省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法与流程

本发明涉及可再生能源汇集区域电压控制技术领域，尤其涉及一种省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法。

背景技术：

近年来，受全球气候变暖及能源危机的影响，清洁能源的重要性日益凸显，其中风力发电和光伏发电等可再生能源由于其巨大的开发潜力以及相对成熟的开发技术，受到世界各国的广泛关注，并以一种前所未有的速度迅猛发展起来。

我国对可再生能源采取的是大规模集中式的开发模式，在可再生能源并网区域，多座220kV可再生能源场站(例如风电站)、110kV风电站通过一个220kV变电站接入到电网中，此220kV变电站一般被称为风电汇集变电站，风电汇集变电站及其所带的全部风电站称为一个风电汇集区域，典型的区域如图1所示。如图1所示，220kV汇集变电站高压侧的风电站B和C由省调AVC(Automatic Voltage Control，自动电压控制)系统控制，220kV汇集变电站由地调AVC系统控制。

中国电网互联一体，传统的AVC系统针对各级电网进行独立控制，其控制对象只是整个电力系统的局部，缺乏从全局电网的角度来进行协调。参见图1，现有技术中省调AVC系统与地调AVC系统控制上是孤立的，没有彼此之间的协调配合控制，任何局部的控制都会对全局电网状态产生影响，尤其对一些关系相对紧密的电力系统，如果只进行独立控制，可能在双方边界上产生控制振荡或者从全局电网的角度导致控制效果的下降，不利于电网电压的稳定和质量。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种省地两级协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法。本方法可以有效实现220kV可再生能源场站与220kV可再生能源汇集变电站的无功电压协调控制，当可再生能源场站自身的无功调节能力充足时，优先使用可再生能源场站自身无功来调节电压，避免在220kV可再生能源汇集变电站内要通过过多的电容器或电抗器的投切来实现无功调节；当可再生能源场站自身的无功调节能力不足时，通过省地两级AVC系统之间实时交换信息，使地调AVC及时投入或切除220kV可再生能源汇集变电站内无功设备(例如电容器或电抗器)，使得可再生能源汇集区域的母线电压处于正常范围内，提高可再生能源汇集区域电网电压稳定性和电压质量。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法，在每个可再生能源场站汇集区域内，多座220kV可再生能源场站通过一个220kV汇集变电站接入到电网中，所述220kV可再生能源场站均由省调自动电压控制系统来控制，所述220kV汇集变电站由地调自动电压控制系统来控制，在控制周期来到时，执行如下步骤：步骤S1，在省调自动电压控制系统中，获取第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压调节需求量，j为自然数，1≤j≤预定区域内可再生能源场站汇集区域的总数；步骤S2，计算第j个可再生能源场站汇集区域中全部的220kV可再生能源场站的总电压调节能力；步骤S3，评估所述总电压调节能力是否满足所述电压调节需求量；步骤S4，如果所述总电压调节能力足够用来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压，则利用220kV可再生能源场站的电压调节能力来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压；步骤S5，如果所述总电压调节能力不足以用来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压，则计算所述220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围；步骤S6，省调自动电压控制系统将所述限值范围下发到地调自动电压控制系统中，地调自动电压控制系统通过控制第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站内的无功设备，使得除了利用步骤S2中的总电压调节能力来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压之外，所述无功设备补充调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压；步骤S7，使j＝j+1，返回执行步骤S1。

优选地，步骤S1包括：

在省调自动电压控制系统中，获取电网中第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压调节需求量，即：

其中：为在省级电网自动电压控制系统中通过全局优化计算给出的220kV汇集变电站高压母线的控制目标值，为母线电压实际值，为母线电压调节需求量。

优选地，步骤S2包括：

步骤S21，实时接收第j个可再生能源场站汇集区域中第i个220kV可再生能源场站上送的可增无功和可减无功，并根据第i个220kV可再生能源场站对220kV汇集变电站高压母线的无功电压灵敏度，计算第i个220kV可再生能源场站对220kV汇集变电站高压母线的电压增减调节能力：

其中为第j个可再生能源场站汇集区域中第i个220kV可再生能源场站实时上送的可增无功和可减无功，i为自然数，1≤i≤第j个可再生能源场站汇集区域中220kV可再生能源场站的总数；

步骤S22，使i＝i+1，返回执行步骤S21；

步骤S23，将第j个可再生能源场站汇集区域中的全部220kV可再生能源场站的电压增减调节能力累加：

优选地，步骤S3包括：

步骤S31，如果则检查判断：

如果式(4)成立，则判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压增加调节能力不足，其中，为电压调节的门槛值，取0.5-1.0kV；R_p为可再生能源场站和变电站协调控制门槛值，取0.5-0.7；

步骤S32，如果则检查判断：

如果式(5)成立，则判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压减少调节能力不足，其中，为当前协调变电站高压母线电压调节的门槛值，取0.5-1.0kV；R_p为可再生能源场站和变电站协调控制门槛值，取0.5-0.7。

优选地，步骤S5包括：

步骤S51，初始化220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围为：

其中：为省地协调关口当前无功值，为省地协调关口无功调节死区参数值，取20-30Mvar；

步骤S52，如果并且在步骤S301中判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压增加调节能力不足，计算220kV汇集变电站的无功协调控制调节需求如下：

其中为第j个可再生能源场站汇集区域中220kV汇集变电站高压母线的无功注入电压灵敏度；根据计算结果，调整220kV汇集变电站对应的省地协调关口的协调无功上限为：

其中，为地调AVC上送的220kV汇集变电站对应的省地协调关口的无功增加调节能力，更新220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值为：

步骤S53，如果并且在步骤S302中判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压减少调节能力不足，计算220kV汇集变电站的无功协调控制调节需求如下：

其中为第j个可再生能源场站电汇集区域中220kV汇集变电站高压母线的无功注入电压灵敏度；根据计算结果，调整220kV汇集变电站对应的省地协调关口的协调无功上限为：

其中，为地调AVC上送的220kV汇集变电站对应的省地协调关口的无功减少调节能力，更新220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值为：

省调自动电压控制系统将上述修正后的限值范围下发到地调自动电压控制系统中，地调自动电压控制系统通过控制220kV汇集变电站内的无功设备，使得所述无功设备的电压调节能力加上步骤S2中的总电压调节能力满足所述电压调节需求量。

优选地，可再生能源场站可以为风力发电站或光伏发电站。

优选地，每隔5分钟为一个控制周期。

综上所述，提供一种省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法，在每个可再生能源场站汇集区域内，多座220kV可再生能源场站通过一个220kV汇集变电站接入到电网中，所述220kV可再生能源场站均由省调自动电压控制系统来控制，所述220kV汇集变电站由地调自动电压控制系统来控制，在控制周期来到时，执行如下步骤：步骤S1，在省调自动电压控制系统中，获取第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压调节需求量，j为自然数，1≤j≤预定区域内可再生能源场站汇集区域的总数；步骤S2，计算第j个可再生能源场站汇集区域中全部的220kV可再生能源场站的总电压调节能力；步骤S3，评估所述总电压调节能力是否满足所述电压调节需求量；步骤S4，如果所述总电压调节能力足够用来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压，则利用220kV可再生能源场站的电压调节能力来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压；步骤S5，如果所述总电压调节能力不足以用来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压，则计算所述220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围；步骤S6，省调自动电压控制系统将所述限值范围下发到地调自动电压控制系统中，地调自动电压控制系统通过控制第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站内的无功设备，使得除了利用步骤S2中的总电压调节能力来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压之外，所述无功设备补充调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压；步骤S7，使j＝j+1，返回执行步骤S1。本方法可以有效实现220kV可再生能源场站与220kV可再生能源汇集变电站的无功电压协调控制，当可再生能源场站自身的无功调节能力充足时，优先使用可再生能源场站自身无功来调节电压，避免220kV可再生能源汇集变电站内要通过过多的电容器或电抗器的投切来实现无功调节；当可再生能源场站自身的无功调节能力不足时，通过省地两级AVC系统之间实时交换信息，使地调AVC及时投入或切除220kV可再生能源汇集变电站内无功设备，使得可再生能源汇集区域的母线电压处于正常范围内，提高可再生能源汇集区域电网电压稳定性和电压质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为新能源汇集区域电网架构示意图；

图2为本发明实施例提供的省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

通常，在每个可再生能源场站汇集区域内，多座220kV可再生能源场站通过一个220kV汇集变电站接入到电网中，220kV可再生能源场站均由省调自动电压控制系统来控制，220kV汇集变电站由地调自动电压控制系统来控制。为了避免出现由于电压造成的大规模连锁脱网，在基态时应充分发挥可再生能源场站自身的无功调节能力，以取代静态电容器或电抗器发挥电压支撑作用，避免在基态下过多投切电容器或电抗器导致在故障扰动过程中产生大量过剩无功。

因此，可再生能源场站与220kV汇集变电站的无功电压协调原则如下：

1、在基态下优先使用可再生能源场站的无功调节能力

当可再生能源场站具有无功调节能力时，220kV汇集变电站内低压无功设备不参与可再生能源场站的电压调节，通过各个可再生能源场站内的可再生能源和SVC(Static Var Compensator，静止无功补偿器)的无功调节使得220kV汇集变电站的母线电压处于风电区域N-1安全的电压静态安全域内。

2、当可再生能源场站的无功调节能力不足时，使用220kV汇集变电站内的低压侧无功设备进行可再生能源区域电压调节

当可再生能源汇集区内的在可再生能源场站无功调节能力不足时，即可再生能源场站内的无功调节能力低于给定的限值时，通过投切220kV汇集变电站内的低压无功设备，使得220kV汇集变电站内的母线电压处于电压安全限值内。

为了实现上述可再生能源场站与220kV汇集变电站的无功电压协调控制原则，本发明提出并实现了一种省地两级协调控制的方法。如图2所示，省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法包括在控制周期(每隔5分钟为一个控制周期)到来时执行如下步骤：

步骤S1，在省调自动电压控制系统中，获取第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压调节需求量，j为自然数，1≤j≤预定地区内可再生能源场站汇集区域的总数。这里，预定地区可以是，例如，整个云南省或者云南省某个片区。

步骤S2，计算第j个可再生能源场站汇集区域中全部的220kV可再生能源场站的总电压调节能力。

步骤S3，评估所述总电压调节能力是否满足所述电压调节需求量。

步骤S4，如果所述总电压调节能力足够用来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压，则利用220kV可再生能源场站的电压调节能力来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压。

步骤S5，如果所述总电压调节能力不足以用来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压，则计算所述220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围。

步骤S6，省调自动电压控制系统将所述限值范围下发到地调自动电压控制系统中，地调自动电压控制系统通过控制第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站内的无功设备，使得除了利用步骤S2中的总电压调节能力来调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压之外，所述无功设备补充调节第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压。

步骤S7，使j＝j+1，返回执行步骤S1。

根据本发明的一个实施例，上述步骤S1具体可以包括：

在省调自动电压控制系统中，获取电网中第j个可再生能源场站汇集区域的220kV汇集变电站高压母线的电压调节需求量，即：

其中：为在省级电网自动电压控制系统中通过全局优化计算给出的220kV汇集变电站高压母线的控制目标值，为母线电压实际值，为母线电压调节需求量。

根据本发明的一个实施例，上述步骤S2具体可以包括：

步骤S21，实时接收第j个可再生能源场站汇集区域中第i个220kV可再生能源场站上送的可增无功和可减无功，并根据第i个220kV可再生能源场站对220kV汇集变电站高压母线的无功电压灵敏度，计算第i个220kV可再生能源场站对220kV汇集变电站高压母线的电压增减调节能力：

其中为第j个可再生能源场站汇集区域中第i个220kV可再生能源场站实时上送的可增无功和可减无功，i为自然数，1≤i≤第j个可再生能源场站汇集区域中220kV可再生能源场站的总数；

步骤S22，使i＝i+1，返回执行步骤S21；

步骤S23，将第j个可再生能源场站汇集区域中的全部220kV可再生能源场站的电压增减调节能力累加：

根据本发明的一个实施例，上述步骤S3具体可以包括：

步骤S31，如果则检查判断：

如果式(4)成立，则判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压增加调节能力不足，其中，为当前协调变电站高压母线电压调节的门槛值，取0.5-1.0kV；R_p为可再生能源场站和变电站协调控制门槛值，取0.5-0.7；

步骤S32，如果则检查判断：

如果式(5)成立，则判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压减少调节能力不足，其中，为当前协调变电站高压母线电压调节的门槛值，取0.5-1.0kV；R_p为可再生能源场站和变电站协调控制门槛值，取0.5-0.7。

根据本发明的一个实施例，上述步骤S5具体可以包括：

步骤S51，初始化220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围为：

其中：为省地协调关口当前无功值，为省地协调关口无功调节死区参数值，取20-30Mvar；

步骤S52，如果并且在步骤S31中判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压增加调节能力不足，则计算220kV汇集变电站的无功协调控制调节需求如下：

其中为第j个可再生能源场站汇集区域中220kV汇集变电站高压母线的无功注入电压灵敏度；根据计算结果，调整220kV汇集变电站对应的省地协调关口的协调无功上限为：

其中，为地调自动电压控制系统上送的220kV汇集变电站对应的省地协调关口的无功增加调节能力，更新220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值为：

步骤S53，如果并且在步骤S32中判定第j个可再生能源场站汇集区域中全部220kV可再生能源场站的总体电压减少调节能力不足，则计算220kV汇集变电站的无功协调控制调节需求如下：

其中为第j个可再生能源场站电汇集区域中220kV汇集变电站高压母线的无功注入电压灵敏度；根据计算结果，调整220kV汇集变电站对应的省地协调关口的协调无功上限为：

其中，为地调自动电压控制系统上送的220kV汇集变电站对应的省地协调关口的无功减少调节能力，更新220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值为：

省调自动电压控制系统将上述修正后的限值范围下发到地调自动电压控制系统中，地调自动电压控制系统通过控制220kV汇集变电站内的无功设备，使得所述无功设备的电压调节能力加上步骤S2中的总电压调节能力满足所述电压调节需求量。

根据本发明的一个实施例，可再生能源场站为风力发电站或光伏发电站。

下面结合图1来举例描述本发明的省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法。图1为地区电网的新能源汇集区域电网架构示意图。如图1所示，省调AVC系统直接控制220kV风电场B和220kV风电场C；地调AVC系统直接控制220kV风电汇集变电站A。其中，220kV风电汇集变电站高压母线(220kV母线)的当前电压为229.06kV、设定电压为230.50kV。各个可再生能源场站内设有SVC(Static Var Compensator，静止无功补偿器)。

对于图1所示的地区电网，本发明的省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法，在控制周期(每隔5分钟为一个控制周期)来到时，执行如下步骤：

1)在省调AVC中，获取电网中第j个风电汇区域的220kV汇集变电站高压母线的电压调节需求量，即：

其中：为在省级电网自动电压控制系统中通过全局优化计算给出的220kV汇集变电站高压母线的控制目标值，为母线电压实际值，为母线电压调节需求量；

2)省调AVC系统中，对第j个风电汇集区域中的各座220kV风电场执行如下计算：

2-1)实时接收汇集区域中风电场B、C上送的可增无功和可减无功并根据风电场对220kV风电汇集变电站高压母线的无功电压灵敏度，计算风电场对220kV风电汇集变电站高压母线的电压增减调节能力：

B风电场：灵敏度为0.2，计算得到向上可调电压2.0*0.2＝0.4kV和向下可调电压3.0*0.2＝0.6kV；

C风电场：灵敏度为0.2，计算得到向上可调电压2.0*0.2＝0.4kV和向下可调电压2.5*0.2＝0.5kV；

2-2)将该风场B、C对风电汇集变电站主变高压侧母线的调节能力累计到风电汇集区的总的母线电压调节能力中：

3)评估风电汇集区域中的全部风电场电压调节能力，方法如下：

取R_p＝0.6，当前(1.44>1.0)，则判断下式是否成立：(0.8<1.44*0.6)；该式成立，判定区域内风电电压增加调节能力不足；

4)根据步骤3)对参与风电汇集区域中的的风电场电压调节能力的评估结果，计算220kV风电汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围，方法如下：

4-1)初始化220kV汇集变电站对应的省地协调关口无功需求限值范围，

其中：

4-2)由于在步骤3)中已经判定当前风电汇集区域中的全部风电场的总体电压增加调节能力不足，需要风电汇集变电站协调升压，

4-2-1)根据前面的公式(7)计算风电汇集变电站的无功协调控制调节需求如下：

取

4-2-2)根据前面的公式(8)调整220kV风电汇集变电站对应的省地协调关口的协调无功上限：

5)省调AVC将上述修正后的限值范围折算为功率因数[0.97，1.0]后，下发至地调AVC系统，地调AVC系统通过控制220kV风电汇集变电站内的无功设备(例如，电容/抗器组中的电容器或电抗器)，使得省地协调关口无功满足省调AVC的要求。

6)返回步骤1)，继续处理下一个风电汇集区域的220kV汇集变电站，直至电网中全部风电汇区域的220kV汇集变电站处理完成。

综上所述，本发明提供一种省地协调控制220kV汇集变电站高压母线电压的方法，采用本方法可以有效实现220kV可再生能源场站与220kV可再生能源汇集变电站的无功电压协调控制，当可再生能源场站自身的无功调节能力充足时，优先使用可再生能源场站自身无功来调节电压，避免过多投入220kV可再生能源汇集变电站内的电容器；当可再生能源场站自身的无功调节能力不足时，通过省地两级AVC系统之间实时交换信息，使地调AVC及时投入220kV可再生能源汇集变电站内无功设备，使得可再生能源汇集区域的母线电压处于正常范围内，提高可再生能源汇集区域电网电压稳定性和电压质量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。