光伏发电多级汇集电网区域模型的自动生成方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，特别涉及大规模多级自动电压控制 中，通过对电网进行多级拓扑分析自动生成光伏汇集区的方法。
【背景技术】
[0002] 自动电压控制（以下简称AVC，Automatic Voltage Control)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。
[0003] 近年来光伏发电发展迅猛，光伏发电已经成为继煤电和水电之后的第三大主力 电源。以青海电网为例，近年来青海电网光伏发电发展迅猛，目前已经投产光伏装机容量 500万千瓦，2014年内将有100万千瓦光伏继续投产，目前青海电网对光伏资源采取的是 大规模集中式的开发模式，单个光伏电站的装机容量都达到5丽以上。由于光伏发电固 有的间歇性特点，导致光伏出力的变化会引发较大的电压波动。电压问题已成为阻碍光 伏发电正常并网运行的主要障碍之一，大规模光伏发电汇集并网区域需要充分利用本地 无功资源，维持电压安全稳定。根据国家标准《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GB/T 19964-2012)，在光伏电站中需要建设AVC子站，并将光伏电站AVC子站接入省调AVC主站 中，接受省调AVC主站的实时控制指令。
[0004] 为了对大规模光伏汇集区域电网实现自动无功电压控制，首先需要对光伏汇集区 域的电气结构和无功电压控制特性进行分析和研究。
[0005] 还是以青海为例进行分析，青海电网光伏电站主要采用集中大规模接入的方式， 主要通过IlOkV和330kV两个电压等级的汇集站集中接入并送出：一方面，在汇集接入的电 网局部区域，多个35kV光伏电站汇集接入到上级IlOkV汇集站送出；另一方面，在整个光伏 汇集接入区域，多座IlOkV的光伏电站或汇集站进一步集中接入上级330kV的汇集站集中 送出。在330kV和IlOkV两级汇集站内部，为了对汇集区域进行无功补偿，均配备了一定容 量的静止无功补偿器（以下简称SVC，Static Var Compensator)或者静止无功发生器（以 下简称SVG，Static Var Generator)，同时汇集站内的有载调压变压器也具有调节的能力。 为了实现对整个光伏发电并网区域的自动电压控制，需要同时将汇集站纳入到电网调控中 心AVC的自动控制范围内，实现对汇集站的自动电压控制。
[0006] 青海电网光伏电站并网点包含了 330kV、110kV、35kV等多个电压等级，光伏汇集 接入方式多种多样，调度中心AVC主站需要对不同接入方式的光伏电站和汇集站实施不 同的自动电压控制方法；同时，由于在大规模光伏并网区域形成了光伏电站通过330kV、 I IOkV两级汇集接入的格局，AVC主站也需要考虑各级汇集站和光伏电站之间的无功电压 协调控制，从而实现对整个光伏并网区域的有整体协调控制。
[0007] 根据光伏发电汇集区域内变电站的功能和接线结构，将变电站分为如下2类：
[0008] 升压站：仅有1座光伏电站通过主变升压并网的变电站为升压站。
[0009] 汇集站：有2座及以上光伏电站/风电场通过主变升压并网的变电站为汇集站。
[0010] 对上述升压站，由于只有1座光伏电站接入，因此也可以等效称之为光伏电站。
[0011] 对上述汇集站中的I IOkV站，根据接线结构和汇集方式，可以进一步分为A类汇集 站和B类汇集站。
[0012] A类汇集站：汇集站低压侧母线只连接SVC/SVG和35kV线路，并通过35kV线路连 接到下级35kV光伏电站，低压母线不直接连光伏阵列。
[0013] B类汇集站：汇集站低压侧母线除连接SVC/SVG和35kV线路，同时直接连接光伏 逆变器，即汇集站35kV母线直接连接就地的光伏电站。
[0014] 上述分类方法如图1所示，图中（a)为光伏电站，（b)为A类汇集站，（c)为B类汇 集站。
[0015] 对光伏电站、A类汇集站和B类汇集站的控制方法分别是：
[0016] 1)光伏电站：在光伏电站建设AVC子站，省调AVC主站向AVC子站下发的控制指 令为升压站高压侧IlOkV母线电压的设定值和参考值，由光伏电站的AVC子站控制站内主 变分头、SVC和光伏阵列，满足省调的控制指令。
[0017] 2) A类汇集站：省调AVC主站直接控制A类汇集站内的主变分接头和SVC/SVG，向 汇集站监控系统发送分头遥调指令，向SVC/SVG装置同时下发电压上、下限值和无功指令 值，SVC/SVG装置能够实现无功和电压的协调控制。
[0018] 3) B类汇集站：在B类汇集站建设AVC子站，汇集站低压侧的SVC/SVG装置和低压 侧直接连接的光伏阵列组由AVC子站控制，省调AVC主站向该AVC子站发送的控制指令为 汇集35kV母线的设定值和参考值；同时，汇集站主变有载调压分接头接入省调AVC直接控 制，省调AVC主站向汇集站监控系统发送分头遥调指令。
[0019] 在青海电网的光伏发电汇集区域中，既有IlOkV的光伏电站，也有35kV的光伏电 站，这些光伏电站通过两级汇集，最终汇集到330kV的区域汇集站。典型的两级汇集的电网 运行结构图如图2所示
[0020] 图中，A站为整个光伏发电区域的总汇集站，为330kV电压等级；B1、B2为IlOkV光 伏电站，其通过IlOkV线路汇集到上级A站；IlOkV的C站为图I (b)所描述的A类汇集站， 其通过35kV线路汇集接入了 Dl~D4的35kV光伏电站，同时又通过IlOkV线路接入上级 的330kV汇集站。整个区域形成了跨330kV-110kV-35kV多电压等级的汇集接入格局。
[0021] 针对这种多级光伏电站汇集的运行方式，需要形成一种光伏发电汇集区，来为AVC 的协调控制来奠定基础，而由于电网的运行方式经常发生变化，汇集区中的元素随着运行 方式经常发生变化，无法预先由人工设定。因此在AVC系统中，需要实时自动生成这种多级 光伏汇集区域的协调控制分区。而从已经公开的文献发现，目前尚无方法能够实时在线实 时自动生成这种多级光伏发电汇集区。
[0022] 本
【发明内容】
中涉及到对电网拓扑结构的描述，在行业标准《能量管理系统应用程 序接口（EMS-API)第301部分：公共信息模型（CHM)基础》（DL/T 890. 301-2004)中对电 网设备的连接方式给出了规范的描述方法，主要内容如下。
[0023] 为了描述设备建立连接关系，定义了导电设备（ConductingEquipment)、连接端子 (Terminal)、连接节点（ConnectivityNode)和拓扑岛（TopologicalIsland)，分别如下：
[0024] 导电设备：电力系统的组成部分，是为输送电流或与导电连接相关而设计的，一般 包括输电线路、变压器、变压器绕组、物理母线、隔离开关、断路器、电容器、电抗器等。
[0025] 连接端点：导电设备的电气连接点，一个导电设备可以有1个或多个连接端点，变 压器绕组具有1个连接端点，隔离开关和断路器具有2个连接端点，无功补偿设备具有1个 连接端点、母线具有1个连接端点。
[0026] 连接节点：连接节点是这样的一些点，在这些点上导电设备的连接端点通过零阻 抗连接在一起。一个连接节点可以包含任何数目的连接端点，从而表明这些连接端点所属 的导电设备连接在一起。
[0027] 拓扑岛：网络的一个电气连接的子集，包含电气连接在一起的导电设备、连端点和 连接节点。拓扑岛会随着当前网络状态的变化（即隔离开关、断路器等改变状态）而变化。
【发明内容】
[0028] 本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种光伏发电多级汇集电网区 域模型的自动生成方法。该方法采用对多级光伏汇集区域的自动辨识技术，可以根据光伏 汇集区域的运行方式，自动实现在线的"软分区"，为实现汇集区域的协调电压控制奠定基 础。
[0029] 本发明提出的一种光伏发电多级汇集电网区域模型的自动生成方法，主要用于 330kV-110kV-35kV光伏发电汇集电网区，其特征在于，该方法事先确定控制周期，具体步骤 如下：
[0030] 1)通过在线网络拓扑分析，形成330kV-110kV汇集区模型，该汇集区模型描述为 如下集合Zf i:
[0031]
(LI)
[0032] 其中Af为330kV_110kV汇集区中330kV汇集站高压侧母线子集；为汇集区 中330kV汇集站中压侧IlOkV母线子集；为汇集区中IlOkV光伏电站高压侧母线子集， 为汇集区中IlOkV汇集站高压侧母线子集；
[0033] 形成Zf5的具体方法包括以下步骤：
[0034] I - a)从电网能量管理系统（EMS)获取完整的电网模型；
[0035] I -b)对完整的电网模型进行处理，删除IlOkV电压等级以外的全部线路，删除 UOkV电压等级以外的全部开关和刀闸，删除IlOkV电压等级内全部处于分状态的开关和 刀闸后，形成IlOkV电网的模型；
[0036] I - c)对步骤I - b)删除处理后电网模型进行拓扑着色编码，形成若干拓扑岛，每 个拓扑岛包括了若干在电气上有直接联系的电网设备；
[0037] I - d)对全部拓扑岛进行扫描，若拓扑岛i中含有330kV主变和IlOkV光伏电站， 则将拓扑岛i定义为一个汇集区Z1 33*3;
[0038] I -e)将拓扑岛i上的330kV主变高压侧330kV母线记为，中压侧IlOkV母线 记为将拓扑岛i上IlOkV光伏电站高压侧母线记为将拓扑岛i上IlOkV汇集站 高压侧母线记为d|1&,将sf5、cf、df加入到2^中，最终形成的可以表示 为如式（1. 1)表示的的集合，记人严山"^广及加分别为对应上述各种母线的子集^寸应 (1.1)式中的Af ,Bf ,Cl1Q，