一种含多DFACTS设备配电系统电压无功调控方法与流程

本发明涉及电力系统电压无功调节领域，特别涉及含dfacts设备配电系统电压无功调控方法。

背景技术：

近年来，由于分布式电源接入，电力电子设备、非线性负载及不平衡负载的广泛使用，配电网电能质量问题日益严重，对系统产生了严重影响。柔性配电技术(distributionfacts，dfacts)是柔性交流输电技术(flexiblealternatingcurrenttransmissionsystems，facts)向配电网的延伸，也叫用户电力技术(custompowertechnology)。用户电力技术是一种将控制技术、电力电子技术和微处理技术等髙新技术应用到配电和用电系统中，以消除供电短时中断、电压波动和闪变及三相电压不平衡，补偿无功功率，减小谐波畸变，从而提高电能质量和供电可靠性的新型综合技术。常用的电力用户技术装置有静止无功补偿器(svc)、静止无功发生器(svg)、动态电压恢复器(dvr)和有源电力滤波器(apf)等。配电网中静止无功发生器(svg)的电压和容量较小，与其他设备相比具有性价比髙、功能强大、性能优良等优点，能综合补偿配电网中无功功率和不平衡，成为现阶段配电网电能质量控制的研究方向。柔性配电技术的产生对提高电力系统运行稳定性和安全性、提高用电效率、改善电能质量等方面有着至关重要的作用，但目前svg、svc等dfacts设备只关注于自身的控制，相互之间缺乏联系，联合运行时存在交互影响，缺乏一种完善的协调控制技术实现有效控制。

当前含dfacts设备的配电系统，多是借鉴变电站vqc策略进行电压无功控制，将svg、svc等无功设备视作无功出力连续可调的容抗器设备进行控制，通过功率分配使其运行于固定无功出力模式，无功出力为vqc系统下发调节功率，控制效果相较电容器、电抗器投退好些，未真正发挥其自动跟踪目标调节出力能力

技术实现要素：

发明目的：本发明为解决多个dfacts设备同时参与电压无功调节时可能导致的交互影响问题(比如并列运行母线上的多台svg设备同时进行电压控制或功率因素控制等)；充分利用svg等dfacts设备的闭环控制及快速响应特性，获得优秀的调控效果。

为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种含多dfacts设备配电系统电压无功调控方法，包括以下步骤：

(1)、电压无功调节装置/系统实时采集系统中各开关设备、变压器设备、无功固定设备、无功可调设备的状态信息及测量信息根据调控策略进行调节控制；

(2)、当系统配置具有闭环自动跟踪控制能力的无功可调设备时，设备采集考核目标电气量作为闭合控制跟踪目标，目标电气量包括挂接母线电压、挂接母线进线功率及功率因素；

(3)、用xml语言描述系统配置、运行方式及各运行方式下的调控子节点，形成xml配置文件，自适应系统网架及系统配置变化；运行方式调控节点划分：分列运行母线中的每段母线作为独立调控节点，并列运行母线作为一个调控节点；

(4)、程序解析xml配置文件，用程序语言进行描述；

(5)、通过并网点开关位置信息自动适配运行方式，获得系统当前运行方式及该运行方式下的调控子节点信息；

(6)、根据当前运行方式调控子节点进行分别调控；

(7)、获取当前运行方式下每调控节点同一断面监测母线电压、监测进线功率信息，基于历史数据统计及自学习获取高精度无功-电压影响因子，具体实现方法为：通过无功设备投切或调节前后无功及电压变化、近时段内系统明显的无功与电压波动获得无功对电压的影响因子；基于变压器调档前后电压无功变化，获取档位对电压和无功的影响因子；

(8)、按调控目标进行区域划分，分为越上限区域、越下限区域、合格区域。根据采集电气量，确定每调控节点当前所属运行区域，根据所属运行区域进行调控；设备调控优先级参照变电站vqc九宫格模型，以无功可调设备优先；按区域策略，当不再进行变压器调档控制而只进行无功设备调控时，以无功可调设备优先、无功固定设备投切数最少为原则；设备调控优先级以程序定义或xml配置方式进行描述。调控节点调控策略如下：

(8.1)、处于合格区，若无主设备或主设备过载，进行无功设备调控处理；

(8.2)、处于非合格区，按照区域策略确认是否先进行变压器调档，若不需调档或变压器当前不可再调档，进行无功设备调控处理；

(9)、无功设备调控处理分三种情况且优先级从高到低进行处理：

(9.1)第一种情况，无功可调设备可完全补偿：电压或电压优先控制时，从并列母线上所有无功可调设备中选择容量最大设备作为主设备；进线恒功率、恒功率因素、功率因素优先控制时，从主母线上所有无功可调设备中选择容量最大设备作为主设备；然后以主设备无功预计出力靠近其容量中点为原则进行无功分配；最后调控主设备使其处于自动模式运行，调控其它无功可调设备运行于固定无功出力模式；

(9.2)无功可调设备加上无功固定设备才能完全补偿：无功分配仍以主设备无功预计出力尽量靠近其容量中点为原则，通过无功固定设备投退控制，使功率缺额落在无功可调设备补偿范围内，然后按(9.1)进行控制；

(9.3)无功可调设备加上无功固定设备都不能完全补偿：无功可调设备满载运行于固定无功出力模式；

(10)、通过并网点开关主动控制命令、位置变化以及保护动作情况检测运行方式变化，运行方式变化时自动将所涉调控节点下的无功可调设备切换为固定功率输出模式，无功出力设定为当前值或零值；运行方式切换完成后再根据其所处运行区域进行调控，避免出现交互影响问题。

有益效果：通过实时采集配电站内开关设备、变压器设备、容抗器及dfacts设备等的监测信息，基于xml配置文件进行系统描述，自适应运行方式变化，解决多dfacts设备联合运行时存在的交互影响问题。基于档位变化、历史数据统计与自学习获得更精准影响因子(档位-电压影响因子、档位-无功影响因子，无功-电压影响因子)，解决运行方式变化、电网阻抗改变等带来的影响，实现更精细化调控，不仅适用于含dfacts设备系统电压无功控制，也适用于常规变电站vqc调控；无功设备调控策略的实施，特别是选择最宽范围无功可调设备作为主设备，且以其无功出力最靠近其容量中点进行功率预分配，然后自动跟踪目标运行，充分发挥了svg等无功可调设备闭环控制、快速响应能力，获得最宽范围、最长时间稳定运行效果。响应速度毫秒级、调控输出曲线更加平滑、系统运行更加稳定，保证高质量电力供应，满足敏感负荷供电需求，避免出现由于电能质量问题引发的设备损坏、重大经济损失甚至人身安全问题，为分布式能源消纳提供了重要支撑。

附图说明

图1为某典型高电能质量工业园区变主接线图。

图2为第1种系统运行方式示意图。

图3为第2种系统运行方式示意图。

图4为第3种系统运行方式示意图。

图5为第4种系统运行方式示意图。

图6为第5种系统运行方式示意图。

图7为某变电站变主接线图。

图8为基于自学习无功-电压影响因子修正子程序流程图。

图9为本发明无功设备调控子程序流程图。

图10为本发明含dfacts设备电力系统电压无功调控流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述内容、特点更加通俗易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

本发明提供了一种含dfacts设备配电系统电压无功最优调控方法，其整体流程如图10所示，具体步骤如下：

(1)、电压无功调节装置/系统实时采集系统中各开关设备(母线进线开关、桥开关与母联开关，定义为并网点开关；无需采集负载出线开关)、变压器设备(允许有载调压变压器)、无功固定设备(电容器、电抗器)、无功可调设备(svg静止无功发生器、svc静止无功补偿器等无功连续可调的dfacts设备)等的状态信息及测量信息，根据调控策略进行调节控制。

(2)、系统配置具有闭环自动跟踪控制能力(自动调节无功输出维持监测点电压、监测点功率或功率因素恒定)的无功可调设备时，如svg、svc等，设备采集考核目标电气量作为闭合控制跟踪目标，如挂接母线电压、挂接母线进线功率及功率因素等，以获取最优调控效果，使响应更加快速、调控结果输出曲线更加平滑、系统运行更加稳定，维持高质量电力供应。

(3)、用xml语言描述系统配置(包括母线，电容器、电抗器等无功固定设备，svg、svc等无功可调设备，变压器等)、运行方式及各运行方式下的调控子节点，形成xml配置文件，自适应系统网架及系统配置变化。运行方式调控节点划分：分列运行母线中的每段母线作为独立调控节点，并列运行母线作为一个调控节点(由同一进线供电，通过高压侧并列的母线也视为一个调控节点)。

(4)、程序解析xml配置文件，用程序语言进行描述。

(5)、通过并网点开关位置信息自动适配运行方式，获得系统当前运行方式及该运行方式下的调控子节点信息。

(6)、根据当前运行方式调控子节点进行分别调控。

(7)、获取当前运行方式下每调控节点同一断面监测母线电压、监测进线功率信息，基于历史数据统计及自学习获取高精度无功-电压影响因子，具体实现方法为：通过无功设备投切或调节前后无功及电压变化、近时段内系统明显的无功与电压波动获得无功对电压的影响因子，具体流程如图8所示；基于变压器调档前后电压无功变化，获取档位对电压和无功的影响因子。

在图8中出现的各参数解释如下：

vcur:当前电压；

qcur:当前无功；

vmin：电压统计最小值；

vmax：电压统计最大值；

qmin：无功统计最小值；

qmax：无功统计最大值；

vset:电压变化阀值；

dv:电压变化量；

dq:无功变化量；

if:无功对电压影响因子。

(8)、按调控目标进行区域划分，分为越上限区域、越下限区域、合格区域。根据采集电气量，确定每调控节点当前所属运行区域，根据所属运行区域进行调控。设备调控优先级可参照变电站vqc九宫格模型，由于无功可调设备接入，在无功可调设备可完全补偿时，一般以无功可调设备优先；按区域策略当不再进行变压器调档控制(当前所处区域不需调档操作或无法再调档)而只进行无功设备调控时，以无功可调设备优先、无功固定设备投切数最少为原则；设备调控优先级以程序定义或xml配置方式进行描述。调控节点调控策略如下：

(8.1)、处于合格区，若无主设备(即处于自动运行方式的无功可调设备，跟踪目标自动调整无功出力维持目标稳定，包括电压模式、功率因数模式、进线恒功率模式等)或主设备过载，进行无功设备调控处理。

(8.2)、处于非合格区，按照区域策略确认是否先进行变压器调档，若不需调档或变压器当前不可再调档(如闭锁、已调整到最高档位不能再上调，或已调整到最低档位不能再下调)，进行无功设备调控处理。

(9)、无功设备调控处理如图9所示，分三种情况(优先级从高到低)进行处理：

(9.1)、无功可调设备可完全补偿。电压或电压优先控制时，从并列母线(主母线与所有子母线)上所有无功可调设备中选择容量最大设备作为主设备(因为并列母线上所有无功可调设备都采集了母线电压，具备跟踪电压运行条件)；进线恒功率、恒功率因素、功率因素优先控制时，从主母线上所有无功可调设备中选择容量最大设备作为主设备(因为只有主母线上无功可调设备采集了进线功率，具备跟踪进线功率运行条件)；然后以主设备无功预计出力尽量靠近其容量中点为原则进行无功分配；最后调控主设备使其处于自动模式运行(其运行模式与考核目标保持一致，如考核电压则其运行于电压模式，考核功率因素则其运行于功率因素模式)，调控其它无功可调设备运行于固定无功出力模式(无功出力设定为分配值)。(主母线指的是与进线电源直接连接母线；子母线，与主母线并列运行的母线)

(9.2)、无功可调设备加上无功固定设备才能完全补偿。无功分配仍以主设备无功预计出力尽量靠近其容量中点为原则，通过无功固定设备投退控制，使功率缺额落在无功可调设备补偿范围内，然后按1)进行控制。

(9.3)、无功可调设备加上无功固定设备都不能完全补偿。无功可调设备满载运行于固定无功出力模式。

通过并网点开关主动控制命令、位置变化以及保护动作情况检测运行方式变化，运行方式变化时自动将所涉调控节点下的无功可调设备切换为固定功率输出模式，无功出力设定为当前值或零值(根据主动控制、被动控制进行设置)；运行方式切换完成后再根据其所处运行区域进行调控，避免出现交互影响问题。

结合上述的发明技术方案，以下结合两个具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。

实施例1

以图1所示的某典型高电能质量工业园区变为例对本发明方法进行说明。每段母线配置一台或多台无功可调设备(svg、svc等)、一台或多台无功固定设备(电容器或电抗器)。假设考核低压侧母线电压及高压侧进线功率，则i母无功可调设备采集i母母线电压及hl1进线功率，ii母无功可调设备采集ii母母线电压及hl2进线功率。电压无功调节装置/系统实时采集系统中并网点开关设备、变压器设备、无功固定设备、无功可调设备等的状态信息、位置信息及测量信息并进行调节控制。

用xml语言描述系统配置、运行方式及各运行方式调控节点等，形成xml配置文件。

一个可应用的xml配置文件如下例所示：

attr表明无功可调设备或某运行方式其调控子节点可否进行闭环自动跟踪控制，如电压控制、进线功率因素控制，进线恒功率控制等；idx设备索引；cnctbus设备连接母线编号；desc节点描述。

volrange与cosrange节点：分别描述系统电压与功率因素合格范围，llmt、ulmt表示上下限。

businf节点：描述母线。

qadjinf节点：描述无功可调设备。maxq、minq无功调节范围；prior优先级。

qfixinf节点：描述无功固定设备。capq设备容量(正负区别电容器电抗器)；lmtdayacts日动作限值；lmtfails拒动限值；gapsec动作间隔时间。

cnctinf节点：描述系统并网点开关。

traninf节点：描述系统变压器。mindw最小档位；maxdw最大档；lmtdayacts日动作限值，lmtfails拒动限值；gapsec动作间隔时间。

varadj节点：描述系统运行方式及调控节点，sysmod系统运行方式并网点开关位置描述。

actnod节点：描述特定运行方式下的调控节点，一定运行方式下按分列运行母线配置。mbus主母线，与进线直接相连；cnct进线并网开关，tran节点表示涉及变压器；sbus节点表示并列的子母线。

配置文件中的5个varadj节点分别与图2～6中描述的5种系统运行方式对应。运行方式调控节点划分原则：分列运行母线中的每段母线作为独立调控节点，并列运行母线作为一个调控节点(由同一进线电源供电，通过高压侧并列的母线看着并列运行，作为一个调控节点)。调控节点中描述调控涉及设备，如变压器、母线挂接无功设备(通过母线及设备所属母线号获知)。例如：图2中，两段母线分列运行，故有2个调控节点；图3中，两段母线并列运行，故有1个调控节点；图4中两段母线由同一进线电源供电看着并列运行，与图3类似，也只有一个调控节点，只是涉及变压器增加一台；图5、图6与图3、图4类似。

程序解析xml配置文件，用程序语言进行描述，获得系统配置及调控节点等信息。

通过并网点开关(进线开关、桥开关、母联开关)位置信息自动适配运行方式，获得系统当前运行方式及该运行方式下的调控子节点信息。如hl1合&&hl2合&&hc分&&ll1合&&ll2合&&lc2分，可知系统运行于图2所示方式，与第1个varadj节点对应，并获取其调控节点信息；又如hl1合&&hl2分&&hc分&&ll1合&&ll2分&&lc2合，可知系统运行于图3所示方式，与第2个varadj节点对应。

获取当前运行方式下每个调控节点同一断面母线电压、进线功率信息，基于历史数据统计及自学习获取高可信度无功-电压影响因子(ifq-u)、档位-电压影响因子(ifdw-u)、档位-无功影响因子(ifdw-u)，具体实现方法为：每种运行方式下的每个调控节点分配三个影响因子变量，并赋以初值(初值可通过理论计算或在系统调试阶段调控无功设备及变压器获得)，初值精度可不作太高要求，因为通过运行过程中的自学习修正可获得更精准数据；一定运行方式下，通过变压器调档前后电压、无功变化，获得档位-电压影响因子与档位-无功影响因子；无功-电压影响因子修正逻辑如图8所示，通过无功设备调控前后电压无功变化、近时段内系统明显的电压无功波动对无功-电压影响因子进行修正，电压波动基准vset以采样精度为依据进行设置，一般可设为2％un。

根据当前运行方式调控子节点进行分别调控。以图2为例，两段母线分列运行，则对两调控节点进行分别调控；以图3为例，两段母线并列运行，则作为一个调控节点进行控制。

功率缺额计算。假设母线电压目标[u1,u2]，进线功率因素目标[pf1,pf2](对应功角范围[φ1,φ2])；当前母线电压ucur，进线无功功率qcur、有功功率pcur、功率因数pfcur。假设由无功设备完全补偿，根据电压目标得补偿无功范围[(u1-ucur)*if,(u2-ucur)*if]＝[q1,q2]；根据功率因素目标得补偿无功范围为[qcur-pcur*tgφ2，qcur–pcur*tgφ2]＝[q3,q4]。(if为无功-电压影响因子)

单一目标调控时，如电压模式无功补偿范围为[q1,q2]，功率模式无功补偿范围为[q3,q4]。综合调控时，无功补偿范围确定如下：

两范围有交集时，其交集为同时满足电压、功率因素的无功补偿容量。

无交集时，电压优先，则[q1,q2]中靠近[q3,q4]的值为补偿容量；功率优先，则[q3,q4]中最靠近[q1,q2]的值为补偿容量。

按调控目标进行区域划分，分为越上限区域、越下限区域、合格区域。根据采集电气量，确定每调控节点当前所属运行区域，根据所属运行区域进行调控。设备调控优先级可参照变电站vqc九宫格模型，由于无功可调设备的接入，在无功可调设备可完全补偿时，一般以无功可调设备优先；当不再进行变压器调档(不需调档操作或无法再调档)而只进行无功设备调控时，以无功可调设备优先、无功固定设备投切数最少为原则；设备调控优先级以程序定义或xml配置方式进行描述。

处于合格区，若无主设备(即处于自动运行方式的无功可调设备)或主设备过载，进行无功设备调控处理。

处于非合格区，按照区域调控策略确认是否先进行变压器调档，若不需调档或变压器当前不可再调档(如闭锁、已调整到最高档位不能再上调，或已调整到最低档位不能再下调)，进行无功设备调控处理。

无功设备调控处理如图9所示，分三种情况依次进行处理：

(1)、无功可调设备可完全补偿。电压或电压优先控制时，从并列母线(主母线与所有子母线)上所有无功可调设备中选择容量最大设备作为主设备(因为并列母线上所有无功可调设备都采集了母线电压，具备跟踪电压运行条件)；进线恒功率、恒功率因素、功率因素优先控制时，从主母线上所有无功可调设备中选择容量最大设备作为主设备(因为只有主母线上无功可调设备采集了进线功率，具备跟踪进线功率运行条件)；然后以主设备无功预计出力尽量靠近其容量中点为原则进行无功分配；最后调控主设备使其处于自动模式运行(其运行模式与考核目标保持一致，如考核电压则其运行于电压模式，考核功率因素则其运行于功率因素模式)，调控其它无功可调设备运行于固定无功出力模式(无功出力设定为分配值)。

(2)、无功可调设备加上无功固定设备才能完全补偿。无功分配仍以主设备无功预计出力尽量靠近其容量中点为原则，通过无功固定设备投退控制，使功率缺额落在无功可调设备补偿范围内，然后按1)进行控制。

(3)、无功可调设备加上无功固定设备都不能完全补偿。无功可调设备满载运行于固定无功出力模式。

以图3为例，每段母线配置1台svg(容量为±5mvar)，当前容性无功出力都为1mvar；每段母线配置一台3mvar电容器、一台6mvar电容器，电容器都处于退出状态且当前投入优先级相同。容性无功缺额为2mvar时，按照调控原则，一台svg应运行于固定功率模式(无功出力设定为4mvar)，另一台svg运行于电压模式(无功预计出力为0，容量中点)。容性无功缺额为4mvar时，按照调控原则，一台svg运行于固定功率模式(无功出力设定为5mvar)，另一台svg运行于电压自动跟踪模式(无功预计出力为1mvar，靠近容量中点)。容性无功缺额为9mvar时，选择投入一台6mvar电容器，一台svg运行于固定功率模式(无功出力设定为5mvar)，另一台svg运行于电压自动跟踪模式(无功预计出力为0，容量中点)；选择投入一台3mvar电容器，则一台svg运行于固定功率模式(无功出力设定为5mvar)，另一台svg运行于电压自动跟踪模式(无功预计出力为3mvar)，所以应选择投入一台6mvar电容器而不是3mvar电容器，这样可维持更长时间的稳定。

通过并网点开关主动控制命令、位置变化以及保护动作情况检测运行方式变化，运行方式变化时自动将所涉调控节点下的无功可调设备切换为固定功率输出模式，无功出力设定为当前值或零值(可根据主动控制还是被动控制进行设置)；运行方式切换完成后再根据其所处运行区域进行调控，避免出现交互影响问题。例如，若系统当前运行于图2所示运行方式，且分列运行每段母线上的主设备都处于电压跟踪行模式，当切换为图3所示运行方式时，若不立即切换主设备运行模式，由于母线并列，两主设备都跟踪电压运行，可能出现交互影响问题；本发明通过运行方式变化检测，及时主动控制并列运行主设备运行方式，避免交互影响问题。

实施例2

以xml格式描述系统网架、配置、运行方式及调控节点然后程序解析xml文件感知，自适应各种电压无功调控系统。如图7所示的某变电站，与图1相比，主要调整在并网点开关、运行方式及调控节点部分，按实际配置xml文件即可；对于无功可调设备数、无功固定设备数和变压器数无限制，按实际数目在xml配置文件中进行节点配置，无该类型设备时在xml文件中不配置该类型节点。

以上实施例仅表达了本发明的个别实施方式，其描述较为具体，但不能因此而理解为对发明专利范围的限制。同时，对于本领域的一般技术人员来说，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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。