通過自動廠站協(xié)調(diào)控制降低母線電壓日波動率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及在自動電壓控制中通過自 動廠站協(xié)調(diào)控制降低220kV母線電壓日波動率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動電壓控制（以下簡稱AVC，Automatic Voltage Control)系統(tǒng)是實現(xiàn)電網(wǎng)安 全（提高電壓穩(wěn)定裕度）、經(jīng)濟(jì)（降低網(wǎng)絡(luò)損耗）、優(yōu)質(zhì)（提高電壓合格率）運行的重要手 段。AVC系統(tǒng)架構(gòu)在電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS)之上，能夠利用電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，從電網(wǎng)全 局優(yōu)化的角度科學(xué)決策出最佳的無功電壓調(diào)整方案，自動下發(fā)給電廠、變電站以及下級電 網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)執(zhí)行。AVC系統(tǒng)以電壓安全和優(yōu)質(zhì)為約束，以系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，連續(xù)閉環(huán) 地進(jìn)行電壓的實時優(yōu)化控制，實現(xiàn)了無功電壓協(xié)調(diào)控制方案的在線生成、實時下發(fā)、閉環(huán)自 動控制等一整套分析、決策、控制，以及再分析，再決策、再控制的無功電壓實時追蹤控制問 題，能夠有效地克服傳統(tǒng)的電網(wǎng)無功電壓控制手段存在的不足，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運 行的水平。
[0003] 孫宏斌、張伯明、郭慶來在《基于軟分區(qū)的全局電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計》（電力系統(tǒng) 自動化，2003年，第27卷第8期，16-20頁）中說明了大電網(wǎng)自動電壓控制的體系結(jié)構(gòu)。該 方法采用基于"軟分區(qū)"的三級自動電壓控制架構(gòu)，實現(xiàn)大電網(wǎng)的自動電壓控制。其中：
[0004] 三級控制為全局無功優(yōu)化計算，充分考慮各種可調(diào)節(jié)的無功手段，通過最優(yōu)潮流 計算給出全網(wǎng)協(xié)調(diào)的母線電壓優(yōu)化控制目標(biāo)；二級控制為分區(qū)解耦的控制策略計算：將電 網(wǎng)自動劃分為解耦的各個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)選擇若干中樞母線，對每個分區(qū)分別計算分區(qū) 內(nèi)各種無功資源的控制策略，以追隨三級控制給出的區(qū)內(nèi)的中樞母線優(yōu)化目標(biāo)；一級控制 為廠站端的就地控制，執(zhí)行AVC主站給出的電壓或無功控制指令。
[0005] 電網(wǎng)母線電壓合格是自動電壓控制的基本目標(biāo)，母線電壓合格的要求一般是 電壓基值的-3%~+7%，，即10%的電壓范圍。以220kV電壓等級的母線為例，電壓基 值是220.0 kV,則其電壓合格范圍的下限值是220. 0*(1-0. 03) = 213. 4kV，上限值是 220. 0*(1+0. 07) = 235. 4kV，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對電網(wǎng)母線電壓質(zhì)量的要求也日 益提高。目前，國家電網(wǎng)公司對省級電網(wǎng)220kV主網(wǎng)的電壓質(zhì)量提出了較高的質(zhì)量要求， 在滿足電壓合格的基礎(chǔ)上，要求母線電壓的每日波動率小于5 %，對220kV電壓等級的母線 來說，全天的變化范圍不能超過11. 5kV。這為省調(diào)的電壓運行管理提出了較高要求：由于 220kV母線數(shù)量眾多、分布范圍廣，所帶地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)各異、運行方式復(fù)雜，在大中型的省級 電網(wǎng)中，220kV母線數(shù)量已經(jīng)超過1000條，難以采用統(tǒng)一的電壓限值進(jìn)行控制和管理。為 了解決該問題，本申請人曾經(jīng)提出受理號為201410640371. 6,名稱為"一種根據(jù)電壓日波動 率實時更新母線電壓控制限值的方法"的相關(guān)方法，該方法的主要內(nèi)容包括：根據(jù)母線電壓 日波動率控制目標(biāo)，以1分鐘周期實時采集母線電壓，跟蹤母線電壓的當(dāng)日最大值和最小 值并計算母線電壓的當(dāng)日波動率；當(dāng)母線電壓當(dāng)日波動率超過控制目標(biāo)的預(yù)警值時，實時 計算并修正母線電壓控制上限值和下限值，修正后的限值用于自動電壓控制系統(tǒng)。該方法 解決了 220kV變電站母線電壓限值自動生成的問題，但是需要近一步解決當(dāng)220kV母線電 壓越限時，如何通過控制相關(guān)的無功資源以消除越限并使母線電壓日波動率在允許的范圍 內(nèi)。由于目前省級電網(wǎng)調(diào)度控制中心（以下簡稱省調(diào)）自動電壓控制系統(tǒng)的控制對象主要 包括500kV電廠、500kV變電站和220kV電廠，省調(diào)AVC系統(tǒng)對220kV變電站母線的電壓控 制能力較弱，一方面，省調(diào)AVC不直接控制220kV變電站，220kV變電站變壓器低壓側(cè)的無 功設(shè)備由地區(qū)級電網(wǎng)調(diào)度控制中心（以下簡稱地調(diào)）自動電壓控制系統(tǒng)控制，省調(diào)AVC對 220kV變電母線電壓無直接控制手段；另一方面，220kV變電站變壓器低壓側(cè)無功設(shè)備容量 較小，對220kV電網(wǎng)電壓影響能力也比較有限，僅依靠220kV變電站內(nèi)的無功設(shè)備也無法有 效控制電壓。
[0006] 本發(fā)明的內(nèi)容涉及到省調(diào)AVC系統(tǒng)中對電廠控制策略的計算方法。在省調(diào)AVC系 統(tǒng)中，二級電壓控制以分區(qū)為對象，周期計算每個分區(qū)中的電廠控制策略。郭慶來，孫宏斌， 張伯明在《協(xié)調(diào)二級電壓控制的研究》（電力系統(tǒng)自動化，2005年12月，V29N23，pp. 19-24) 中提出了一種協(xié)調(diào)二級電壓控制（CSVC)模型，該模型在優(yōu)先考慮中樞母線電壓偏差最小 的前提下，利用多余的控制自由度保證本區(qū)域發(fā)電機(jī)運行在無功裕度更大、出力更均衡的 狀態(tài)。該模型所涉及到的各個變量的具體物理含義可以從圖1所示的二次規(guī)劃計算電廠模 型中直觀看出。其中，Qg表示控制發(fā)電機(jī)當(dāng)前無功出力，￥,表示控制發(fā)電機(jī)機(jī)端母線當(dāng)前 電壓，Vp表示中樞母線當(dāng)前電壓，Vh表示發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線的當(dāng)前電壓。Cg為中樞母線無 功電壓靈敏度矩陣和Cvg為高壓側(cè)母線無功電壓靈敏度矩陣，滿足：
[0007] AVp= CgAQg
[0008] AVh= CvgAQg
[0009] AQg為發(fā)電機(jī)的無功調(diào)節(jié)量，AVp為電廠高壓側(cè)母線的電壓調(diào)整量，AVh為電廠 高壓側(cè)母線的電壓調(diào)整量。分區(qū)中的中樞母線一般為預(yù)先人工選擇指定。該模型采用了二 次規(guī)劃模型來計算電廠的控制。二次規(guī)劃形式的目標(biāo)函數(shù)如下：
[0011] 其中，AQgS二次規(guī)劃的優(yōu)化變量，表示控制發(fā)電機(jī)無功出力的調(diào)節(jié)量；和 C*分別表示無功下限和無功上限；f表示分區(qū)中的中樞母線設(shè)定電壓；^和W。為權(quán)重 系數(shù)，兩者一般均為〇. 1到1之間，α為增益系數(shù)，一般為〇. 1到1之間；式中目標(biāo)函數(shù)第 一部分體現(xiàn)了調(diào)整發(fā)電機(jī)無功使得中樞母線達(dá)到三級控制給出的目標(biāo)值。同時，為了實現(xiàn) 增大發(fā)電機(jī)無功裕度并使之出力更加均衡的目的，在目標(biāo)函數(shù)的第二部分引入了無功裕度 向量，其第i個分量為：
[0013] I I ?g| I2為無功裕度向量集，I I Θ g| I2在二次規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)中，可以保證一方面 增加控制發(fā)電機(jī)的無功裕度，另一方面促使各臺控制發(fā)電機(jī)向無功出力更加均衡的方向發(fā) 展。省調(diào)AVC的二級電壓控制模塊在滿足安全約束條件的情況下來求解極小化問題，這些 約束包括：
[0015] 其中If*分別表示中樞母線電壓下限和中樞母線電壓上限；$和€分別 表示控制發(fā)電機(jī)無功下限和無功上限；
分別表示發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線的 電壓下限、電壓上限和允許的單步最大調(diào)整量。
[0016] 上述內(nèi)容涉及到無功電壓靈敏度矩陣CjP Cvg的計算。孫宏斌，張伯明，相年德在 《準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度分析方法》（中國電機(jī)工程學(xué)報，1999年4月V19 N4, PP. 9-13)中提出了 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)靈敏度方法，與常規(guī)的靜態(tài)的靈敏度分析方法不同，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)靈敏度方法考慮了電力 系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的物理響應(yīng)，計及系統(tǒng)控制前后新舊穩(wěn)態(tài)間的總變化，有效提高了靈敏度分析 的精度。該方法基于電力系統(tǒng)的PQ解耦模型，當(dāng)發(fā)電機(jī)安裝有自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR)時， 可認(rèn)為該發(fā)電機(jī)節(jié)點為PV節(jié)點；而當(dāng)發(fā)電機(jī)裝有自動無功功率調(diào)節(jié)（AQR)或自動功率因數(shù) 調(diào)節(jié)（APFR)時，可認(rèn)為該發(fā)電機(jī)節(jié)點與普通負(fù)荷節(jié)點相同均為PQ節(jié)點。此外，將負(fù)荷電壓 靜特性考慮成節(jié)點電壓的一次或二次曲線。這樣所建立的潮流模型就自然地將這些準(zhǔn)穩(wěn)態(tài) 的物理響應(yīng)加以考慮，從而基于潮流模型計算出的靈敏度即為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度。省調(diào)AVC 中，CjP Cvg均采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的在于為解決已有技術(shù)未解決的問題，提供一種通過自動廠站協(xié)調(diào)控 制降低母線電壓日波動率的方法，該方法能適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行方式發(fā)生的各類變化，自 動形成廠站協(xié)調(diào)組，220kV廠站協(xié)調(diào)組自動形成后，就可以在省調(diào)AVC二級電壓控制中自動 實現(xiàn)抑制220kV母線電壓波動的廠站協(xié)調(diào)控制，提高了電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性和電壓質(zhì)量。
[0018] 為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0019] 通過自動廠站協(xié)調(diào)控制降低母線電壓日波動率的方法，其特征在于，該方法包括 以下步驟：
[0020] 1)對省級電網(wǎng)范圍內(nèi)的全部220kV變電站的220kV母線計算當(dāng)日電壓波動率并找 出波動率越預(yù)警限值的母線，具體包括如下步驟：
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