实现连续设备和离散设备综合协调的变电站电压控制方法技术

本发明专利技术涉及实现连续设备和离散设备综合协调的变电站电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法包括：在一个控制周期开始时采集待控制的变电站的实时运行数据；基于预先设定的专家规则，对各采集量进行判断，计算出调整变压器分接头档位控制量或确定调整无功补偿设备；若为调整无功补偿设备，则计算得到所需要的无功调节总量ΔＱ↓［ｇ］，将该ΔＱ↓［ｇ］在调相机和电容电抗之间进行无功分配计算，得到调相机的无功设定值和需要进行投切的电容电抗序列；根据得到的无功设定值和需要进行投切的电容电抗序列以及变压器分接头档位控制量对变电站设备的状态进行调节，实现闭环控制。本发明专利技术提高了电网承担事故扰动的能力，提高了电网的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动电压控制
，特别涉及变电站协调电压控制方法。技术背景自动电压控制(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，其 基本原理是通过协调控制发电机无功出力、变压器分接头和无功补偿设备，实现电网内无 功电压的合理分布。面向变电站的自动电压控制是实现全网自动电压控制的关键组成部分之一，主要控制 手段包括可投切的电容器、电抗器和有载调压变压器的分接头(以下简称OLTC， On Load Tap Changer),以上设备都属于离散控制设备，只能分组投入或者分档调节，不能连续控制， 而且从全天来看，其动作次数有严格的限制。而对于一些位于负荷中心的枢纽变电站，其 控制设备还可能包括同步调相机(下简称调相机)，调相机属于连续控制设备，不受动作 次数限制，可以提供动态的无功支撑。以离散控制设备为主的变电站自动电压控制，国内外已经有一些研究成果，其主要思 路是按照九区图或者扩展九区图的方法，对电容器、电抗器和OLTC等离散设备 进行调整，如图l (a)所示，图中U为变电站二次侧母线的电压，coscp和Q分别为变压器 高压侧绕组的功率因数和无功，COS((W和coscp^表示功率因数coscp的下界和上界,LU和 U,表示电压U的下界和上界，[cos<pmi ， c0s9,]和[lU,U,]在坐标系c0s9-U上划分出九 个控制区域(区域0到区域8),其中区域0是正常运行区域，无需控制；针对其他每个控制 区域，可以指定相应的控制设备动作策略，比如投切一组电容，或者变压器分接头档位调整 1档，目标是通过控制使变电站的运行状态进入区域0。在实际运行时，根据变电站运行 的当前数据(coscp， U)，可以得到其在图(a)中所属的控制区域，并进一步执行本控制区域所对应的控制策略，使变电站的运行状态进入ii域o。在图l (a)中处于区域边界附近的运行点，如A、 B、 C和D点，有可能发生操作振荡 现象。同时，仅采用coscp或Q固定的上下限值也不能全面反映无功功率的大小和方向。胡 金双在《基于分级协调的地区电网无功电压闭环控制系统》(清华大学工学硕士论文，2004 年)从分区划分方案、无功功率或功率因数的限值和控制方法三个方面对图1 (a)的传统 九区图进行了改进，提出改进的九区图法如图1 (b)，描述如下-(1)分区划分方案。首先用无功功率Q上下限替代传统九区图的功率因数cos(p上下 限；接着考虑到传统九区图的2区与7区、1区与8区的动作策略是完全一样的，因此把他们分别合并成对应图l (b)中的8区和7区；另外，为了防止电容器投切震荡，将3区 中靠近l、 4区中靠近LU的运行点分离出来，分别作为一个区域来单独处理。重新编号 后的改进九区图如上图l (b)所示，图中，AU+为投电容器引起的电压变化量，AU-为切 电容器引起的电压泰化量。(2) 由于九区图中Q的上下限值和电网运行状态有关，根据电网实时运行状态动态 确定九区图中待求的Q的上下限值CU和Q,。然后根据Q^和Q,判断是否该切投电容器。(3) 根据上图l(b)分区的划分和限值，可确定一种控制方法如表1。制定此控制策 略的基本原则是电压合格则不调主变分接头；由无功分布不合理引起的电压越限，则首 先考虑投切电容器。表1改进的九区图控制方法<table>table see original document page 5</column></row><table>在上述变电站控制过程中涉及到控制灵敏度的计算。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V19 N4， 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。在潮流 模型下，设PQ节点和PV节点个'数分别为W和JV厅，状态量x是PQ节点的电压幅值 ei ，控制变量-[g尸。fV 7;f，其中2e及 是pQ节点的无功注入， ei^w是pv节点的电压幅值，7; e/ Wf是变压器变比，重要的依从变量 A =[込2w],其中込e及6是支路无功潮流，2尸y e及 是PV节点的无功注入。这时， 有无功潮流模型 -<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 6</formula>可得准稳态无功类灵敏度的计算公式见表2。表2准稳态的无功类灵敏度1^./1),,的计算公式(3)<formula>formula see original document page 6</formula>其中s,<formula>formula see original document page 6</formula>上表中的所有量都可以直接对潮流模型(1)_(3)的雅可比矩阵求逆得到。 .对于负荷中心的枢纽变电站，可能同时存在离散设备(电容、电抗、0LTCs)和连续设 备(同步调相机)，离散设备和连续设备的用途和特点差异很大，因此在电压控制中承担 的角色也不同，如何实施协调控制是个难点。目前已有的变电站电压控制方法都是面向电 容器、电抗器和0LTC等离散设备，而没有涉及变电站内部存在调相机的情况，因此，如 何实现无功出力在调相机和电容电抗器之间的分配是个尚未得到有效解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是弥补目前变电站自动电压控制系统只能考虑电容、电抗、OLTC等离 散设备的缺点，提出一种，在变 电站内部实现连续设备(调相机)和离散设备(电容器、电抗器、OLTC)的综合协调控 制；可使具有快速和连续调节能力的调相机始终处于较大调节裕度的状态，提高了电网承 担事故扰勢的能力，提高了电网的安全性。本专利技术的特点及效果本专利技术方法弥补了传统九区图控制不能考虑调相机等连续设备的缺点，将整个控制决 策过程分为两个阶段，第一阶段根据专家策略初步确定控制手段，第二阶段在灵敏度计算 的g础上，基于离散设备优先动作，连续设备精细调节的原则，将所需要的无功调节 量在连续设备(调相机)和离散设备(电容、电抗)之间进行分配，使具有快速和连续调 节能力的调相机始终处于较大调节裕度的状态，提高了电网承担事故扰动的能力，提高了 电网的安全性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现连续设备和离散设备综合协调的变电站电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：１）在一个控制周期开始时采集待控制的变电站的实时运行数据，Ｖ、Ｑ、Ｆ、Ｔ，其中Ｑ↓［ｇ］表示调相机当前无功出力，Ｑ↓［ｃ］表示电容器当前无功出力 ，变压器高中低三侧电压矢量表示为Ｖ＝［Ｖ↓［ｈ］，Ｖ↓［ｍ］，Ｖ↓［ｌ］］↑［Ｔ］，无功矢量Ｑ＝［Ｑ↓［ｈ］，Ｑ↓［ｍ］，Ｑ↓［ｌ］］↑［Ｔ］，功率因数矢量Ｆ＝［Ｆ↓［ｈ］，Ｆ↓［ｍ］，Ｆ↓［ｌ］］↑［Ｔ］和变压器分头档位矢量Ｔ＝［Ｔ↓［ｈ］，Ｔ↓［ｍ］，Ｔ↓［ｌ］］↑［Ｔ］，其中下标ｈ，ｍ，ｌ分别表示高压侧、中压侧和低压侧；２）基于预先设定的专家规则，对各采集量Ｖ、Ｑ、Ｆ、Ｔ进行判断，计算出调整变压器分接头档位控制量或确定调整无功补偿设备；３）若步骤２）为调 整无功补偿设备，则根据灵敏度关系，计算得到所需要的无功调节总量ΔＱ↓［ｇ］，进而基于“离散设备优先动作，连续设备精细调节”的方法，将该无功调节总量ΔＱ↓［ｇ］在调相机和电容电抗之间进行无功分配计算，得到调相机的无功设定值和需要进行投切的电容电抗序列；４）根据得到的无功设定值和需要进行投切的电容电抗序列以及变压器分接头档位控制量对变电站设备的状态进行调节，从而改变变电站的无功电压分布，实现闭环控制；５）在下一次控制周期到来时，返回步骤１）。...

【技术特征摘要】
1、一种实现连续设备和离散设备综合协调的变电站电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)在一个控制周期开始时采集待控制的变电站的实时运行数据，V、Q、F、T，其中Qg表示调相机当前无功出力，Qc表示电容器当前无功出力，变压器高中低三侧电压矢量表示为V＝[Vh，Vm，Vl]T，无功矢量Q＝[Qh，Qm，Ql]T，功率因数矢量F＝[Fh，Fm，Fl]T和变压器分头档位矢量T＝[Th，Tm，Tl]T，其中下标h，m，l分别表示高压侧、中压侧和低压侧；2)基于预先设定的专家规则，对各采集量V、Q、F、T进行判断，计算出调整变压器分接头档位控制量或确定调整无功补偿设备；3)若步骤2)为调整无功补偿设备，则根据灵敏度关系，计算得到所需要的无功调节总量ΔQg，进而基于“离散设备优先动作，连续设备精细调节”的方法，将该无功调节总量ΔQg在调相机和电容电抗之间进行无功分配计算，得到调相机的无功设定值和需要进行投切的电容电抗序列；4)根据得到的无功设定值和需要进行投切的电容电抗序列以及变压器分接头档位控制量对变电站设备的状态进行调节，从而改变变电站的无功电压分布，实现闭环控制；5)在下一次控制周期到来时，返回步骤1)。2、 如权利要求l所述的变电站电压控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的专家规 则采用改进的九区域图规则，如下表所示:_分区 制定的控制方法不动作区调整无功补偿设备 调整无功补偿设备调整无功补偿设备，若无可用无功补偿 调整手段，则调整分接头 调整无功补偿设备，若无可用无功补偿 调整手段，则调整分接头调整分接头， 调整分接头3、 如权利要求l所述的变电站电压控制方法，其特征在于，所述步骤3)中的无功调 节,fe、量在调相机和电容电抗之间进行分配的具体分配方法为-(1)若A&大于0，则要增加无功补偿，设当前可投入的容量最小的电容或可退出的 容量最小的电抗容量为、若此时已经没有...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏斌，宁文元，郭庆来，王蓓，张伯明，袁平，吴文传，贾琳，王彬，郑燕涛，谢旭，谢开，雷为民，
申请(专利权)人：华北电网有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]