输配一体化电网电压自动控制方法和装置与流程

本发明涉及电力系统电压控制技术领域，特别是涉及一种输配一体化电网电压自动控制方法和装置。

背景技术：

自动电压控制系统，简称avc，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。

目前，世界主流的自动电压控制主要有三种模式：

第一种是以德国rwe电力公司为代表的二级控制，这种控制方法没有分区控制，最优潮流的优化计算结果直接发到各电厂的一级电压控制器进行控制。这种控制方法的缺点是最优潮流模型计算量大、计算时间较长，当系统中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时，如果完全依赖最优潮流，则avc的响应速度不够，控制的动态品质难以保证。

第二种是以法国edf为代表的的三级电压控制模式，这种控制方法中区域的二级电压控制是基于电力系统无功电压的局域性而开发的，而区域间无功电压是有耦合的，因此控制系统的质量在根本上取决于各区域间无功电压控制的耦合程度。但是，随着电力系统的发展和运行工况的实时变化，设计时认为相对解耦的区域并非一成不变，而且以固定的控制参数形式存在的，控制灵敏度更是随运行工况而实时变化，因此这种以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应电力系统的不断发展和实时运行工况的大幅度变化，因此难以持久地保证有良好的控制效果。

第三种是清华大学电机系调度自动化实验室的基于“软分区”的三级电压在该模式下，调度中心的avc应用软件由三级控制模块、二级控制模块组成。三级控制为全局无功优化的最优潮流，给出全网协调的电压优化控制目标；二级控制为分区解耦的控制策略计算，以三级控制给出的各分区中的中枢母线的优化控制目标为输入，考虑分区内电厂等无功调节设备，计算分区内各种无功资源的控制策略，并下发到电厂和变电站；厂站端的子站装置完成一级控制，接收调度主站下发的控制策略并执行。但中国互联电网规模十分庞大，其运行由分层分区的多级调度机构来负责管理，avc系统是在电力系统控制中心基于软件程序实现的，这要求其必须与电力系统本身的调度管理体制保持一致，在工程实践中，由于缺乏分区内上下级变电站之间的协调控制，经常造成无功补偿设备和变压器分接头的频繁动作。

综合上面三种最常用的自动电压控制应用技术，可以看出传统技术由于缺乏分区内上下级变电站之间的有效协调控制，经常造成变电站无功补偿设备和变压器分接头的频繁动作，以及省(市)级电网、地区电网和县级电网之间无功的不合理流动。

技术实现要素：

基于此，有必要针对无功补偿设备和变压器分接头频繁动作和各级电网之间无功的不合理流动问题，提供一种输配一体化电网电压自动控制方法和系统。

一种输配一体化电网电压自动控制方法，当预设的控制周期到来时，对于每一个分区，当其所带的下级区域母线电压整体偏低或偏高时，先调节分区内上级变压器的分接头，同时闭锁分区内全部下级变电站的自动控制；

当分区内上级变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域的变电站也给出相同方向的电压优化控制策略时，先调节下级变电站内的无功设备，删除上级变电站的电压优化控制策略。

在一个实施例中，还包括：对输配一体化城市电网区域通过拓扑搜索，形成220kv-110kv-35kv的输配一体化协调控制分区，以及所述控制分区中的子分区；

其中，子分区包括：110kv母线至35kv母线之间的电网区域所在的子分区。

在一个实施例中，对于控制分区，当其所带的下级区域110kv母线中的母线电压整体偏低或偏高时，优先调节分区内上级变压器的分接头，在调节时闭锁分区内全部下级110kv和35kv变电站的自动控制，若110kv和35kv变电站已经生成了站内控制策略，则将这些控制策略删除。

在一个实施例中，对于子分区，当其所带的下级35kv母线电压整体偏低或偏高时，优先调节分区内上级110kv变压器的分接头，在调节时闭锁分区内全部下级35kv变电站的自动控制，如果这些变电站已经生成了站内控制策略，则将这些控制策略删除。

在一个实施例中，对于控制分区，当其上级220kv变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级110kv变电站给出相同方向的电压优化控制策略时，优先调节下级110kv变电站内的无功设备，删除上级220kv变电站的电压优化控制策略。

在一个实施例中，对于子分区，当其上级110kv变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域的35kv变电站给出相同方向的电压优化控制策略时，优先调节下级35kv变电站内的无功设备，删除上级110kv变电站的电压优化控制策略。

在一个实施例中，当母线电压量测值与上限值之差大于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏高；

当母线电压量测值与下限值之差小于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏低。

在一个实施例中，在母线子集中，出现电压偏高的母线数量占集合总母线数量比例大于给定预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏高；

在母线子集中，出现电压偏低的母线数量占集合总母线数量的比例大于预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏低。

一种输配一体化电网电压自动控制装置，包括：

电压调节装置：用于当预设的控制周期到来时，对于每一个分区，当其所带的下级区域母线电压整体偏低或偏高时，先调节分区内上级变压器的分接头，同时闭锁分区内全部下级变电站的自动控制；

无功调节装置：用于当分区内上级变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域的变电站也给出相同方向的电压优化控制策略时，先调节下级变电站内的无功设备，删除上级变电站的电压优化控制策略。

在一个实施例中，所述输配一体化电网电压自动控制装置还包括：

单条母线电压判断装置：用于当母线电压量测值与上限值之差大于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏高，当母线电压量测值与下限值之差小于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏低；

区域中下级母线电压判断装置：用于在母线子集中，出现电压偏高的母线数量占集合总母线数量比例大于预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏高，出现电压偏低的母线数量占集合总母线数量的比例大于预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏低。

上述输配一体化电网电压自动控制方法，在每个预设周期到来时对每个分区变电站进行电压调节和无功调节，使得电压调节从上级变电站影响下级变电站，使得无功调节从下级变电站影响上级变电站，防止了同一级的变压器分接头大量动作，避免了不合理的策略导致设备大范围动作和无功的不合理流动。

附图说明

图1为一实施例的输配一体化电网电压自动控制流程图；

图2为一实施例的输配一体化电网运行方式图；

图3为一实施例的输配一体化电网电压自动控制装置示意图；

图4为一实施例的电压调节装置示意图；

图5为一实施例的无功调节装置示意图；

图6为一实施例的母线电压判断装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例的输配一体化电网电压自动控制流程图。如图1所示，本发明提供一种输配一体化电网电压自动控制方法，包括：

步骤110：当预设的控制周期到来时，对于每一个分区，当其所带的下级区域母线电压整体偏低或偏高时，先调节分区内上级变压器的分接头，同时闭锁分区内全部下级变电站的自动控制，从而生成生成输配一体化城市电网多电压等级变电站的电压调节上下级协调策略。

其中，控制周期为预先设定，根据不同的应用对象可以设定不同的控制周期，当任意一控制周期到来时，各个分区开始生成电压调节策略和无功调节策略。

具体地，步骤110为电压调节的步骤，在进行分区内电压的调节时，优先调节上级变压器，通过上级变压器来对下级变压器进行调节，以达到电压调节从上级变电站到下级变电站的效果。

其中，分区包括220kv-110kv-35kv的输配一体化协调控制分区，控制分区内还包括110kv-35kv的子分区。

在220kv-110kv-35kv的输配一体化协调控制分区内，上级变压器指220kv变电站对应的变压器，下级变电站指110kv变电站和35kv变电站；在110kv-35kv的子分区内，上级变压器指110kv变电站对应的变压器，下级变电站指35kv变电站。

步骤120：当分区内上级变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域的变电站也给出相同方向的电压优化控制策略时，先调节下级变电站内的无功设备，删除上级变电站的电压优化控制策略，从而生成输配一体化城市电网多电压等级变电站的无功调节上下级协调策略。

具体地，电压优化控制策略是指为了母线电压更接近优化目标，而生成的调节控制策略，无功优化控制策略是指为了无功更合理分布而生成的控制策略。

应当说明的是，步骤标号并不是对步骤执行的先后顺序的限定，上述的步骤的执行顺序不限。上述输配一体化电网电压自动控制方法，在每个预设周期到来时对每个分区变电站进行电压调节和无功调节，使得电压调节从上级变电站影响下级变电站，使得无功调节从下级变电站影响上级变电站，防止了同一级的变压器分接头大量动作，避免了不合理的策略导致设备大范围动作和无功的不合理流动。

图2为一实施例的输配一体化电网运行方式图。如图2所示，在一个实施例中，还包括：对输配一体化城市电网区域通过拓扑搜索，形成220kv-110kv-35kv的输配一体化协调控制分区，以及控制分区中的子分区。

其中，子分区包括：110kv母线至35kv母线之间的电网区域所在的子分区。

拓扑是被用来指附加于一集合上的结构，该结构基本上会将集合描绘成一拓扑空间，使之能处理在变换下的收敛性、连通性与连续性等性质。

具体地，在自动电压控制系统中，对输配一体化城市电网区域通过拓扑搜索形成220kv-110kv-35kv的输配一体化协调控制分区，并将输配一体化协调控制分区用集合表示为：

其中，表示该分区内220kv的主变压器的数量为n；表示该分区内220kv主变压器高压侧绕组所连接的220kv母线；表示220kv主变压器中压侧绕组所连接的110kv母线；表示220kv主变压器低压侧绕组所连接的35kv母线；表示所连接的下级110kv变电站的高压侧母线数量为j；表示所连接的下级35kv变电站的高压侧母线，表示每个110kv变电站高压侧母线所带的110-35kv子区域。

高压侧母线所带的110-35kv子区域用集合表示为：

其中表示110kv主变压器，表示110kv主变压器高压侧绕组所连接的110kv母线，表示110kv主变压器中压侧绕组所连接的35kv母线，表示连接的下级35kv变电站的高压侧母线。

一般情况下，220kv及以下电网均采用辐射状运行，图2为从220kv变电站高压侧母线出发的典型的辐射分区。图中一个辐射运行区域的根节点是省调电网的220kv变压器高压侧绕组所连接的220kv母线，其通过中压侧绕组110kv和低压侧绕组35kv连接下级地调电网：中压侧绕组连接的110kv母线引出若干110kv线路，连接到下级110kv变电站；低压侧绕组连接的35kv母线上接有电容器和电抗器，在有些情况下，35kv母线也可以引出若干35kv线路，连接到下级县调电网的35kv变电站，这些35kv变电站的内的低压10kv母线接有无功设备。220kv变压器均配置有载调压分接头。

在220kv主变中压侧110kv母线通过110kv线路所连接的下级110kv变电站中，一般情况下变电站配置三绕组变压器，各绕组电压等级为110kv/35kv/10kv，变压器低压侧绕组连接的10kv母线接有电容器、电抗器等无功设备，变压器中压侧绕组连接的35kv母线引出若干35kv线路，连接到下级35kv变电站，在这些35kv变电站内的低压10kv母线连接有电容器、电抗器等无功设备，110kv变电站和县级35kv变电站内的变压器均配置有载调压分接头。

由此形成了从220kv母线出发，跨220kv-110kv-35kv三个电压等级的整体辐射状运行区域。

在一个实施例中，对于控制分区当其所带的下级区域110kv母线即中的子集中的母线电压整体偏低或偏高时，调节分区内上级变压器的分接头，在调节时闭锁分区内全部下级110kv和35kv变电站，即中母线所在变电站以及中子区域所包含的母线所在的变电站的自动控制，检测分区内全部下级110kv和35kv变电站内是否生成了站内控制策略，若上述变电站已经生成了站内控制策略，删除站内控制策略。

具体地，站内控制策略是指每个控制周期t，均会计算分区内各电压等级的每个变电站控制策略，如果站内有电压或者无功调节需求，则会生成一条具体的控制策略。而步骤110中的“生成输配一体化城市电网多电压等级变电站的电压调节上下级协调策略”和步骤120中的“生成输配一体化城市电网多电压等级变电站的无功调节上下级协调策略”是在站内策略基础上进一步计算出来的协调策略，目的是对各电压等级的变电站站内策略进行协调，从而避免不合理的策略导致设备大范围频繁动作和无功的不合理流动。

在一个实施例中，对于子分区当其所带的下级区域35kv母线即中的子集中的母线电压整体偏低或偏高时，调节分区内上级变压器的分接头；在调节时闭锁分区内全部下级35kv变电站，即中母线所在变电站的自动控制；检测分区内全部下级35kv变电站内是否生成了站内控制策略，若上述变电站已经生成了站内控制策略，删除站内控制策略。

上述两个控制分区和子分区的实施例，在进行电压调节时，优先调节上级变电站，调节完上级变电站后检测下级变电站是否生成站内控制策略，将已经生成的站内控制策略删除，实现了上级变电站影响下级变电站的电压调节，防止同一级的变压器分接头大量工作。

在一个实施例中，对于控制分区检测上级220kv变电站和下级110kv变电站的无功优化控制策略，当其上级220kv变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级110kv变电站给出相同方向的电压优化控制策略时，优先调节下级110kv变电站内的无功设备，删除上级220kv变电站的电压优化控制策略。

在一个实施例中，对于子分区检测上级110kv变电站和下级35kv变电站的无功优化控制策略，当其上级110kv变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域的35kv变电站给出相同方向的电压优化控制策略时，优先调节下级35kv变电站内的无功设备，删除上级110kv变电站的电压优化控制策略。

上述两个控制分区和子分区的实施例，在进行无功调节时，若上级变电站和下级变电站给出了相同方向的无功优化控制策略，则优先调节下级变电站的无功设备，删除上级变电站的无功优化控制策略，实现了下级变电站影响上级变电站的无功调节，实现无功的分层就地平衡。

在跨220kv-110kv-35kv三个电压等级的整体辐射状运行区域中，每个电压等级的变电站均具有无功电压调节设备，包括变压器有载调压分接头和低压侧电容器、电抗器。在无功电压控制中，上级变电站的电压调节对下级变电站母线电压具有显著的影响，而下级变电站的无功调节对上级变电站的无功具有显著的影响，在进行输配一体化电网自动电压控制中，需要将这样的区域作为电压控制的对象进行整体考虑，考虑区域内上下级变电站的协调控制。

在一个实施例中，当母线电压量测值与上限值之差大于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏高，当母线电压量测值与下限值之差小于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏低。

具体地，测量母线电压值，计算母线电压值与母线电压上限值之差，母线电压上限值为固定值，有母线的自身属性决定，若母线电压上限值与母线电压值之差大于预设的最大门槛值则认为单条母线电压整体偏高，若母线电压值与母线电压下限值之差小于预设的最小门槛值则认为单条母线电压整体偏低。

在一个实施例中，在母线子集中，出现电压偏高的母线数量占集合总母线数量比例大于给定预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏高；在母线子集中，出现电压偏低的母线数量占集合总母线数量的比例大于预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏低。

具体地，统计在母线子集中出现存在电压偏差值的母线的数量，计算出现电压偏差值的母线的数量占集合母线总数量的比例，若出现电压偏差值的母线的数量与集合母线总数量的比值大于预设的比例门槛值则认为区域中下级母线电压偏高；若出现电压偏差值的母线的数量与集合母线总数量的比值小于预设的比例门槛值则认为区域中下级母线电压偏低。

图3为一实施例的输配一体化电网电压自动控制装置示意图。如图3所示，本发明还提供一种输配一体化电网电压自动控制装置，包括：

电压调节装置10：用于当预设的控制周期到来时，对于每一个分区，当其所带的下级区域母线电压整体偏低或偏高时，先调节分区内上级变压器的分接头，同时闭锁分区内全部下级变电站的自动控制。

无功调节装置20：用于当分区内上级变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域的变电站也给出相同方向的电压优化控制策略时，先调节下级变电站内的无功设备，删除上级变电站的电压优化控制策略。

上述输配一体化电网电压自动控制装置，在每个预设周期到来时对每个分区变电站进行电压调节和无功调节，使得电压调节从上级变电站影响下级变电站，使得无功调节从下级变电站影响上级变电站，防止了同一级的变压器分接头大量动作，避免了不合理的策略导致设备大范围动作和无功的不合理流动。

图4为一实施例的电压调节装置示意图。如图4所示，在一个实施例中，所示电压调节装置10包括：

控制分区电压调节装置102：当控制分区所带的下级区域110kv母线中的母线电压整体偏低或偏高时，优先调节分区内上级变压器的分接头，在调节时闭锁分区内全部下级110kv和35kv变电站的自动控制，若110kv和35kv变电站已经生成了站内控制策略，则将这些控制策略删除。

子分区电压调节装置104：当子分区所带的下级35kv母线电压整体偏低或偏高时，优先调节分区内上级110kv变压器的分接头，在调节时闭锁分区内全部下级35kv变电站的自动控制，如果这些变电站已经生成了站内控制策略，则将这些控制策略删除。

图5为一实施例的无功调节装置示意图。如图5所示，在一个实施例中，所示无功调节装置20包括：

控制分区无功调节装置202：当控制区分上级220kv变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级110kv变电站给出相同方向的电压优化控制策略时，优先调节下级110kv变电站内的无功设备，删除上级220kv变电站的电压优化控制策略。

子分区无功调节装置204：当子分区上级110kv变电站给出无功优化控制策略，同时分区内所带的下级区域35kv变电站给出相同方向的电压优化控制策略时，优先调节下级35kv变电站内的无功设备，自动删除上级110kv变电站的电压优化控制策略。

图6为一实施例的母线电压判断装置示意图。如图6所示，在一个实施例中，输配一体化电网电压自动控制装置还包括：

单条母线电压判断装置30：用于当母线电压量测值与上限值之差大于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏高，当母线电压量测值与下限值之差小于给定预设的门槛值，则判定单条母线电压偏低；

区域中下级母线电压判断装置40：用于在母线子集中，出现电压偏高的母线数量占集合总母线数量比例大于预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏高，出现电压偏低的母线数量占集合总母线数量的比例大于预设的门槛值，则判定区域中下级母线电压整体偏低。

一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述计算机程序时实现如上述的输配一体化电网电压自动控制方法的步骤。

一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述的输配一体化电网电压自动控制方法的步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。