一种考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法与流程

1.本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，尤其涉及一种考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法。


背景技术：

2.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。
3.到目前为止，全世界主流的自动电压控制主要有三种模式：
4.第一种是以德国rwe电力公司代表二级控制，没有所谓分区控制，最优潮流(opf)的优化计算结果直接发到各电厂的一级电压控制器进行控制。但是opf模型计算量大，计算时间较长。当系统中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时，如果完全依赖opf，则avc 的响应速度不够，控制的动态品质难以保证。
5.第二种是以法国edf的三级电压控制模式的研究和实施始于上世纪70年代，经历了三十余年的研究、开发和应用，是目前国际上公认为最先进的电压控制系统。该控制模式得到了很好的应用，但是该模式仍存在缺点，这是因为区域的二级电压控制(svc)是基于电力系统无功电压的局域性而开发的，而区域间无功电压是有耦合的，因此控制系统的质量在根本上取决于各区域间无功电压控制的耦合程度。但是，随着电力系统的发展和运行工况的实时变化，设计时认为相对解耦的区域并非一成不变，而且以固定的控制参数形式存在的控制灵敏度更是随运行工况而实时变化，因此这种以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应电力系统的不断发展和实时运行工况的大幅度变化，因此难以持久地保证有良好的控制效果。
6.第三种是清华大学电机系调度自动化实验室提出了基于“软分区”的三级电压控制模式，该模式通过软分区克服了edf三级电压控制中硬分区的不足，已经在国内二十多个地区电网、省级电网中得到广泛应用，并成功推广到北美pjm电网的电压控制中。在该模式下，调度中心的avc应用软件由三级控制模块和二级控制模块组成。三级控制为全局无功优化的最优潮流(opf)，给出全网协调的电压优化控制目标；二级控制为分区解耦的控制策略计算，以三级控制给出的各分区中的中枢母线的优化控制目标为输入，考虑分区内电厂等无功调节设备，计算分区内各种无功资源的控制策略，并下发到电厂和变电站；厂站端的子站装置完成一级控制，接收调度主站下发的控制策略并执行。目前采用这种模式开发的自动电压电压控制软件在我国得到较为广泛的应用，安装部署在省级和地区级电网调度控制中心，对电网中各电压等级的电压和无功进行自动控制。
7.目前在我国的电力系统运行中，220kv及以下的地区电网多采用辐射方式运行。在地区电网中，其内部的220kv变电站之间具有220kv线路互相连接，而各220kv变电站通过变压器所连接的110kv变电站则仅与上级220kv变电站连接，110kv变电站之间没有线路互相
连接。而对35kv电网，35kv变电站仅与上级110kv变电站连接，35kv变电站之间没有线路互相连接。这种运行方式下，从220kv变电站高压侧母线出发，可以形成含 220kv
‑
110kv
‑
35kv各电压等级变电站的辐射运行区域。于磊、汤磊、王双在技术发明专利《地县一体化自动电压控制中协调控制区的自动生成方法》中提出了一种生成上述区域的方法。并将生成的区域模型用表示，其定义如式(1)所示：
[0008][0009]
其中：
[0010]
区域包含220kv变压器，总计n台，n＝1.2.3
…
n；
[0011]
区域包含220kv主变高压侧绕组所连接的220kv母线(通过闭合的母联开关并
[0012]
列运行的母线合并为一条，下同)，总计h条,h＝1.2.3
…
h；
[0013]
区域包含220kv主变中压侧绕组所连接的110kv母线总计m条,m＝1.2.3
…
m。
[0014]
区域包含220kv主变低压侧绕组所连接的35kv母线总计l条,l＝1.2.3
…
l。
[0015]
所连接的下级110kv变电站的高压侧母线总计j条,j＝1.2.3
…
j。
[0016]
所连接的下级35kv变电站的高压侧母线总计p条p＝1.2.3
…
p。每个110kv变电站高压侧母线所连接的110
‑
35kv子区域，一个可能带一个多或多个k＝1.2.3
…
k即k≥j，其可以进一步定义为式(2)所示，其内部元素意义与上述描述相似。
[0017][0018]
目前大多数地区电网220kv及以下电压等级采用辐射运行的方式，即区域的 110kv母线和其他区域的110kv母线之间没有110kv线路连接，在这种运行方式下，区域内的无功电压控制仅影响本区域内的110kv和35kv电网的电压无功，对其他区域没有影响。同时，也有部分地区电网仍存在220kv和110kv电磁合环运行的情况，即2个220kv变电站的110kvv母线之间有110kv线路连接，这样就形成了由220kv母线、 220kv主变、110kv母线、110kv线路组成的电磁环网，附图(1)给出了这种电磁环网的典型结构。从图(1)可以看到，当存在220kv
‑
110kv电磁环网时，形成的区域中的中的均属于多座220kv变电站。
[0019]
当地区电网中存在220kv
‑
110kv电磁环网的运行方式时，对一个区域的电压无功控制，会通过区域之间的110kv线路对其他区域产生影响，同时区域内的无功设备调节，也会对区域间的110kv联络线路的无功产生影响，一方面可能会增加110kv联络线路的无功流动，增加区域之间的无功穿越，影响电网运行的经济性；另一方面在严重情况下可能造成区域联络线路电流越限并引起线路故障停运，影响电网运行的安全稳定。因此，对存在 220kv
‑
110kv电磁环网的地区电网进行自动电压控制时，需要在已有的avc控制策略基础上，考虑区域之间110kv联络线路的安全运行约束条件，减少区域之间的无功穿越。


技术实现要素：

[0020]
本发明的目的是提出一种考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法，对已有的自动电压控制方法进行改进，以减少无功送出端向电磁环网路径提供的无功功率，消除无功穿越对电网带来的影响，从而减少电磁环网中的无功流动，提高电网运行的经济性。
[0021]
本发明提出的考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法，首先确定数据采集周期和自动电压控制周期，包括以下步骤：
[0022]
(1)当数据采集周期到来时，形成一个地区电网220kv
‑
110kv变电站的协调控制区域，记为i＝1,
…
,n，n为地区电网中协调控制区域的数量；
[0023]
(2)依次检查步骤(1)的全部协调控制区域若协调控制区域中的母线中的母线仅属于1座220kv变电站，则继续检查下一个协调控制区域，若协调控制区域中的中的母线同时属于两座两座以上220kv变电站，则判定该协调控制区域包含了 220kv
‑
110kv电磁环网，并对该协调控制区域执行以下步骤：
[0024]
(2
‑
1)建立一个路径集p，初始化时路径集p为空集；
[0025]
(2
‑
2)从中取出任意一条母线b
i
，沿着与母线bi所连接的所有110kv线路以及与所有110kv线路连接的110kv母线及110kv线路进行查找，若中存在属于其他 220kv站的110kv母线b
j
，则得到一条电磁环网路径p
ij
，记为：
[0026]
p
ij
(b
i
，b
j
，l
k
，k＝1，...，k)
[0027]
其中，l
k
为搜索过程中经历的110kv线路集，将p
ij
加入路径集p，同时将母线b
i
和b
j
从中移除；若中不存在属于其他220kv站的110kv母线，则将b
i
从中移除；
[0028]
(2
‑
3)重复步骤(2
‑
2)，直至中不再有母线记录；
[0029]
(3)根据步骤(2)的路径集p，建立一个关口模型，并采集关口的实时运行状态，包括如下步骤：
[0030]
(3
‑
1)建立一个电磁环网关口集合g，初始化时，电磁环网关口集合g为空；
[0031]
(3
‑
2)对步骤(2)的路径集p中的每个路径p
ij
，建立对应的两个关口模型g
i
和g
j
，分别为：g
i
(b
i
，l
i
)和g
j
(b
j
，l
j
)，其中b
i
为路径p
ij
中的110kv母线b
i
，l
i
为p
ij
中的110kv线路集中有一端连接到母线b
i
的线路，b
j
为路径p
ij
中的110kv母线b
j
，l
j
为p
ij
中的110kv 线路集中有一端连接到母线b
j
的线路，将建立的关口g
i
和g
j
加入到电磁环网关口集合g中；
[0032]
(3
‑
3)对关口集合g中的各个关口g
i
，从电网能量管理系统汇总采集各关口的实时运行状态v
gi
和q
gi
，其中v
gi
为g
i
中母线b
i
的电压值，q
gi
为110kv线路l
i
在母线b
i
侧的无功值；
[0033]
(4)根据步骤(3
‑
3)采集的各电磁环网关口集合中各关口的运行状态，自动生成关口母线的电压控制限值，包括如下步骤：
[0034]
(4
‑
1)对关口g
i
进行判断，若满足条件：
[0035]
q
gi
＞q
g，max
[0036]
则设置关口包含的110kv母线b
i
的电压控制上限值v
gi，max
和控制下限值v
gi，min
如下：
[0037][0038]
其中，q
g，max
为设定的电磁环网的无功穿越的最大值，v
max
为110kv母线电压的考核上限值，v
min
为110kv母线电压的考核下限值，v
band
为110kv母线电压的上限值和下限值的最小带宽，δv为电压控制门槛值；
[0039]
(4
‑
2)对关口g
i
，若满足条件：
[0040]
q
gi
＜
‑‑
q
g，max
[0041]
则设置关口包含的110kv母线b
i
的电压上限值v
gi，max
和下限值v
gi，min
如下：
[0042][0043]
(4
‑
3)对关口g
i
，若不满足步骤(4
‑
1)的条件或不满足步骤(4
‑
2)的条件，则设置关口包含的110kv母线b
i
的电压上限值v
gi，max
和下限值v
gi，min
如下：
[0044]
v
gi，max
＝v
max
，v
gi，min
＝v
min
；
[0045]
(5)在自动控制周期到来时，根据步骤(3
‑
3)的各关口的运行情况，自动电压控制系统计算生成控制策略，减少电磁环网中的无功流动，包括如下步骤：
[0046]
(5
‑
1)对满足步骤(4
‑
1)条件的关口，关口母线b
i
的电压量测值越电压控制上限值， avc自动生成退出变电站站内电容器的控制策略，从而降低关口母线b
i
的电压，减少流入电磁环网的无功功率；
[0047]
(5
‑
2)对满足步骤(4
‑
2)条件的关口，关口母线b
i
的电压量测值越电压控制下限值， avc自动生成投入变电站站内电容器的控制策略，从而可以升高关口母线b
i
的电压，减少从电磁环网受入的无功；
[0048]
(5
‑
3)对步骤(5
‑
1)和步骤(5
‑
2)以外的其他关口，按照正常的母线电压考核上限值和下限值计算控制策略。
[0049]
本发明提出一种考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法，其优点是：
[0050]
本发明的考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法，首先对地区电网的运行方式进行在线识别和判定，自动找到存在的220kv
‑
110kv电磁环网路径；然后在自动电压控制系统中通过监视电磁环网中无功送出端和无功受入端的无功功率，当环网路径上无功送出端无功量测超过给定的无功约束上限时，修改其所连接母线的电压上限，使母线越限后控制变电站内的电容器或变压器有载调压分接头，从而减少无功送出端向电磁环网路径提供的无功功率，消除无功穿越对电网带来的影响，提高电网运行的经济性。
附图说明
[0051]
图1是本发明实施例中涉及的电磁环网示意图。
具体实施方式
[0052]
本发明提出的考虑降低电磁环网无功流动的自动电压控制方法，首先确定数据采集周期和自动电压控制周期，包括以下步骤：
[0053]
(1)当数据采集周期到来时，形成一个地区电网220kv
‑
110kv变电站的协调控制区
域，记为i＝1,
…
,n，n为地区电网中协调控制区域的数量；
[0054]
(2)依次检查步骤(1)的全部协调控制区域若协调控制区域中的母线中的母线仅属于1座220kv变电站，则继续检查下一个协调控制区域，若协调控制区域中的中的母线同时属于两座两座以上220kv变电站，则判定该协调控制区域包含了 220kv
‑
110kv电磁环网，并对该协调控制区域执行以下步骤：
[0055]
(2
‑
1)建立一个路径集p，初始化时路径集p为空集；
[0056]
(2
‑
2)从中取出任意一条母线b
i
，沿着与母线bi所连接的所有110kv线路以及与所有110kv线路连接的110kv母线及110kv线路进行查找，若中存在属于其他 220kv站的110kv母线b
j
，则得到一条电磁环网路径p
ij
，记为：
[0057]
p
ij
(b
i
，b
j
，l
k
，k＝1，...，k)
[0058]
其中，l
k
为搜索过程中经历的110kv线路集，将p
ij
加入路径集p，同时将母线b
i
和b
j
从中移除；若中不存在属于其他220kv站的110kv母线，则将b
i
从中移除；
[0059]
(2
‑
3)重复步骤(2
‑
2)，直至中不再有母线记录；
[0060]
(3)根据步骤(2)的路径集p，建立一个关口模型，并采集关口的实时运行状态，包括如下步骤：
[0061]
(3
‑
1)建立一个电磁环网关口集合g，初始化时，电磁环网关口集合g为空；
[0062]
(3
‑
2)对步骤(2)的路径集p中的每个路径p
ij
，建立对应的两个关口模型g
i
和g
j
，分别为：g
i
(b
i
，l
i
)和g
j
(b
j
，l
j
)，其中b
i
为路径p
ij
中的110kv母线b
i
，l
i
为p
ij
中的110kv线路集中有一端连接到母线b
i
的线路，b
j
为路径p
ij
中的110kv母线b
j
，l
j
为p
ij
中的110kv 线路集中有一端连接到母线b
j
的线路，将建立的关口g
i
和g
j
加入到电磁环网关口集合g中；
[0063]
(3
‑
3)对关口集合g中的各个关口g
i
，从电网能量管理系统汇总采集各关口的实时运行状态v
gi
和q
gi
，其中v
gi
为g
i
中母线b
i
的电压值，q
gi
为110kv线路l
i
在母线b
i
侧的无功值；
[0064]
(4)根据步骤(3
‑
3)采集的各电磁环网关口集合中各关口的运行状态，自动生成关口母线的电压控制限值，包括如下步骤：
[0065]
(4
‑
1)对关口g
i
进行判断，若满足条件：
[0066]
q
gi
＞q
g，max
[0067]
则设置关口包含的110kv母线b
i
的电压控制上限值v
gi，max
和控制下限值v
gi，min
如下：
[0068][0069]
其中，q
g，max
为设定的电磁环网的无功穿越的最大值，v
max
为110kv母线电压的考核上限值，v
min
为110kv母线电压的考核下限值，v
band
为110kv母线电压的上限值和下限值的最小带宽，本发明的一个实施例中，最小带宽取值为4kv，δv为较小的电压控制门槛值，本发明的一个实施例中，电压控制门槛值为0.1kv；
[0070]
其意义为通过关口g
i
向电磁环网流出的无功越上限，此时如果母线电压运行在考核限值范围内，则设置母线电压的控制上限值为当前电压量测值减去门槛值，从而使得母线 b
i
电压的当前值越控制上限值。
[0071]
(4
‑
2)对关口g
i
，若满足条件：
[0072]
q
gi
＜
‑
q
g，max
[0073]
则设置关口包含的110kv母线b
i
的电压上限值v
gi，max
和下限值v
gi，min
如下：
[0074][0075]
其意义为通过关口g
i
从电磁环网受入的无功越上限，此时如果母线电压运行在考核限值范围内，则设置母线电压的控制下限值为当前电压量测值加上门槛值，，从而使得母线b
i
电压的当前值越控制下限值。
[0076]
(4
‑
3)对关口g
i
，若不满足步骤(4
‑
1)的条件或不满足步骤(4
‑
2)的条件，则设置关口包含的110kv母线b
i
的电压上限值v
gi，max
和下限值v
gi，min
如下：
[0077]
v
gi，max
＝v
max
，v
gi，min
＝v
min
；
[0078]
其意义为通过关口g
i
的无功流动在正常范围内，则关口母线b
i
的控制上、下限值取考核上、下限值。
[0079]
(5)在自动控制周期到来时，根据步骤(3
‑
3)的各关口的运行情况，自动电压控制系统计算生成控制策略，减少电磁环网中的无功流动，包括如下步骤：
[0080]
(5
‑
1)对满足步骤(4
‑
1)条件的关口，关口母线b
i
的电压量测值越电压控制上限值， avc自动生成退出变电站站内电容器的控制策略，从而降低关口母线b
i
的电压，减少流入电磁环网的无功功率；
[0081]
(5
‑
2)对满足步骤(4
‑
2)条件的关口，关口母线b
i
的电压量测值越电压控制下限值， avc自动生成投入变电站站内电容器的控制策略，从而可以升高关口母线b
i
的电压，减少从电磁环网受入的无功；
[0082]
(5
‑
3)对步骤(5
‑
1)和步骤(5
‑
2)以外的其他关口，按照正常的母线电压考核上限值和下限值计算控制策略。
[0083]
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0084]
本实施例为对一个220kv分区降低电磁环网无功流动的自动电压控制，如图1所示，该分区内包含2个220kv变电站，高中低压侧电压等级分别为220kv、110kv、35kv， 1个110kv变电站，高中低压侧电压等级分别为110kv、35kv、10kv，通过2条110kv 线路分别连接到，图1中的两个椭圆为电磁环网路径。
[0085]
本实施例的方法包括以下步骤：一般设定控制周期为5
‑
10分钟，本实施例设定数据采集周期为30秒，控制周期为5分钟，预设电磁环网的无功穿越的最大值q
g，max
＝ 14.00mvar。
[0086]
(1)数据采集周期到来时，形成2个地区电网220kv
‑
110kv变电站的协调控制区，记为和
[0087]
(2)检查区域区域内仅有1条110kv母线，记为b1。
[0088]
从中取出1条母线b
i
(即b1)，沿着b1所连接的110kv线路以及这些线路连接的 110kv母线及110kv线路进行深度优先搜索，在搜索的过程中找到中的属于其他 220kv站的110kv母线b2，记录一条电磁环网路径为：
[0089]
p
12
(b1，b2，l1，l2)
[0090]
其中l1，l2为搜索过程中经历的110kv线路集，将p
12
加入路径集p，同时将母线b1和b2从中移除。
[0091]
中不再有母线记录，执行步骤(3)。
[0092]
(3)根据形成的路径集p建立关口模型，并采集关口的实时运行状态，包括如下步骤：
[0093]
对路径p
12
，建立对应的2个关口模型g1和g2，分别为：g1(b1，l1)和g2(b2，l2)，其中l1为p
12
中的110kv线路集中有一端连接到母线b1的线路；b
j
为路径p
1j
中的110kv母线b
j
，l2为p
12
中的110kv线路集中有一端连接到母线b2的线路；将建立的关口g1和g2加入到电磁环网关口集合g中。
[0094]
对关口集合g中的关口g1和g2，从电网能量管理系统汇总采集关口的实时运行状态 v
g1
和q
g1
以及v
g2
和q
g2
，其中v
g1
为g1中母线b1的电压值，v
g1
＝115.31kv，v
g2
为g2中母线b2的电压值，v
g2
＝115.11kv，q
g1
为110kv线路l1在母线b1侧的无功值，q
g1
＝ 14.13mvar，q
g2
为110kv线路l2在母线b2侧的无功值，q
g2
＝
‑
14.63mvar。
[0095]
(4)根据各电磁环网关口集合中各关口的运行状态，自动生成关口母线的电压控制限值，包括如下步骤：
[0096]
(4
‑
1)对关口g1，满足条件：
[0097]
q
g1
＞q
g，max
[0098]
则设置关口包含的110kv母线b1的电压控制上限值v
g1,max
和控制下限值v
g1,min
为：
[0099]
其中：v
max
为110kv母线电压的考核上限值，v
max
＝116.7kv；v
min
为110kv母线电压的考核下限值，v
min
＝110.0kv；v
band
为110kv母线电压上、下限值的最小带宽， v
band
＝4.0kv；δv为较小的电压控制门槛值，δv＝0.1kv。按照上述公式，符合第一种情况，得到v
g1,ax
＝v
g1
‑
δv＝(115.31
‑
0.1)kv＝115.30kv；v
g1,min
＝v
min
＝110.0kv。
[0100]
其意义为通过关口g1向电磁环网流出的无功越上限，此时如果母线电压运行在考核限值范围内，则设置母线电压的控制上限值为当前电压量测值减去门槛值，从而使得母线 b1电压的当前值越控制上限值。
[0101]
对关口g2，不满足该条件。
[0102]
(4
‑
2)对关口g2，不满足条件：
[0103]
q
gi
＜
‑
q
g，max
[0104]
(4
‑
3)对关口g2，不满足(4
‑
1)或(4
‑
2)，则设置关口包含的110kv母线b2的电压上限值v
g2，max
和下限值v
g2，min
为：
[0105]
v
g2，max
＝v
max
＝116.7kv，v
g2，min
＝v
min
＝110.0kv
[0106]
其意义为通过关口g2的无功流动在正常范围内，则关口母线b2的控制上、下限值取考核上、下限值。
[0107]
(5)在自动控制周期到来时，根据各关口的运行情况，自动电压控制系统会计算生成相应控制策略，减少电磁环网中的无功流动，包括如下步骤：
[0108]
(5
‑
1)对满足(4
‑
1)条件的关口g1，关口母线b1的电压量测值越电压控制上限值， avc自动生成退出变电站站内电容器的控制策略，从而可以降低关口母线b1的电压，减少流入电磁环网的无功。
[0109]
(5
‑
2)没有满足(4
‑
2)条件的关口。
[0110]
(5
‑
3)对其他情况的关口g2，按照正常的母线电压考核上、下限值计算控制策略。
[0111]
v
g2，min
＜v
g2
＜v
g2，max
[0112]
不生成控制策略。
[0113]
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。