diào)制信號(hào)對(duì)直流側(cè)能量的影響，在功率輸出增益最大的條件下，構(gòu)建變電站過(guò)程層的模糊控制智能參數(shù)調(diào)節(jié)模型：

W = ■? ? ?（6）

其中，r表示電力系統(tǒng)直流多功率分送控制的輸出增益，φ表示電力系統(tǒng)逆變器對(duì)外等效控制特征量。綜上所述，構(gòu)建了變電站過(guò)程層的模糊控制智能參數(shù)調(diào)節(jié)模型，根據(jù)參數(shù)調(diào)節(jié)結(jié)果，完成了智能變電站過(guò)程層二次虛回路的抗干擾控制。

2? ?二次虛回路自動(dòng)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(guò)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(jìn)行智能變電站過(guò)程層的模糊控制參數(shù)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核。設(shè)計(jì)一種基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)。在交流側(cè)濾波端，構(gòu)建輸入輸出系統(tǒng)，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(fù)序電流響應(yīng)的最大幅值，t0表示基頻電流的幅值，v表示電荷運(yùn)動(dòng)速度，結(jié)合負(fù)序擾動(dòng)電壓的相位p，對(duì)變電站過(guò)程層進(jìn)行模糊控制。借助于參數(shù)的耦合控制方法，得到頻率耦合時(shí)滯項(xiàng)T為：

T = I × sign [sin（ωt - p）]? ? ?（8）

其中，sign表示返回符號(hào)函數(shù)，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(shù)。

2.2? ?參數(shù)整定性處理

構(gòu)建線性自抗擾控制器進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路線性自抗擾控制和參數(shù)整定性處理，對(duì)直流側(cè)負(fù)荷進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)節(jié)，假設(shè)智能變電站過(guò)程層的誤差控制項(xiàng)為λ，采用頻率耦合調(diào)節(jié)的方法，以控制采樣周期為輸入，對(duì)負(fù)序電流響應(yīng)分量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，得到二次虛回路自動(dòng)校核的參數(shù)自整定性特征提取輸出為：

ω = ■ - λ? ? ?（10）

以輸出功率為控制目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)等效控制反饋增益的變化進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核，構(gòu)建智能變電站過(guò)程層二次虛回路的多功率分送控制模型，結(jié)合智能變電站過(guò)程層二次虛回路的電磁參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)[13]，過(guò)程層二次虛回路的電磁損耗量在θ時(shí)刻為：

Q = ■? ? ? ? ?（11）

當(dāng)智能變電站過(guò)程層二次虛回路的電磁損耗衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載功率時(shí)，智能變電站過(guò)程層的線性擾動(dòng)分量c與并網(wǎng)點(diǎn)電壓u′的關(guān)系滿足：

u′ = ■c - Q? ? ? ? （12）

采用多功耗自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)的方法，得到此時(shí)輸出的瞬時(shí)電壓為：

V = σ × ■sign [sin（ωt）]? ? ?（13）

其中，σ表示常規(guī)調(diào)節(jié)系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，若智能變電站過(guò)程層的線性擾動(dòng)分量c與并網(wǎng)點(diǎn)電壓 u′的關(guān)系滿足公式（13），則智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核過(guò)程的電流參數(shù)x自整定性調(diào)節(jié)輸出為：

M = ■■（V × θ + ω）dt? ? ?（14）

綜上分析，根據(jù)自整定性調(diào)節(jié)輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核。

3? ?仿真測(cè)試與結(jié)果分析

為測(cè)試所設(shè)計(jì)的基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置情況如下：在Matlab Simulink平臺(tái)上建立智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)模型，設(shè)定直流母線電壓參數(shù)為220 V，閉環(huán)控制環(huán)比例積分參數(shù)為0.068，鎖相環(huán)的比例積分參數(shù)為0.034，頻率耦合參數(shù)為0.25，等效電感 Lg = 3.74 mH。

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，得到智能變電站過(guò)程層二次虛回路校核的耦合特性曲線簡(jiǎn)化模型如圖2所示。

圖2 智能變電站過(guò)程層二次虛回路校核的耦合特性曲線簡(jiǎn)化模型觀察圖2，根據(jù)耦合特性曲線分析得知，采用所提的基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)進(jìn)行校核的智能性和自適應(yīng)性較好，仿真輸出結(jié)果與理想化曲線差異較小，說(shuō)明了本文系統(tǒng)的有效性。

為進(jìn)一步測(cè)試基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將該系統(tǒng)與文獻(xiàn)[4]提出的基于深度搜索方法的變電站二次虛實(shí)回路校核系統(tǒng)和文獻(xiàn)[5]提出的基于檢修態(tài)切換的智能變電站回路校核系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試不同系統(tǒng)在進(jìn)行自適應(yīng)校核時(shí)的校核精度，得到對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

分析圖3可知，隨著迭代次數(shù)的不斷增加，不同變電站過(guò)程層二次虛回路校核系統(tǒng)的校核精度也相應(yīng)發(fā)生變化。文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)的校核精度僅在最初時(shí)小于文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)，但這兩種系統(tǒng)的校核精度始終小于所提的基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)。對(duì)比結(jié)果表明，所提系統(tǒng)的校核精度最高，可證明所提方法的有效性。

對(duì)上述三種校核系統(tǒng)進(jìn)行蓄意攻擊，記錄三種系統(tǒng)成功抵御攻擊的次數(shù)，結(jié)果如表1所示。

分析表1可知，隨著總攻擊次數(shù)的不斷增加，不同校核系統(tǒng)成功抵御攻擊的次數(shù)也在不斷增加。但所提的基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)成功抵御攻擊的次數(shù)始終在3中系統(tǒng)中保持最高，說(shuō)明該校核系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，有效性更好。

4? ?結(jié)? ?論

針對(duì)智能變電站過(guò)程層二次虛回路的校核能力和抗干擾能力較差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制的智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核系統(tǒng)。根據(jù)自抗擾控制模型及參數(shù)調(diào)節(jié)結(jié)果，提高了虛回路的抗干擾能力;根據(jù)線性擴(kuò)張自適應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能變電站過(guò)程層二次虛回路的自動(dòng)校核。經(jīng)測(cè)試研究得知，該系統(tǒng)在進(jìn)行智能變電站過(guò)程層二次虛回路自動(dòng)校核的準(zhǔn)確性較高，可靠性較好，抗干擾能力較強(qiáng)，具有極高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 劉俊紅，鄧兆云，李澤科，等. 基于即插即用的智能變電站信息自動(dòng)校核技術(shù)[J].? 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018（2）：137-143.

[2]? ? 李輝，劉海峰，趙永生，等. 智能變電站過(guò)程層組網(wǎng)改進(jìn)方案[J].? 電力自動(dòng)化設(shè)備，2017，37（3）：218-223.

[3]? ? 劉洪，王博，葛少云，等. 計(jì)及分布式電源滲透率變化的變電站動(dòng)態(tài)擴(kuò)展規(guī)劃[J].? 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017，41（21）：92-99.

[4]? ? 董懷普，王位杰，劉文彪，等. 基于深度搜索的二次虛實(shí)回路融合故障診斷技術(shù)[J].? 電力自動(dòng)化設(shè)備，2019，39（05）：226-230.

[5]? ? 胡紹謙，李力，朱曉彤，等. 基于檢修態(tài)切換的智能變電站保護(hù)設(shè)備檢修輔助安全措施[J].? 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，43（01）：327-334.

[6]? ? 高磊，閆培麗，阮思燁，等. 基于相似度計(jì)算的學(xué)習(xí)型模板庫(kù)在虛回路設(shè)計(jì)和校驗(yàn)中的應(yīng)用[J].? 電力自動(dòng)化設(shè)備，2017，37（7）：205-212.

[7]? ? 楊輝，溫東旭，高磊，等.智能變電站二次虛回路連線自動(dòng)生成實(shí)踐[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（23）：116-121.

[8]? ? 張勇，李丹，文福拴，等. 基于IEC 61850的智能變電站過(guò)程層故障診斷[J].? 電力建設(shè)，2018，39（3）：42-48.

[9]? ? 樊越甫，王磊，羅建平，等. 智能變電站過(guò)程層設(shè)備虛擬技術(shù)應(yīng)用[J].? 河北電力技術(shù)，2019，38（01）：38-40+63.

[10]? 凌光，王志亮，呂建龍，等. 基于OPNET的智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)建模方法[J].? 中國(guó)電力，2017，50（1）：79-84.

[11]? 劉景霞，田立猛. 基于VLAN劃分的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)方案研究[J].? 現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（20）：173-177.

[12]? 張勇，李丹，文福拴，等. 基于IEC 61850的智能變電站過(guò)程層故障診斷[J].? 電力建設(shè)，2018，39（3）：42-48.

[13]? 李福鵬，梁國(guó)堅(jiān)，陶熠昆，等. 變電站智能診斷和維護(hù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].? 電源技術(shù)，2017，41（9）：1369-1370.