通过自动厂站协调控制降低母线电压日波动率的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，特别涉及在自动电压控制中通过自 动厂站协调控制降低220kV母线电压日波动率的方法。
【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。AVC系统架构在电网能量管理系统（EMS)之上，能够利用电网实时运行数据，从电网全 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。AVC系统以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环 地进行电压的实时优化控制，实现了无功电压协调控制方案的在线生成、实时下发、闭环自 动控制等一整套分析、决策、控制，以及再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问 题，能够有效地克服传统的电网无功电压控制手段存在的不足，提高电网安全稳定经济运 行的水平。
[0003] 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）中说明了大电网自动电压控制的体系结构。该 方法采用基于"软分区"的三级自动电压控制架构，实现大电网的自动电压控制。其中：
[0004] 三级控制为全局无功优化计算，充分考虑各种可调节的无功手段，通过最优潮流 计算给出全网协调的母线电压优化控制目标；二级控制为分区解耦的控制策略计算：将电 网自动划分为解耦的各个区域，每个区域内选择若干中枢母线，对每个分区分别计算分区 内各种无功资源的控制策略，以追随三级控制给出的区内的中枢母线优化目标；一级控制 为厂站端的就地控制，执行AVC主站给出的电压或无功控制指令。
[0005] 电网母线电压合格是自动电压控制的基本目标，母线电压合格的要求一般是 电压基值的-3%~+7%，，即10%的电压范围。以220kV电压等级的母线为例，电压基 值是220.0 kV,则其电压合格范围的下限值是220. 0*(1-0. 03) = 213. 4kV，上限值是 220. 0*(1+0. 07) = 235. 4kV，随着电网规模的不断扩大，对电网母线电压质量的要求也日 益提高。目前，国家电网公司对省级电网220kV主网的电压质量提出了较高的质量要求， 在满足电压合格的基础上，要求母线电压的每日波动率小于5 %，对220kV电压等级的母线 来说，全天的变化范围不能超过11. 5kV。这为省调的电压运行管理提出了较高要求：由于 220kV母线数量众多、分布范围广，所带地区电网结构各异、运行方式复杂，在大中型的省级 电网中，220kV母线数量已经超过1000条，难以采用统一的电压限值进行控制和管理。为 了解决该问题，本申请人曾经提出受理号为201410640371. 6,名称为"一种根据电压日波动 率实时更新母线电压控制限值的方法"的相关方法，该方法的主要内容包括：根据母线电压 日波动率控制目标，以1分钟周期实时采集母线电压，跟踪母线电压的当日最大值和最小 值并计算母线电压的当日波动率；当母线电压当日波动率超过控制目标的预警值时，实时 计算并修正母线电压控制上限值和下限值，修正后的限值用于自动电压控制系统。该方法 解决了 220kV变电站母线电压限值自动生成的问题，但是需要近一步解决当220kV母线电 压越限时，如何通过控制相关的无功资源以消除越限并使母线电压日波动率在允许的范围 内。由于目前省级电网调度控制中心（以下简称省调）自动电压控制系统的控制对象主要 包括500kV电厂、500kV变电站和220kV电厂，省调AVC系统对220kV变电站母线的电压控 制能力较弱，一方面，省调AVC不直接控制220kV变电站，220kV变电站变压器低压侧的无 功设备由地区级电网调度控制中心（以下简称地调）自动电压控制系统控制，省调AVC对 220kV变电母线电压无直接控制手段；另一方面，220kV变电站变压器低压侧无功设备容量 较小，对220kV电网电压影响能力也比较有限，仅依靠220kV变电站内的无功设备也无法有 效控制电压。
[0006] 本发明的内容涉及到省调AVC系统中对电厂控制策略的计算方法。在省调AVC系 统中，二级电压控制以分区为对象，周期计算每个分区中的电厂控制策略。郭庆来，孙宏斌， 张伯明在《协调二级电压控制的研究》（电力系统自动化，2005年12月，V29N23，pp. 19-24) 中提出了一种协调二级电压控制（CSVC)模型，该模型在优先考虑中枢母线电压偏差最小 的前提下，利用多余的控制自由度保证本区域发电机运行在无功裕度更大、出力更均衡的 状态。该模型所涉及到的各个变量的具体物理含义可以从图1所示的二次规划计算电厂模 型中直观看出。其中，Qg表示控制发电机当前无功出力，￥,表示控制发电机机端母线当前 电压，Vp表示中枢母线当前电压，Vh表示发电机高压侧母线的当前电压。Cg为中枢母线无 功电压灵敏度矩阵和Cvg为高压侧母线无功电压灵敏度矩阵，满足：
[0007] AVp= CgAQg
[0008] AVh= CvgAQg
[0009] AQg为发电机的无功调节量，AVp为电厂高压侧母线的电压调整量，AVh为电厂 高压侧母线的电压调整量。分区中的中枢母线一般为预先人工选择指定。该模型采用了二 次规划模型来计算电厂的控制。二次规划形式的目标函数如下：
[0011] 其中，AQgS二次规划的优化变量，表示控制发电机无功出力的调节量；和 C*分别表示无功下限和无功上限；f表示分区中的中枢母线设定电压；^和W。为权重 系数，两者一般均为〇. 1到1之间，α为增益系数，一般为〇. 1到1之间；式中目标函数第 一部分体现了调整发电机无功使得中枢母线达到三级控制给出的目标值。同时，为了实现 增大发电机无功裕度并使之出力更加均衡的目的，在目标函数的第二部分引入了无功裕度 向量，其第i个分量为：
[0013] I I ?g| I2为无功裕度向量集，I I Θ g| I2在二次规划目标函数中，可以保证一方面 增加控制发电机的无功裕度，另一方面促使各台控制发电机向无功出力更加均衡的方向发 展。省调AVC的二级电压控制模块在满足安全约束条件的情况下来求解极小化问题，这些 约束包括：
[0015] 其中If*分别表示中枢母线电压下限和中枢母线电压上限；$和€分别 表示控制发电机无功下限和无功上限；
分别表示发电机高压侧母线的 电压下限、电压上限和允许的单步最大调整量。
[0016] 上述内容涉及到无功电压灵敏度矩阵CjP Cvg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V19 N4, 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。省调AVC 中，CjP Cvg均采用准稳态的灵敏度。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的在于为解决已有技术未解决的问题，提供一种通过自动厂站协调控 制降低母线电压日波动率的方法，该方法能适应电网结构和运行方式发生的各类变化，自 动形成厂站协调组，220kV厂站协调组自动形成后，就可以在省调AVC二级电压控制中自动 实现抑制220kV母线电压波动的厂站协调控制，提高了电网电压稳定性和电压质量。
[0018] 为实现上述目的本发明的技术方案如下：
[0019] 通过自动厂站协调控制降低母线电压日波动率的方法，其特征在于，该方法包括 以下步骤：
[0020] 1)对省级电网范围内的全部220kV变电站的220kV母线计算当日电压波动率并找 出波动率越预警限值的母线，具体包括如下步骤：
[