基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法与流程

本发明属于电力系统自动电压控制
技术领域：
，尤其涉及一种基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法。
背景技术：
：自动电压控制(automaticvoltagecontrol，以下简称avc)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。到目前为止，全世界主流的自动电压控制主要有三种模式：第一种是以德国rwe电力公司代表二级控制，没有所谓分区控制，最优潮流(opf)的优化计算结果直接发到各电厂的一级电压控制器进行控制。但是opf模型计算量大，计算时间较长。当系统中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时，如果完全依赖opf，则avc的响应速度不够，控制的动态品质难以保证。第二种是以法国edf的三级电压控制模式的研究和实施始于上世纪70年代，经历了三十余年的研究、开发和应用，是目前国际上公认为最先进的电压控制系统。该控制模式得到了很好的应用，但是该模式仍存在缺点，这是因为区域的二级电压控制(svc)是基于电力系统无功电压的局域性而开发的，而区域间无功电压是有耦合的，因此控制系统的质量在根本上取决于各区域间无功电压控制的耦合程度。但是，随着电力系统的发展和运行工况的实时变化，设计时认为相对解耦的区域并非一成不变，而且以固定的控制参数形式存在的控制灵敏度更是随运行工况而实时变化，因此这种以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应电力系统的不断发展和实时运行工况的大幅度变化，因此难以持久地保证有良好的控制效果。第三种是清华大学电机系调度自动化实验室提出了基于“软分区”的三级电压控制模式，孙宏斌、张伯明、郭庆来在《基于软分区的全局电压优化控制系统设计》(电力系统自动化,2003年，第27卷第8期，16-20页)中进行了说明，该模式通过软分区克服了edf三级电压控制中硬分区的不足，已经在国内二十多个地区电网、省级电网中得到广泛应用，并成功推广到北美pjm电网的电压控制中。三级控制为全局无功优化的最优潮流(opf)，给出全网协调的电压优化控制目标；二级控制为分区解耦的控制策略计算，以三级控制给出的各分区中的中枢母线的优化控制目标为输入，考虑分区内电厂等无功调节设备，计算分区内各种无功资源的控制策略，并下发到电厂和变电站，厂站端的子站装置完成一级控制，接收调度主站下发的控制策略并执行。目前区域电网avc控制系统仍然多采用基于“软分区”的三级电压控制模式，在区域电网调度中心avc主站完成三级、二级电压控制功能，其中二级电压控制对象是电厂或者是变电站。若控制对象是电厂，在一个控制周期内(常规为5分钟)，根据三级电压控制给出的区域中枢母线电压优化目标值，采用灵敏度算法，结合avc电厂子站上送的调节能力，综合计算出与此中枢母线相关的发电机高压母线电压控制目标值，并下发控制指令给avc电厂子站对该电厂进行电压控制，一个周期下发一个轮次的控制指令。若二级电压控制的控制对象是变电站，根据三级控制给出的区域中枢母线电压的优化目标值，采用灵敏度算法求出此区域内所有的变电站的母线电压控制目标值。但是这个目标值不能直接用于控制，这与电厂二级电压控制有所不同。一方面，由于变电站控制的设备是离散设备，变电站的电压控制是非连续的，具有阶跃性；另一方面，变电站内需要综合考虑高、中、低三侧的母线电压的安全约束和调节目标的要求，因此在变电站二级电压控制中，需要根据变电站的设备运行情况，结合三级电压控制给出的电压优化目标值，对当前可用的离散设备的控制结果进行预估，才能确定是否可控并生成设备具体的控制指令，下发给avc变电站子站执行。工程上avc控制系统中经常出现变电站母线电压越限情况，目前母线电压越限分析，基本都是依赖人工查询avc控制系统运行控制数据，人工进行越限情况分析，再进一步优化配置电网无功，一方面人工分析效率不高，另一方面会出现母线电压越限人工分析不及时，可能导致厂站母线电压长时间处于越限，进而影响电网安全稳定运行。技术实现要素：本发明的目的是提出一种基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法，对已有的电网无功优化配置方法进行改进，以克服已有技术的不足之处，提高优化配置速度和准确率高，并降低人力成本。本发明提出的基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法，包括以下步骤：(1)当分析时刻到来时，从avc获取各变电站上一周期t的变电站考核母线电压越限数据，获取的越限数据包括：变电站名称nst、母线名称nbs、越限时刻tv、电压实时值vr、电压上限umax和电压下限umin；(2)对步骤(1)中获取到的越限数据进行处理，计算得出各变电站考核母线的最大连续越限时长tmax、最大连续越限时长的开始时刻tstat、最大连续越限时长的结束时刻tend和越限类型ptype，具体包括如下步骤：(2-1)对步骤(1)中获取的越限数据按照变电站名称nst、母线名称nbs、越限时刻tv升序进行排序；(2-2)依次逐行处理步骤(2-1)中排序后的越限数据，当变电站和考核母线相同，相邻两次越限时刻tv的间隔时间不大于avc系统数据采样存储周期tc时，则认为是连续越限，连续越限的时间为tc的倍数，连续越限时间中的最大值记为最大连续越限时长tmax；(2-3)按照步骤(2-2)方法，计算得出所有变电站的所有考核母线最大连续越限时长tmax，并将最大连续越限时长的开始时刻记为tstat，将最大连续越限时长的结束时刻记为tend，当电压实时值vr>电压上限umax时，记越限类型ptype＝1，当电压实时值vr<电压上限umin时，记越限类型ptype＝2；(3)设定一个连续越限时长阈值et，若所有变电站的考核母线连续越限时长tmax均小于et，则执行步骤(5)，当所有变电站考核母线中存在一条或一条以上最大连续越限时长满足tmax>et的考核母线，则启动一次越限自动计算分析，从avc系统获取并计算得出越限分析数据，具体包括如下步骤：(3-1)通过越限变电站名称，从avc系统中，根据电网拓扑结构，获取与该越限变电站有线路直连的所有变电站名称；(3-2)根据步骤(3-1)获取到的变电站名称，和步骤(2-3)中最大连续越限时长的开始时刻tstat，最大连续越限时长的结束时刻tend，从avc系统中获取该越限时段越限变电站和各邻近变电站的投入avc的状态以及各变电站所有母线数据，母线数据包括：电压最大值vmax、电压最小值vmin、电压上限umax和电压下限umin；并从avc系统中获取越限时段的越限变电站和各邻近变电站的无功数据，无功数据包括：无功值qr、无功上限值qmax和无功下限值qmin，根据无功数据计算得到越限时段内最大可增无功qmax_inc＝max(qmax-qr)以及最大可减无功qmax_dec＝max(qr-qmin)；(4)设定一个无功可调阈值eq和电压可调阈值ev，根据步骤(2)中的变电站考核母线的越限类型ptype以及步骤(3)的越限分析数据，进行电网无功优化配置，具体包括以下步骤：(4-1)当步骤(2)中变电站考核母线的越限类型ptype为1，即越上限，电网无功优化配置方法如下：(4-1-1)若越限变电站和邻近变电站在越限时段的最大可减无功qmax_dec小于无功可调阈值eq，则增加配置感性无功补偿装置；(4-1-2)若越限变电站或邻近变电站在越限时段的最大可减无功qmax_dec大于无功可调阈值eq，则按如下步骤进行优化配置；(4-1-2-1)若有调节能力的变电站未投入avc，则是由于人工控制不及时，需增加厂站avc投入率。(4-1-2-2)若有调节能力的变电站投入了avc，且该变电站所有母线电压中的最大值vmin减电压下限umin大于电压可调阈值ev，即vmin-umin>ev，则增加投入电抗器或者退出电容器；(4-2)当步骤(2)中变电站考核母线的越限类型ptype为2，即越下限，电网无功优化配置方法如下：(4-2-1)若越限变电站和邻近变电站，越限时段最大可增无功qmax_inc小于阈值eq，则增加容性无功补偿装置；(4-2-2)若越限变电站或邻近变电站在越限时段的最大可增无功qmax_inc大于阈值eq，此时还有调压能力，则按如下步骤进行优化配置；(4-2-2-1)若有调节能力的变电站未投入avc，则是由于人工控制不及时，需增加变电站avc投入率；(4-2-2-2)若有调节能力的变电站投入了avc，且该有调节能力的变电站所有母线的电压上限umax与电压最大值vmax之差大于电压可调阈值ev，即umax-vmax>ev，则增加投入电容器或者退出电抗器；(5)结束基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置，等待下一次越限自动分析时刻到来，转步骤(1)。本发明提出的基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法，其优点是：本发明的基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法，针对中国目前广为存在的avc系统中变电站母线电压越限，影响电网安全稳定运行的电压问题，首先根据预设的越限自动分析周期(一般为一天)，从自动电压控制系统中获取变电站母线电压越限数据，计算周期内各变电站最大连续越限时长tmax，当存在考核母线最大连续越限时长tmax大于越限阈值et时，启动一次变电站母线电压越限自动计算分析，从avc系统获取并计算得出越限分析数据，再根据越限分析数据，进行电网无功优化配置，通过自动计算分析得出的越限分析数据能准确定位变电站母线越限问题，并通过电网无功优化配置，能快速找到消除母线越限方法，从而提高电网运行安全，满足电网安全和经济运行的需求。本发明方法具有速度快，准确率高且可降低人力成本的优点。附图说明图1是本发明方法的流程框图。具体实施方式本发明提出的基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：(1)当分析时刻到来时，从avc获取各变电站上一周期t(一般为一天，即上一天)的变电站考核母线(一般为高压侧母线)电压越限数据，获取的越限数据包括：变电站名称nst、母线名称nbs、越限时刻tv、电压实时值vr、电压上限umax和电压下限umin；(2)对步骤(1)中获取到的越限数据进行处理，计算得出各变电站考核母线的最大连续越限时长tmax、最大连续越限时长的开始时刻tstat、最大连续越限时长的结束时刻tend和越限类型ptype，具体包括如下步骤：(2-1)对步骤(1)中获取的越限数据按照变电站名称nst、母线名称nbs、越限时刻tv升序进行排序；(2-2)依次逐行处理步骤(2-1)中排序后的越限数据，当变电站和考核母线相同，相邻两次越限时刻tv的间隔时间不大于avc系统数据采样存储周期tc(一般为1分钟，或者5分钟采样存储一次)时，则认为是连续越限，连续越限的时间为tc的倍数，连续越限时间中的最大值记为最大连续越限时长tmax；(2-3)按照步骤(2-2)方法，计算得出所有变电站的所有考核母线最大连续越限时长tmax，并将最大连续越限时长的开始时刻记为tstat，将最大连续越限时长的结束时刻记为tend，当电压实时值vr>电压上限umax时，记越限类型ptype＝1，当电压实时值vr<电压上限umin时，记越限类型ptype＝2；(3)设定一个连续越限时长阈值et(一般系统中设置为30分钟)，若所有变电站的考核母线连续越限时长tmax均小于et，则执行步骤(5)，当所有变电站考核母线中存在一条或一条以上最大连续越限时长满足tmax>et的考核母线，则启动一次越限自动计算分析，从avc系统获取并计算得出越限分析数据，具体包括如下步骤：(3-1)通过越限变电站名称，从avc系统中，根据电网拓扑结构，获取与该越限变电站有线路直连的所有变电站名称；(3-2)根据步骤(3-1)获取到的变电站名称、步骤(2-3)中最大连续越限时长的开始时刻tstat和最大连续越限时长的结束时刻tend，从avc系统中获取该越限时段越限变电站和各邻近变电站的投入avc的状态以及各变电站所有母线数据，母线数据包括：电压最大值vmax、电压最小值vmin、电压上限umax和电压下限umin；并从avc系统中获取越限时段的越限变电站和各邻近变电站的无功数据，无功数据包括：无功值qr、无功上限值qmax和无功下限值qmin，根据无功数据计算得到越限时段内最大可增无功qmax_inc＝max(qmax-qr)以及最大可减无功qmax_dec＝max(qr-qmin)；(4)设定一个无功可调阈值eq和电压可调阈值ev，根据步骤(2)中的变电站考核母线的越限类型ptype以及步骤(3)的越限分析数据，进行电网无功优化配置，具体包括以下步骤：(4-1)当步骤(2)中变电站考核母线的越限类型ptype为1，即越上限，电网无功优化配置方法如下：(4-1-1)若越限变电站和邻近变电站在越限时段的最大可减无功qmax_dec小于无功可调阈值eq，本发明的一个实施例中设置：5mvar，此时调节能力已用尽，则增加配置电抗器等感性无功补偿装置；(4-1-2)若越限变电站或邻近变电站在越限时段的最大可减无功qmax_dec大于无功可调阈值eq，此时还有调压能力，则按如下步骤进行优化配置；(4-1-2-1)若有调节能力的变电站未投入avc，则是由于人工控制不及时，需增加厂站avc投入率。(4-1-2-2)若有调节能力的变电站投入了avc，且该变电站所有母线电压中的最小值vmin减电压下限umin大于电压可调阈值ev(一般220kv母线为2kv，110kv母线为1kv，10kv母线为0.5kv)，即vmin-umin>ev，则需优化avc控制策略，增加投入电抗器或者退出电容器；该有调节能力的变电站所有母线的电压上限umax与电压最大值vmax之差大于电压可调阈值ev，即umax-vmax>ev，(4-2)当步骤(2)中变电站考核母线的越限类型ptype为2，即越下限，电网无功优化配置方法如下：(4-2-1)若越限变电站和邻近变电站，越限时段最大可增无功qmax_inc小于阈值eq，此时调节能力已用尽，则需考虑增加配置电容器等容性无功补偿装置；(4-2-2)若越限变电站或邻近变电站在越限时段的最大可增无功qmax_inc大于阈值eq，此时还有调压能力，则按如下步骤进行优化配置；(4-2-2-1)若有调节能力的变电站未投入avc，则是由于人工控制不及时，需增加变电站avc投入率；(4-2-2-2)若有调节能力的变电站投入了avc，且该变电站所有母线的电压上限umax与电压最大值vmax之差大于电压可调阈值ev，即umax-vmax>ev，则需优化avc控制策略，增加投入电容器或者退出电抗器；(5)结束基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置，等待下一次越限自动分析时刻到来，转步骤(1)。以下介绍本发明方法的一个实施例：基于电网调度中心自动电压控制系统，预先设定越限自动分析周期t为1天，以t为周期获取avc控制系统数据，进行基于变电站母线电压越限日自动分析的电网无功优化配置，该方法包括以下步骤：(1)当分析时刻到来时，从自动电压控制系统获取各变电站上一周期t(一般为一天，即上一天)的变电站考核母线(一般为高压侧母线)电压越限数据，获取的数据包括：变电站名称nst、母线名称nbs、越限时刻tv、电压实时值vr、电压上限umax和电压下限umin，以avc系统5分钟一个采样点数据为例，获取到数据如下：(2)对步骤(1)中获取到的avc越限数据进行处理，计算得出各变电站考核母线的最大连续越限时长tmax，最大连续越限时长的开始时刻tstat，最大连续越限时长的结束时刻tend，越限类型ptype，具体包括如下步骤：(2-1)首先对步骤(1)中获取到的avc越限数据按照变电站名称nst、母线名称nbs、越限时刻tv升序进行排序；(2-2)依次逐行处理步骤(2-1)中排序后的越限数据，当变电站和考核母线相同，且相邻两次越限时刻tv的间隔时间不大于avc系统数据采样存储周期tc＝5，则认为是连续越限，连续越限的时间为tc的倍数，连续越限时间中的最大值记为最大连续越限时长tmax＝35分钟；(2-3)重复步骤(2-2)，计算得出变电站1的考核母线最大连续越限时长tmax＝35分钟，最大连续越限时长的开始时刻tstat＝12:20:00，最大连续越限时长的结束时刻tend＝12:55:00，越限类型ptype＝1；(3)变电站1母线持续越限时长tmax＝35>et＝30，则启动一次越限自动计算分析，从avc系统自动获取并计算得出越限分析数据，具体包括如下步骤：(3-1)通过变电站1，自动从avc系统中，根据电网拓扑结构，获取邻近变电站为变电站2、变电站3；(3-2)根据步骤(3-1)获取到的邻近厂站1、厂站2，越限起始tstat12:20:00和结束时间tend12:55:00，从avc系统中获取越限期间越限变电站和各邻近厂站的投入avc状态和avc控制指令，如下：获取越限期间各变电站母线数据，包括：电压最大值vmax，电压最小值vmin，电压上限umax，电压下限umin，如下：(3-3)同理，根据邻近变电站2、变电站3，越限起始tstat12:20:00和结束时间tend12:55:00，从avc系统获取越限时段的越限变电站和各邻近变电站无功情况，包括：无功值qr、无功上限值qmax、无功下限值qmin，并计算得出越限时段内最大可增无功qmax_inc＝max(qmax-qr)，最大可减无功qmax_dec＝max(qr-qmin)；厂站名称最大可增无功qmax_inc最大可减无功qmax_dec变电站156mvar0.5mvar厂站148mvar0.3mvar厂站262mvar0.8mvar(4)根据步骤(3)的越限分析数据，进行电网无功优化配置：当变电站1考核母线电压越上限，即ptype＝1，电网无功优化配置方法如下：变电站1母线越上限，即ptype＝1时，越限变电站1的最大可减无功qmax_dec＝0.5mvar和邻近变电站2的最大可减无功qmax_dec＝0.3mvar、变电站3的最大可减无功qmax_dec＝0.8mvar均小于阈值eq＝5mvar，此时调节能力已用尽，则需考虑增加配置电抗器等感性无功补偿装置；(5)结束基于变电站母线电压日越限分析的电网无功优化配置，等待下一次越限自动分析时刻到来，转步骤(1)。当前第1页12