用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统电压无功控制技术，具体涉及一种用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法及系统，基于动态无功补偿装置和相邻变电站的电压预估实现区域电压无功自动控制。

背景技术：

电力系统的电压无功调整对电网的电压稳定水平和降低网损有较大的影响。目前电压无功主要通过两种方式进行调节，一是省调/地调AVC系统，对全网或局部的电压无功进行优化计算和控制；二是站内的VQC系统，对本站的无功设备进行投切，以满足上级调度要求。

枢纽变电站是电力系统的枢纽点，汇集了多个电源和联络线，承接了主干线和下级电网，不仅承担着电压无功调节的要求，而且必要时需要调节本站无功以支撑相邻变电站的电压，在系统电压暂时跌落时需要迅速释放最大无功以支撑电压；当站内装有可连续快速调节的动态无功补偿设备(以下简称SVG，Static Var Generator)时，需要根据控制要求对它进行合理的利用。由于控制目标和控制要求较多，目前的省调/地调AVC系统或站内综自的VQC系统较难满足调控要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种对变电站内的SVG进行自动控制，实现本变电站电压调节、相邻变电站的电压预估调节、线路无功调节和暂态电压支撑，以满足枢纽变电站的电压无功调节要求，能够满足多重控制目标要求，充分发挥动态无功补偿设备的优势，提高设备利用率的用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法，步骤包括：

1)通过调节SVG提供暂态电压支撑；

2)检测本变电站的电压是否不合格，如果本变电站的电压不合格，则以本变电站的电压作为控制目标，并通过调节SVG的容性无功或感性无功来调整本变电站的电压，跳转执行步骤2)；否则，则跳转执行步骤3)；

3)检测相邻变电站的电压是否不合格，如果相邻变电站的电压不合格，则以相邻变电站的电压作为控制目标，预估相邻变电站的电压，调节SVG的容性无功或感性无功来调整相邻变电站的电压，跳转执行步骤2)；否则，以线路无功作为控制目标，跳转执行步骤4)；

4)调节SVG的容性无功或感性无功来调整线路的无功水平，跳转执行步骤2)。

优选地，所述步骤2)中调整本变电站的电压具体是指：将本变电站的电压有效值U₀和设定的本变电站的电压的调节上限U_H和调节下限U_L进行比较，如果电压有效值U₀大于调节上限U_H，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出，如果电压有效值U₀小于调节上限U_L，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出。

优选地，所述步骤3)中预估相邻变电站的电压的计算函数表达式如式(1)所示；

$U_x=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，U_x为相邻变电站的电压预估值，U₀为本变电站的电压，R为本变电站和相邻变电站之间联络线上的阻抗，X为相邻变电站和本变电站之间联络线上的阻抗，P为本变电站和相邻变电站之间联络线上的有功，Q为本变电站和相邻变电站之间联络线上的无功，有功P以流入本变电站为正、流出本变电站为负，无功Q以流入本变电站的感性为正、离开本变电站的感性为负。

优选地，所述步骤3)中调整相邻变电站的电压具体是指：将相邻变电站的电压预估值U_x和设定的本变电站的电压的调节上限U_H和调节下限U_L进行比较，如果电压预估值U_x大于调节上限U_H，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出，如果电压预估值U_x小于调节上限U_L，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出。

优选地，所述步骤4)中调整线路的无功水平具体是指：将线路的无功水平Q_S和设定的线路无功允许的无功上限为Q_H和无功下限Q_L进行比较，如果线路的无功水平Q_S大于无功上限为Q_H，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出，如果线路的无功水平Q_S小于无功下限Q_L，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出。

优选地，所述步骤1)的详细步骤包括：

1.1)根据三相电压采样值采用两点法计算电压有效值、采用均方根法计算电压有效值，并计算电压均方根的下降斜率；

1.2)判断两点法计算的电压有效值低于设定的电压暂态下限U_LL、采用均方根法计算的电压有效值低于设定的电压暂态下限U_LL、电压均方根的下降斜率低于设定门限三个条件中各个条件的成立情况，若前述三个条件中有任意两个成立，则判定本变电站的系统电压发生了跌落，控制SVG直接输出额定容性无功；

1.3)判断两点法计算的电压有效值高于设定的电压暂态上限U_HH、采用均方根法计算的电压有效值高于设定的电压暂态上限U_HH、电压均方根的下降斜率高于设定门限三个条件中各个条件的成立情况，若前述三个条件中有任意两个成立，则判定本变电站的系统电压发生了越限，控制SVG直接输出额定感性无功。

本发明还提供一种用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制系统，包括：

暂态电压支撑单元，用于通过调节SVG提供暂态电压支撑；

本站调整单元，检测本变电站的电压是否不合格，如果本变电站的电压不合格，则以本变电站的电压作为控制目标，并通过调节SVG的容性无功或感性无功来调整本变电站的电压，跳转执行本站调整单元；否则，则跳转执行邻站调整单元；

邻站调整单元，用于检测相邻变电站的电压是否不合格，如果相邻变电站的电压不合格，则以相邻变电站的电压作为控制目标，预估相邻变电站的电压，调节SVG的容性无功或感性无功来调整相邻变电站的电压，跳转执行本站调整单元；否则，以线路无功作为控制目标，跳转执行线路调整单元。

优选地，所述本站调整单元调整本变电站的电压具体是指：将本变电站的电压有效值U₀和设定的本变电站的电压的调节上限U_H和调节下限U_L进行比较，如果电压有效值U₀大于调节上限U_H，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出，如果电压有效值U₀小于调节上限U_L，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出。

优选地，所述邻站调整单元预估相邻变电站的电压的计算函数表达式如式(1)所示；

$U_x=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，U_x为相邻变电站的电压预估值，U₀为本变电站的电压，R为本变电站和相邻变电站之间联络线上的阻抗，X为相邻变电站和本变电站之间联络线上的阻抗，P为本变电站和相邻变电站之间联络线上的有功，Q为本变电站和相邻变电站之间联络线上的无功，有功P以流入本变电站为正、流出本变电站为负，无功Q以流入本变电站的感性为正、离开本变电站的感性为负。

优选地，所述邻站调整单元调整相邻变电站的电压具体是指：将相邻变电站的电压预估值U_x和设定的本变电站的电压的调节上限U_H和调节下限U_L进行比较，如果电压预估值U_x大于调节上限U_H，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出，如果电压预估值U_x小于调节上限U_L，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出。

优选地，所述线路调整单元调整线路的无功水平具体是指：将线路的无功水平Q_S和设定的线路无功允许的无功上限为Q_H和无功下限Q_L进行比较，如果线路的无功水平Q_S大于无功上限为Q_H，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出，如果线路的无功水平Q_S小于无功下限Q_L，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出。

优选地，所述暂态电压支撑单元包括：

特征参数计算模块，用于根据三相电压采样值采用两点法计算电压有效值、采用均方根法计算电压有效值，并计算电压均方根的下降斜率；

跌落判断模块，用于判断两点法计算的电压有效值低于设定的电压暂态下限U_LL、采用均方根法计算的电压有效值低于设定的电压暂态下限U_LL、电压均方根的下降斜率低于设定门限三个条件中各个条件的成立情况，若前述三个条件中有任意两个成立，则判定本变电站的系统电压发生了跌落，控制SVG直接输出额定容性无功；

越限判断模块，用于判断两点法计算的电压有效值高于设定的电压暂态上限U_HH、采用均方根法计算的电压有效值高于设定的电压暂态上限U_HH、电压均方根的下降斜率高于设定门限三个条件中各个条件的成立情况，若前述三个条件中有任意两个成立，则判定本变电站的系统电压发生了越限，控制SVG直接输出额定感性无功。

本发明用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法具有下述优点：

1、本发明通过步骤1)～3)按优先级实现多重控制目标，控制层次清晰，既能满足本站电压无功的调控要求，也可以对邻站电压进行支撑；

2、本发明实现了电压无功稳态控制和暂态控制的结合，最大程度地提高了电压稳定性。

3、本发明在实现多重控制目标时，以步进式的控制方式进行调节，避免了反复调节振荡。

4、本发明通过多重判据综合判断电压暂态，在快速判断的同时提高了判断的稳定性；

本发明用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制系统为本发明用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法完全对应的系统，因此同样也具有本发明用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为应用本发明实施例方法的SVG主接线示意图。

图2为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图3为本发明实施例中的电压无功门限示意图。

具体实施方式

下文将以图1所示的SVG主接线为例，对本发明用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法进行进一步的详细说明。

如图2所示，本实施例用于枢纽变电站的区域电压无功自动控制方法的步骤包括：

1)通过调节SVG提供暂态电压支撑；

2)检测本变电站的电压是否不合格，如果本变电站的电压不合格，则以本变电站的电压作为控制目标，并通过调节SVG的容性无功或感性无功来调整本变电站的电压，跳转执行步骤2)；否则，则跳转执行步骤3)；

3)检测相邻变电站的电压是否不合格，如果相邻变电站的电压不合格，则以相邻变电站的电压作为控制目标，预估相邻变电站的电压，调节SVG的容性无功或感性无功来调整相邻变电站的电压，跳转执行步骤2)；否则，以线路无功作为控制目标，跳转执行步骤4)；

4)调节SVG的容性无功或感性无功来调整线路的无功水平，跳转执行步骤2)。

本实施例中，步骤2)中调整本变电站的电压具体是指：将本变电站的电压有效值U₀和设定的本变电站的电压的调节上限U_H和调节下限U_L进行比较，如果电压有效值U₀大于调节上限U_H，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出，如果电压有效值U₀小于调节上限U_L，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出。参见上述说明可知，当U₀>U_H时，SVG增加一定幅度的感性无功输出，即Q'_SVGx＝Q_SVG+ΔQ，当U₀<U_L时，SVG增加一定幅度的容性无功输出，即Q'_SVGx＝Q_SVG-ΔQ，其中，Q_SVG是上次SVG的无功输出，Q'_SVGx是本次控制SVG的无功参考，ΔQ为无功增量，可取SVG额定容量的百分比，设感性为正，容性为负。调节时间间隔和无功增量幅度可设，本实施例中，调节时间间隔设为1个周波，无功增量幅度设为SVG额定容量的5％。

本实施例中，所述步骤3)中预估相邻变电站的电压的计算函数表达式如式(1)所示；

$U_x=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，U_x为相邻变电站的电压预估值，U₀为本变电站的电压，R为本变电站和相邻变电站之间联络线上的阻抗，X为相邻变电站和本变电站之间联络线上的阻抗，P为本变电站和相邻变电站之间联络线上的有功，Q为本变电站和相邻变电站之间联络线上的无功，有功P以流入本变电站为正、流出本变电站为负，无功Q以流入本变电站的感性为正、离开本变电站的感性为负。线路阻抗数据可事先给定，线路的实时潮流数据可来自综自后台，通过通信传输给SVG控制器。多个邻站电压可同时进行预估和无功需求分析。

本实施例中，步骤3)中调整相邻变电站的电压具体是指：将相邻变电站的电压预估值U_x和设定的本变电站的电压的调节上限U_H和调节下限U_L进行比较，如果电压预估值U_x大于调节上限U_H，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出，如果电压预估值U_x小于调节上限U_L，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出。即当U_x>U_H时，SVG增加一定幅度的感性无功输出，即Q'_SVGx＝Q_SVG+ΔQ；当U_x<U_L时，SVG增加一定幅度的容性无功输出，即Q'_SVGx＝Q_SVG-ΔQ，其中，Q_SVG是上次SVG的无功输出，Q'_SVGx是本次控制SVG的无功参考，ΔQ为无功增量，可取SVG额定容量的百分比，设感性为正，容性为负。调节时间间隔和无功增量幅度可设，本实施例中，调节时间间隔设为2个周波，无功增量幅度设为SVG额定容量的5％。

本实施例中，步骤4)中调整线路的无功水平具体是指：将线路的无功水平Q_S和设定的线路无功允许的无功上限为Q_H和无功下限Q_L进行比较，如果线路的无功水平Q_S大于无功上限为Q_H，则控制SVG增加指定幅度的容性无功输出，如果线路的无功水平Q_S小于无功下限Q_L，则控制SVG增加指定幅度的感性无功输出。即当Q_S>Q_H时，SVG增加一定幅度的容性无功输出，即Q'_SVGx＝Q_SVG-ΔQ；当Q_S<Q_L时，SVG增加一定幅度的感性无功输出，即Q'_SVGx＝Q_SVG+ΔQ，其中，Q_SVG是上次SVG的无功输出，Q'_SVGx是本次控制SVG的无功参考，ΔQ为无功增量，可取SVG额定容量的百分比，设感性为正，容性为负。调节时间间隔和无功增量幅度可设，本实施例调节时间间隔设为2秒，无功增量幅度设为SVG额定容量的10％。

本实施例中，步骤1)的详细步骤包括：

1.1)根据三相电压采样值采用两点法计算电压有效值、采用均方根法计算电压有效值，并计算电压均方根的下降斜率；

1.2)判断两点法计算的电压有效值低于设定的电压暂态下限U_LL、采用均方根法计算的电压有效值低于设定的电压暂态下限U_LL、电压均方根的下降斜率低于设定门限三个条件中各个条件的成立情况，若前述三个条件中有任意两个成立，则判定本变电站的系统电压发生了跌落，控制SVG直接输出额定容性无功；

1.3)判断两点法计算的电压有效值高于设定的电压暂态上限U_HH、采用均方根法计算的电压有效值高于设定的电压暂态上限U_HH、电压均方根的下降斜率高于设定门限三个条件中各个条件的成立情况，若前述三个条件中有任意两个成立，则判定本变电站的系统电压发生了越限，控制SVG直接输出额定感性无功。

上述1.1)～1.3)调节SVG提供暂态电压支撑在任何条件下优先执行，能够以最快速度支撑电压稳定。本实施例中，设定本变电站的电压的调节上限U_H比电压暂态上限U_HH小，设定本变电站的电压的调节下限U_L比电压暂态下限U_LL大，其与线路无功允许的无功上限为Q_H和无功下限Q_L的关系分别如图3所示。

综上所述，本实施例按优先级实现多重控制目标，本变电站电压不合格时优先控制本站电压，本站电压合格时以基于线路潮流和阻抗预估的邻站电压为控制目标，本站和邻站电压都合格时以线路无功为控制目标，本变电站的暂态电压控制优先于上述任何目标，且通过增加SVG的容性无功或降低感性无功以提高电压，通过增加SVG的感性无功或降低容性无功以降低电压；采用多重判据快速判断跌落以提高暂态电压支撑的响应速度，本实施例制层次清晰，既能满足本站电压和无功的调控要求，也可以对邻站电压进行支撑，并兼顾了电压无功稳态控制和暂态控制，实现了动态无功补偿设备SVG的充分利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。