一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法技术

本发明专利技术属于电力系统自动电压控制技术领域，特别涉及一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法的方法。本方法在电压控制中，对于投入自动电压控制系统闭环控制的电厂和变电站的母线电压值进行统计，以最近10～30日的电压历史数据作为统计分析的依据，结合电厂机组、变电站容抗器等无功设备的运行情况，自动计算母线电压上限，一方面满足了母线电压的日常运行区间，另一方面实现了逆调压；并且通过在线自动滚动计算，也可以自动适应电网运行方式的变化。本发明专利技术应用后能够实现系统的逆调压，在低谷时段压低电压值上限,在高峰时段提高电压值上限,并将计算的控制限值应用于自动电压控制系统，实现逆调压，以提高电力系统的运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法
本专利技术属于电力系统自动电压控制
，特别涉及一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法的方法。
技术介绍
自动电压控制(以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)系统是实现电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用电网实时运行数据，从电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、以及下级电网调度机构执行。AVC系统以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环地进行电压的实时优化控制，实现了无功电压协调控制方案的在线生成、实时下发、闭环自动控制等一整套分析、决策、控制，以及再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题，能够有效地克服传统的电网无功电压控制手段存在的不足，提高电网安全稳定经济运行的水平。孙宏斌、张伯明、郭庆来在《基于软分区的全局电压优化控制系统设计》(电力系统自动化,2003年，第27卷第8期，16-20页)中说明了大电网自动电压控制的体系结构。目前省级电网调度中心的AVC系统采用协调二级电压控制方法(CSVC)实现对某个包含发电厂的区域电网的电压控制，二级控制为分区解耦的控制策略计算，其将电网自动划分为解耦的各个分区，每个分区内选择若干中枢母线，对每个分区分别计算分区内包括电厂在内的各种无功资源的控制策略，以追随该分区中枢母线的优化目标。郭庆来，孙宏斌，张伯明在《协调二级电压控制的研究》(电力系统自动化，2005年12月，V29N23，pp.19-24)中提出了一种协调二级电压控制(CSVC)模型，该模型在优先考虑中枢母线电压偏差最小的前提下，利用多余的控制自由度保证本区域发电机运行在无功裕度更大、出力更均衡的状态。该模型所涉及到的各个变量的具体物理含义可以从图1所示的二次规划计算电厂模型中直观看出，其中，Qg1、Qg2、Qg3、Qg4分别表示发电机1、2、3、4的当前无功出力，Vg1、Vg2、Vg3、Vg4分别表示发电机1、2、3、4机端母线当前电压，Vp1、Vp2分别表示中枢母线1和2的当前电压，VH1、VH2分别表示发电机高压侧母线1和2的当前电压，Cg为中枢母线无功电压灵敏度矩阵和Cvg为高压侧母线无功电压灵敏度矩阵，满足：ΔVp＝CgΔQg(1.1)ΔVH＝CvgΔQg(1.2)其中，ΔQg为发电机无功出力的调节量，ΔVp为机组对中枢母线的电压调整量，ΔVH为机组对电厂高压侧母线的电压调整量。区域中的中枢母线一般为预先人工选择指定。该模型采用了二次规划模型来计算电厂的控制，二次规划模型的目标函数如下：其中，ΔQg为二次规划的优化变量，表示发电机无功出力的调节量；和分别表示无功下限和无功上限；表示区域中的中枢母线设定电压；Wp和Wq为权重系数，两者一般均为0.1到1之间，α为增益系数，一般为0.1到1之间；式中目标函数第一部分体现了调整发电机无功使得中枢母线达到三级控制给出的目标值。同时，为了实现增大发电机无功裕度并使之出力更加均衡的目的，在目标函数的第二部分引入了无功裕度向量Θg，其第i个分量为:其中，为发电机i的当前无功出力，为发电机i的无功出力的调节量，为发电机i的无功最大值，为发电机i的无功最小值，i为发电机的序号，||Θg||2为无功裕度向量集，||Θg||2在二次规划目标函数中，可以保证一方面增加控制发电机的无功裕度，另一方面促使各台控制发电机向无功出力更加均衡的方向发展。省调AVC的二级电压控制模块在满足安全约束条件的情况下来求解极小化问题，这些约束包括：其中和分别表示中枢母线电压下限和中枢母线电压上限；和分别表示发电机无功下限和无功上限；和分别表示发电机高压侧母线的电压下限、电压上限和允许的单步最大调整量。上述内容涉及到无功电压灵敏度矩阵Cg和Cvg的计算。孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13)中提出了准稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器(AVR)时，可认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节(AQR)或自动功率因数调节(APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。省调AVC中，Cg和Cvg均采用准稳态的灵敏度。电力系统中各级电压偏差值应不超过允许范围。行业标准DL/T1773-2017《电力系统电压和无功电力技术导则》中规定:对于500(330)kV母线，正常运行方式时、最高运行电压不得超过系统额定电压的+10％，最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、发电厂用电的正常使用及下一级电压的调节。对于220kV母线.正常运行方式时.电压允许偏差为系统额定电压的0～+10％。事故运行方式时为系统额定电压的-5％～+10％。对于110-35kv母线，正常运行方式时为相应系统额定电压的-3％～+7％事故后为额定电压的±10％。电力系统调压是指为使电力系统中各电压中枢点运行电压保持在规定允许范围之内所采取的技术措施，主要调压方式分为逆调压，恒调压和顺调压三种。(1)逆调压。逆调压是指在最大负荷时段，提高系统电压中枢点电压至105％倍标准电压以补偿线路上增加的电压损失，最小负荷时段降低中枢点电压至标准电压以防止受端电压过高的电压调整方式。逆调压的作用是为了使电压偏差符合用电设备端电压的要求，逆调压的范围宜为额定电压的0～+5％。(2)恒调压。常调压是指无论负荷如何变动，系统电压中枢点电压基本保持不变的电压调整方式，一般保持中枢点电压在102％—105％倍额定电压。通常适用于负荷变动小或者线路上电压损耗小的情况。(3)顺调压。顺调压是指在最大负荷时适当降低中枢点电压，但不低于102.5％倍额定电压，最小负荷时适当加大中枢点电压的电压调整方式，但不高于107.5％倍额定电压。通常适用于出线线路不太长，负荷变化不大的情况。在输电网自动电压控制过程中，通常在系统负荷的低谷时段对变电站母线电压进行逆调压控制，在保证电网电压合格同时，适度降低母线电压运行水平，一方面提高设备绝缘器件的运行寿命，另一方面也可以预防故障引起的过电压。在AVC中实现逆调压的方法是在低谷时段降低的母线电压上限值，在平峰或高峰时段提高母线的电压上限值，从而实现低谷时段电压低于其他时段的电压值。目前常规逆调压控制中的低谷、平峰、高峰时段母线电压的上限值，是人工根据经验提前设定的，是固定不变的。由于没有考虑电网中无功资源配置的实际情况，以及电网运行方式的变化，人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)从电力系统的自动电压控制系统中，在每日0时到来时，读取电力系统中的每条母线的名称，形成母线名称集合B：B

【技术特征摘要】
1.一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)从电力系统的自动电压控制系统中，在每日0时到来时，读取电力系统中的每条母线的名称，形成母线名称集合B：Bi＝|B1B2B3B4...BI|，i＝1,...,I，B为母线名称集合，下标i为母线序号，Bi为第i个母线；读取电力系统中发电机组的名称，形成发电机组名称的集合G：Gj＝|G1G2G3G4...GJ|，j＝1,...,J，G为发电机组名称集合，下标j为发电机组序号，Gj为第j个发电机组；读取电力系统中容抗器的名称，形成容抗器的名称集合C，Ck＝|C1C2C3C4...CK|，k＝1,...,K，C为容抗器名称集合，下标k为容抗器序号，Ck为第k个容抗器；
(2)从电力系统中读取母线电压设定计划值以及母线、发电机组和容抗器的历史值，设定一天内的采样点为n＝1,...,N、历史天数m＝1,...,M，历史天数m为从当前0点前的M天中的一天，发电机组对母线的灵敏度和变电站低压母线对高压母线的灵敏度，容抗器容量，进行数据整合形成数据集合，包括以下步骤：
(2-1)根据母线集合B，读取母线电压设定计划值，形成如下所有母线电压设定计划值的集合：



Vmax、Vmin分别为母线电压设定计划值的上限集合和下限集合，分别为第i个母线在一天内的第n个采样点的电压设定计划值的上限数据值和电压设定计划值的下限数据值。
(2-2)根据母线名称集合B，读取第i个母线的前M天每天采样点N个点的电压历史值，形成数据集合：



Vim-n为第i个母线的第m天第n个电压历史采样点，遍历母线序号i，形成所有母线的电压历史数据集合V：V＝|V1V2V3V4...VI|；
(2-3)根据发电机组集合G，读取第j个发电机组的前M天每天采样点N个点的无功历史值，形成数据集合：




为第j个发电机组的第m天第n个无功历史采样点，遍历发电机组序号j，形成所有发电机组的无功历史数据集合：
Q＝|Q1Q2Q3Q4...QJ|；
(2-4)根据容抗器集合C，读取第k个容抗器的前M天每天采样点N个点的运行状态历史值，形成数据集合：




为第k个发电机组的第m天第n个运行状态历史采样点，遍历容抗器序号k，形成所有容抗器的运行状态历史数据集合：D＝|D1D2D3D4...DK|；
(2-5)根据发电机组集合G和母线集合B，读取发电机组对母线的灵敏度信息，形成集合如下：



其中，SGV为发电机组对母线的灵敏度矩阵，Sji为第j个发电机组对第i个母线的灵敏度；
(2-6)读取变电站低压母线对高压母线的灵敏度，形成变电站低压母线对高压母线的灵敏度集合SCV：



其中，SCV为变电站低压母线对高压母线的灵敏度矩阵，Sii为第w个低压母线对第r个高压母线的灵敏度；w为变电站低压母线个数，r为变电站高压母线个数；
(2-7)根据容抗器集合C，读取第k个容抗器的容量形成所有容抗器的容量集合：
(3)根据步骤(2)得到的数据集合，计算发电厂控制母线、变电站控制母线的逆调压电压上限，步骤如下：
(3-1)读取母线集合的母线Bi，对母线Bi进行判断，若Bi为发电厂母线，则执行步骤(3-2),若Bi为变电站母线，则执行步骤(3-3)；
(3-2)根据母线集合的母线Bi，从发电机组集合G中读取与母线Bi相连接的发电机组，形成集合GG：Gf＝|G1G2G3G4...GF|、f＝1,...,F，其中，F为与母线Bi相连接的发电机组的个数，Gf为第f个发电机组，并根据相连接的发电机组集合GG分别从发电机组的无功历史数据集合Q中获取该发电机组的无功历史值Qf，同时从母线Bi电压设定计划值集合Vmax、Vmin中分别读取母线Bi的设定计划值上限设定计划值下限根据上述读取到的集合数据，计算母线Bi的逆调压电压上限Vismax，包括以下步骤：
(3-2-1)设定母线Bi电压向下调节能力Vid＝0、电压向上调节能力Viu＝0，计算母线Bi的电压向下调节能力Vid、电压向上调节能力Viu，步骤如下：
(3-2-1-1)设定发电机组Gf可减少无功Qfs＝0、发电机组Gf可减少无功的采样计数点Z1＝0，记发电机组Gf的最小无功出力为Qmin，从发电机组的无功历史值Qf中读取其中，上标m-n为第m天的第n个采样点、为第m天的第n个点的无功值，将发电机组Gf的第m天第n个点的历史值与发电机组最小无功出力Qmin进行比较，若则使发电机组Gf的可减少无功使采样计数点Z1＝Z1+1；遍历历史天数m，将所有得到的发电机组Gf的可减少无功Qfs进行累加，并将所有发电机组Gf可减少无功的采样计数点Z1的累加；根据累加值，计算发电机组Gf可减少无功值的平均值Qavg＝Qfs/Z1；读取发电机组Gf对母线Bi的灵敏度SGV，根据灵敏度SGV和发电机组Gf可减少无功平均值Qavg计算得到母线Bi电压向下调节能力Vadjd＝Qavg×SGV×Vx,Vx为安全系数，根据电压向下调节能力Vadjd，计算得到母线Bi的电压向下调节能力累加：Vid＝Vid+Vadjd；
(3-2-1-2)设定发电机组Gf的可增加无功Qfu＝0、发电机组Gf可增加无功的采样计数点Z2＝0，将发电机组Gf的最大无功出力记为Qmax，从发电机组Gf的无功历史值Qf中读取将发电机组的第m天第n个点的历史值与发电机组最大无功出力进行比较，若则使使Z2＝Z2+1；遍历历史天数m，将所有得到的发电机组的可增加无功Qfu进行累加，并将发电机组可增加无功的采样计数点Z2进行累加，根据累加值计算得到发电机组Gf可增加无功平均值Qpju＝Qfu/Z2；读取发电机组Gf对母线Bi的灵敏度SGV，根据灵敏度SGV和发电机组Gf可增加无功平均值Qavg，计算得到母线Bi电压向上调节能力Vadju＝Qpju×SGV×Vx,Vx为安全系数；据电压向上调节能力Vadju，计算得到母线Bi的电压向上调节能力累加：Viu＝Viu+Vadju；
(3-2-1-3)对与母线Bi相连接的发电机组集合GG，遍历发电机组个数f的取值，重复步骤(3-2-1-1)～步骤(3-2-1-2)，得到所有与母线Bi相连接的发电机组对母线Bi总的电压向下调节能力Vid和电压向上调节能力Viu；
(3-2-2)设定母线Bi的电压值Vs＝0，母线Bi电压计数点Z3＝0，从步骤(2-2)的母线Bi的电压历史值Vi中读取Vim-n，将母线Bi第m天第n个点的历史值Vim-n与母线Bi的电压设定计划值比较，若并且则使母线Bi电压Vs＝Vs+Vim-n，并使计数点Z3＝Z3+1；遍历历史天数m，对得到的母线Bi的所有电压值Vs进行累加，对所有母线Bi的电压计数点Z3进行累加，根据得到的累加数据计算得到母线Bi的电压平均值Vipj＝Vs/Z3；
(3-2-3)对采样点n进行判断，若采样点n为电力系统负荷低谷时刻，则根据(3-2-2)计算得到的母线Bi的电压平均值Vipj和(3-2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍超，程林，刘永锋，牛拴保，柯贤波，汤磊，王智伟，魏平，任冲，张钢，卫琳，彭明侨，何瑜，王鹏，
申请(专利权)人：国家电网公司西北分部，北京清大高科系统控制有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61