本发明涉及一种分列运行变电站avc系统及其无功实时调节量计算方法，属于电力系统技术领域。
背景技术
电力系统在正常运行时，应通过预防控制来控制潮流和电压水平，保持电网功角稳定运行并具有必要的稳定储备。按分层分区原则，通过预防控制合理调整系统无功功率，维持系统电压于稳定运行范围，保持适当的无功功率储备，保证系统在常规扰动或负荷波动情况下的电压稳定，减少动态稳定控制发生的概率。因此，变电站要求装设无功补偿装置和无功电压自动控制系统(avc)，就地进行无功与电压的调节，来维持母线电压于规定范围并具有必要的电压稳定裕度，以保证变电站向电力用户供电的电能质量。
对于35kv～110kv变电所，当存在一、二级负荷时，应装设两台主变压器；当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。当变电站装有两台及以上主变压器时，6kv～10kv电气接线宜采用单母线分段。
为了提高变电站运行的经济性，同一变电站的多台主变压器采用并列方式运行，以减少变压器的等效阻抗，降低变电站的有功功率损耗。但是，当需要限制变电站6kv～10kv线路的短路电流时，必须增加变压器的阻抗，此时变压器必须以分列方式运行，甚至给变压器低压侧回路串联一组限流电抗器。
国内大多数双主变压器的终端变电站为了节约投资，能够使用价廉轻型的少油断路器，并且选用的电缆截面不致过大，所以必须采取措施限制低压侧母线的短路电流不超过规定的值。而最主要的限流措施之一是变压器采用分列运行方式。变压器分列运行较之于并列运行方式，虽然使电网的有功损耗稍微增大；但是当低压侧母线发生短路时，短路电流只通过一台变压器，其值比两台变压器并列运行时大为减少，并且它能使无故障的另一段母线维持较高的剩余电压。因此存在多台主变压器的终端变电站，一般会采用分列运行的方式。
传统的变电站avc产品中存在四类静态的电压无功调节的响应参数，即：增减单位无功功率引起的母线电压增量和交换无功功率减量，变压器分接头调节一档引起的母线电压增量和交换无功功率减量。avc产品通过配置静态电压无功调节响应参数，来计算电压或功率因数异常时该调节的无功功率控制值。因为根据静态参数计算的调节量不能适应所有实际状态，导致传统avc产品存在调节次数多、调节过程长以及容易出现振荡调节现象等缺陷，其调节速度和控制精度难以满足电力用户日益增涨的电能质量需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种分列运行变电站avc系统及其无功实时调节量计算方法，用以解决现有技术在分列运行变电站无功调节过程中存在的调节次数多、调节过程长以及容易出现振荡调节现象的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种分列运行变电站avc系统的高压侧无功补偿动态响应参数的计算方法，包括以下高压侧无功补偿方法方案：
高压侧无功补偿方法方案一，
采集变电站有载调压变压器i当前分接开关的档位ni、变压器i高压侧三相母线线电压的平均值u1、变压器i低压侧三相母线线电压的平均值u2,i、由电网输入变电站高压侧的总有功功率p1、由电网输入变电站高压侧的总无功功率q1、变压器i低压侧母线输出给用电负荷的总有功功率p2,i、变压器i低压侧母线输出给用电负荷的总无功功率q2,i；
计算高压侧无功补偿动态响应参数，所述高压侧无功补偿动态响应参数包括：高压侧母线补偿单位无功功率引起变压器i低压侧电压的增量为
其中，
其中，xl为大电网电源端至变电站高压侧母线之间等效电路的电抗、rt,i为变压器i归算到低压侧的支路电阻、xt,i为变压器i归算到低压侧的支路电抗、bt,i为变压器i归算到低压侧的对地电纳、u1e,i为变压器i高压侧额定电压、u2e,i为变压器i低压侧额定电压、δu,i％为变压器i的级电压；所述级电压为变压器i分接开关每档调节范围的百分值。
高压侧无功补偿方法方案二，在高压侧无功补偿方法方案一的基础上，所述高压侧无功补偿动态响应参数还包括：高压侧母线补偿单位无功功率引起高压侧母线电压的增量为
高压侧无功补偿方法方案三，在高压侧无功补偿方法方案一的基础上，所述高压侧无功补偿动态响应参数还包括：高压侧母线补偿单位无功功率引起交换无功功率的增量为
本发明的一种分列运行变电站avc系统的变压器低压侧无功补偿动态响应参数的计算方法，包括以下变压器低压侧无功补偿方法方案：
变压器低压侧无功补偿方法方案一，
采集变电站有载调压变压器i当前分接开关的档位ni、变压器i高压侧三相母线线电压的平均值u1、变压器i低压侧三相母线线电压的平均值u2,i、由电网输入变电站高压侧的总有功功率p1、由电网输入变电站高压侧的总无功功率q1、变压器i低压侧母线输出给用电负荷的总有功功率p2,i、变压器i低压侧母线输出给用电负荷的总无功功率q2,i；
计算变压器i低压侧无功补偿动态响应参数，所述变压器i低压侧无功补偿动态响应参数包括：变压器i低压侧补偿单位无功功率引起变压器i低压侧电压的增量为
其中，kqqi,i＝kqu,c1kuq,t,i+kqq,i、
其中，xl为大电网电源端至变电站高压侧母线之间等效电路的电抗、rt,i为变压器i归算到低压侧的支路电阻、xt,i为变压器i归算到低压侧的支路电抗、bt,i为变压器i归算到低压侧的对地电纳、u1e,i为变压器i高压侧额定电压、u2e,i为变压器i低压侧额定电压、δu,i％为变压器i的级电压；所述级电压为变压器i分接开关每档调节范围的百分值。
变压器低压侧无功补偿方法方案二，在变压器低压侧无功补偿方法方案一的基础上，
还采集变电站有载调压变压器j当前分接开关的档位nj、变压器j低压侧三相母线线电压的平均值u2,j、变压器j低压侧母线输出给用电负荷的总有功功率p2,j、变压器j低压侧母线输出给用电负荷的总无功功率q2,j；
所述变压器i低压侧无功补偿动态响应参数还包括：变压器i低压侧补偿单位无功功率引起变压器j低压侧电压的增量为
其中，kuu,j＝kuu,t,j+kuq,t,jkqu,f,j、
其中，rt,j为变压器j归算到低压侧的支路电阻、xt,j为变压器j归算到低压侧的支路电抗、bt,j为变压器j归算到低压侧的对地电纳、u1e,j为变压器j高压侧额定电压、u2e,j为变压器j低压侧额定电压、δu,j％为变压器j的级电压；所述级电压为变压器j分接开关每档调节范围的百分值。
变压器低压侧无功补偿方法方案三，在变压器低压侧无功补偿方法方案一的基础上，所述变压器i低压侧无功补偿动态响应参数还包括：变压器i低压侧补偿单位无功功率引起高压侧母线电压的增量为
变压器低压侧无功补偿方法方案四，在变压器低压侧无功补偿方法方案一的基础上，所述变压器i低压侧无功补偿动态响应参数还包括：变压器i低压侧补偿单位无功功率引起交换无功功率的增量为
本发明的一种分列运行变电站avc系统的变压器分接开关调节动态响应参数的计算方法，包括以下变压器分接开关调节的方法方案：
变压器分接开关调节的方法方案一，
采集变电站有载调压变压器i当前分接开关的档位ni、变压器i高压侧三相母线线电压的平均值u1、变压器i低压侧三相母线线电压的平均值u2,i、由电网输入变电站高压侧的总有功功率p1、由电网输入变电站高压侧的总无功功率q1、变压器i低压侧母线输出给用电负荷的总有功功率p2,i、变压器i低压侧母线输出给用电负荷的总无功功率q2,i；
计算变压器i分接开关调节动态响应参数，所述变压器i分接开关调节动态响应参数包括：变压器i分接开关升高一档引起变压器i低压侧母线电压增量为
其中，kqui,i＝kqu,c1-kqu,i、
其中，xl为大电网电源端至变电站高压侧母线之间等效电路的电抗、rt,i为变压器i归算到低压侧的支路电阻、xt,i为变压器i归算到低压侧的支路电抗、bt,i为变压器i归算到低压侧的对地电纳、u1e,i为变压器i高压侧额定电压、u2e,i为变压器i低压侧额定电压、δu,i％为变压器i的级电压；所述级电压为变压器i分接开关每档调节范围的百分值。
变压器分接开关调节的方法方案二，在变压器分接开关调节的方法方案一的基础上，
还采集变电站有载调压变压器j当前分接开关的档位nj、变压器j低压侧三相母线线电压的平均值u2,j、变压器j低压侧母线输出给用电负荷的总有功功率p2,j、变压器j低压侧母线输出给用电负荷的总无功功率q2,j；
所述变压器i分接开关调节动态响应参数还包括：变压器i分接开关升高一档引起变压器j低压侧母线电压增量为
其中，
其中，rt,j为变压器j归算到低压侧的支路电阻、xt,j为变压器j归算到低压侧的支路电抗、bt,j为变压器j归算到低压侧的对地电纳、u1e,j为变压器j高压侧额定电压、u2e,j为变压器j低压侧额定电压、δu,j％为变压器j的级电压；所述级电压为变压器j分接开关每档调节范围的百分值。
变压器分接开关调节的方法方案三，在变压器分接开关调节的方法方案一的基础上，所述变压器分接开关调节动态响应参数还包括：变压器分接开关升高一档引起高压侧母线电压的增量为
变压器分接开关调节的方法方案四，在变压器分接开关调节的方法方案一的基础上，所述变压器分接开关调节动态响应参数还包括：变压器分接开关升高一档引起交换无功功率的增量为
本发明的一种变电站avc系统，包括采集模块和处理器，所述采集模块用于采集变电站中各分列运行的有载调压变压器的当前分接开关的档位n、变压器高压侧三相母线线电压的平均值u1、变压器低压侧三相母线线电压的平均值u2、由电网输入变电站高压侧的总有功功率p1、由电网输入变电站高压侧的总无功功率q1、变压器低压侧母线输出给用电负荷的总有功功率p2、低压侧母线输出给用电负荷的总无功功率q2；所述处理器用于执行高压侧无功补偿方法方案一、高压侧无功补偿方法方案二、高压侧无功补偿方法方案三；变压器低压侧无功补偿方法方案一、变压器低压侧无功补偿方法方案二、变压器低压侧无功补偿方法方案三、变压器低压侧无功补偿方法方案四；变压器分接开关调节的方法方案一、变压器分接开关调节的方法方案二、变压器分接开关调节的方法方案三、变压器分接开关调节的方法方案四中任一项的计算方法。
本发明的有益效果为：
本方案通过设置一系列特征值，将变压器分列运行的变电站的母线电压和无功功率以及其它参数之间错综复杂相互影响的关系简化为数个仅包含特征值的单位无功调节导致母线电压、交换无功变化的模型，利用该模型可高效快捷的得出无功调节对各母线电压及交换无功的影响；将该模型引入avc系统功率因数的调节策略中时，能够辅助avc系统合理的执行调节动作，从而产生了一种新的变电站avc系统。新avc系统能够大大减短控制策略执行的轮次和时间，提高系统的工作效率和自动化程度，同时提高系统调节的准确性，提高电能质量。
附图说明
图1为分列运行变电站的一次电气接线图；
图2为分列运行变电站的电压无功动态响应电路图；
图3为分列运行变电站avc系统的控制流程图。
具体实施方式
本发明提供了分列运行变电站电压无功动态响应参数的计算方法，它们可以用于变电站avc产品，适用于各种分列运行变电站。
申请号为2017105815252的一种变电站avc系统及其无功实时调节量计算方法的专利申请文件公开了一种可以用于单台变压器或多台变压器并列运行的变电站无功调节的无功调节响应参数的计算方法。本发明在上述方案的基础上进一步提出了一种可以用于变压器分列运行变电站的无功调节响应参数的计算方法，具体公式的推导过程可参考申请号为2017105815252的一种变电站avc系统及其无功实时调节量计算方法的专利申请文件。
对于分列运行变电站，流过输电线路、变压器、母线、并联电容器组和电力负荷的功率可以用等效电路图来表示，如图1所示。
rl、xl、bc分别为等效输电线路的电阻(ω)、电抗(ω)、对地电纳(s)。
rt,、xt、gt、bt分别为单独一台变压器归算到低压侧的支路电阻和电抗(ω)、对地电导和电纳(s)。其中，
kt,i为第i台变压器的变比，
1)进线线路的电压无功响应特性
对于终端变电站，可设参数
设线路输出的交换无功功率减量为dq1，线路末端的电压增量为du1，则进线线路的无功电压响应方程式为：
dq1＝kqu,ldu1(2)
2)分列运行变压器的电压无功响应特性
对于单台变压器或两台并列运行变压器的终端变电站，设变压器高、低压侧母线电压的增量分别为du1、du2，变压器高压侧输入无功、低压侧输出无功的增量分别为δq1、δq2；变压器分接头的调节方向为
则有变压器的无功电压响应方程式为：
对于m(2≤m≤4)台变压器分列运行的变电站，每一台变压器为一个单独的间隔。类似于单台变压器的变电站，对于每一变压器i，可设定以下参数(其中i＝1,2,…,m)
并设输入高压侧无功功率的增量为δq1,i、低压侧输出无功功率的增量为δq2,i，则分列运行变压器的无功电压响应方程式为
3)电力负荷的电压无功响应特性
类似于单台变压器的变电站，对于分列运行变电站的每一组负荷i，可设参数(其中i＝1,2,…,m)
则分列运行变电站负荷的无功电压响应方程式为：
dq2,i＝kqu,f,idu2,i(8)
4)分列运行变电站的电压无功响应特性
组合式(2)、式(6)、式(8)，可得分列运行变电站的电压无功响应方程组
将变电站的电压、无功功率和变比微增量表示在电路图上，如图2所示(图中的母线电压、无功功率和变压器变比均只显示其变化量)。
本发明基于分列运行变电站的进线等效线路、变压器、变压器母线、无功补偿设备和负荷的电气接线关系，以及各设备的电压无功功率响应特性理论，生成分列运行变电站的电压无功功率微增量方程组。
本方案设置一系列特征值，简化各参数之间错综复杂的关系，并利用特征值表达出：当各分列运行的变压器高压侧母线或低压侧母线投入无功补偿装置后，或者升高(或降低)一档变压器分接开关位置后，对该变压器本身及其他变压器高、低压侧母线的电压，以及交换无功功率变化量的计算模型。
以上计算模型可以作为avc系统进行调节的参考，引入所述模型的avc系统不需要配置电压无功功率调节响应参数。具体为，当某分列运行变压器低压侧母线电压异常，或高压侧母线电压异常，或高压侧输入无功功率异常时，利用所述模型和相应计算方法实时计算分列运行变电站对应变压器低压侧母线需要补偿的无功功率，或高压侧母线需要补偿的无功功率，或分接开关需要调节的档位，并根据该分列运行变电站当前实际的运行状况和可调节量的大小以及相应调节对其他变压器的影响，选择一种最佳的调解方案去执行。执行流程如图3所示。
传统的avc应用软件采取按照偏大的电压无功功率响应参数值进行配置的方案，使得每次调节的无功功率值偏小，不会出现过调节；而通过多次小量的调节使得变电站的电压质量最终满足用户要求。它的缺陷是：第一、调节次数多，调节过程长，不能满足快速达到合格电压质量的要求，有时需要安装一些特殊的保护设备(如低电压自动减负荷装置)或自动无功调节设备(如svc、statcom、svg)来配合以满足快速性调节要求；第二、在某些特定的运行状况下可能出现振荡调节，使电压质量在合格值的两旁来回波动，此时需要人工干预或采取一些特殊措施来终止振荡调节。
本发明将变电站电压无功动态响应参数的计算公式作为内部算法直接应用于avc软件产品，这些计算式能够协助avc软件系统快速而准确地制定控制策略。当变电站的电压或功率因数偏离合格范围时，新avc产品将实时计算变电站当前运行状态下的电压无功功率响应参数值，从而求出需要的调节量，并选取一个最佳的控制方案去执行。在不考虑每次动作的最大允许调节量要求下，新avc软件可以通过1～2次调节动作，使变电站的电压及功率因数达到合格范围，满足快速性要求，并能很好地避免振荡调节现象。从而使变电站的电压和无功功率随时维持在合格范围内，提升了变电站输出的电能质量。