一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法及装置制造方法及图纸

本公开提出一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法及装置，属于电力系统控制技术领域。其中方法包括：获取电网中各负荷历史采样时刻的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，构建各负荷无功功率关于有功功率及时间类型的函数关系；利用该函数关系，计算各负荷在第二天各采样时刻的无功功率预测值；根据各负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和无功功率预测值，计算电网中母线在第二天每分钟的电压预测值，得到母线在第二天预测时段的电压安全区域上限和电压安全区域下限，以实现对所述电网的自动电压控制。本公开弥补了现有负荷预测中缺少的无功负荷预测，给潮流预报的计算提供更准确的数据支持，更好地服务于自动化电压控制。自动化电压控制。自动化电压控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法及装置


[0001]本公开属于电力系统控制
，特别涉及一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法及装置。

技术介绍

[0002]自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)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、变电站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。
[0003]AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，其对输电网的电压控制策略主要有对电厂各发电机无功控制策略以及对变电站的无功设备控制策略2类。其中对电厂各发电机的无功控制策略，目前采用的主要方式是：调度中心的AVC主站系统通过无功优化计算得到电厂各机组的无功调节量后，通过数据通信通道向电厂的AVC子站系统发送，电厂的AVC子站接收到发电机无功调整量后，根据当前电厂内各台发电机的运行状态，采用步进方式调整发电机发出的无功功率，直到达到AVC主站下发的调整量。对变电站的无功设备控制策略为对无功补偿设备的投切指令，无功设备主要包括电容器和电抗器，当投入电容器或切除电抗器时，母线电压升高；当切除电容器或投入电抗器时，母线电压降低。AVC主站下发投入或切除无功设备的指令，变电站内的自动化监控系统根据接收的指令，找到无功设备所连接的断路器并合上或断开断路器，以完成无功设备的投入或切除。
[0004]在电力系统运行中，为了便于提前安排电网运行方式，调度方式人员需要每日提前对即将到来的明日进行电网运行方案的编制，即编制日前运行计划。日前运行计划是电网调度的重要依据，合理的日前调度运行计划关系到系统未来的安全经济运行。随着电网规模的扩大和运行方式复杂化，以往基于直流潮流的日前计划安全校核已无法满足实际需求，要求对日前计划进行包括静态安全、动态稳定和暂态稳定等方面的全面安全校核，为此，需要生成满足日前计划的合理交流潮流，这就是日前潮流预报需要完成的工作。
[0005]在我国的电网系统中电压是电能质量的重要指标，并且合理的电压无功控制不仅可以提高电网的电压合格水平，还能够较好的减少电网的整体损耗。无功电压预报的意义在于可以预先全面了解电网在节假日等特殊情况下的无功和电压变化趋势，针对性地制定未来时段母线电压限值等控制策略，合理规划电网中各种无功资源的调节时序，实现预防性的自动电压控制，有效抑制电压波动，提高电网电压的稳定性。
[0006]电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它的任务
是根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，一般给定的运行条件包括发电机机端电压、有功、无功以及负荷有功、无功，计算得的系统运行状态包括各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。
[0007]林毅、孙宏斌在《日前计划安全校核中计划潮流自动生成技术》(电力系统自动化，2012年10月第36卷第20期，pp.68
‑
73)中提出了一种新的日前计划编制中的潮流预报方法，可以对电网的次日计划潮流进行计算，通过计划潮流评估次日的电网运行状态和安全情况。该计划潮流方法将原问题分解为有功调整子问题和无功电压分布子问题分步求解。通过求解有功调整优化子问题协调多种计划数据之间的不一致，通过求解无功电压分布子问题来确定合理的发电机机端电压，避免了使用典型机端电压带来的收敛性问题。采用基于预测
‑
校正步的现代内点法求解上述优化子问题，具有良好的收敛性。该方法目前已经在国内一些大区电网调度中心和省级电网调度中心得到应用。
[0008]潮流预报的计算方法中的输入量信息中，针对负荷设备，不仅需要负荷的有功功率值，还需要负荷的无功功率值。而电网的运行方式人员编制的负荷预测数据，无论是系统负荷预测还是母线负荷预测，都只是对负荷设备的有功功率的预测，而没有对无功功率的预测。
[0009]但潮流预报计算中，是需要负荷设备的无功功率的，传统的做法就是在电网的参考断面中获取负荷的功率因数用以计算负荷的无功功率预测。通过这种方法可以得到一个相对不算离谱的负荷无功功率预测值，但实际情况是负荷设备在不同的有功功率值的情况下会有不同的功率因数，因而用一个单一的功率因数来对全天的无功功率进行计算，得到数据就会有一定的偏差。

技术实现思路

[0010]本公开的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法及装置。本公开弥补了现有负荷预测中缺少的无功负荷预测，给潮流预报的计算提供了更加准确的数据支持，更准确的服务于自动化的电压控制。
[0011]本公开第一方面实施例提出一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法，包括：
[0012]获取电网中各负荷在历史采样时刻的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据；
[0013]根据所述有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，构建所述负荷的无功功率关于有功功率及时间类型的函数关系；
[0014]利用所述函数关系，根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和时间类型，计算所述负荷在第二天各采样时刻的无功功率预测值；
[0015]根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和无功功率预测值，计算所述电网中母线在第二天每分钟的电压预测值；
[0016]根据所述母线在第二天每分钟的电压预测值，计算所述母线在第二天预测时段的电压安全区域上限和电压安全区域下限，以实现对所述电网的自动电压控制。
[0017]在本公开一个具体实施例中，所述时间类型分为三类，取值分别为0,1和2；其中，若任一时刻所在日为工作日，则所述时刻对应的时间类型值为0；若任一时刻所在日为周末
休息日，则所述时刻对应的时间类型值为1；若任一时刻所在日为节假休息日，则所述时刻对应的时间类型值为2。
[0018]在本公开一个具体实施例中，所述获取电网中各负荷历史采样时刻的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，包括：
[0019]以15分钟为间隔，获取电网中各负荷当前日期前30天的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，构建各负荷的历史数据集；
[0020]其中，第i个负荷的历史数据集包括：第i个负荷的历史有功功率集合第i个负荷的历史无功功率集合第i个负荷的历史时间类型集合个负荷的历史时间类型集合代表第i个负荷在第k个时刻的历史有功功率值，代表第i个负荷在第k个时刻的历史无功功率值，代表第i个负荷在第k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于历史负荷无功预测的自动电压控制方法，其特征在于，包括：获取电网中各负荷在历史采样时刻的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据；根据所述有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，构建所述负荷的无功功率关于有功功率及时间类型的函数关系；利用所述函数关系，根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和时间类型，计算所述负荷在第二天各采样时刻的无功功率预测值；根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和无功功率预测值，计算所述电网中母线在第二天每分钟的电压预测值；根据所述母线在第二天每分钟的电压预测值，计算所述母线在第二天预测时段的电压安全区域上限和电压安全区域下限，以实现对所述电网的自动电压控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间类型分为三类，取值分别为0,1和2；其中，若任一时刻所在日为工作日，则所述时刻对应的时间类型值为0；若任一时刻所在日为周末休息日，则所述时刻对应的时间类型值为1；若任一时刻所在日为节假休息日，则所述时刻对应的时间类型值为2。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取电网中各负荷历史采样时刻的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，包括：以15分钟为间隔，获取电网中各负荷当前日期前30天的有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，构建各负荷的历史数据集；其中，第i个负荷的历史数据集包括：第i个负荷的历史有功功率集合第i个负荷的历史无功功率集合第i个负荷的历史时间类型集合个负荷的历史时间类型集合代表第i个负荷在第k个时刻的历史有功功率值，代表第i个负荷在第k个时刻的历史无功功率值，代表第i个负荷在第k个时刻的历史时间类型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述有功功率数据、无功功率数据和时间类型数据，构建所述负荷的无功功率关于有功功率及时间类型的函数关系，包括：1)令每个时刻的负荷无功功率与所述时刻的负荷有功功率及对应时间类型之间存在线性关系如下：Q＝aP+bT
y
+c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，Q代表任一时刻负荷的无功功率，P代表该时刻负荷的有功功率，T
y
代表该时刻对应的时间类型，c是常数项，a和b代表线性系数；2)根据所述各负荷的历史数据集对所述线性关系进行拟合；其中，将第i个负荷的历史数据集带入式(1)中，得到：
式中，a
i
、b
i
、c
i
分别为第i个负荷对应的线性系数和常数项；将式(2)转换为向量乘积的形式：则：5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述函数关系，根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和时间类型，计算所述负荷在第二天各采样时刻的无功功率预测值，表达式如下：式中，P
ldi,j
表示第i个负荷在第二天第j个时刻的有功功率预测值；Q
ldi,j
表示第i个负荷在第二天第j个时刻的无功功率预测值，k表示第二天各时刻的时间类型值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和无功功率预测值，计算所述电网中母线在第二天每分钟的电压预测值，包括：1)根据所述负荷在第二天各采样时刻的有功功率预测值和无功功率预测值，以及所述电网中各机组在第二天各采样时刻的发电计划，结合参考断面信息，得到所述电网中母线在第二天各采样时刻的电压预测值；2)对所述母线在第二天各采样时刻的电压预测值进行插值计算，得到所述母线在第二天每分钟的电压预测值。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述母线在第二天每分钟的电压预测值，计算所述母线在第二天预测时段的电压安全区域上限和电压安全区域下限，以实现对所述电网的自动电压控制，包括：1)令t为预测时段(t0,t0+T1)内的任一分钟，其中t0表示从当前日0时开始到当前时刻的分钟数，T1为预测时段的长度分钟数；对母线i，设定初始值ΔU
t.inc,i
＝0，ΔU
t.dec,i
＝0；其中ΔU
t.dec,i
代表从t时刻开始母线i的电压在预测时段发生连续减少的最大幅值，ΔU
t.inc,i
代表从t时刻开始母线i的电压在预测时段发生连续增加的最大幅值；
2)从x＝t+1时刻开始，计算ΔU
t.inc,i
的最终值，具体步骤如下：2
‑
1)从U
i
分别获取x和x
‑
1时刻母线i的电压预测值U
i,x

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，王建平，吕晨旭，李庆良，李万林，黄少波，张斌，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司忻州供电公司，
类型：发明
国别省市：