专利名称：一种地区电网的电压无功控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种用于地区电网的电压无功控制方法。
背景技术：
电压与无功功率有着密切的关系，为了维持电压水平，就必须提供与之相应的无功功率，由此产生的电压无功控制问题一直以来就是电力系统研究的技术难题。电压是否合格直接影响到电网运行的安全性及经济性。大的电压偏差不仅会对用电设备造成威胁和损害，严重时可能引起电压崩溃，造成大面积停电。随着经济和社会的快速发展，电力需求急剧上升，电网结构越来越复杂，电能质量要求越来越高；另一方面，随着城市电网的电缆化改造，地区电网的电缆化率越来越高，而感性无功调节手段较弱，轻负荷时的无功倒送及高电压现象较为严重，电压质量有待进一步提高。如何综合利用厂站内的各种电压无功调节设备，在保证电网安全、稳定运行的同时，有效提高电网的电压质量，降低电力传输中的能量损耗是地区电网面临的一项重要任务。就目前的电网结构和调度体系而言，地区电网的结构是辐射状的，在高压侧(一般是220kV关口变电站)形成环网，而220kV以下的电网解环运行，即以220kV关口为根生成供电区域，一个220kV关口对应一个供电区域，自高电压等级向低电压等级形成树状结构来供电，保证母线电压和关口功率因数合格是地区电网电压无功控制的重要目标。然而， 地区电网的电压无功调节手段以有载调压变压器抽头和电容电抗器为主。主变抽头及电容电抗器均为离散调节设备，其频繁调节将严重影响设备的使用寿命，在实际运行中对同一设备相临两次调整的时间间隔和一天内的允许操作次数均有明确的限制，并希望在保证母线电压和关口功率因数合格的基础上尽可能地减少其调节次数。目前地区电网的自动电压控制(Automatic Voltage Control,AVC)系统的控制方式多是在发现母线电压或关口功率因数越限后，启动算法进行控制，将越限量拉回到合理的运行范围内。这种控制方式滞后于越限量而动作，属于被动控制，无法从本质上提高母线电压和关口功率因数的合格水平，甚至可能出现由于负荷的正常波动导致无功设备的频繁反复调节，影响设备甚至电网安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于地区电网的电压无功控制方法，该方法体现地区电网电压无功控制前瞻性和智能性，即在自动电压控制AVC系统本身固有的降低网损、维持电压无功合格的基础上进行实用化处理，结合负荷预测结果确定负荷变化趋势，提前控制可能发生越限的变量，尽可能防止越限量的出现，从本质上提高母线电压和关口功率因数的合格率，并在此基础上减少设备的动作次数。本发明的目的是采用下述技术方案实现的—种地区电网的电压无功控制方法，其改进之处在于，所述方法结合负荷预测结果对母线电压和关口功率因数的调节满足逆调压的控制；所述逆调压指的是负荷高峰时(如一天中的8点至12点，14点至18点)提高母线电压和关口功率因数，负荷低谷时(如一天中的O点至4点，20点至24点)降低母线电压和关口功率因数；所述方法包括下述步骤A、确定短期系统负荷和超短期母线负荷变化趋势；B、判断自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势；C、确定关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量。本发明提供的一种优选的技术方案是所述短期意指以天计的一天中的24小时； 所述超短期意指以分钟计的从当前时刻起至15分钟以内。本发明提供的第二优选的技术方案是所述步骤A包括读取能量管理系统EMS 的短期系统负荷预测结果，滤除负荷波动；根据负荷变化趋势将一天中的24小时划分为数个时段，确定所述数个时段负荷变化趋势。本发明提供的第三优选的技术方案是所述步骤B中，读取超短期母线负荷预测结果，并根据地区电网的拓扑连接关系计算自动电压控制AVC系统供电区域的母线负荷预测总加，判断自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势。本发明提供的第四优选的技术方案是所述负荷变化趋势包括上升、下降和平稳三趋势；所述数个时段为4至6个时段。本发明提供的第五优选的技术方案是所述判断自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势包括若所述母线负荷预测的关口负荷变化趋势与系统负荷预测的负荷变化趋势一致， 则预测的关口负荷变化趋势上升或下降；否则负荷变化趋势不明显，即负荷变化趋势处于平稳状态。本发明提供的第六优选的技术方案是根据步骤B确定关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量；所述各侧母线包括高压侧母线、中压侧母线和低压侧母线。本发明提供的第七优选的技术方案是所述步骤C确定关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量包括a、当负荷处于平稳状态时，所述母线电压和关口无功保持平稳，关口无功和各侧母线电压限值的上、下压缩量均取基准值(如电压压缩量取额定电压的0.5%，无功压缩量取无功带宽的10% );b、当负荷处于上升趋势时，则关口下传无功有增大趋势，供电区域各侧母线电压有下降趋势，母线电压和关口功率因数越下限，增大关口下传无功上限和母线电压下限的压缩量，使自动电压控制AVC系统对供电区域内设备的调节为投电容、切电抗或升主变档位，阻止关口下传无功的增大和中、低压侧的母线电压下降；C、当负荷具有下降趋势时，则关口下传无功有减小趋势，供电区域各侧母线电压有上升趋势，母线电压和关口功率因数越上限，增大关口下传无功下限和母线电压上限的压缩量，使自动电压控制AVC系统对供电区域内设备的调节为切电容、投电抗或降主变档位，阻止关口下传无功的减小和中、低压侧的母线电压上升。本发明提供的第八优选的技术方案是所述负荷预测包括系统负荷预测和母线负荷预测；所述系统负荷预测包括短期系统负荷预测和超短期系统负荷预测；所述母线负荷预测包括短期母线负荷预测和超短期母线负荷预测。与现有技术相比，本发明达到的有益效果是I、本发明的提供的预先控制方法有效的结合了系统负荷预测和母线负荷预测的结果，根据负荷变化趋势确定电压和无功限值的压缩量，寻找并提前控制有可能发生越限的变量，保证了母线电压和关口功率因数的运行水平，在本质上提高母线电压和关口功率因数的合格率，满足了逆调压的控制原则；2、本发明的提供的预先控制方法根据负荷变化趋势确定电容电抗器和变压器抽头的调节方向，并闭锁相反的调节方向；即在负荷上升时闭锁切电容、投电抗或降档位的操作，在负荷下降时闭锁投电容、切电抗或升档位的操作；保证在同一峰谷时段内对同一设备只能调节一次；由于全天负荷趋势基本分为两峰两谷或三峰三谷，所以相邻的两个峰谷时段时间间隔较长，从而保证在不同的峰谷时段对同一设备有充足的调节时间间隔；避免对电容电抗器的循环投切和对变压器抽头的反复调档，有效地减少设备的全天动作次数；3、本发明的提供的预先控制方法应用负荷变化趋势确定无功设备的调节方向，避免了对设备的频繁反复调节，充分挖掘设备的无功调节能力，延长了设备的使用寿命，体现了控制的前瞻性和智能性。
图I是本发明的电压无功控制方法的流程图；图2是本发明电压无功控制方法的负荷变化趋势的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步的详细说明。在电网的实际运行中，由于负荷是时刻变化的，相应地母线电压幅值也会随之波动，如果电压靠近考核边界运行，则因为正常的负荷波动而导致越限，有效的解决方法是在进行电压控制时根据负荷变化趋势对电压上下限进行不同程度的压缩，避免电压靠近考核边界运行，以提高电压合格率。同理，当电网负荷波动时，关口变电站的下传有功、无功也将变化，即功率因数将发生变化。为保证关口功率因数不因负荷的波动而越限，应根据负荷变化趋势适当压缩关口下传无功限值。地区电网是指各地级市电力部门管辖的电网，从地区电网的角度来看，避免离散设备频繁调节的关键是使离散设备的调节与负荷的变化趋势一致。典型地，一天的负荷变化具有明显的峰谷特征(两峰两谷或三峰三谷)。在负荷的爬峰时段，随着有功负荷的上升，无功负荷也随之上升，电网电压有下降的趋势，地区电网自动电压控制AVC系统应该只允许切电抗、投电容或升档位，在负荷的滑坡时段则应进行相反的操作。从地区电网自动电压控制AVC系统的调节情况来看，电压无功调节设备的频繁调节大多是由于自动电压控制 AVC系统的控制策略没有与负荷的变化趋势保持一致，导致离散设备调整后较短时间内即因负荷的变化而进行相反的操作。因此利用负荷预测结果，过滤小幅的负荷波动，预测一天内负荷的大致变化趋势，将一天时间划分为多个时段(4至6个时段)，并根据该时段的负荷总体变化趋势确定相应时段的电压无功调节方向。负荷预测包括系统负荷预测和母线负荷预测；所述系统负荷预测包括短期系统负荷预测和超短期系统负荷预测；所述母线负荷预测包括短期母线负荷预测和超短期母线负荷预测。电网负荷变化趋势与母线电压和关口功率因数的合格率、无功设备的调节次数都有着紧密的联系。由于地区电网能量管理系统(Energy Management System, EMS)实现系统负荷预测和母线负荷预测功能，能够提供高质量的负荷预测结果。所以，本发明的将地区电网自动电压控制AVC系统与系统负荷预测和母线负荷预测相结合，提供一种用于地区电网的电压无功控制方法，图I是本发明的电压无功控制方法的流程图，如图I所示，该方法包括以下步骤A、首先读取地区电网能量管理系统EMS系统提供的短期系统负荷预测结果，滤除小幅的负荷波动，根据负荷变化趋势上升、下降或平稳将一天24小时划分为数个时段，确定每个时段负荷的变化趋势。如果当天的负荷波形为3个波峰3个波谷，就是6个时段；如果是2个波峰2个波谷，就是4个时段，通常一天的负荷波形最少为2峰2谷，最多为3峰3 谷，所以数个时段为4到6个时段。全天电网负荷变化趋势如2图所示， ”表示负荷下降阶段；“ _ _ "表示负荷上升阶段；“ _ "表示负荷平稳阶段。B、然后读取超短期(未来15分钟)母线负荷预测结果，并根据地区电网的拓扑连接关系计算各自动电压控制AVC供电区域的母线负荷预测总加，判断地区电网各自动电压控制AVC供电区域的当前负荷变化趋势，若根据母线负荷预测获得的关口负荷变化趋势与系统负荷预测的负荷变化趋势一致，则说明预测的负荷趋势可信，否则负荷变化趋势不明显，即负荷处于平稳状态。C、根据地区电网各自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势确定各关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量。a、当负荷处于平稳状态(或负荷变化趋势不明显)时，母线电压和关口无功的变化保持平稳，关口无功限值和各侧母线电压限值的上、下压缩量均取较小值；b、当负荷具有上升趋势时，则关口下传无功有增大趋势，供电区域各侧母线电压有下降趋势，出现母线电压和关口功率因数越下限的情况，增大关口下传无功上限和母线电压下限的压缩量，以使自动电压控制AVC系统对该供电区域内设备的调节为投电容、切电抗或升主变档位，阻止关口下传无功的增大和中、低压侧的母线电压下降。C、当负荷具有下降趋势时，则关口下传无功有减小趋势，供电区域各侧母线电压有上升趋势，出现母线电压和关口功率因数越上限的情况，增大关口下传无功下限和母线电压上限的压缩量，以使自动电压控制AVC系统对该供电区域内设备的调节为切电容、投电抗或降主变档位，阻止关口下传无功的减小和中、低压侧的母线电压上升。供电区域内各侧母线指所有的母线电压，包括高压侧母线、中压侧母线和低压侧母线。其中，关口指的是220kV关口变电站；关口功率因数是用关口主变高压侧有功P和高压侧无功Q计算出来的，计算表达式P/(P*P+Q*Q)。电压考核限值是包括电压考核上限和电压考核下限，电压运行在此范围内即合格；电压控制限值是在电压考核限值的基础上叠加压缩量后的范围，包括电压控制上限和电压控制下限；关口无功考核限值是包括关口无功考核上限和关口无功考核下限，关口无功运行在此范围内即合格；关口无功控制限值是在关口无功考核限值的基础上叠加压缩量后的范围，包括关口无功控制上限和关口无功控制下限；关口下传有功(无功)是指关口变电站并列运行主变的高压侧有功(无功)总加。
本发明提供的电压无功控制方法对母线电压和关口功率因数的调节方式充分满足逆调压的原则，所述逆调压是的是负荷高峰时(如一天中的8点至12点，14点至18点) 提高母线电压和关口功率因数，负荷低谷时(如一天中的O点至4点，20点至24点)降低母线电压和关口功率因数。实施例为保证电网电压质量，提高电压合格率，AVC控制中对母线电压控制带宽进行压缩，即在电压靠近考核边界时即进行控制，而不是等到电压越限之后才启动控制，使各母线电压相对靠中间运行。为区别于电压考核限值(包括电压考核上限和电压考核下限)，这里将压缩后的电压限值称为电压控制限值(包括电压控制上限和电压控制下限)。将自动电压控制AVC系统控制单元定义为由并列主变和各侧相关补偿设备构成的最小电压无功控制单元。上一电压等级的自动电压控制AVC系统控制单元下面带着多个下一电压等级的自动电压控制AVC系统控制单元，由上级自动电压控制AVC系统控制单元向下级自动电压控制AVC系统控制单兀供电。由于母线电压变化趋势与自动电压控制AVC系统控制单元所带负荷(即各并列主变高压侧下传负荷之和)的变化趋势关系密切。总体而言，负荷上升时母线电压有下降趋势，负荷下降时母线电压有上升趋势，负荷平稳时母线电压一般变化不明显。并列主变指的是主变压器(即在变电站内承担变电功能的变压器)；地区电网自动电压控制AVC系统取电压控制上、下限压缩量如表I所示表中电压基值Vb取为相应电压等级的额定电压，如 220kV、110kV、35kV或10kV，Vb对同一电压等级取相同的值表I电压压缩量列表
负荷变化趋势电压上限压缩量电压下限压缩量上升0.5% *VB1.0% ^Vb下降1.0% *VBO. 5% *VB平稳0.5% *VBO. 5% *VB电压控制原则采用自上而下的原则实现对母线电压的控制，若自动电压控制 AVC系统控制单元中低压侧电压越限或下级自动电压控制AVC系统控制单元高压侧电压越限时，调节主变分接头进行电压越限控制。当调节主变档位代价过大时，选择有利于改善自身控制单元功率因数的电容电抗器调压，但应保证投入的电容电抗器不会引起关口功率因数越限。若上级自动电压控制AVC系统控制单元分接头调整时自动闭锁下级自动电压控制 AVC系统控制单元的分接头调节。为提高关口功率因数(无功)合格率，自动电压控制AVC系统控制中对关口无功控制带宽进行压缩，即在无功靠近考核边界时即进行控制，而不是等到无功越限之后才启动控制。为区别于关口无功考核限值(包括无功考核上限和无功考核下限)，这里将压缩后的无功限值称为无功控制限值(包括关口无功控制上限和关口无功控制下限)。总体而言，关口下传有功较大时(即重负荷运行)功率因数偏高运行，而关口下传有功较小时(即轻负荷运行)功率因数偏低运行，故负荷上升时应增大关口无功上限压缩量，负荷下降时应增大关口无功下限压缩量。若关口无功考核带宽的宽度Qb大于40Mvar， 则取40Mvar作为基准值，否则取无功考核带宽的宽度Qb作为基准值(关口有功倒送时， 免考核标准为无功正送即为合格，即O + c ，为避免压缩量过大，这里取基准值不超过 40Mvar)。地区电网自动电压控制AVC系统取关口无功控制上、下限压缩量如表2所示表2无功压缩量列表地区电网的可控无功设备主要是电容电抗器和有载调压变压器，这些设备在一天之内有操作次数的限制，两次操作之间也有时间间隔的限制。操作次数的限制是指对设备在一天之内的调节次数要有一个最高次数的限制，如对电容电抗器一天的调节次数不允许超过10次、对变压器一天的调节次数不允许超过6次。时间间隔的限制是指对同一设备相邻两次调节需间隔的最小时间差。如对同一电容电抗器相邻两次调节最小时间间隔为30分钟，对同一变压器相邻两次调节最小时间间隔为60分钟。为避免对设备的频繁反复调节，充分挖掘利用其无功调节能力，除在负荷平稳时段限制设备的调节时间间隔外，还可利用负荷的峰谷特性结合负荷的变化趋势划分负荷的峰谷时段，根据相应时段的负荷变化趋势确定无功设备的调节方向，并闭锁与之相反的调节方向，如表3所示表3无功设备调节方向列表负荷趋势电压趋势调节手段
上升下降下降上升投电容、切电抗、 切电容、投电抗、升档位降档位功率因数(无功)控制原则采用自下而上的原则实现无功的就地平衡，各自动电压控制AVC系统控制单元的无功监视均以关口功率因数及相应的考核标准为依据，若关口的期望无功调节方向与自动电压控制AVC系统控制单元自身的期望无功调节方向一致，且 AVC控制单元的无功调节不会引起新的电压越限，则调节相应的无功补偿设备，否则再寻找其他设备进行调节。若下级自动电压控制AVC系统控制单元无功补偿设备调整时，闭锁上级自动电压控制AVC系统控制单元的无功调整以避免重复调节。本发明的电压无功控制方案应用在基于CC-2000A调控一体化平台的福州电网调度技术支持系统，并将结合负荷预测的功能处理为用户自定义模块，即可根据需要选择自动电压控制AVC系统结合或不结合负荷预测。在连续两周的时间(不包含特殊节假日)里进行闭环控制，第一周选择不结合负荷预测，第二周选择结合负荷预测，运行统计结果如表4和表5所不 表4不结合负荷预测运行结果
时间全天电压合格率全天功率因数合格率全天设备动作次数
权利要求
1.一种地区电网的电压无功控制方法，其特征在于，所述方法结合负荷预测结果对母线电压和关口功率因数的调节满足逆调压的控制；所述逆调压指的是负荷高峰时提高母线电压和关口功率因数，负荷低谷时降低母线电压和关口功率因数；所述方法包括下述步骤A、确定短期系统负荷和超短期母线负荷变化趋势；B、判断自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势；C、确定关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量。
2.如权利要求I所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述短期意指以天计的一天中的24小时；所述超短期意指以分钟计的从当前时刻起至15分钟以内。
3.如权利要求I所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述步骤A包括从能量管理系统EMS的短期系统负荷预测结果中滤除负荷波动；根据负荷变化趋势将一天中的24小时划分为数个时段，确定所述数个时段负荷变化趋势。
4.如权利要求I所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述步骤B中，读取超短期母线负荷预测结果，并根据地区电网的拓扑连接关系计算自动电压控制AVC系统供电区域的母线负荷预测总加，判断自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势。
5.如权利要求3所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述负荷变化趋势包括上升、 下降和平稳三趋势；所述数个时段为4至6个时段。
6.如权利要求4所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述判断自动电压控制AVC系统供电区域的负荷变化趋势包括若所述母线负荷预测的关口负荷变化趋势与系统负荷预测的负荷变化趋势一致，则预测的关口负荷变化趋势上升或下降；否则负荷变化趋势不明显，即负荷变化趋势处于平稳状态。
7.如权利要求I所述的电压无功控制方法，其特征在于，根据步骤B确定关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量；所述各侧母线包括高压侧母线、 中压侧母线和低压侧母线。
8.如权利要求7所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述步骤C确定关口无功控制限值的压缩量和供电区域内各侧母线控制电压的压缩量包括a、当负荷处于平稳状态时，所述母线电压和关口无功保持平稳，关口无功和各侧母线电压限值的上、下压缩量均取基准值；b、当负荷处于上升趋势时，则关口下传无功有增大趋势，供电区域各侧母线电压有下降趋势，母线电压和关口功率因数越下限，增大关口下传无功上限和母线电压下限的压缩量，使自动电压控制AVC系统对供电区域内设备的调节为投电容、切电抗或升主变档位，阻止关口下传无功的增大和中、低压侧的母线电压下降；C、当负荷具有下降趋势时，则关口下传无功有减小趋势，供电区域各侧母线电压有上升趋势，母线电压和关口功率因数越上限，增大关口下传无功下限和母线电压上限的压缩量，使自动电压控制AVC系统对供电区域内设备的调节为切电容、投电抗或降主变档位，阻止关口下传无功的减小和中、低压侧的母线电压上升。
9.如权利要求I所述的电压无功控制方法，其特征在于，所述负荷预测包括系统负荷预测和母线负荷预测；所述系统负荷预测包括短期系统负荷预测和超短期系统负荷预测；所述母线负荷预测包括短期母线负荷预测和超短期母线负荷预测。
全文摘要
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种用于地区电网的电压无功控制方法，该方法对自动电压控制AVC系统进行实用化处理，结合负荷预测结果对母线电压和关口功率因数的调节满足逆调压原则，所述逆调压即在负荷高峰时提高电压和功率因数运行，负荷低谷时降低电压和功率因数运行；该方法包括下述步骤确定短期系统负荷和超短期母线负荷变化趋势；判断自动电压控制AVC系统各供电区域的负荷变化趋势；确定关口无功控制限值的压缩量和各供电区域内各侧母线控制电压的压缩量。本发明根据电网运行状态和负荷变化趋势，提前控制可能发生越限的变量，尽可能防止越限量出现，从本质上提高母线电压和关口功率因数合格率，并在此基础上减少设备动作次数。
文档编号H02J3/16GK102593840SQ20121004314
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者于汀, 周京阳, 李博, 李强, 王伟, 王少芳, 范征, 蒲天骄, 贾育培, 郎燕生 申请人:中国电力科学研究院