变电站自动电压控制中低压无功设备电压灵敏度统计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变电站自动电压控制中低压无功设备电压灵敏度统计方法，属于 电力系统自动电压控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 自动电压控制（以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是电力系统最 重要的自动控制系统之一。其中变电站的自动电压控制能力与效果直接影响了电力系统自 动电压控制的整体控制结果。变电站里均配有一定容量的离散无功设备（电容器，电抗器） 来完成自动电压控制的目标。但由于变电站均配有多台电容器，电抗器，且在选择投入或切 除具体某台电容器或电抗器时，需考虑投入（切除）不同的电容电抗器对不同母线电压的 效果不同，且每台电容器，电抗器都有不同的动作时间，动作次数的限制，以及投入（切除） 无功设备的相关顺序约束等。
[0003] 现有的变电站控制系统中在接到需投入（切除）电容电抗器的控制要求后，利用 传统经验来决定具体由哪台无功设备来执行控制任务，缺乏量化，可靠的决策标准，难以满 足复杂，特殊情况下的控制要求，并且其固化的评判标准不具备应对在不同控制策略下，对 离散无功设备的各项性能指标的不同要求。
[0004] 变电站内投入（切除）电容电抗器应具有如下原则：设备操作后，通过计算该设 备对母线的电压灵敏度，可以算出投入（切除）该设备后，各条母线的电压变化量，所投入 (切除）的设备应使母线电压越线数减少或消除电压越线现象；优先选择对受控母线的无 功影响大，即灵敏度大的设备；优先投入（切除）越线母线上的无功设备；
[0005] 在上述变电站控制过程中涉及到控制灵敏度的计算。孙宏斌，张伯明，相年德在 《准稳态的灵敏度分析方法》（中国电机工程学报，1999年4月V19N4, pp. 9-13)中提出了准 稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系 统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的 精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器（AVR)时，可 认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节（AQR)或自动功率因数调 节（APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静 特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的 物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。在潮流模型 下，设PQ节点和PV节点个数分别为Nptj和N PV，状态量X是PQ节点的电压幅值、，控 制变量U= [Qptj Vpv TJt，其中是PQ节点的无功注入，Fpp e 是PV节点的电压 幅值，7). e尺^是变压器变比，重要的依从变量h = [Qb QPV]T，其中Qbe Rb是支路无功潮 流，匕，e/卜' 是PV节点的无功注入。这时，有无功潮流模型：
[0006] Qpq (Vpq, Vpv, Tk) = 0 (1)
[0007] Qb= Qb (Vp(j，Vpv，Tk) (2)
[0008] Qpy= Q pv (VPQ, Vpv, Tk) (3)
[0009] 可得准稳态无功类灵敏度的计算公式见表1。
[0010] 表1准稳态的无功类灵敏度Sfcwu的计算公式
[0011] 其中
[0012] = ，上表中的所有量都可以直接对潮流模型（1)-(3)的雅可比矩阵求 C i PQ 逆得到。
[0013] 在AVC控制策略计算过程中，无功电压灵敏度计算目前有两种方法：一种是在B" 矩阵中增广PV节点的传统灵敏度矩阵，一种是考虑无功控制设备响应的准稳态灵敏度矩 阵。常规的灵敏度分析仅仅依赖于电力网络方程的线性化，不考虑电力设备（如：发电机、 负荷等）对各种控制操作和扰动的准稳态的物理响应，这在一般的静态的电力网络分析中 是可行的，但要服务于控制决策就无法实用了。基于上述考虑，在AVC的二级电压控制中， 采用准稳态控制灵敏度分析方法，重点考虑发电机准稳态的无功电压外特性，在优化计算 中考虑安装有AVC机组的准稳态响应，保障控制决策的精度和可靠性。
[0014] 在AVC的变电站控制中，其控制对象为主变低压侧电容器、电抗器等低压无功设 备，与发电机无功的连续调节不同，这些无功设备的投切具有离散特点，其投切后会造成变 电站高、中、低三侧母线电压的阶跃性变化。为了保证AVC控制过程中各级母线电压的合 格，要求无功设备对变电压高、中、低三侧母线电压的灵敏度非常精确，才能准确地对控制 效果进行预估并生成正确的控制策略。在上述准稳态控制灵敏度的分析方法中，受计算方 法的限制，靠近电网模型边界等值机的变电站，其通过计算方法得到的低压无功设备对电 压的灵敏度准确性较差，难以达到AVC控制的要求。因此，需要基于数据挖掘的统计分析方 法，利用AVC中记录的无功设备投切前后电压变化的历史数据，统计和计算无功设备对母 线电压的影响，从而得到统计意义的灵敏度数据。这个统计计算的过程自动完成，可以基于 大量的长时间的历史数据统计，并且能够适应电网的变化，实际应用表明，这种方法得到的 灵敏度数据在精度上能够满足控制的要求。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是提出一种变电站自动电压控制中低压无功设备电压灵敏度统计 方法，为克服已有技术的不足之处，使变电站无功电压灵敏度值更加精确，变电站无功电 压自动控制更加精准。
[0016] 本发明提出的一种变电站自动电压控制中低压无功设备电压灵敏度统计方法，包 括以下步骤：
[0017] (1)在每个统计周期，采用如下方法形成变电站无功电压灵敏度统计：
[0018] (1-1)每个数据采集周期到来时，采集变电站变压器低压侧无功功率，以及变电站 内的高、中、低三侧母线电压值，并保存在缓存中，缓存中保留最近5次采样数据；
[0019] (1-2)当检测到变压器低压侧的无功设备动作时，根据缓存中记录的变压器低压 侧无功设备动作前变压器低压侧的无功功率值Q 1和变压器低压侧无功设备动作后变压器 低压侧的无功功率值化，计算变压器低压侧的无功功率变化值AQ = Q1-Q1;
[0020] (1-3)根据缓存中记录的变压器低压侧无功设备动作前1分钟和变压器低压侧无 功设备动作后3分钟时变电站高、中、低三侧母线电压采样值，计算出变电站高压侧母线电 压变化量A Vh、变电站中压侧母线电压变化量AVni、电站低压侧母线电压变化量AV1;
[0021] (1-4)根据记录中的变电站内高、中、低三侧母线电压变化量及主变压器低压侧无 功变化量AQ，分别计算出无功设备动作后对变电站内高压侧母线无功电压灵敏度Sh = AVh+ AQ，中压侧母线无功电压灵敏度Sm = AVm+ AQ，以及低压侧母线的无功电压灵敏 度S1 =△ V1Q，并将该无功设备动作后对变电站内高压侧母线无功电压灵敏度、中压侧 母线无功电压灵敏度和低压侧母线的无功电压灵敏度作为一条灵敏度记录保存至数据库 中；
[0022] (2)每个灵敏度统计计算时刻，从数据库中读取最近30天内一个变电站的低压侧 无功功率对变电站内高、中、低三侧母线的无功电压灵敏度记录：
[0023] (3)从步骤（1)的数据库中获取一条历史记录，得到变电站高压侧母线无功电压 灵敏度Sh、中压侧母线无功电压灵敏度Sm和低压侧母线的无功电压灵敏度Sl ;
[0024] (4)从自动电压控制系统的实时库中，读取该变电站高压侧母线无功电压灵敏度 当前值SH、中压侧母线无功电压灵敏度当前值SM、低压侧无功电压灵敏度当前值SL ;
[0025] (5)将步骤⑷的当前值与步骤（3)的历史记录进行比较，若变电站高压侧母线无 功电压灵敏历史记录Sh > SHX 1. 5或Sh < SHX0. 5,则认为Sh无效，进入步骤（6)，若变 电站高压侧母线无功电压灵敏度历史记录Sh < SHX 1. 5且Sh多SHX0. 5,则高压侧母线无 功电压灵敏度统计次数Nh等于当前记录数加1，即Nh = Nh+Ι，高压侧母线无功电压灵敏度 总加值Sum(Sh)等于当前值加上Sh，即Sum(Sh) = Sum(Sh)+Sh ;
[0026] (6)将步骤⑷的当前值与步骤⑶的历史记录进行比较，若变电站中压则母线无 功电压灵敏度历史记录Sm > SMX 1. 5或者Sm < SMX0. 5,则认为Sm无效，进入步骤（7)， 若变电