一种AVC子站技术性能检定方法与流程

本发明涉及一种电网电压自动调节的方法，特别涉及一种AVC子站技术性能检定的方法。

背景技术：

自动电压控制系统(AVC)是实现输电网安全(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。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用输电网实时运行数据，从输电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。自动电压控制系统一般包括运行在调度中心的AVC主站，以及部署在电厂的AVC子站组成。AVC主站实时计算各电厂高压侧并网母线电压的控制目标值并下发到电厂AVC子站，电厂AVC子站根据电压目标值调节各发电机无功，使得高压侧并网母线电压满足要求。

随着特高压直流和高压直流的不断投入，华东电网直流接入规模越来越大，导致电网内部电源开机不足，电网无功备用缺乏，网内电压调节难度较大，对各级电厂的无功电压调节能力和响应速度要求日益提高。目前华东网调、上海市调已经将500kV、220kV电厂全面接入各级调度AVC控制，在各级电厂建设了AVC子站并由AVC子站执行对电厂发电机组的无功自动控制，AVC子站的性能水平已经成为影响华东电网无功电压调节的主要因素之一。

技术实现要素：

本发明提供一种AVC子站技术性能检定方法，可以提前发现AVC子站的不足，确保AVC子站有效执行控制指令，提高电网的电压稳定水平，保障电网的安全稳定运行。

为了达到上述目的，本发明提供一种AVC子站技术性能检定方法，包含以下步骤：

通过将来自真实电力系统的网调模型和省调模型进行模型拼接建立一体化仿真全局电网数字模型；

所述的网调模型为来自区域电网调控中心的500kVkV及以上电网模型，所述的省调模型为来自各个省调控中心的220kV及以下电网模型；

建立与实际系统一致的网调或省调AVC主站仿真模块，将待检定的电厂AVC子站接入一体化仿真全局电网数字模型和AVC主站仿真模块，AVC主站仿真模块通过模型拆分从一体化仿真全局电网数字模型中获取网调模型或省调模型，建立AVC主站控制模型，待检定的电厂AVC子站通过模型拆分从一体化仿真全局电网数字模型中获取电厂内部设备模型，建立AVC子站控制模型；

一体化仿真全局电网数字模型利用电网运行断面进行潮流计算，将潮流计算的结果作为当前的运行状态发送给AVC主站仿真模块和待检定的电厂AVC子站，AVC主站仿真模块根据潮流计算结果计算控制策略，将计算得到的电压调节指令发送给待检定的电厂AVC子站，将计算得到的AVC控制策略发送给一体化仿真全局电网数字模型，待检定的电厂AVC子站根据AVC主站仿真模块发送的电压调节指令计算控制策略，将计算得到的机组调节策略发送给一体化仿真全局电网数字模型，一体化仿真全局电网数字模型根据AVC主站仿真模块发送的AVC控制策略或待检定的电厂AVC子站发送的机组调节策略，调节一体化仿真全局电网数字模型中对应的发电机和其他无功设备的无功出力，并再次利用电网运行断面进行潮流计算，实现闭环控制，并不断重复该闭环控制过程。

所述的电厂AVC子站包含冗余配置的上位机和下位机，所述的上位机接入一体化仿真全局电网数字模型和AVC主站仿真模块，上位机从一体化仿真全局电网数字模型获得电厂当前的运行状态，接收AVC主站仿真模块下发的指令，并计算各发电机无功或机端电压调节指令，发送给一体化仿真全局电网数字模型。

所述的电网运行断面的生成方法包含：单断面扩展方法和多断面拟合方法；

所述的单断面扩展方法是从实际的电力系统中获得某一时刻实际的断面，将该断面作为初始状态，人工给定起始时刻后电网总的负荷变化曲线，按照发电负荷同比例增长的方式得到某一时段内的电网各个运行断面中的发电负荷数据；

所述的多断面拟合方法是将一个间隔周期较长的数据断面序列通过插值的方法得到一个间隔周期较短的更接近于连续变化的数据断面序列。

所述的潮流计算方法包含：

对一体化仿真全局电网数字模型设定起始的仿真时钟时刻，选择多个断面作为需要仿真的电网运行过程，指定断面之间的时间间隔为AVC控制周期，以第一个断面作为仿真起始时刻电网的运行状态，进行一次潮流计算。

针对AVC主站仿真模块，一体化仿真全局电网数字模型将潮流计算的结果作为电网当前的运行状态，连同仿真时钟时刻一起发送给AVC主站仿真模块；针对待检定的电厂AVC子站，一体化仿真全局电网数字模型将潮流计算的结果作为电厂当前的运行状态，连同仿真时钟时刻一起发送给待检定的电厂AVC子站。

所述的AVC主站仿真模块根据电网当前的运行状态，连同仿真时钟时刻，按照设定的周期计算控制策略，针对待检定的电厂AVC子站，AVC主站仿真模块将计算得到的电厂高压侧电压调节指令直接发送给待检定的电厂AVC子站；针对其他需要模拟的电厂的AVC子站，AVC主站仿真模块将计算得到的电厂高压侧电压调节策略以及变电站无功设备调节策略发送给一体化仿真全局电网数字模型。

所述的检定的电厂AVC子站计算得到的机组调节策略包含电厂内发电机的无功调节指令或者机端电压调节指令。

所述的一体化仿真全局电网数字模型根据AVC主站仿真模块发送的AVC控制策略模拟电厂的AVC子站进行调节计算的方法包含：采用多轮步长调节方式对高压侧母线电压进行调节；

每个轮次的机端电压调节量的计算公式为：

其中，ΔU_g是本轮第g台发电机的机端电压的调节量；是AVC主站仿真模块给出的电厂高压母线的设定电压；是上轮调节完成后，高压母线的当前电压；是机端母线电压对电厂高压母线的灵敏度；

灵敏度的计算方法为：

其中，为上轮调节前，电厂高压母线电压；为上轮机端电压的调节量。

所述的一体化仿真全局电网数字模型根据待检定的电厂AVC子站发送的机组调节策略进行调节计算的方法包含：

针对发电机的无功调节指令，将一体化仿真全局电网数字模型的电网仿真模型中的发电机设置为PQ节点，调节发电机的无功后进行潮流计算；针对发电机的机端电压调节指令，将一体化仿真全局电网数字模型的电网仿真模型中的发电机设置为PV节点，调节发电机的机端电压后进行潮流计算。

本发明采用一体化仿真全局电网数字模型对电网的运行进行连续数字仿真，并可以模拟AVC主站与电厂AVC子站的无功电压自动控制，对电厂AVC子站的控制算法和系统性能进行检测，提前发现AVC子站的不足，确保AVC子站有效执行控制指令，提高电网的电压稳定水平，保障电网的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明提供的AVC子站技术性能检定方法的示意图。

图2是一体化仿真全局电网数字模型与AVC主站仿真模块和待检定的电厂AVC子站之间进行闭环控制的流程图。

图3是一体化仿真全局电网数字模型根据AVC主站仿真模块发送的AVC控制策略模拟电厂的AVC子站进行调节计算的流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种AVC子站技术性能检定方法，包含以下步骤：

步骤S1、通过将来自真实电力系统的网调模型和省调模型进行模型拼接建立一体化仿真全局电网数字模型；

所述的网调模型为来自来自区域电网调控中心的500kVkV及以上电网模型，所述的省调模型为来自各个省调控中心的220kV及以下电网模型；

所述的模型拼接基于IEC61970标准技术；

步骤S2、建立与实际系统一致的网调或省调AVC主站仿真模块，将待检定的电厂AVC子站接入一体化仿真全局电网数字模型和AVC主站仿真模块，AVC主站仿真模块通过模型拆分从一体化仿真全局电网数字模型中获取网调模型或省调模型，建立AVC主站控制模型，待检定的电厂AVC子站通过模型拆分从一体化仿真全局电网数字模型中获取电厂内部设备模型，建立AVC子站控制模型；

步骤S3、一体化仿真全局电网数字模型利用电网运行断面进行潮流计算，将潮流计算的结果作为当前的运行状态发送给AVC主站仿真模块和待检定的电厂AVC子站，AVC主站仿真模块根据潮流计算结果计算控制策略，将计算得到的电压调节指令发送给待检定的电厂AVC子站，将计算得到的AVC控制策略发送给一体化仿真全局电网数字模型，待检定的电厂AVC子站根据AVC主站仿真模块发送的电压调节指令计算控制策略，将计算得到的机组调节策略发送给一体化仿真全局电网数字模型，一体化仿真全局电网数字模型根据AVC主站仿真模块发送的AVC控制策略或待检定的电厂AVC子站发送的机组调节策略，调节一体化仿真全局电网数字模型中对应的发电机和其他无功设备的无功出力，并再次利用电网运行断面进行潮流计算，实现闭环控制，并不断重复该闭环控制过程。

实际的电厂AVC子站一般包含上位机和下位机。每个电厂配置一套上位机，该电厂的每台发电机各有一套相应的下位机。上位机通过调度数据网与AVC主站通信，向AVC主站上传所需的实时信息，接收AVC主站的控制指令，并与多个下位机(VQR)之间实现闭环运行，优化分配各机组实时输出的无功。下位机是发电机无功电压调节指令的执行机构，通过调节发电机励磁电流，实现发电机的无功电压控制。为了提高AVC子站的可靠性，上位机和下位机都采用双机冗余配备。

对待检定的电厂AVC子站，需要将冗余配置的上位机接入一体化仿真全局电网数字模型和AVC主站仿真模块，上位机从一体化仿真全局电网数字模型获得电厂当前的运行状态，接收AVC主站仿真模块下发的指令，并计算各发电机无功或机端电压调节指令，发送给一体化仿真全局电网数字模型。一般情况下电厂AVC子站与一体化仿真全局电网数字模型的数据交互周期为10～20秒。

实际的电网运行中，系统的发电和负荷随着时间变化而变化，在仿真系统中，需要体现这种变化，以反映在不同的电网负荷水平下AVC主站和AVC子站闭环控制的不同情况。为了实现电力系统发电负荷变化的连续仿真，需要准备一系列连续的电网运行数据断面，每个断面包含某时刻电网中各发电机有功出力和各负荷有功、无功的数值。为了准确模拟AVC控制的情况，断面的时间间隔不应大于AVC的常规控制周期(一般为5分钟)。所述的电网运行断面的生成方法包含：

1、单断面扩展：从实际的电力系统中获得某一时刻实际的断面，将该断面作为初始状态(即仿真起始时刻的状态)，人工给定起始时刻后电网总的负荷变化曲线，按照发电负荷同比例增长的方式得到某一时段内的电网各个运行断面中的发电负荷数据。需要注意的是在拟合过程中，全网网损的偏差量会累积到平衡机上，因此需要根据平衡机的偏差量，进一步调整各发电机有功出力，避免了平衡机有功出力的异常。

2、多断面拟合：从实际的电力系统中可能够获得某一时间段内的若干连续断面，但是由于条件限制，这些断面之间的时间间隔较长(如15～60分钟)，不能满足仿真的要求。此时可以以这些数据断面为基础，拟合得到该时段内的电网连续变化状态。多断面拟合的本质就是将一个间隔周期较长的数据断面序列通过插值的方法得到一个间隔周期较短的更接近于连续变化的数据断面序列，在拟合过程中需要根据平衡机的出力变化对全网发电机出力进行修正，避免出现潮流计算发散的情况。

如图2所示，是一体化仿真全局电网数字模型与AVC主站仿真模块和待检定的电厂AVC子站之间进行闭环控制的具体流程图，图中左侧为一体化仿真全局电网数字模型的仿真计算流程，图中中间为AVC主站仿真模块的仿真计算流程，图中右侧为待检定的电厂AVC子站的仿真计算流程，图中虚线表示模块之间的数据交互。

所述的潮流计算方法包含：

对一体化仿真全局电网数字模型设定起始的仿真时钟时刻，选择多个断面作为需要仿真的电网运行过程，指定断面之间的时间间隔为AVC控制周期，以第一个断面作为仿真起始时刻电网的运行状态，进行一次潮流计算。

针对AVC主站仿真模块，一体化仿真全局电网数字模型将潮流计算的结果作为电网当前的运行状态，连同仿真时钟时刻一起发送给AVC主站仿真模块；针对待检定的电厂AVC子站，一体化仿真全局电网数字模型将潮流计算的结果作为电厂当前的运行状态，连同仿真时钟时刻一起发送给待检定的电厂AVC子站。

所述的AVC主站仿真模块根据电网当前的运行状态，连同仿真时钟时刻，按照设定的周期计算控制策略，针对待检定的电厂AVC子站，AVC主站仿真模块将计算得到的电厂高压侧电压调节指令直接发送给待检定的电厂AVC子站；针对其他需要模拟的电厂的AVC子站，AVC主站仿真模块将计算得到的电厂高压侧电压调节策略以及变电站无功设备调节策略发送给一体化仿真全局电网数字模型。

所述的检定的电厂AVC子站计算得到的机组调节策略包含电厂内发电机的无功调节指令或者机端电压调节指令。

在实际应用中，调度中心AVC主站下发的电厂控制策略一般为高压母线的电压设定值(或调节量)，需要在一体化仿真全局电网数字模型中实现模拟电厂的AVC子站调节的功能，使得一体化仿真全局电网数字模型可追踪AVC主站仿真模块下发的电厂高压母线电压调节指令。在一体化仿真全局电网数字模型中，一般将AVC控制的发电机机端母线设置为PV节点，因此需要模拟电厂的AVC子站对发电机机端电压的调节。

在实际电厂的AVC子站的电压控制中，考虑到低压母线的电压及无功注入对高压母线电压的灵敏度难以准确地计算，多数电厂的AVC子站系统采用了“小步长、多轮次”连续控制的方法，即对电厂内的发电机的无功或机端电压进行连续多次小步长调节，直到电厂高压侧母线达到电压指令目标。在一体化仿真全局电网数字模型中，为了准确模拟电厂AVC子站对电厂电压的控制，也采用了上述“小步长、多轮次”控制方法。

所述的一体化仿真全局电网数字模型根据AVC主站仿真模块发送的AVC控制策略模拟电厂的AVC子站进行调节计算的方法包含：

采用多轮步长调节方式对高压侧母线电压进行调节，每个轮次的机端电压调节量的计算公式为：

其中，ΔU_g是本轮第g台发电机的机端电压的调节量；是AVC主站仿真模块给出的电厂高压母线的设定电压；是上轮调节完成后，高压母线的当前电压；是机端母线电压对电厂高压母线的灵敏度；式(1)中的“*2”即体现了“小步长、多轮次”调节的思路，即“一轮”调节最大只实现当前调节需求的50％，通过多轮调节逐渐逼近调节目标，从而可以提高仿真调节的精度，避免出现电压过调的情况。

灵敏度的计算方法为：

其中，为上轮调节前，电厂高压母线电压；为上轮机端电压的调节量。

“多轮次”的调节周期就是一体化仿真全局电网数字模型的潮流计算周期，一般为5-10秒，可以满足闭环控制的仿真要求。

如图3所示，图中给出了“一轮”控制指令的模拟和计算过程，而对于每个控制周期AVC主站仿真模块给出的控制指令，在潮流仿真计算中需要多“轮”执行这样的过程，才能将各电厂的高压侧母线电压调节到位。在对某电厂执行第一次调节时，由于低压母线和高压母线之间的灵敏度未知，因此采用了试探的机端电压调节步长0.2kV，第一次调节的操作经过仿真潮流计算完成后，就可以根据第一次调节的结果计算处低压母线对高压母线的灵敏度，从而得到下轮次调节的调节量。

所述的一体化仿真全局电网数字模型根据待检定的电厂AVC子站发送的机组调节策略进行调节计算的方法包含：

针对发电机的无功调节指令，将一体化仿真全局电网数字模型的电网仿真模型中的发电机设置为PQ节点，调节发电机的无功后进行潮流计算；针对发电机的机端电压调节指令，将一体化仿真全局电网数字模型的电网仿真模型中的发电机设置为PV节点，调节发电机的机端电压后进行潮流计算。

在进行闭环控制时，根据仿真进程设定参数递增仿真时钟，一般递增步长为10～15秒。根据当前仿真时钟时刻判定，如果当前已经达到下一个电网数据断面对应的时刻，则按照该断面中的数据调节电网中发电机的有功出力以及负荷的有功、无功值(发电机的无功出力为AVC仿真控制的对象，其调节通过AVC实现，在此步骤不考虑)，调节完成后进行潮流计算，进入下一轮闭环控制的仿真模拟。

采用本发明提供的一种AVC子站技术性能检定方法，将实际的电厂AVC子站接入到一体化仿真全局电网数字模型和AVC主站仿真模块中，仿真模拟其在真实电网运行中的控制效果，检验和评估电厂AVC子站的控制策略。同时通过人工断开AVC主站仿真模块与待检定的电厂AVC子站的通信、人工设置错误的通信数据等手段，可以检验电厂AVC子站在各种异常情况下的安全监视闭锁功能，从而对电厂AVC子站的技术性能进行检定评估。

电厂AVC子站技术性能检定评估包含：

1、电厂AVC子站控制策略检定。

1.1、机组无功自动协调分配：可按照等功率因数、等无功裕度、等视在功率多种不同的分配原则，合理协调电厂内各机组的无功出力，实现优化调节。

1.2、本地自动控制：具备电厂子站的本地控制模式，可以按照预设的电厂高压侧母线的电压曲线控制电厂电压，保证电压合格并实现对机组无功的合理分配；

1.3、电厂高压侧并列母线自动切换：对并列运行的母线,同时监视多条母线，其中任一母线检修或故障，可自动切换到监控另一条母线。并能够将当前采用的母线信息上送AVC主站。

2、电厂AVC子安全监视功能检定。

2.1、远动系统通讯超时：当与远动系统通讯故障时，若母线数据采集失败，可闭锁该段母线下所有机组调控；若机组数据采集失败，则闭锁该机组调控。

2.2、主站通讯超时(远方控制模式下)：当主站通讯故障时，可自动切换为本地控制，也可闭锁母线下所有机组调控。

2.3、量侧数据波动超出设定值(母线电压、机组有功出力、机组无功出力、机组定子电压、机组定子电流)：当量测数据波动过大时，可闭锁母线下所有机组调控。

2.4、量测数据超出有效范围(母线电压、机组有功出力、机组无功出力、机组定子电压、机组定子电流)：母线电压量测数据超出有效范围后转为监控另一母线，若量测数据仍然超出有效范围，则闭锁该母线下所有机组调控；机组量测数据超出有效范围后闭锁该机组调控。

2.5、主站指令超范围：若主站指令超出设定的限制范围，则自动将指令修正到限制范围之内，保证母线电压维持在限制范围内。

3、调节合格率指标检定。

可对华东能监局颁发的“两个细则”中要求的电厂机组AVC调节合格率指标进行检定。“两个细则”对电厂机组AVC调节合格率的要求是：电力调度机构AVC主站电压或无功指令下达后，机组AVC装置在2分钟内调整到位为合格。检定平台在连续仿真过程中记录每次AVC仿真主站下发的电厂高压侧母线调节指令，并记录待检定的电厂AVC子站对发电机的控制策略及高压母线电压的跟踪情况，从而评定其调节合格率指标。

4、电厂AVC子站网侧定值检定

在检定平台中可以对电厂AVC子站的网侧定值进行检验，测试其是否达到电网公司的要求，可以检定的定值如下：

AVC调节最大定值(单位kV)；

电厂高压侧母线调节死区(单位kV)；

电厂高压侧母线电压上限(单位kV)；

电厂高压侧母线电压下限(单位kV)；

机端电压上限(单位kV)；

机端电压下限(单位kV)；

机组增磁闭锁阀值(单位MVar)；

机组减磁闭锁阀值(单位MVar)。

本发明采用一体化仿真全局电网数字模型对电网的运行进行连续数字仿真，并可以模拟AVC主站与电厂AVC子站的无功电压自动控制，对电厂AVC子站的控制算法和系统性能进行检测，提前发现AVC子站的不足，确保AVC子站有效执行控制指令，提高电网的电压稳定水平，保障电网的安全稳定运行。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。