地县一体化自动电压控制中协调控制区的自动生成方法
【专利摘要】本发明涉及地县一体化自动电压控制中协调控制区的自动生成方法，属于电力系统自动电压控制【技术领域】。该方法包括：生成地区电网220kV变压器所连接的110kV电网的模型，并生成协调控制区；将地区电网220kV变压器低压侧绕组所连接的35kV变电站加入到已经生成的协调控制区中；生成地区电网110kV变压器所连接的县级35kV电网的模型，并产生110kV协调子控制区；将产生的110kV协调子控制区加入已经生成的协调控制区中。本发明方法能够快速、自动形成用于地县一体化自动电压控制的协调控制区，满足地县电网上下级变电站协调无功电压控制的要求。
【专利说明】地县一体化自动电压控制中协调控制区的自动生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统自动电压控制【技术领域】，给出了地县一体化自动电压控制 中，通过对电网进行多级拓扑分析自动生成协调控制区的方法。
【背景技术】
[0002] 自动电压控制（以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)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。
[0003] AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件程序实现的，这要求其必须 与电力系统本身的调度管理体制保持一致。中国互联电网规模十分庞大，其运行由分层分 区的多级调度机构来负责管理，省（市）级电网调度控制中心、（以下简称省调）和地区电 网调度控制中心（以下简称地调）、县（区）级电网调度控制中心（以下简称县调）是其中 比较有代表性的三个调度级别。通常情况下，省调负责管理省内500/220kV电网，地调负责 管理地区内110电网，县调负责管理县级35kV电网。
[0004] 在县级35kV电网中，对35kV变电站母线电压控制在传统上主要依靠35kV变电站 值班员手工完成，工作繁复，操作量大。同时由于缺乏与上级地调AVC的协调控制，经常造 成无功补偿设备和变压器分接头的频繁动作，以及地区电网和县级电网之间无功的不合理 流动。随着电网调度自动化技术的发展，目前在地区电网中已经开始建设地县一体化调度 自动化系统。王玉琴在《地县一体化调度自动化技术研究与实现》（山东大学硕士论文，2013 年）中详细说明了地县一体化调度自动化系统的主要技术方案和实现方式，吴涛在《地县 一体化的调度自动化系统的研究与设计》（浙江大学硕士论文，2012年）中详细说明了地县 一体化调度自动化系统的广域信息采集和数据共享的关键技术。在目前已经建设的地县一 体化调度自动化系统中，地调侧的电网监控系统中已经具备了县级35kV电网的模型和运 行状态；同时，随着县级电网自动化水平的逐步提高，县级电网的35kV变电站已经具备了 对变压器分接头和无功补偿设备进行远程自动控制的条件。在地调建设地县一体化的自动 电压无功控制系统的技术条件已经具备。
[0005] 地县一体化自动电压无功控制系统的控制模型包含了地区电网和地区内的县级 电网，以地、县电网整体的的安全经济优质为控制目标，可以充分考虑地区电网和县级电网 紧密的电气联系，充分考虑县级电网的无功控制手段，进行包括县级电网在内的地区电网 全局的优化决策，从而实现地、县电网无功电压的整体协调控制。在保证电压合格的基础 上，优化无功流动，显著降低设备动作次数，提高电网的无功裕度和电压稳定性，降低网损。 这种方法即实现了地、县电网无功电压控制的协调，又避免了在县调建设独立AVC系统造 成的重复投资，具有巨大的社会经济效益。
[0006] 地县一体化自动电压控制系统在硬件结构上包括在地调配置的AVC服务器、维护 工作站和监控工作站，以及在各个县调配置的远程监控维护工作站。AVC的控制策略由地调 AVC服务器集中计算并直接下发到220kV、llOkV和35kV的各变电站，由变电站监控系统执 行。由于地县一体化AVC系统的控制对象包括了地调调度的220kV、110kV站内的调压设备， 以及县调调度的35kV站内的调压设备，而这些变电站在电气上是上下级互相联系的，对相 互之间响应显著，因此在计算控制策略时需要对地县电网所包含的各级变电站进行统一考 虑，实现上下级无功电压协调控制。
[0007] 目前在我国的电力系统运行中，地区和县级电网均采用辐射方式运行，对地区电 网而言，其220kV变电站之间具有线路互相连接，而llOkV变电站仅与上级220kV变电站连 接，llOkV变电站之间没有线路互相连接；对县级电网，35kV变电站仅与上级llOkV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，形成了含220kV-110kV-35kV各电压等级变电站的辐射运行分区区域。
[0008] 图1给出了一个典型的地、县电网的运行方式。图中，一个辐射运行区域的根节点 是省调电网的220kV变压器高压侧绕组所连接的220kV母线，其通过中压侧绕组（llOkV) 和低压侧绕组（35kV)连接下级地调电网：中压侧绕组连接的llOkV母线引出若干llOkV线 路，连接到下级llOkV变电站；低压侧绕组连接的35kV母线上接有电容器和电抗器（图中 未示出），在有些情况下，35kV母线也可以引出若干35kV线路，连接到下级县调电网的35kV 变电站，这些35kV变电站的内的低压10kV母线接有无功设备。220kV变压器均配置有载调 压分接头（图中未示出）。
[0009] 在220kV主变中压侧llOkV母线通过llOkV线路所连接的下级llOkV变电站中， 一般情况下变电站配置三绕组变压器，各绕组电压等级为110kV/35kV/10kV，变压器低压侧 绕组连接的10kV母线接有电容器、电抗器等无功设备，变压器中压侧绕组连接的35kV母线 引出若干35kV线路，连接到下级35kV变电站，在这些35kV变电站内的低压10kV母线连接 有电容器、电抗器等无功设备。llOkV变电站和县级35kV变电站内的变压器均配置有载调 压分接头。
[0010] 从上述分析可以看到，从220kV根母线出发，形成了跨220kv-l10kV-35kV三个电 压等级的整体辐射状运行区域。在该区域中，每个电压等级的变电站均具有无功电压调节 设备，包括变压器有载调压分接头和低压侧电容器、电抗器。在无功电压控制中，上级变电 站的电压调节对下级变电站母线电压具有显著的影响，而下级变电站的无功调节对上级变 电站的无功具有显著的影响，在进行地县一体化自动电压控制中，需要将这样的区域作为 电压控制的对象进行整体考虑，考虑区域内上下级变电站的协调控制。
[0011] 将上述地县一体化电网模型中，从220kV母线出发，所包含的下级110kV、35kV变 电站的完整区域，定义为地县一体化协调控制区。为了表述方便，将协调控制区Z,22°表示为 如式⑴的形式：
【权利要求】
1. 一种地县一体化自动电压控制中协调控制区的自动生成方法，其特征在于，该方法 事先确定控制周期，具体步骤如下： 1) 当控制周期到来时，生成地县电网220kV变压器所连接的llOkV电网的模型，并产生 220kV协调控制区，具体包括如下子步骤： 1. a)从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型； 1. b)对完整的电网模型进行处理，删除llOkV电压等级以外的全部输电线路；删除 llOkV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除llOkV电压等级内全部处于分状态的 隔离开关和断路器模型后，形成llOkV电网的模型； 1. c)对llOkV电网模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干 在电气上连接在一起的导电设备； 1. d)依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛i中含有220kV变压器和llOkV变电站，则将 对应于该拓扑岛i建立一个220kV协调控制区，记为Z/2*1，Z/2* 1表示含有220kV和llOkV电 压等级的拓扑岛i所形成的有电气联系的220kV协调控制区域； 1. e)对处于拓扑岛i上的220kV变压器进行处理：将220kV变压器记为7：2M， 为拓扑岛i所形成的220kV协调控制区域中n个220kV变压器，将1：22°加入到Z,22°中；将 220kV变压器7：22°高压侧绕组通过闭合的母联开关所连接的通过闭合的母联开关并列运行 的母线合并为一条，记为Sf1，尽f°表示220kV变压器高压侧220kV电压等级的h条逻辑母 线，将Bf*加入到22()中；将220kV变压器中压侧绕组所连接的通过闭合的母联开关并列运 行的母线合并为一条，记为，戌广表示220kV变压器中压侧110kV电压等级的m条逻辑 母线，将式加入到422°中；将220kV变压器低压侧绕组所连接的通过闭合的母联开关并列 运行的母线合并为一条，记为矿5，表示220kV变压器中压侧35kV电压等级的m条逻辑 母线，将马35加入到；22°中； 1. f)对处于拓扑岛i上的llOkV变电站进行处理：将llOkV变电站高压侧母线记为 表示llOkV变压器高压侧llOkV电压等级的j条母线，将加入到中； 2) 将地县电网220kV变压器低压侧绕组所连接的35kV变电站加入到已经生成的协调 控制区中，具体包括如下子步骤： 2. a)再次从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型； 2 -b)对完整的电网模型进行处理，删除35kV电压等级以外的全部输电线路；删除 35kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除35kV电压等级内全部处于分状态的隔 离开关和断路器后，形成35kV电网的模型； 2-c)对35kV电网的模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干 在电气上连接在一起的导电设备； 2. d)依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛中含有220kV变压器和35kV变电站，记该 220kV变压器为？；22t)，°表示含有220kV和35kV电压等级的拓扑岛中的x个变压器，检 查在步骤1)中已经产生全部220kV协调控制区，如果找到某220kV协调控制区Z;22°满足： 7厂° e Z;22\则将该拓扑岛内的35kV变电站高压侧母线通过闭合的母联开关并列运行的母 线合并为一条，记为表示含有220kV变压器低压侧35kV电压等级的p条逻辑母线， 将加入到f中； 3) 生成地区电网llOkV变压器所连接的县级35kV电网的模型，并产生llOkV协调子控 制区，具体包括如下子步骤： 3. a)再次从地县一体化调度自动化系统获取完整的地县一体化电网模型； 3 -b)对完整的电网模型进行处理，删除35kV电压等级以外的全部输电线路；删除 35kV电压等级以外的全部隔离开关和断路器；删除35kV电压等级内全部处于分状态的隔 离开关和断路器后，形成35kV电网的模型； 3 -c)对35kV电网的模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每个拓扑岛包括了若干 在电气上连接在一起的导电设备； 3. d)依次检查全部拓扑岛，如某拓扑岛k中含有llOkV变压器和35kV变电站，则将 对应于该拓扑岛k建立一个llOkV子协调控制区，记为z丨1(1，zf表示llOkV变电站中含有 llOkV和35kV电压等级的拓扑岛所形成的有电气联系的子协调控制区； 3. e)对处于拓扑岛k上的liokv变压器进行处理，将liokv变压器记为r"u°，r" u° 表示拓扑岛k所形成的llOkV协调控制区域中n个llOkV变压器，将7：u°加入到n中，将 llOkV变压器高压侧绕组所连接母线通过闭合的母联开关并列运行的母线合并为一条，记 为或1(1，将武1Q加入到zf1中；将llOkV变压器中压侧绕组所连接母线通过闭合的母联开关 并列运行的母线合并为一条，记为C，疋5表示含有llOkV变压器中压侧35kV电压等级的 m条逻辑母线，将疋5加入到圹中； 3. f)对处于拓扑岛k上的35kV变电站进行处理，将35kV变电站高压侧母线通过闭 合的母联开关并列运行的母线合并为一条，记为^^表示35kV变电站中高压侧逻辑母 线，将f加入到〇 ; 4) 将步骤3)中生成的llOkV协调子控制区加入到步骤1)中生成的220kV协调控制 区，具体方法是：依次检查步骤3)中生成的全部llOkV协调子控制区:对中的杈1(1， 如果能够找到某个Z,22°中的同时满足： (成，则将垆加入到Z/2°中； 5) 在下个控制周期到来时，返回步骤1)开始下一轮协调控制区的自动生成。
【文档编号】H02J3/18GK104348158SQ201410659765
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】于磊, 汤磊, 王双, 韩宇龙, 谷文旗, 常晓慧, 谢旭, 王阳, 王祖光, 付启, 穆亮, 李云, 王磊, 郭庆来 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司张家口供电公司, 北京清大高科系统控制有限公司