基于九域图的电网投切控制方法与流程

本发明涉及电网控制技术领域，尤其是涉及基于九域图的电网投切控制方法。

背景技术：

电压无功控制(Voltage ReactivePower Control，VQC)系统作为提高电能质量，降低网损的有效手段和实现变电站综合自动化改造的一个重要部分，已经得到了广泛的应用。

传统的无功功率控制方式直接把系统的无功作为被控物理量来控制电容器组的投切。它的控制原理是根据检测到的电网电压、电流和功率因数，计算出应投入的电容容量，在电容器分组方式中选出最接近补偿量但不会发生过补偿的一组电容器投切，投切一次到位。若计算值小于最小一组电容器的容量，则系统应保持原补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时，才执行相应的投切。

由于传统九域图的分区控制策略是基于理想情况的无功、电压控制，在实际控制中除会出现振荡动作现象外还存在着其他一些主要问题：

1)由于电压和无功功率上下限都是固定值，未充分考虑电压和无功功率的相互协调关系，某些区域的控制策略不能使电压和无功功率同时满足要求，只能使运行点进入相邻区域，而不能够直接进入0区，从而增加了受控设备的动作次数，其中，以振荡动作现象最为显著。

2)传统九域图的电压和无功功率的上下限是随季节、峰谷以及时段而变的，不易调整；由于调档和投切电容对变电站的电压和无功功率均有影响，当某些区域对两类设备的控制都起作用时，难以区分哪一类效果更好，因此，九域图对于现场运行人员而言是比较难以掌握的。

3)由于实时系电压、无功功率以及无功负荷变化的随机性，九域图对电压波动的控制适应性差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统九域图对电网的电容器组的投切不准确，容易产生投切震荡，控制效果不佳，控制适应性差的缺陷，提供一种基于九域图的电网投切控制方法。

一种基于九域图的电网投切控制方法，包括：

获取三维九域图；

获取运行时间；

获取运行电压和运行功率因数；

根据所述运行电压和所述运行功率因数，获取与所述运行时间关联的策略区；

根据所述策略区执行投切控制。

在一个实施例中，所述根据所述运行电压和所述运行功率因数，获取与所述运行时间关联的策略区的步骤包括：

获取运行模型；

解析所述运行模型，获取所述运行时间与所述策略区的关联关系；

根据所述运行电压和所述运行功率因数，获取所述策略区。

在一个实施例中，所述运行模型包括运行曲线。

在一个实施例中，所述获取三维九域图的步骤之前还包括：

获取高峰负荷时间和低谷负荷时间；

根据所述高峰负荷时间和所述低谷负荷时间建立基于时间、电压和功率因数的所述三维九域图。

在一个实施例中，所述根据所述高峰负荷时间和所述低谷负荷时间建立基于时间、电压和功率因数的所述三维九域图的步骤包括：

获取上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数；

根据所述上限电压、所述下限电压、所述上限功率因数和所述下限功率因数划分多个策略区；

根据所述高峰负荷时间、所述低谷负荷时间和多个策略区，建立基于时间、电压和功率因数的所述三维九域图。

在一个实施例中，所述根据所述策略区执行投切控制的步骤包括：

当所述运行电压小于所述上限电压时，判断所述运行电压与所述上限电压之间的差值是否小于第一预设阈值，是则不执行投切控制，否则，根据所述策略区执行投切控制。

在一个实施例中，所述根据所述策略区执行投切控制的步骤包括：

当所述运行电压大于所述下限电压时，判断所述运行电压与所述下限电压之间的差值是否小于第二预设阈值，是则不执行投切控制，否则，根据所述策略区执行投切控制。

在一个实施例中，所述根据所述策略区执行投切控制的步骤包括：

根据所述策略区获取对应的所述预设策略；

根据所述预设策略执行投切控制。

在一个实施例中，所述策略区的数量为九个。

在一个实施例中，每一所述策略区对应一所述预设策略。

上述的基于九域图的电网投切控制方法，由于当前负荷与当前运行的时间段相关，通过在三维九域图上根据运行电压和运行功率因数获取与运行时间相关联的策略区，从而使得获取的投切控制策略与电网当前负荷更为匹配，进而使得电容器组的投切更为准确，有效避免投切震荡，且使得投切效果更佳。

附图说明

图1A为一实施例的基于九域图的电网投切控制方法的流程示意图；

图1B为一实施例的基于九域图的电网投切控制方法的流程示意图；

图1C为一实施例的基于九域图的电网投切控制方法的流程示意图；

图1D为一实施例的基于九域图的电网投切控制方法的流程示意图；

图2为一实施例的三维九域图的示意图；

图3为另一实施例的三维九域图的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以某大型省级电网为实施例，结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

例如，一种基于九域图的电网投切控制方法，包括：获取三维九域图；获取运行时间；获取运行电压和运行功率因数；根据所述运行电压和所述运行功率因数，获取与所述运行时间关联的策略区；根据所述策略区执行投切控制。

如图1A所示，基于九域图的电网投切控制方法的一个实施例，包括：

步骤102，获取三维九域图。

本实施例中，该三维九域图为三维的九域图，具体地，该三维九域图为基于时间、电压和功率因数的三维九域图，该三维九域图的三个维度的参数为时间、电压和功率因数，则在该三维九域图上的一个点即对应一个时间、电压和功率因数，即在不同的时间上，对应不同的电压和功率因数。

步骤104，获取运行时间。

具体地，该运行时间为当前时间，即电网当前运行中实际的时间，该运行时间在该三维九域图的时间参数的范围以内，即运行时间落在该三维九域图内，该运行时间用于获取运行电压和运行功率因数。

步骤106，获取运行电压和运行功率因数。

具体地，该运行电压为电网的当前电压，该运行功率因数为电网当前的功率因数，该运行电压和运行功率因数用于表示当前电网的运行状态。通过获取该运行电压和运行功率因数，进而检测电网的运行状态，例如，本实施例中的电网为变电站，该运行电压和运行功率因数为变电站的运行电压和运行功率因数。

步骤108，根据所述运行电压和所述运行功率因数，获取与所述运行时间关联的策略区。

具体地，该运行时间为时间维度上的一个值，本实施例中，策略区为该三维九域图上的一个区域，该区域用于表示一个范围内的电压和功率因数，该策略区对应一个投切控制策略，该策略区根据电压功率因数进行划分，例如，该策略区根据上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数进行划分，且在不同是时间维度上，该策略区的划分各异，例如，所述策略区的数量为九个，例如，在同一时间维度上，该策略区的数量为九个，例如，在一运行时间上，对应的策略区的数量为九个。

例如，该投切控制策略为预设的投切策略，例如，多个投切控制策略预存于存储空间，例如，该投切控制策略为预设策略，例如，每一策略区对应一预设策略，即在一个运行时间上，对应九个策略区，而每一策略区对应一预设策略。

步骤110，根据所述策略区执行投切控制。例如，根据所述策略区执行电网的投切控制。这样，充分考虑实际负荷运行曲线峰、谷最大值，灵活应对于各负荷段时间划分等均会因为季节性、休假日和工作日差异等因素发生变化的情况，将时间段整定与负荷段变化同步，充分考虑系统波动的实际情况，提高了装置灵敏度和减少装置的动作次数。

本实施例中，获取到策略区后，根据该策略区进行投切控制，使得运行电压和运行功率因数根据预设策略进行调整，使得该运行电压和运动功率因数调整为最优电压和最优功率因数。

例如，根据所述策略区获取对应的所述预设策略，根据所述预设策略执行投切控制。该预设策略为预设的投切控制策略，该投切控制策略用于控制投切，例如，该投切包括投入并联电容器组，又如，该投切包括切除并联电容器组，通过投入或切除并联电容器组，从而调整电网的运行电压和运行功率因数，使得该运行电压和运动功率因数调整为最优电压和最优功率因数。

相较于传统的九域图的策略区固定不便而导致投切控制不精确，上述实施例中的基于九域图的电网投切控制方法，由于当前负荷与当前运行的时间段相关，通过在三维九域图上根据运行电压和运行功率因数获取与运行时间相关联的策略区，从而使得获取的投切控制策略与电网当前负荷更为匹配，进而使得电容器组的投切更为准确，有效避免投切震荡，且使得投切效果更佳。

在一个实施例中，如图1B所示，步骤108包括：

步骤108a，获取运行模型。

例如，所述运行模型包括运行曲线，例如，所述运行模型为运行曲线。具体地，该运行模型用于反映时间维度与策略区的关联关系，即在时间维度上，九个策略区的区域范围不同，根据该运行曲线波动。

步骤108b，解析所述运行模型，获取所述运行时间与所述策略区的关联关系。

具体地，本步骤中，解析该运行模型，获取时间维度与策略区的关联关系，进而获取当前的运行时间与该策略区的关联关系，即获取到与当前的运行时间对应的九个策略区。

步骤108c，根据所述运行电压和所述运行功率因数，获取所述策略区。

具体地，由于一个策略区包括一定范围的电压和功率因数，因此，，该运行电压和运行功率因数将落在九个策略区中的一个，通过检测对比该运行电压和运行功率与各策略区内电压范围和功率因数范围，进而确定该运行电压和运行功率因数对应的九个策略区的一个，从而确定该策略区作为投切控制的依据。

为了建立准确的三维九域图，使得电网负荷与时间相关，提高控制精度，在一个实施例中，如图1C所示，步骤102之前还包括：

步骤101a，获取高峰负荷时间和低谷负荷时间。

具体地，该高峰负荷时间为电网负荷最大时对应的时间，该低谷负荷时间为电网负荷最小时对应的时间。例如，获取多个高峰负荷时间和低谷负荷时间，具体地，在不同的季节，或者不同的节日，高峰负荷时间和低谷负荷时间不相同，因此，获取多个高峰负荷时间和低谷负荷时间，从而建立多个三维九域图。

步骤101b，根据所述高峰负荷时间和所述低谷负荷时间建立基于时间、电压和功率因数的所述三维九域图。

具体地，高峰负荷时间和低谷负荷时间作为该三维九域图的时间维度上的两个端值，即，各策略区均对应于高峰负荷时间和低谷负荷时间之间的时间维度。例如，根据所述高峰负荷时间和所述低谷负荷生成运行模型，例如，根据所述运行模型建立包括九个策略区的三维九域图。这样，根据高峰负荷时间和低谷负荷时间建立的时间维度，能够将各主要时间段均纳入该是三维九域图，进而使得该三维九域图更为精确，更为符合电网运行时的波动，从而有效提高控制精度。

在一个实施例中，如图1D所示，步骤101b包括：

步骤101b1，获取上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数。

例如，获取多个上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数，例如，获取多个与高峰负荷时间和低谷负荷时间对应的上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数，例如，根据高峰负荷时间和低谷负荷时间获取上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数。具体地，该上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数用于划分策略区，具体地，上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数用于划分同一时间维度上的策略区。

步骤101b2，根据所述上限电压、所述下限电压、所述上限功率因数和所述下限功率因数划分多个策略区。

具体地，本步骤中，根据上限电压和下限电压将电压维度划分为三个范围，例如，将电压维度划分为小于下限电压、大于或等于下限电压并小于上限电压和大于上限电压三个区间，例如，根据上限功率因数和下限功率因数将功率因数维度划分为三个范围，例如，将功率因数维度划分为小于下限功率因数、大于或等于下下限功率因数并小于上限功率因数和大于上限功率因数三个区间，将基于电压维度和功率因数维度的各三个区间将同一时间维度划分为九个区域，即九个策略区。

步骤101b3，根据所述高峰负荷时间、所述低谷负荷时间和多个策略区，建立基于时间、电压和功率因数的所述三维九域图。

具体地，本步骤中，根据上述步骤划分的九个策略区以及多个策略区对应的时间维度，建立基于时间、电压和功率因数的所述三维九域图，例如，根据所述高峰负荷时间、所述低谷负荷时间和多个策略区，基于所述运行模型，建立所述三维九域图。这样，使得每一时间参数上对应的策略区的范围均不同，即每一时间参数对应的策略区的上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数均不同，使得电网的投切能够负荷当前的负荷，使得投切控制更为准确。

为了避免了因投切电容器过多造成的不必要的电压波动和档位调节，避免由于频繁投切导致的震荡，在一个实施例中，步骤110包括：当所述运行电压小于所述上限电压时，判断所述运行电压与所述上限电压之间的差值是否小于第一预设阈值，是则不执行投切控制，否则，根据所述策略区执行投切控制。例如，步骤110包括：当所述运行电压大于所述下限电压时，判断所述运行电压与所述下限电压之间的差值是否小于第二预设阈值，是则不执行投切控制，否则，根据所述策略区执行投切控制。

具体地，当所述运行电压小于所述上限电压时，且所述运行电压与所述上限电压之间的差值小于第一预设阈值，则表明该运行电压偏高，但未越上限电压，那么，则无需进行投切，同理，当所述运行电压大于所述下限电压时，且所述运行电压与所述下限电压之间的差值小于第二预设阈值，表明该运行电压偏低，但未越下限电压，那么也同样无需进行投切，这样，能够避免了因投切电容器过多造成的不必要的电压波动和档位调节，避免由于频繁投切导致的震荡。

例如，步骤110包括：当所述运行功率因数小于所述上限功率因数时，判断所述运行功率因数与所述上限功率因数之间的差值是否小于第三预设阈值，是则不执行投切控制，否则，根据所述策略区执行投切控制。例如，步骤110包括：当所述运行功率因数大于所述下限功率因数时，判断所述运行功率因数与所述下限功率因数之间的差值是否小于第四预设阈值，是则不执行投切控制，否则，根据所述策略区执行投切控制。

下面是具体的实施例：

本实施例中的三维九域图如图2所示：

其中，在三维九域图中，图中根据上限电压、下限电压、上限功率因数和下限功率因数将同一时间参数划分为九个策略区，每一时间参数对应的九域图划分为九个策略区，每一策略区具有对应的电压范围和功率因数范围，该0区对应的运行电压和运行功率因数为最优运行电压和最优运行功率，即九个策略区中的位于中间的区域。

即运行电压和运行功率因数需要满足以下运行条件：

Min Q：F(V(V_L≤V≤V_H)、cosθ(cosθ_L≤cosθ≤cosθ_H)、t(t₁≤t≤t₂))

其中：Min Q为配电线路输入的最优无功功率，V为运行电压，V_L为下限电压，V_H为上限电压，cosθ运行功率因数，cosθ_L为下限运行因数，cosθ_H为上限运行因数，t为运行时间，t1为低谷负荷时间，t₂为高峰负荷时间，F(V(V_L≤V≤V_H)、cosθ(cosθ_L≤cosθ≤cosθ_H)、t(t₁≤t≤t₂))为最优无功控制约束；

具体地，F(V、cosθ、t)为三维九域图的基于无功电压、功率因数和时间的控制公式；V(V_L≤V≤V_H)为需要控制器安装处的电压；cosθ(cosθ_L≤cosθ≤cosθ_H)为需要控制的功率因数。

当运行电压和运行功率因数对应的区域不是该0区，则需要进行投切控制，进而使得该运行电压和运行功率因数调整为最优运行电压和最优运行功率，进而使得运行电压和运行功率进入0区。值得一提的是，本实施例中，由于该运行功率因数与无功功率相关，因此，本实施例中三维九域图基于该无功功率进行投切策略分析。

九个策略区对应的运行电压和无功功率的范围为：

0区：运行电压和无功功率均合格，为不动作区(正常工作区)，无需投切控制，是投切控制的目标区域。

1区：运行电压越上限，无功功率越下限。

2区：运行电压越上限，无功功率正常。

3区：运行电压越上限，无功功率越上限。

4区：运行电压正常，无功功率越上限。

5区：运行电压越下限，无功功率越上限。

6区：运行电压越下限，无功功率合格。

7区：运行电压越下限，无功功率越下限。

8区：运行电压正常，无功功率越下限。

本实施例中，采用模糊控制策略，即当所述运行电压小于所述上限电压时，判断所述运行电压与所述上限电压之间的差值是否小于第一预设阈值，或者当所述运行电压大于所述下限电压时，判断所述运行电压与所述下限电压之间的差值是否小于第二预设阈值，当所述运行功率因数小于所述上限功率因数时，判断所述运行功率因数与所述上限功率因数之间的差值是否小于第三预设阈值，当所述运行功率因数大于所述下限功率因数时，判断所述运行功率因数与所述下限功率因数之间的差值是否小于第四预设阈值，该模糊控制策略允许在一定范围内的偏差，该偏差即模糊范围，即第一预设阈值、第二预设阈值、第三预设阈值和第四预设阈值。

具体投切策略如下：

模糊控制策略是在三维九域图的基础上引入电压状态的影响，将原本固定的无功上下限变为模糊边界，从而形成了使用范围更加广泛的模糊边界九域图。当低压侧电压U偏高但是未越上限时，如果高压侧无功过剩不多，那么控制装置则不必投入电容器组；同理，当电压U偏低但是未越下限时，如果无功缺乏并不严重，控制装置同样不进行电容器的切除动作。与传统九域图相比，模糊无功边界九域图控制策略的判定更为合理，成功避免了因投切电容器过多造成的不必要的电压波动和档位调节。

结合该九个策略区的投切控制策略如下：

当电压超过了上、下限定值范围时，优先预测无功设备的调节是否最优。优化策略如下：

1)当电压越下限时，调主变分接头升压可使电压正常，但考虑到投电容器既可以提高母线电压又能起到优化无功的作用，可优先考虑投电容器。

2)当电压越上限时，调主变分接头降压可以使电压正常，但考虑到切电容器可以降低电压母线，同时又可以起到优化无功的作用，可优先考虑切电容器。

3)当电压偏低接近下限值而功率因数偏高时，如果有运行的电容器，先预测计算切一组电容器是否会使电压超过下限，如果计算到动作后电压越限，则先调一次分接头升压，然后再检查运行情况，如果仍需要切电容器则切电容器，如果此时系统参数已经合格，可不再调节无功设备。

4)从上述的优化策略来看，策略1和2的运行情况比较常见，在实践运行过程中可以增加无功设备的投切率，从而大大减少主变分接头的动作次数。

根据电力系统的要求，可以通过预测投切电容器是否可以达到最优的效果来进行优化控制。如果投切电容器既可保证功率因数合格和抑制谐波，又可以调整电压，可通过投切电容器来进行调压，否则调整主变分接头。综上分析，结合图3，可以得到一个优化的改进控制策略：

1)如果投电容器不会使功率因数超过上限值，优先投电容器；如果投电容器后电压仍然不合格，再调主变分接头升压。

2)投电容器不会使电压及功率因数越上限，只投电容器。

3)电压高但功率因数又偏低，只调主变分接头降压，动作后的再次决策视运行情况而定。

4)电压高，但切一组电容器会导致功率因数超过下限值，调主变分接头。

5)如果切电容器不会使功率因数超过下限值，优先切电容器；如果切电容器后电压仍不合格，调主变分接头降压。

6)切电容器不会使电压及功率因数越下限，只切电容器。

7)电压低但功率因数又偏高，调主变分接头升压，动作后的再次决策视运行情况而定。

8)电压低，但投一组电容器会导致功率因数超过上限值，只调主变分接头升压。

9)3′区，检测到投电容器使电压越上限值，如果有电容器可投，先调主变分接头降压，再检查电容器是否需要投入；如果出现其它运行情况，重新决策。如果在该区中检查到没有电容器可投，暂时维持现状而不操作主变分接头。

10)7′区。检测到切电容器使电压越下限值，如果有电容器可切，先调主变分接头升压，再检查电容器是否需要切除。如果出现其它运行情况，重新决策。如果在该区中检查到没有电容器可以切，暂时维持现状而不操作主变分接头。

控制装置根据电压、无功功率和时间等多因素进行综合判断，根据实时数据判断当前的运行区域，再按照预定的控制方案，闭环的控制站内并联补偿电容器的投切和有载调压变压器分接头的调整，以最优的控制顺序和最少的动作次数使运行点进入正常工作区。

本实施例的控制策略能够最大限度提高电网的功率因数，且不发生过补偿，无投切振荡，无冲击投切，控制过程反应灵敏、迅速。

本实施例中，充分考虑实际电网或者变电站的负荷运行曲线峰、谷最大值，各负荷段时间划分等均会因为季节性、休假日和工作日差异等因数发生变化，将时间段整定与负荷段变化同步。按照1年4个季节及各法定休假日负荷变化的不同情况，分别采取不同的电压无功控制策略，每逢不同的季节及法定休假日系统自动切换至相应的控制策略。按电网负荷的变化规律，可将一天分为4种时段：高峰负荷时段、低谷负荷时段、由谷荷转入峰荷时段和由峰荷转入谷荷时段。考虑逆调压的要求，在电压合格范围内，在高峰负荷时应使电压偏上限运行，在低谷负荷时应使电压偏下限运行。

为了尽可能减少投切动作次数，结合不同负荷段无功变化的不同规律，应在不同负荷段，采取不同的上下限值。如峰转谷、谷转峰负荷段，负荷发生大幅度单调性变化，且趋势明确，适当收缩电压无功上下限值，使装置动作敏感；峰、谷负荷段，负荷发生不规律往返波动，适当放宽电压无功上下限值，尽量减少投切动作次数；尖峰、低谷负荷与日平均负荷偏差最大，持续时间较短，该负荷段电压无功目标值不宜要求过高。变电站负荷越大、电压下限值越高，即在高峰负荷时适当提高运行电压，将电压下限值提高；同理，在低谷负荷时适当降低运行电压，将电压下限值降低。

通过电压无功实时遥测值与电压无功上下限比较，决定是否调节。但遥测值的刷新有一个时间周期，由于监控系统采集的信息较多，电压、无功遥测数据的刷新周期较长。本实施例中，通过适当延长动作延时，至少大于一个数据刷新周期，实际整定时，充分考虑系统波动的实际情况、尽量提高装置灵敏度和减少装置的动作次数，合理确定延时时间，采用模糊控制的方法，根据电压无功越限值的大小，自动延长或缩短装置的调节时间。

本实施例，调压采用“逆调压”的原则(负荷越大，母线电压越高；负荷越小，母线电压越低)，使用户处的电压尽可能处于恒定值。所谓电压分时控制是指按实际日典型负荷曲线划分高峰和低谷时段，在调度给定的电压上下限内，分别采用不同的电压控制范围，获得配电网基础数据环境，根据运行的数据分析获取日相关规律信息，主要包括：每日的负荷高峰时段、负荷低谷时段和负荷平均时段。高峰负荷时段定为较高的电压控制范围，如10.2kV～10.7kV；低谷负荷时段定为较低的电压控制范围，如10.0kV～10.5kV，负荷平均时段电压设为10.1kV～10.6kV，如表1所示。

表1时段划分

电压分时控制的时段划分宜粗不宜细，太细会使被控对象动作频繁。随着季节和运行方式的不同，负荷曲线中的高峰、低谷时间会有所差异，运行中可根据实际情况修改时段的划分和改变电压上下限定值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。