一体分布式自适应无功电压自动控制方法与流程

文档序号：15842211发布日期：2018-11-07 08:34阅读：243来源：国知局

本发明涉及电力领域，特别是一种一体分布式自适应无功电压自动控制方法。

背景技术

电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及电器设备的安全与寿命有重要的影响。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥了经济效益。

随着国网地县一体化建设的完成，电网调度技术支持系统接入厂站规模爆发性增长，监控人员电压和无功调节的压力非常大，因此avc(无功电压自动控制系统)的可靠、稳定、可用至关重要。但目前avc系统将全部厂站集成在一起，有可能导致当个别厂站拓扑校验不成功，造成整个avc系统停用。因此，研究并开发一套地县一体下的智能维护、高可用无功电压控制策略的广域地县一体分布式自适应智能化无功电压自动控制系统已刻不容缓。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种一体分布式自适应无功电压自动控制方法，能够保证电网安全、高效、稳定运行，同时提高电压合格率、降低网损、延长电气设备寿命，降低调控人员劳动强度。

本发明采用以下方案实现：一种一体分布式自适应无功电压自动控制方法，包括地调侧无功电压自动控制系统avc与一个以上的县调侧无功电压自动控制系统avc；

当电网网络正常时，地调侧avc服务集中运算、统一决策；

当系统解列时模型自适应调整，各县调侧avc分布式运行、分布式决策；

当电网网络恢复时，控制和闭锁保护数据智能同步，同时恢复地调侧avc服务集中运算、统一决策，有效提高系统的可靠性；

其中，地调侧的avc与县调侧的avc服务采用遗传算法与灵敏度分析相结合的方式进行运算与决策。

进一步地，所述地调侧avc涉及的厂站包括局属厂站、各县调厂站和风电场，用以进行电压校正控制、功率因数校正控制和网损优化控制；通过改变电网中可控无功电源的出力、无功补偿设备的投切以及变压器分接头的调整来协调上级调度完成电压无功的分层控制。

进一步地，所述县调侧avc涉及的厂站包括本县调所管辖的厂站，用以进行电压校正控制、功率因数校正控制和网损优化控制；通过改变电网中可控无功电源的出力、无功补偿设备的投切以及变压器分接头的调整来协调上级调度完成电压无功的分层控制。

进一步地，所述地调侧的avc与县调侧的avc服务采用遗传算法与灵敏度分析相结合的方式进行决策，具体包括以下步骤：

步骤s1：定义初始设备：从越限关口内所有的电容和主变中选择可动作的电容和主变；

其中，电容的选择条件是：不禁用，参加avc控制，动作次数不超过日动作次数上限，额定容量在合理范围内，电容对越限功率因数的灵敏度大于设定的灵敏度门槛值，电容对越限监控点电压的灵敏度大于设定的灵敏度门槛值；

其中，主变的选择条件是：不禁用，参加avc控制，动作次数不超过日动作次数上限，分接头位置合理，有载调压，主变对越限功率因数的灵敏度大于设定的灵敏度门槛值，主变对越限监控点电压的灵敏度大于设定的灵敏度门槛值；

步骤s2：种群初始化：形成初始种群，种群规模设定为大于初始设备总数的定值，可动作的电容投切状态和主变当前档位作为控制变量；初始化种群的方法是：当前电容投切状态和主变档位作为第一个个体的初值，其它每个个体只产生一个控制变量的变化，其余控制变量都与第一个个体相同，控制变量的变化原则是电容取相反状态，主变档位取档位上下限范围内的随机数，主变档位上下限分别是当前档位升降一档；

步骤s3：设置适应度函数：

式中，fv为全部电压越限罚函数值，为关口功率因数越限罚函数值；

式中，为功率因数，vimax与vimin分别为电压上下限，与分别为功率因数的上下限；

其中，如果调整电压的方案造成关口功率因数越限严重或者是出现新的关口功率因数越限，电压越限罚函数值fv增加100；如果调整功因的方案造成关口下监控点电压越限加重，在死区的电压变成越限，新产生电压越限，功因罚函数值增加100。

步骤s4：选择适应度值最小的个体遗传至下一代群体中，并将对应个体的适应度极值赋给全局适应度极值；接着依次进行交叉、变异的迭代操作，并重新进计算适应度值；

其中，交叉算子的好坏直接影响到遗传算法的收敛速度快慢。本发明采用改进的交叉算子相似度调整方法作为交叉算子，根据个体间的相似度大小来决定是否进行交叉操作，交叉操作过程为：每代种群中的每个个体r1，都有与其它个体交叉的机会，交叉概率设为1，随机函数产生第r2个个体，确定为r1的交叉对象为r2。计算个体r1和r2的相似度s＝l/n，其中l是r1和r2的最长公共控制变量串的长度，n为控制变量串的长度。给出阈值p：0.5，只有当两个个体的相似度s小于p时，这两个个体才可以进行交叉。交叉方法为：采用多点交叉，随机确定交叉位置d，如果d在控制变量串的电容状态位置，则r1和r2位置d之后的所有变量相互交叉；如果d在控制变量串的主变档位位置，则r1和r2位置d之前的所有变量相互交叉。

其中，变异操作采用自动模糊调整的方法做变异操作，利于一次迭代后的群体中最大适应度值，最小适应度值，平均适应度值，求出变异适应因子h1，根据h1设定变异概率的阈值cr，随机数确定电容的变异概率p，主变档位的变异概率q，当p小于cr时，做电容的单点变异，当q小于cr时，做主变档位的单点变异。

步骤s5：判断是否满足终止条件：迭代次数超过预设值或最优适应度值达到0；若满足，则得到最优个体，进入步骤s6，否则返回步骤s1；

步骤s6：将适应度值最小的设备退出运行，得到最优控制方案。

进一步地，步骤s1中，

设备对越限功率因数的灵敏度的计算采用下式：

foptcos＝fk1×((cosmean-cosdes)²-(cosnew-cosdes)²)；

式中，cosmean表示当前关口功率因数平均值，cosnew表示设备操作后关口功率因数值：cosnew＝cosmean+deltacos，其中，deltacos表示设备操作后功率因数的变化量；cosdes表示关口功率因数目标值：cosdes＝cosdnlnt+fk5×(cosuplnt-cosdnlnt)，fk5＝(pnow-minp)/(maxp-minp)；其中，pnow表示当前全网有功功率，maxp表示最近三天的历史数据中全网有功的最大值，cosuplnt表示当前关口功率因数上限；cosdnlnt表示当前关口功率因数下限；fk1功率因数指标系数；

设备对越限监控点电压的灵敏度的计算采用下式：

其中，foptvsignal＝fk2×((vmean-vdes)²-(vnew-vdes)²)；

式中，vnes＝vmean+deltav，表示设备操作后监控点母线的电压值；vmean表示当前监控点母线的电压平均值，deltav表示设备操作后当前监控点母线电压变化量，nwpnum表示本关口下监控点个数；vdes＝vdnlnt+fk5×(vuplnt-vdnlnt)，fk5＝(pnow-minp)/(maxp-minp)，pnow表示当前全网有功功率，maxp表示最近三天的历史数据中全网有功的最大值，minp表示最近三天的历史数据中全网有功的最小值；fk2表示功率因数指标系数；vuplnt表示当前关口电压上限，vdnlnt表示当前关口电压下限；

其中设备为电容或者主变。

较佳的，灵敏度分析用以解决预防控制问题，根据控制设备的类型和容量进行分组计算，其中，考虑到电容器的容量比较大，且电容器对功率因数和网损的影响具有较强的非线性，对电容器的灵敏度分析采用逐个的投/切扫描计算；对主变进行分组只采用升或降的分组扫描计算，同时考虑并列运行变压器的同步调整。

较佳的，考虑到地区无功电压控制的特点，选择采用灵敏度分析法，根据控制设备的类型和容量进行分组计算，可提高计算速度，满足系统对速度的要求。灵敏度分析法简单，计算速度快且不存在收敛性问题，满足预防控制的实时性要求。

较佳的，本发明还包括矫正母线电压、矫正关口功率因数以及优化网损。

其中，所述矫正母线电压具体包括以下步骤：

步骤s21：清除上一次生成的方案；

步骤s22：检查参与avc控制且工作方式不是退出的厂站的电压越限情况；

步骤s23：找到越限的监控点，并遍历本子系统内的所有电容器、电抗器、磁控电抗器以及本站及其上级厂站的变压器，并对上述设备进行可用性检查；

步骤s24：若有可用设备，滤除操作后造成越限的设备，并计算各设备的综合指标；否则进行报警；其中综合指标的计算采用下式：

foptcoef＝foptcos+foptv-fdeltaloss+1/ffee；

式中，foptcos表示功率因数指标值，foptv为电压指标值，fdeltaloss为设备操作后的网损，ffee为设备的控制费用；

步骤s25：对综合指标进行按照从大到小进行排序，并生成矫正电压方案，返回步骤s21。

其中，所述矫正关口功率因数具体包括以下步骤：

步骤s31：遍历所有子关口，找到越限关口；

步骤s32：遍历越限关口内的所有电容器、电抗器以及磁控电抗器；并判断上述设备的可用性；

步骤s33：若没有可用设备，则进行报警；否则滤除操作后越限的设备，并计算其余设备的综合指标，并将综合指标从大到小进行排序；

步骤s34：若有可操作的设备，则生成矫正关口功率因数电容或电抗方案；否则选择综合指标排在首位的电容器、电抗器或磁控电抗器，并查找与其能够形成组合操作的变压器；

步骤s35：从能够与排在首位的电容器、电抗器或磁控电抗器形成组合操作的变压器中找到可用变压器，生成矫正关口功率因数组合方案；若不能找到可用变压器，则进行报警。

其中，所述优化网损具体包括以下步骤：

步骤s41：遍历所有子关口，并遍历关口内的所有电容器、电抗器和磁控电抗器，并判断上述设备的可用性；

步骤s42：若没有可用设备，则返回步骤s41重新遍历；否则将可用设备加入临时数组；

步骤s43：滤除操作后越限的设备，并计算其余各设备的综合指标；若滤除操作后越限的设备后无可用设备，则返回步骤s41；否则将综合指标按照从大到小进行排序；

步骤s44：选择综合指标最大的设备，生成优化网损方案。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明当电网网络正常时，地调侧avc服务集中运算、统一决策；当系统解列时模型自适应调整，各县调avc分布式运行、分布式决策；当电网网络恢复时，控制和闭锁保护数据智能同步，能够有效提高系统的可靠性。

2、本发明采用基于灵敏度矩阵分析法的优化控制算法与基于遗传算法的无功电压自动控制算法相结合的实用算法，智能切换，可保证生成可行和可用性高的无功电压自动控制策略。

附图说明

图1为本发明实施例的系统部署示意图。

图2为本发明实施例中的遗传算法与灵敏度分析相结合的方法流程示意图。

图3为本发明实施例中的矫正母线电压流程示意图。

图4为本发明实施例中的矫正关口功率因数流程示意图。

图5为本发明实施例中优化网损的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种一体分布式自适应无功电压自动控制方法，包括地调侧无功电压自动控制系统avc与一个以上的县调侧无功电压自动控制系统avc；

当电网网络正常时，地调侧avc服务集中运算、统一决策；

当系统解列时模型自适应调整，各县调侧avc分布式运行、分布式决策；

当电网网络恢复时，控制和闭锁保护数据智能同步，同时恢复地调侧avc服务集中运算、统一决策，有效提高系统的可靠性；

其中，地调侧的avc与县调侧的avc服务采用遗传算法与灵敏度分析相结合的方式进行运算与决策。

在本实施例中，所述地调侧avc涉及的厂站包括局属厂站、各县调厂站和风电场，用以进行电压校正控制、功率因数校正控制和网损优化控制；通过改变电网中可控无功电源的出力、无功补偿设备的投切以及变压器分接头的调整来协调上级调度完成电压无功的分层控制。

在本实施例中，所述县调侧avc涉及的厂站包括本县调所管辖的厂站，用以进行电压校正控制、功率因数校正控制和网损优化控制；通过改变电网中可控无功电源的出力、无功补偿设备的投切以及变压器分接头的调整来协调上级调度完成电压无功的分层控制。

如图2所示，在本实施例中，所述地调侧的avc与县调侧的avc服务采用遗传算法与灵敏度分析相结合的方式进行决策，具体包括以下步骤：