一种无功优化控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及无功优化控制方法及系统，通过地区电网区域划分，实现尽可能小的区域范围内的无功就地平衡；构建模型以使区域内每条支路的无功传输最小化；控制模式的自适应选择、协调配合执行；设置实测电压和无功两个变量上下限值，实行九区图控制。基于本发明使地区电网满足相应优化控制目标：实现电力系统安全、优质、经济多控制目标分解协调，实现电网无功电压的安全稳定、电压合格，在前两者的基础上使无功分布尽量满足分层分区平衡，以降低网损。
【专利说明】—种无功优化控制方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能电网领域，特别涉及一种无功优化控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着电网规模逐渐扩大，一些基本功能渐渐增加了维护工作与监控难度。现有调度系统运行监控功能有很大局限性，其中一个表现在于无功优化控制(AVC)方面。
[0003]从电力系统潮流物理意义进行分析，系统频率是衡量电力系统有功平衡的唯一指标，是全网统一的。相对而言，电力系统无功平衡影响系统电压质量，但是母线电压监测点数量多且分散、电压无功控制设备数量大，分布在不同层次的电网中，具有分散自治的特点。优化状态的电力系统无功潮流分布应满足高电压水平下分层分区平衡原则，即:
[0004]I)具备充足的无功电源，使电力系统运行在允许的高电压水平；
[0005]2)尽量做到各电压等级电网无功平衡，避免高压网输送无功功率过大，利于提高输电功率因数；
[0006]3)无功不宜长距离输送，各电压等级网络内部无功尽量分区甚至就地平衡，减少网络损耗，值得强调的是，该原则还表明，电压无功控制仅仅使无功在总量上达到平衡是远远不够的，必须使平衡最好就地或在尽可能小的范围内得到满足；
[0007]4)无功平衡的局域性和分散性决定了 AVC控制必须采取分层分区的空间解耦控制方案、并在时间上也进行解耦，使AVC控制能够协调配合有序执行，避免控制产生电压无功波动或振荡。
[0008]然而，现有的AVC策略难以满足上述要求，在智能化、先进性、安全可靠性方面都存在不足，这些不足不仅限制了技术支持系统运行的实际效果与技术发展，而且对于满足电网进一步发展的需要存在一定的差距。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种无功优化控制方法及系统，能够结合电网特点，完善AVC历史事项保存和AVC统计报表自动生成功能，以及解决AVC在实际运行的问题，进一步优化无功电压的优化控制，提高电能质量，降低损耗，减轻监控人员的调压劳动强度，满足高电压水平下分层分区平衡原则。
[0010]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种无功优化控制方法，将地区电网中的各个厂站，及由若干个相邻厂站形成的组合，分别划分为相应的区域，对区域内的无功设备进行控制；
[0011]构建相应的模型，以母线电压满足限值，关口功率因数合格为约束条件，求取如下目标函数的最小值，使各区域内的每条支路的无功传输最小化:
[0012]min Σ (PR+QX) /U
[0013]其中，R为线路电阻，X为线路电抗，P为输送有功功率，Q为输送无功功率，U为母线电压。
[0014]可选地，当单个厂站所在的第一区域无法满足无功就地平衡时，对由该厂站及其相邻厂站形成的组合所在的第二区域内的无功设备进行控制，以使第二区域满足无功就地平衡。
[0015]可选地，对各个区域内电容器的投切进行控制，来调整负荷侧母线上无功注入的增加或减少；对各区域内变压器分接头的电压升降进行控制，来调整该变压器支路的无功潮流。
[0016]可选地，进行区域电压控制，对区域枢纽厂站的无功设备进行控制，来校正区域内母线群体电压水平；
[0017]或者，进行就地电压控制，由区域内各厂站就地控制无功设备来响应就地电压变化；
[0018]或者，进行区域无功控制，对发电机无功出力、电容器投切、变压器分接头升降进行协调控制，以使全网电压水平最高、线路无功潮流最小、网损降低。
[0019]可选地，为区域内的变电站，设定实测电压和无功功率这两个变量各自的上下限值，将电压及无功平面分割成九个控制区，对其中电容器和主变压器电压档位的调整实行相应的控制；
[0020]其中，无功上下限值通过以下任意一种模式来设置，包含:
[0021]进行功率因数法，通过功率因数限值与当前有功功率折算出无功上下限值；
[0022]进行电容容量折算法，设定允许倒送本变电站最大电容容量的一定系数，及设定最多允许吸收本变电站最大电容容量的一定系数，作为无功上下限值；
[0023]进行固定无功限值法，人为设定一对固定的无功上下限值；
[0024]进行自动选择法，优先采用功率因数法，在轻负荷时自动切换至电容容量折算法，通过有功低限门槛值来自动选择无功上下限值。
[0025]可选地，对于电压越上限且无功过补的第一控制区，先切电容器，后降变压器档位；
[0026]对于仅电压越上限的第二控制区，先降变压器档位，后切电容器；
[0027]对于电压越上限且无功欠补的第三控制区，先降变压器档位，后切电容器；
[0028]对于电压合格而无功欠补的第四控制区，仅投电容器；
[0029]对于电压越下限且无功欠补的第五控制区，先投电容器，后升变压器档位；
[0030]对于仅电压越下限的第六控制区，先投电容器，后升变压器档位；
[0031]对于电压越下限且无功过补的第七控制区，先升变压器档位，后投电容器；
[0032]对于电压合格而无功过补的第八控制区，仅切电容器；
[0033]对于无功、电压均合格的第九控制区，不需要调整。
[0034]本发明的另一个技术方案是提供一种无功优化控制系统，其中包含:
[0035]控制单元，用来实现上述任意一项无功优化控制方法；在MS系统的任意一台非服务器节点上配置所述控制单元形成AVC主机；
[0036]所述AVC主机从与之信号连接的SCADA系统的服务器处，获取电网内各变电站内无功设备的实时数据，供控制单元分析计算使用；
[0037]所述AVC主机根据控制单元的分析计算结果，向与之信号连接的操作中心工作站发送对无功设备的控制措施。
[0038]可选地，所述控制单元与所述SCADA系统及EMS系统的平台之间，通过遥控接口单元进行数据交互，在符合设备检修或备用属性、或控制周期、或动作次数限制要求的前提下，实现对电容器或变压器分接头的遥控控制。
[0039]可选地，所述无功优化控制系统，以主变压器、或电容器、或母线、或厂站，或该无功优化控制系统本身发生的事件，来触发对相应无功设备的闭锁。
[0040]可选地，所述无功优化控制系统设置有统计查询工具，来统计并提供以下数据的查询:
[0041]对主变压器及电容器的动作次数、拒动次数、控制成功率进行动作次数统计及查询；
[0042]对电压平均值及合格率进行母线电压统计及查询；
[0043]对功率因数平均值及合格率进行主变力率统计及查询。
[0044]与现有技术相比，本发明所述的无功优化控制方法及系统，其优点在于:
[0045]基于本发明使地区电网满足相应优化控制目标:实现电力系统安全、优质、经济多控制目标分解协调，达成电网无功电压的安全稳定为首要控制目标，其次保证电压合格，在前两者的基础上使无功分布尽量满足分层分区平衡，以降低网损。
[0046]基于无功电压局域性和中国分级调度体系，AVC借鉴成熟的分级控制思想，将大规模电网进行分层分区的时空解耦并分级协调控制。地调AVC系统将电网在线动态划分为若干个电气控制区域，通过控制区域内中枢母线电压和联络线潮流，使母线电压合格、线路无功潮流分布尽量满足分层分区平衡，达到减少网损的目的。
[0047]将省地调两级电网在关口(一般为220kV主变)进行解耦，利用省地调AVC协调控制技术，地调控制关口无功交换满足省调实时无功指令或功率因数考核指标，实现电力系统发输配全局无功资源的上下协调、充分利用，充分挖掘全局电网中无功资源的控制潜力。
[0048]本发明的AVC系统基于一体化设计体系，实现数据无缝衔接，利于方便考虑足够有效的安全措施；网络建模及参数验证自动完成且只需维护一套参数，与EMS系统共享人机界面，减少维护工作量；减少控制命令的传输环节，保证控制过程的流畅性和可靠性；基于稳定可靠、安全性高的UNIX操作系统，减少系统网络不安全因素；AVC系统可安装于EMS中除服务器外的任意节点上，方便扩展、配置灵活。
[0049]本发明基于QT图形界面的统计功能极大方便在动作次数、电压、力率等合格率方面的统计，使用较方面，提供友好的人机界面。提供的无功限值参数模型，可以灵活设置，满足不同厂站不同的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是本发明所述无功优化控制方法中九区图控制的示意图；
[0051]图2是本发明所述无功优化控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0052]本发明所述无功优化控制方法中，主要包含以下方面:地区电网区域划分，实现尽可能小的区域范围内的无功就地平衡；构建模型以使区域内每条支路的无功传输最小化；控制模式的自适应选择、协调配合执行；设置实测电压和无功两个变量上下限值，实行九区图控制。
[0053]S1、本发明中根据无功平衡的局域性和分散性，对地区电网电压无功分层分区控制，使自动控制在空间上解稱，并支持自适应区域嵌套划分。AVC分层分区算法是，根据网络拓扑实时跟踪方式变化，以220kV枢纽变电站为中心，将整个电网分成无功电压电气耦合度很弱的区域电网。对每个区域电网，无功采取“区域嵌套平衡”方式，即优先考虑变电站就地平衡，必要时考虑无功倒流及区域平衡。
[0054]具体地，本发明中分区后的最小区域为一个厂站，最大区域则为全网。为优化无功平衡状态，AVC控制要求必须在尽可能小的区域(例如某一个厂站b)范围内使无功就地平衡，如果该区域无功就地平衡无法得到满足，则将该区域范围扩大到相邻厂站(例如ab两站或be两站组成的区域)，在此扩大区域内使无功得到就地平衡；如果仍然不能满足，则继续扩大到包含相互邻近的更多个厂站的区域(例如abc三站组成的区域)。
[0055]S2、本发明中以分级分区电压控制方式构建模型，来实现保证电压质量、减少无功传输并进而降低网损的目标。AVC控制的目标不直接追求网损最小，而是减少区域内每条支路的无功传输，对此，将所述模型表示为求取目标函数的最小值:
[0056]min Σ (PR+QX) /U
[0057]其中，R为线路电阻，X为线路电抗，P为输送有功功率，Q为输送无功功率，U为母线电压；为使目标函数最小，应使Q = 0，U靠近上限；
[0058]约束条件:电压满足限值约束，关口无功或功率因数合格。
[0059]控制变量:地区电网可控设备为电容器和变压器分接头。电容器和变压器分接头为离散型变量，每天调节次数有限。前者向系统注入无功，后者可改变无功分布。
[0060]基于实时灵敏度分析可知，控制电容器的投/切，可以控制电力系统中负荷侧母线(视为PQ母线)的无功注入，使全网各PQ节点电压变化；如果无功注入增加(如投入电容器)将使全网所有负荷节点电压升高，其中对无功增量注入点的电压影响最大。控制有载调压变压器分接头将改变该变压器支路无功潮流，电压升高侧将多吸收无功，相应将使另一侧电压有所降低。
[0061]在潮流计算中可以采用摄动法计算各状态变量和控制变量之间的灵敏度，可以与用公式计算的灵敏度相比较。摄动法具体而言就是对逐个对电容器投/切扫描计算，对变压器升/降扫描计算，并形成灵敏度二维因子表，便于优化分析和专家知识库使用。
[0062]灵敏度二维因子表如下:
[0063]
【权利要求】
1.一种无功优化控制方法，其特征在于， 将地区电网中的各个厂站，及由若干个相邻厂站形成的组合，分别划分为相应的区域，对区域内的无功设备进行控制； 构建相应的模型，以母线电压满足限值，关口功率因数合格为约束条件，求取如下目标函数的最小值，使各区域内的每条支路的无功传输最小化:
其中，R为线路电阻，X为线路电抗，P为输送有功功率，Q为输送无功功率，U为母线电压。
2.如权利要求1所述的无功优化控制方法，其特征在于， 当单个厂站所在的第一区域无法满足无功就地平衡时，对由该厂站及其相邻厂站形成的组合所在的第二区域内的无功设备进行控制，以使第二区域满足无功就地平衡。
3.如权利要求1所述的无功优化控制方法，其特征在于， 对各个区域内电容器的投切进行控制，来调整负荷侧母线上无功注入的增加或减少；对各区域内变压器分接头的电压升降进行控制，来调整该变压器支路的无功潮流。
4.如权利要求3所述的无功优化控制方法，其特征在于，包含: 进行区域电压控制，对区域枢纽厂站的无功设备进行控制，来校正区域内母线群体电压水平； 或者，进行就地电压控制，由区域内各厂站就地控制无功设备来响应就地电压变化；或者，进行区域无功控制，对发电机无功出力、电容器投切、变压器分接头升降进行协调控制，以使全网电压水平最高、线路无功潮流最小、网损降低。
5.如权利要求3所述的无功优化控制方法，其特征在于， 为区域内的变电站，设定实测电压和无功功率这两个变量各自的上下限值，将电压及无功平面分割成九个控制区，对其中电容器和主变压器电压档位的调整实行相应的控制；其中，无功上下限值通过以下任意一种模式来设置，包含: 进行功率因数法，通过功率因数限值与当前有功功率折算出无功上下限值； 进行电容容量折算法，设定允许倒送本变电站最大电容容量的一定系数，及设定最多允许吸收本变电站最大电容容量的一定系数，作为无功上下限值； 进行固定无功限值法，人为设定一对固定的无功上下限值； 进行自动选择法，优先采用功率因数法，在轻负荷时自动切换至电容容量折算法，通过有功低限门槛值来自动选择无功上下限值。
6.如权利要求5述的无功优化控制方法，其特征在于，九个所述控制区中: 对于电压越上限且无功过补的第一控制区，先切电容器，后降变压器档位； 对于仅电压越上限的第二控制区，先降变压器档位，后切电容器； 对于电压越上限且无功欠补的第三控制区，先降变压器档位，后切电容器； 对于电压合格而无功欠补的第四控制区，仅投电容器； 对于电压越下限且无功欠补的第五控制区，先投电容器，后升变压器档位； 对于仅电压越下限的第六控制区，先投电容器，后升变压器档位； 对于电压越下限且无功过补的第七控制区，先升变压器档位，后投电容器； 对于电压合格而无功过补的第八控制区，仅切电容器； 对于无功、电压均合格的第九控制区，不需要调整。
7.一种无功优化控制系统，其特征在于，所述无功优化控制系统包含: 控制单元，用来实现如权利要求Γ6中任意一项无功优化控制方法；在EMS系统的任意一台非服务器节点上配置所述控制单元形成AVC主机； 所述AVC主机从与之信号连接的SCADA系统的服务器处，获取电网内各变电站内无功设备的实时数据，供控制单元分析计算使用； 所述AVC主机根据控制单元的分析计算结果，向与之信号连接的操作中心工作站发送对无功设备的控制措施。
8.如权利要求7所述的无功优化控制系统，其特征在于， 所述控制单元与所述SCADA系统及EMS系统的平台之间，通过遥控接口单元进行数据交互，在符合设备检修或备用属性、或控制周期、或动作次数限制要求的前提下，实现对电容器或变压器分接头的遥控控制。
9.如权利要求7所述的无功优化控制系统，其特征在于， 所述无功优化控制系统，以主变压器、或电容器、或母线、或厂站，或该无功优化控制系统本身发生的事件，来触发对相应无功设备的闭锁。
10.如权利要求7所述的无功优化控制系统，其特征在于， 所述无功优化控制系统设置有统计查询工具，来统计并提供以下数据的查询: 对主变压器及电容器的动作次数、拒动次数、控制成功率进行动作次数统计及查询； 对电压平均值及合格率进行母线电压统计及查询； 对功率因数平均值及合格率进行主变力率统计及查询。
【文档编号】H02J3/18GK104201691SQ201410383572
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】夏威, 吴世敏, 顾黎强, 陈国新, 卫忠, 沈健, 徐芳敏, 张麟, 解翔, 朱齐, 王伟, 陈志樑, 奚曹明 申请人:国网上海市电力公司, 国电南瑞科技股份有限公司