一种发电厂AVC控制子站仿真方法与流程

本发明属于电力系统调度自动控制与仿真技术领域,特别涉及一种发电厂AVC控制子站仿真方法。

背景技术：

发电厂自动电压控制系统(AVC)为发电厂侧电压无功自动调控装置，时间常数为秒－分钟级，控制的主要目的是保证母线电压或全厂总无功等于设定值，如果控制目标产生偏差，发电厂AVC则按照预定的控制规律改变发电机组励磁调节器的设定值。

网省调自动电压控制系统通常采用分级控制模式:布置在电网调度中心的AVC主站经过优化计算给出发电厂高压侧受控母线的电压优化设定值；发电厂AVC控制子站根据该电压设定值对相关发电机励磁系统进行控制，确保该发电厂高压侧母线的实际值与设定值偏差小于电压允许偏差(通常为1-2千伏)。随着网省调AVC系统不断应用并投入实时控制，需要对AVC控制系统进行仿真和分析，并模拟发电厂AVC控制子站的实时控制过程以实现全过程的模拟仿真。发电厂AVC控制子站仿真是AVC控制仿真中迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为填补现有技术的空白之处，提出一种发电厂AVC控制子站仿真方法。本发明方法仿真效果逼真，有利于提高主站AVC与发电厂子站AVC实际协同控制效果。

本发明提出的一种发电厂AVC控制子站仿真方法，该方法以五分钟为一个调节周期，首先利用网络拓扑分析获得影响受控母线的发电机组列表，并计算每个发电机组无功变化对受控母线的电压影响系数；然后按照每个发电机组的可控无功裕度，以受控母线的仿真当前值与电压设定值之间的电压偏差计算获得每个发电机组的无功调节量；当电压偏差的绝对值小于电压允许偏差时，不进行无功调节；当电压偏差绝对值大于电压允许偏差时，则依次对每个发电机组的无功逐步调节，使受控母线电压偏差的绝对值小于电压允许偏差。该方法具体包括以下步骤：

1)发电厂AVC控制仿真子站以五分钟为周期接收AVC仿真主站生成的发电厂高压侧受控母线的电压优化设定值V_set,并将该电压优化设定值作为发电厂AVC仿真控制子站在未来五分钟的控制目标；

2)从步骤1)中的受控母线出发，根据AVC仿真电网的网络拓扑分析，采用深度优先搜索方法，根据开关和刀闸的开合状态，对连接到该母线上的所有发电机组进行状态判断；并将状态为连接到该母线上的每个发电机组加入到控制机组列表中，计算并获得每个加入到控制机组列表中的发电机组无功变化对受控母线的灵敏度S_i-un；

3)定义加入到控制机组列表中的每个发电机组无功变化对受控母线电压影响系数为T_i-un,该影响系数初始值设定为S_i-un，即影响系数初始值为步骤2)计算得到的每个发电机组无功变化对受控母线的灵敏度；

4)从AVC仿真主站分别获得控制机组列表中每个发电机组的无功出力上限Q_i-upp、无功出力下限Q_i-low、无功出力当前值Q_i-cur和发电机组无功调节速率Q_i-rate；计算每个发电机组的上调可控无功裕度，如式(1)所示：

Q_i-ul＝Q_i-upp-Q_i-cur (1)

下调可控无功裕度如式(2)所示：

Q_i-ll＝Q_i-cur-Q_i-low (2)

5)计算受控母线的仿真当前值V_cur与步骤1)得到的电压优化设定值V_set之间的电压偏差V_offset，如式(3)所示：

V_offset＝V_cur-V_set (3)

如果受控母线电压偏差V_offset的绝对值小于电压允许偏差V_range时，则不进行无功调节，进入步骤11)；如果受控母线电压偏差V_offset的绝对值大于电压允许偏差V_range时，则进行无功调节，进入步骤6)；V_range为电压允许偏差，代表AVC控制子站的电压控制精度；

6)当电压偏差V_offset＞0时，下调控制机组列表中每个发电机组的无功出力，并计算每个发电机组的无功调节量，如式(4)所示：

$Q_{i-adj}=\frac{\left|V_{offset}\right|*Q_{i-ll}}{\underset{i\∈NG}{\Σ}(Q_{i-ll}*T_{i-un})}---\left(4\right)$

式中,NG表示控制机组列表中的所有发电机组；

当电压偏差V_offset＜0时，上调控制机组列表中每个发电机组的无功出力，计算每个发电机组的无功调节量，如式(5)所示：

$Q_{i-adj}=\frac{\left|V_{offset}\right|*Q_{i-ul}}{\underset{i\∈NG}{\Σ}(Q_{i-ul}*T_{i-un})}---\left(5\right)$

7)设定在五分钟的调节周期内，每个发电机组无功调节次数上限为5次；计算每个发电机组无功调节次数C_i-adj，如式(6)所示：

C_i-adj＝Q_i-adj/Q_i-rate (6)

式(6)中,C_i-adj表示每个发电机组按照无功调节速率Q_i-rate完成无功调节量Q_i-adj需要调节的次数；如果C_i-adj＞5，则设置C_i-adj＝5；

8)以一分钟为时间间隔，每分钟内以每个发电机组的无功调节速率Q_i-rate依次调节相应发电机组的无功出力；当某个发电机组调节次数＝C_i-adj时，则该发电机组无功调节完成；

9)计算每个发电机组的无功调节效果；

每分钟时间间隔内，当控制机组列表中的某个发电机组的进行无功调节后，从AVC仿真主站中获取该发电机组使得受控母线电压变化量ΔV_i-un，并更新该发电机组无功变化对受控母线电压影响系数T_i-un，如式(7)所示：

T_i-un＝ΔV_i-un/Q_i-rate (7)

10)当一分钟内控制机组列表中的所有发电机组无功调节完成后，重新计算受控母线电压偏差，如式(8)所示：

V_offset＝V_cur-V_set(8)

如果受控母线电压偏差的绝对值小于电压允许偏差V_range，则本周期调节完成，进入步骤11)；如果受控母线电压偏差V_offset的绝对值大于电压允许偏差V_range，则进行下一分钟的发电机组无功调节；

11)在下一个五分钟周期到来时，重新返回步骤1)。

本发明提出的一种发电厂AVC控制子站仿真方法，其优点如下：

1、本发明提出的发电厂AVC控制子站仿真中，能够直接利用AVC仿真电网的网络拓扑结构和仿真数据，减少了维护工作量。

2、本发明方法实现了发电厂AVC子站闭环无功电压控制的仿真，能够模拟不同发电机组由于励磁调节效果不同跟主站AVC配合的相互影响，仿真效果逼真，有利于主站AVC与发电厂子站AVC实际协同控制效果的提升。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的一种发电厂AVC控制子站仿真方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出的一种发电厂AVC控制子站仿真方法，其流程框图如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

1)发电厂AVC控制仿真子站以五分钟为周期接收AVC仿真主站生成的发电厂高压侧受控母线的电压优化设定值V_set,并将该电压优化设定值作为发电厂AVC仿真控制子站在未来五分钟的控制目标；

2)从步骤1)中的受控母线出发，根据AVC仿真电网的网络拓扑分析，采用深度优先搜索方法，根据开关和刀闸的开合状态，对连接到该母线上的所有发电机组进行状态判断；并将状态为连接到该母线上的每个发电机组加入到控制机组列表中，计算并获得每个加入到控制机组列表中的发电机组无功变化对受控母线的灵敏度S_i-un；机组无功变化对受控母线的灵敏度可从常规的电网静态安全分析软件中获取；

3)定义加入到控制机组列表中的每个发电机组无功变化对受控母线电压影响系数为T_i-un,该影响系数初始值设定为S_i-un，即影响系数初始值为步骤2)计算得到的每个发电机组无功变化对受控母线的灵敏度；

4)从AVC仿真主站分别获得控制机组列表中每个发电机组的无功出力上限Q_i-upp、无功出力下限Q_i-low、无功出力当前值Q_i-cur和发电机组无功调节速率Q_i-rate；计算每个发电机组的上调可控无功裕度，如式(1)所示：

Q_i-ul＝Q_i-upp-Q_i-cur (1)

下调可控无功裕度如式(2)所示：

Q_i-ll＝Q_i-cur-Q_i-low (2)

5)计算受控母线的仿真当前值V_cur(从AVC仿真主站获得)与步骤1)得到的电压优化设定值V_set之间的电压偏差V_offset，如式(3)所示：

V_offset＝V_cur-V_set (3)

如果受控母线电压偏差V_offset的绝对值小于电压允许偏差V_range时，则不进行无功调节，进入步骤11)；如果受控母线电压偏差V_offset的绝对值大于电压允许偏差V_range时，则进行无功调节，进入步骤6)；V_range为电压允许偏差，代表AVC控制子站的电压控制精度，可按照AVC控制子站实际控制情况设置，默认可设置为0.5kV；

6)当电压偏差V_offset＞0时，下调控制机组列表中每个发电机组的无功出力，并计算每个发电机组的无功调节量，如式(4)所示：

$Q_{i-adj}=\frac{\left|V_{offset}\right|*Q_{i-ll}}{\underset{i\∈NG}{\Σ}(Q_{i-ll}*T_{i-un})}---\left(4\right)$

式中,NG表示控制机组列表中的所有发电机组；

当电压偏差V_offset＜0时，上调控制机组列表中每个发电机组的无功出力，计算每个发电机组的无功调节量，如式(5)所示：

$Q_{i-adj}=\frac{\left|V_{offset}\right|*Q_{i-ul}}{\underset{i\∈NG}{\Σ}(Q_{i-ul}*T_{i-un})}---\left(5\right)$

7)设定在五分钟的调节周期内，每个发电机组无功调节次数上限为5次；计算每个发电机组无功调节次数C_i-adj，如式(6)所示：

C_i-adj＝Q_i-adj/Q_i-rate (6)

式(6)中,C_i-adj表示每个发电机组按照无功调节速率Q_i-rate完成无功调节量Q_i-adj需要调节的次数；如果C_i-adj＞5，则设置C_i-adj＝5；发电机组无功调节速率Q_i-rate由AVC仿真主站设置，以模拟不同发电机组的调节性能对整个AVC控制性能的影响；

8)以一分钟为时间间隔，每分钟内以每个发电机组的无功调节速率Q_i-rate依次调节相应发电机组的无功出力；当某个发电机组调节次数＝C_i-adj时，则该发电机组无功调节完成；

9)计算每个发电机组的无功调节效果；

每分钟时间间隔内，当控制机组列表中的某个发电机组的进行无功调节后，从AVC仿真主站中获取该发电机组使得受控母线电压变化量ΔV_i-un，并更新该发电机组无功变化对受控母线电压影响系数T_i-un，如式(7)所示：

T_i-un＝ΔV_i-un/Q_i-rate (7)

更新的影响系数T_i-un能够比初始的灵敏度S_i-un更加准确地描述无功调节对母线电压的作用，将该值作为下一分钟调节的发电机组无功变化对受控母线电压影响系数；

10)当一分钟内控制机组列表中的所有发电机组无功调节完成后，重新计算受控母线电压偏差，如式(8)所示：

V_offset＝V_cur-V_set (8)

如果受控母线电压偏差的绝对值小于电压允许偏差V_range，则本周期调节完成，进入步骤11)；如果受控母线电压偏差V_offset的绝对值大于电压允许偏差V_range，则进行下一分钟的发电机组无功调节；

11)在下一个五分钟周期到来时，重新返回步骤1)，不断跟踪AVC仿真主站的电压目标值设定，使受控母线的电压偏差V_offset的绝对值小于电压允许偏差V_range。