专利名称：用于配电网的无功分层自适应控制方法
技术领域：
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种应用于配电网中的分层自适应控方法。
背景技术：
目前电网的无功控制，不能综合高压主电网和中低压配电网的各种因数，进 行无功与电压的精确补偿和控制。在运行的主电网自动电压控制系统(Automatic Voltage Contral简称AVC )，仅对主电网的无功补偿设备和变压器有载调压开关 进行控制。而配电网的配电终端的无功自动补偿设备,又仅对配电网用户侧，单一 配电变压器进行无功补偿控制，未能构成主电网与配电网进行无功与电压的一体 化的统筹监视与控制。
目前,各电力管理部门，无功补偿电容器的配置与运行管理，是按照主电网系 统，城市配电网系统，农电网系统分层配置和控制的，形成无功补偿的设备资源 不能运用一体化的自动化系统，自动地统一调配，不能真正达到全电网的最优化运 行，甚至造成无功补偿设备资源的浪费。
同时，由于主电网变电站lOkV母线上的电容器组相对集中，组数小，容量相
对较大，投切对无功补偿与电压调整变化率较大，也较敏感。均投时易造成过补, 少投时又易造成欠补。在执行AVC指令过程中，易造成电容器开关和主变有载调 压开关动作频繁与振荡，甚至影响AVC动作策略的制定及两类开关的寿命和安全。 即使达到了主电网的无功平衡，却又是以牺牲中低压的负荷侧无功设备的就地补 偿投入的机会为代价。客观上限制了中低压电网线损的降低。
2007年安徽省电力公司所属的配电网的总售电量为195.22亿度，线损电量
为13.44亿度，线损率为6.44%。技术线损与管理线损构成了配电网线损。
配电网技术线损由流经10kV中压线路、配电变压器和低压线路这三个环节
的有功电流和无功电流，造成电能损失。其中无功电流损失约占总损耗20%以下。
目前，在电网高压主系统中安徽省虽然在全国率先推广釆用了电压无功控制 装置AVC,也只解决了主电网系统变电所母线的无功补偿平衡与电压调整问题。从主电网系统变电所10kV母线流向用户侧的无功电流，仍然在大量的损耗电能。 按技术线损占总线损的90%推算，2007年在安徽电网中，无功电流造成的线损 率应为1. 1%左右
发明内容
针对上述问题，为了解决目前电网的无功控制，不能综合高压主电网和中低 压配电网的各种因数，进行无功与电压的精确补偿和控制而造成大量的电能损 粍，为此本发明提出了一种用于配电网的无功分层自适应控制方法。
解决本发明任务的方法建立配电网无功分层自适应子系统，其含有调度人 员配电网无功补偿操作模块、配电网无功补偿自适应命令模块、配电网自动化终 端分组绑定策略模块、命令接口、配电网无功补偿控制命令优先级响应策略模块、 配电网无功补偿命令分解模块、配电网无功补偿和三遥接口。将配电网无功分 层自适应子系统和配电网管理系统与主电网自动电压控制系统联系起来，控制配 电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜，构成具有配电网无功分层自 适应功能的配电网自动化管理系统。
配电网无功补偿自适应命令模块包括下列运行步骤
1) 、根据配电网参考输入r(t)、配电网的控制输入u(t)、对象输出y(t) 和已知外部干扰来量测对象性能指标，从而认识和掌握配电网系统当前运行情况 的性能指标；
2) 、与给定性能指标进行比较，做出决策；
3) 、通过适应机构来改变系统参数，或者产生一个辅助的控制输入量，累 加到配电网系统上，以保证配电网系统跟踪给定的性能指标，使配电网系统处于 最优或接近最优的工作状态。
配电网无功补偿控制命令优选级响应策略模块包括下列运行步骤
1) 在主电网自动电压控制系统发出无功控制指令时，分解下达其指令，各配 电网低压配变自动化监控终端执行全网的统 一命令投切无功；
2) 主电网自动电压控制系统未发命令，各配电网低压配变自动化监控终端
统一服从配电网管理系统进行无功自适应补偿计算所形成的命令；
3) 当主电网自动电压控制系统与配电网管理系统均未发出指令时，各配电 网低压配变自动化监控终端及无功一体化柜，根据其自身设定的电压时段及功率 因数策略，各自分组分相投切低压配变电容器组。
配电网无功补偿命令分解模块利用配电网管理系统提供的网络拓朴信息，以 及网络的动态信息，对无功命令进行分解，并通过配电网管理系统下发无功控制 指令。
无功控制指令分解为两个层次,按投无功、切无功两种情况分解。 配电网自动化终端分组绑定策略模块(33)包括下列运行步骤
1) 通过配电网分组策略系统电容器的分组绑定，虛拟挂靠于主电网10kV 母线，统一接受主电网自动电压控制系统(1)的指令；
2) 以优先于主电网电容器组的策略投入，以滞后于主网电容器组的策略切
除；
3) 通过配电网与上级电网的无功补偿电容器的投切，进行一体化控制；
4) 将配电网就地的无功补偿，等效折算成变电站内10kV母线上的集中补偿；
5) 以就地补偿为主，集中补偿为辅，使无功补偿向低压用户侧的转移。
配电网无功补偿和三遥接口将分解后的无功补偿命令，配合遥信、遥控命令， 发送到配电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜；同时还负责接收配 电网低压配变自动化监控终端上送的无功补偿结果及当前配电网低压配变自动 化监控终端的实时状态，并将这些结果通知配电网管理系统。
本发明釆用分层自适应的控制策略。在主电网自动电压控制系统AVC发出无 功控制指令时，配电网管理系统分解下达AVC的指令。配电网各终端执行全网的 统一命令投切无功。AVC未发命令，各终端统一服从配电网管理系统进行无功自 适应计算所形成的命令。当AVC未发指令时，调度人员可以通过配电网无功补偿 操作，人工下发无功补偿指令。当AVC、调度人员与配电网管理系统均未发出指 令时，各终端无功一体化柜及其终端的控制单元，根据其自身设定的电压、时段 及功率因数策略，各自分组分相投切低压配变电容器组。从而实现配电网无功 补偿分层自适应的模式，自动控制无功补偿装置。
本发明的有益效果本发明把配电网无功分层自适应子系统和配电网管理系 统与主电网自动电压控制系统AVC联系起来，控制配电网低压配变自动化监控终 端及无功补偿一体化柜，从而形成一个具有配电网无功分层自适应功能的配电网 自动化管理系统。该系统是一个具有一定适应能力的系统，它能够认识环境条件 变化并自动校正控制动作，使系统达到最优或接近最优的控制效果，实现全电网
无功的一体化调配，具有明显的节能降耗效果。
以下结合附图
对本发明作详细说明。
图l是根据本发明绘示的配电网自动化无功分层自适应控制模块框图； 图2是根据本发明绘示的具有配电网无功分层自适应功能的配电网管
理系统较佳实施例框图3是虛拟绑定在10kv母线的等效配电网系统电容器组示意图4是无功补偿控制方式选择指令程序流程图； 图5是配电网无功补偿自适应命令模块运行框图； 图6是分组绑定策略指令步骤示意图。
具体实施例方式
现参照附图对本发明作详细说明。图l是根据本发明绘示的配电网无功分层 自适应控制模块框图，主要包括调度人员配电网无功补偿操作模块31、配电网无 功补偿自适应命令模块32、配电网自动化终端分组绑定策略模块33、配电网无功 补偿控制命令优先级响应策略模块35、配电网无功补偿命令分解模块36以及命令 接口34和配电网无功补偿和三遥接口37。图2是根据本发明绘示的具有配电网无 功分层自适应功能的配电网自动化管理系统较佳实施例框图。该系统可分为三个 层次，电网主系统AVC层、配电网自动化主站层和配电网自动化终端层。配电网 无功分层自适应子系统3和配电网管理系统2与主电网自动电压控制系统l联系在 一起，控制电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜38，构成具有配电 网无功分层自适应功能的配电网自动化管理系统4。
命令接口 34接收来自三个方面的命令。其一是接收主电网自动电压控制系 统l生成与下达的配电网无功补偿命令；其二是接收配电网无功补偿自适应命令 模块32生成与下达的配电网无功补偿命令；其三是接收调度人员配电网无功补 偿操作模块31生成与下达的配电网无功补偿命令。
图5绘示了配电网无功补偿自适应命令模块32的运行框图，运行步骤如下
1) 、根据配电网参考输入r(t)、配电网的控制器321的控制输入u(t)、被 控对象322输出y(t)和已知、未知外部干扰来对被控对象322进行性能指标量 测323,从而认识和掌握配电网系统当前运行情况的性能指标；
2) 、与给定性能指标进行比较324，做出决策；
3)、通过适应机构325来改变系统参数，或者产生一个辅助的控制输入量， 累加到配电网系统上，以保证配电网系统跟踪给定的性能指标，使配电网系统处 于最优或接近最优的工作状态。
配电网无功补偿自适应命令模块32通过分析达到投切条件后，控制电容器 组进行投切，在投切操作完成后，实时监测反馈的电压、功率因数等电网运行参 数，在无需人工干预的前提下，通过自适应矩阵方程组函数分析计算，找到最优 化的投切策略，分组分相控制无功补偿电容器的就地投切搡作，使电网工作在最 佳状态。确保电压合格率达到规定的要求，有效减少无功损耗，达到优化配电网 电能质量目的。
配电网无功补偿控制命令优选级响应策略模块35的运行步骤
1) 在主电网自动电压控制系统l发出无功控制指令时，分解下达其指令，各 配电网低压配变自动化监控终端执行全网的统一命令投切无功；
2) 主电网自动电压控制系统1未发命令，各配电网终端统一服从配电网管
理系统2进行无功自适应补偿计算所形成的命令；
3) 当主电网自动电压控制系统1与配电网管理系统2均未发出指令时，各 配电网低压配变自动化监控终端及无功一体化柜38，根据其自身设定的电压时
段及功率因数策略，各自分组分相投切低压配变电容器组。
图4公开了配电网无功补偿控制命令优选级响应策略模块35的无功补偿控制 方式选择指令程序流程。在开始步骤350之后，在351步骤中，首先读取控制策 略模板，并填入优先级向量。在352步骤中，优先级向量按优先级排序，顺序从 高到底进行排序。在353步骤中，按优先级从高到底顺序，并遍历优先级向量。 在354步骤中，若当前控制方式存在，则选择该控制方式356,并进入执行该控 制方法359。若当前控制方式不存在，则遍历下一个存在的控制方式。在357步 骤中，若所有的控制方式遍历完毕，没有可以使用的控制方式，则选择默认的控 制方式358进行控制，再进入执行选择的控制方式359;若所有的控制方式未遍 历完毕，则进入355步骤，查询下一个优选级，再回到354步骤。
对于主电网自动电压控制系统1、配电网无功自适应补偿计算命令模块32， 及调度人员配电网无功补偿操作模块31,三者同时发出的投切无功补偿设备的 命令，配电网无功补偿控制命令优先级策略模块35，也可根据当地电网管理的 具体要求，人工任意设定其优先级。
配电网无功补'偿命令分解模块36利用配电网管理系统2提供的网络拓朴信 息，以及网络的动态信息，对无功命令进行分解，并通过配电网管理系统2下发 无功控制指令。无功控制指令分解为两个层次,按投无功、切无功两种情况分解。
无功控制指令在投无功的情况下命令分解为
1) 母线->开关段分解
a) 获得母线需要投无功的量；
b) 对本母线所关联的出口开关进行判断，断开的忽略，合闸的要对其所有 的开关段进行分析；
c) 分别得到这些开关段的电压、功率因数；
d) 对所有开关段的电压或功率因数进行从低到高排序；
e) 投无功时，从电压最低的开关段开始算起，跟据此开关段的可投入容量 进行分配补偿量；
g) 根据分配的容量进行；根据开关段的电压或功率因数水平，选择开关段 进行投入操作；
2) 开关段分解->补偿柜的终端遥控命令
h) 将开关段投入操作，转换为对组中终端电容组遥控电容投命令；
i) 将遥控命令下发到终端；
j)如果开关段的可补偿容量不足，母线各开关段根据需要，按原来已经的 排列顺序一开关段的电压或功率因数从低到高的排序先后，进行投入操 作；母线开关段的可投电容器已全投后还不够，则本母线所带各开关段， 操作到可投入电容完全投入为止。
无功控制指令在切无功的情况下命令分解为
3) 母线->开关段分解
f) 获得母线需要切无功的量；
g) 对本母线所关联的出口开关进行判断，断开的忽略，合闸的要对其开关 段进行分析；
h) 搜索每一条有效的馈线，得到开关段；
i) 分别得到这些开关段的电压、功率因数；
j)对所有开关段的电压或功率因数进行从高到低排序； k)切无功时，从电压最髙的开关段开始算起，根据此开关段可切容量进行 分配切掉量；
4) 开关段分解->补偿柜的终端遥控命令
h) 将开关段投入操作，转换为对组中终端电容组遥控电容切命令；
i) 将遥控命令下发到终端；
j)按开关段排序，作切除电容器的搡作，当所有参加排序的各开关段累计
可切容量小于下达的切除容量命令时，则全部切除该累计容量为止。 配电网自动化终端分组绑定策略模块33包括下列运行步骤
1) 电容器的分组绑定，虛拟挂靠于主电网10kV母线，统一接受主电网AVC
的指令；
2) 以优先于主网电容器组的策略投入，以滞后于主网电容器组的策略切除;
3) 通过配电网与上级电网的无功补偿电容器的投切，进行一体化控制；
O将配电网就地的无功补偿，等效折算成变电站内10kV母线上的集中补偿； 5)以就地补偿为主，集中补偿为辅，使无功补偿向低压用户侧的转移。 配电网自动化终端分组绑定策略模块33采用遥控信息量的分组绑定，达 到相应开关段上的配电网自动化终端IP的绑定。最终实现对同一开关段上的无 功补偿一体化柜终端的绑定。对于已绑定的开关段无功补偿终端，则按采集的各 开关段的各终端设备的平均电压(或功率因数)排序。再按此排列顺序依次接收 配电网管理系统的投切命令。图6绘示了配电网自动化终端分组绑定策略模块 33的分组绑定策略指令步骤。在330步骤中，各开关段各终端遥测、遥信、遥 控信息量的绑定；在331步骤中，开关段各终端IP组的绑定；在332步骤中， 开关段各终端无功投切设备绑定；在333步骤中，计算各IP组终端设备采集的 电压量平均值，计算一条母线上的IP组，按其平均电压值(或功率因数平均值) 进行排序。图3绘示了虛拟绑定在10kv母线的等效配电网系统的电容器组331。 配电网无功补偿及三遥接口 37将分解后的无功补偿命令，配合遥信、遥控 命令，发送到配电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜38;同时还 负责接收配电网低压配变自动化监控终端上送的无功补偿结果，及当前配电网低 压配变自动化监控终端的实时状态(遥测、遥信、遥控)，并将这些结果通知配 电网管理系统2。
本发明把自适应理论，运用到配电网管理系统(DMS)中，将配电网与电 网主系统的自动电压控制系统(AVC)联系起来，控制配电网低压配变自动化监 控终端设备及无功补偿一体化柜，从而实现全电网无功的一体化调配。它的自适 应方式加上系统中的实时控制带来了明显的节能降耗的效果。
权利要求
1、一种用于配电网的无功分层自适应控制方法，该方法包括1)建立配电网无功分层自适应子系统(3)，其含有调度人员配电网无功补偿操作模块(31)、配电网无功补偿自适应命令模块(32)、配电网自动化终端分组绑定策略模块(33)、命令接口(34)，配电网无功补偿控制命令优先级响应策略模块(35)、配电网无功补偿命令分解模块(36)、配电网无功补偿和三遥接口(37)；2)将配电网无功分层自适应子系统(3)和配电网管理系统(2)与主电网自动电压控制系统(1)联系起来，控制配电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜(38)，构成具有配电网无功分层自适应功能的配电网自动化管理系统(4)。
2、 根据权利要求l所述的用于配电网的无功分层自适应控制方法，其特征 在于配电网无功补偿自适应命令模块(32)包括下列运行步骤1) 、根据配电网参考输入r(t)、配电网的控制输入u(t)、对象输出y(t) 和已知外部干扰来量测对象性能指标，从而认识和掌握配电网系统当前运行情况的性能指标；2) 、与给定性能指标进行比较，做出决策；3) 、通过适应机构来改变系统参数，或者产生一个辅助的控制输入量，累 加到配电网系统上，以保证配电网系统跟踪给定的性能指标，使配电网系统处于 最优或接近最优的工作状态。
3、 根据权利要求2所述的用于配电网的无功分层自适应控制方法，其特征 在于所述配电网无功补偿控制命令优选级响应策略模块(35 )包括下列运行步 骤1) 在主电网自动电压控制系统(l)发出无功控制指令时，分解下达其指令， 各配电网低压配变自动化监控终端执行全网的统一命令投切无功；2) 主电网自动电压控制系统(1)未发命令，各配电网低压配变自动化监控终端统一服从配电网管理系统(2)进行无功自适应补偿计算所形成的命令；3) 当主电网自动电压控制系统(1)与配电网管理系统(2)均未发出指令 时，各配电网低压配变自动化监控终端及无功一体化柜(38),根据其自身设定 的电压时段及功率因数策略，各自分组分相投切低压配变电容器组。
4、 根据权利要求3所述的用于配电网的无功分层自适应控制方法，其特征 在于所述配电网无功补偿命令分解模块(36)利用配电网管理系统(2)提供的 网络拓朴信息，以及网络的动态信息，对无功命令进行分解，并通过配电网管理 系统(2)下发无功控制指令。
5、 根据权利要求4所述的用于配电网的无功分层自适应控制方法，其特征在 于所述无功控制指令分解为两个层次,按投无功、切无功两种情况分解。
6、 根据权利要求5所述的用于配电网的无功分层自适应控制方法，其特征在 于所述配电网自动化终端分组绑定策略模块(33)包括下列运行步骤1) 通过配电网分组策略系统电容器的分组绑定，虛拟挂靠于主电网10kV 母线，统一接受主电网自动电压控制系统(1)的指令；2) 以优先于主电网电容器组的策略投入，以滞后于主电网电容器组的策略 切除；3) 通过配电网与上级电网的无功补偿电容器的投切，进行一体化控制；4) 将配电网就地的无功补偿，等效折算成变电站内10kV母线上的集中补偿；5) 以就地补偿为主，集中补偿为辅，使无功补偿向低压用户侧的转移。
7、 根据权利要求6所述的用于配电网的无功分层自适应控制方法，其特征在 于所述配电网无功补偿和三遥接口 (37)将分解后的无功补偿命令，配合遥信、 遥控命令，发送到配电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜(38); 同时还负责接收配电网低压配变自动化监控终端上送的无功补偿结果及当前配 电网低压配变自动化监控终端的实时状态，并将这些结果通知配电网管理系统(2)。
全文摘要
本发明涉及一种用于配电网的无功分层自适应控制方法，该方法通过建立配电网无功分层自适应子系统，将其和配电网管理系统与主电网自动电压控制系统联系起来，控制配电网低压配变自动化监控终端及无功补偿一体化柜，构成具有配电网无功分层自适应功能的配电网自动化管理系统。该系统是一个具有一定适应能力的系统，它能够认识环境条件变化并自动校正控制动作，使系统达到最优或接近最优的控制效果，实现全电网无功的一体化调配，具有明显的节能降耗效果。
文档编号H02J3/18GK101340095SQ20081002429
公开日2009年1月7日 申请日期2008年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者刘泽生, 强 徐, 李岳民, 王庆武, 虞江华 申请人:安徽中兴继远信息技术有限公司