城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法、设备及终端

1.本发明属于电力控制技术领域，尤其涉及一种城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法、设备及终端。


背景技术：

2.目前，随着电网的不断发展，用户对电力供应质量的要求日益提高，而电压作为衡量电力供应质量的重要标准，对电网的正常运行具有重要的意义。目前城市电网建设中中大量应用电缆进行供电，造成电力系统中容性无功充电功率增大，在负荷较轻时存在过量冗余容性无功，此时亟须感性无功补偿设备对容性无功进行补偿，传统无功补偿方案通常采用可控电抗器(晶闸管控制电抗器、磁控电抗器等)或者基于电力电子设备的有源补偿装置。然而电力电子设备普遍存在的问题有：可靠性不高，不可工作在较为恶劣的环境中，运维费用高，高频开关产生的电磁干扰对于城市的电磁环境也会造成影响。而另一种外接可控电抗器的方式则需要额外较大的占地面积，不适合于有限空间的城市配电站。因此，需要一种无功补偿设备来适应如今城市配电网的建设状况。
3.自动电压控制(automatic voltage control，avc)是现阶段提高全网运行安全性与经济性的重要技术手段，其集分析、决策、控制于一体，可实现无功电压的实时控制。目前，avc系统广泛以并联电容器组、电抗器组及有载调压变压器为无功电压调控方式，该方式的缺点在于以上设备均为离散性设备，且受限于动作次数，无法实现连续动态调节，利用率低。
4.磁控多功能变压器有效将可控电抗器与变压器相结合，使得传统变压器在具有升降压的基础功能外还能具有灵活调节无功电压的能力，仅仅在原有变压器体积上增加部分占地面积，尤其适用于有限空间的城市配电站。
5.目前的运行情况而言，磁控多功能变压器局限于单个变电站的无功电压调节，运行方式和功能单一；同时，各变电站普遍采用自动电压控制装置实现电压的自动化控制，同样存在局限于单个变电站电压调节的问题，还无法充分发挥磁控多功能变压器大量投运对于电网电压和潮流的优化控制作用。
6.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
7.(1)现有的配电网自动电压控制技术采用离散性设备，且受限于动作次数，无法实现连续动态调节，利用率低。
8.(2)现有的磁控多功能变压器局限于单个变电站的无功电压调节，运行方式和功能单一；同时，各变电站普遍采用自动电压控制装置实现电压的自动化控制，同样存在局限于单个变电站电压调节的问题，无法充分发挥磁控多功能变压器大量投运对于电网电压和潮流的优化控制作用。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种城市配电网磁控多功能变压器协同
控制方法、设备及终端。
10.本发明是这样实现的，一种城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法，所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法包括：
11.基于scada系统实时遥测获取区域电力系统电压及无功功率数据；avc系统在已分区的基础上，根据获取的电压、无功数据进行计算分析，并进行磁控多功能变压器与avc协调控制。
12.进一步，所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法包括以下步骤：
13.步骤一，利用scada系统获取电力系统的实时运行数据并进行在线分析和计算；
14.步骤二，主站avc系统根据电压等级划分电压控制区，基于scada获取的实时数据进行整体系统的无功优化计算，以确保各母线电压稳定和无功潮流最优为准则，将优化计算得到的无功输出设定值下发至每个电压控制区的avc子站；
15.步骤三，子站avc系统收计算主站下发的无功输出预设值，根据变电站关口无功需求，对磁控多功能变压器的可调范围进行分析，将控制指令下发至磁控多功能变压器控制器；
16.步骤四，磁控多功能变压器控制器接收控制指令，根据所述控制指令运行无功控制模式进行调节控制。
17.进一步，所述步骤三中包括：
18.各子站关口根据区域内可用的无功设备容量，将区域无功需求分配到当前电压控制区内各磁控多功能变压器的控制器，计算磁控多功能变压器的输出容量并将控制指令下发至磁控多功能变压器控制器。
19.进一步，所述根据控制指令运行无功控制模式进行调节控制包括：
20.磁控多功能变压器控制器接收控制指令，基于所述控制指令控制磁控多功能变压器组件；
21.根据无功目标值通过pid控制器计算晶闸管的控制角，同时调整磁控多功能变压器的晶闸管触发角，调节无功输出容量至设定值。
22.进一步，所述根据控制指令运行无功控制模式进行调节控制包括：
23.将输出脉冲信号经光纤传输至磁控箱，调节磁控多功能变压器的无功输出能量，调节磁控多功能变压器接入点母线电压和所在电压控制区的主网关口无功输出容量至预设限值范围内。
24.进一步，所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法还包括：
25.(1)通过scada系统获取当前区域电网实时的系统潮流、机端电压与无功补偿容量可调范围数据；并对获取的数据进行状态估计，去除不良数据，估计得到电力系统的真实状态；
26.(2)判断所述状态估计结果是否可信，若状态估计残差过大则判断结果不可信，则直接以预先设定的调控目标值下发控制指令；若所述状态估计结果可信，则进行最优潮流计算；
27.(3)确定目标函数，并设置控制变量无功补偿容量、机端电压的上下限值，进行最优潮流计算；
28.(4)并判断计算结果是否收敛，若收敛则输出最优状态下的控制变量优化结果，并
通过scada系统向各设备下发调控目标值；若不收敛，则基于预先设定的调控目标值下发控制指令。
29.进一步，所述步骤(3)中，目标函数如下：
[0030][0031]
其中，表示p
loss
系统网损，nd表示区域电网母线个数，n
p
表示区域电网关口个数，λ1、λ2均表示罚函数系数，表示母线电压偏差，表示关口无功偏差。
[0032]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，其所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法的步骤。
[0033]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法的步骤。
[0034]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于执行所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法。
[0035]
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0036]
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0037]
本发明能够在保证区域内母线电压与关口无功合格的基础上，减小传统无功电压调控装置的动作次数，降低系统网损，实现区域电网的经济运行。
[0038]
本发明将磁控多功能变压器作为区域电网主要的无功电压调控手段，配合电容器实现无功电压的精准调控，对区域电网进行无功优化配置，改进区域电网的无功电压调控能力，降低系统损耗和提高电网电压质量。
[0039]
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
[0040]
本发明提供了一种城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法在保证区域内母线电压与关口无功合格的基础上，减小传统无功电压调控装置的动作次数，降低系统网损，实现区域电网的经济运行。
[0041]
第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，体现在磁控多功能变压器的应用可在有效解决区域电网无功电压问题的基础上，减小电容器等离散性设备的动作次数。不仅能保证区域电网的安全稳定运行，实现无功电压的精准调控，又可在一定程度上减轻运检人员的工作强度。
附图说明
[0042]
图1是本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法原理图；
[0043]
图2是本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法控制单站的流程图；
[0044]
图3是本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法的区域控制流程图；
[0045]
图4是本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法流程图；
[0046]
图5是磁控多功能变压器目标值与实际出力图；图5中(a)为无功目标值，(b)为：磁控多动能变压器实际出力图；
[0047]
图6是母线电压及关口无功图；图6中(a)为母线电压；(b)为关口无功图；
具体实施方式
[0048]
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。
[0049]
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
[0050]
如图1所示，本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法包括：
[0051]
利用scada系统获取得到电力系统的基本运行实时数据并进行在线分析和计算，实现电网无功电压的实时监控。
[0052]
主站avc系统根据电压等级划分电压控制区，基于scada实时数据进行整体系统的无功优化计算，确保各母线电压稳定和无功潮流最优为准则，将优化计算得出的无功输出设定值下发至每个控制区域里的avc子站。
[0053]
子站avc系统收计算主站下发的无功输出预设值，根据变电站关口无功需求，对磁控多功能变压器的可调范围进行分析后，将指令下发至磁控多功能变压器控制系统。
[0054]
磁控多功能变压器控制系统收到指令后，合理控制磁控多功能变压器组件，调整磁控多功能变压器的晶闸管触发角，从而调节无功输出容量至设定值，充分发挥磁控多功能变压器的无功调节能力。
[0055]
如图2所示，本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法进行单站控制的方法如下：
[0056]
母线电压不合格情况下，若母线电压越上限，当本站无功过补时，若预判磁控多功能变压器出力的增加不会使得本站无功欠补，则增加磁控多功能变压器出力，反之则选择降档；
[0057]
而若磁控多功能变压器容量已满发，本站母线电压依然越上限且无功过补，则预判电容器切除后是否会使得本站无功不合格，若不是则切除该母线并联电容，若是则选择降档；当本站无功正常时，执行过程与本站无功过补时一致；而当本站无功欠补时，若增加磁控多功能变压器出力或切除电容只会使得本站无功欠补情况更为严重，故只能选择降档。
[0058]
而若母线电压越下限，当本站无功欠补时，若预判磁控多功能变压器出力的减小不会使得本站无功不合格，则减小磁控多功能变压器出力，反之则选择升档；
[0059]
而若磁控多功能变压器容量已减小为0，本站母线电压依然越下限且无功欠补，则预判电容器投入后是否会使得本站无功不合格，若不是则投入该母线并联电容，若是则选择降档；当本站无功正常时，执行过程与本站无功欠补时一致；而当本站无功过补时，若减小磁控多功能变压器出力或投入电容只会使得本站无功过补情况更为严重，故只能选择升档。
[0060]
母线电压合格时，当关口无功倒送时，若预判磁控多功能变压器输出容量的增加不会使得本站母线电压越限，则增加磁控多功能变压器输出容量；当磁控多功能变压器容量已满发且关口无功依然倒送，则根据已投入电容器切除后对校正无功越限灵敏度的大小排序依次预判，若切除某电容后，不会使得本站无功欠补且母线电压越限，选择切除该电容。
[0061]
当关口无功欠补时，若预判磁控多功能变压器输出容量的减小不会使得本站母线电压越限，则减小磁控多功能变压器输出容量；而当磁控多功能变压器输出容量已减小为0，且关口无功依然欠补，则根据未投入电容器投入后对校正关口无功越限灵敏度的大小排序依次预判，若预判投入某电容后，不会使得本站无功过补或母线电压越限，则选择投入该电容。
[0062]
如图3所示，本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法具体包括：
[0063]
通过scada系统获取当前区域电网实时数据，包括系统潮流、机端电压与无功补偿容量可调范围。
[0064]
对获取的电网数据进行状态估计，去除不良数据，估计出系统的真实状态，为最优潮流计算奠定良好的基础。
[0065]
判断状态估计结果是否可信，若状态估计残差过大则认为结果不可信，此时不再进行最优潮流计算，而以预先设定的调控目标值下发控制指令；若状态估计结果可信，则进行最优潮流计算。
[0066]
设定目标函数，目标函数如下：
[0067][0068]
式中表示ploss系统网损，nd表示区域电网母线个数，np表示区域电网关口个数，λ1、λ2均表示罚函数系数，表示母线电压偏差，表示关口无功偏差。
[0069]
设定控制变量无功补偿容量、机端电压的上下限值，进行最优潮流计算，并判断计算结果是否收敛，若收敛则输出最优状态下的控制变量优化结果，通过scada系统向各设备下发调控目标值。若不收敛，则以预先设定的调控目标值下发控制指令。
[0070]
磁控多功能变压器在参与区域控制策略时，根据avc系统下发的指令运行于无功控制模式，即根据无功目标值通过pid控制器计算晶闸管的控制角，实现动态闭环调节。
[0071]
如图4所示，本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法包括以下步骤：
[0072]
s101，利用scada系统获取电力系统的实时运行数据并进行在线分析和计算；
[0073]
s102，主站avc系统根据电压等级划分电压控制区，基于scada获取的实时数据进
行整体系统的无功优化计算，以确保各母线电压稳定和无功潮流最优为准则，将优化计算得到的无功输出设定值下发至每个电压控制区的avc子站；
[0074]
s103，子站avc系统收计算主站下发的无功输出预设值，根据变电站关口无功需求，对磁控多功能变压器的可调范围进行分析，将控制指令下发至磁控多功能变压器控制器；
[0075]
s104，磁控多功能变压器控制器接收控制指令，根据所述控制指令运行无功控制模式进行调节控制。
[0076]
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
[0077]
应用例
[0078]
在某地区配置了磁控多功能变压器，有效解决了区域电网无功电压问题，提高了电网运行经济性。图5是磁控多功能变压器目标值与实际出力图；图5中(a)为无功目标值，(b)为：磁控多动能变压器实际出力图。
[0079]
由图5可见磁控多功能变压器能够随着系统负荷的变化，很好地跟随avc系统下发的指令，实现无功功率的连续调节。其中，在系统负荷较低的情况下，磁控多功能变压器出力较大；而在系统负荷较高的情况下，磁控多功能变压器出力较小。
[0080]
图6是母线电压及关口无功图；图6中(a)为母线电压；(b)为关口无功图。
[0081]
由图6可见随着磁控多功能变压器的投入与运行，各变电站母线电压及关口无功均得到了明显改善，图2左边为某变电站35kv母线电压在磁控多功能变压器投运前后一天内的波动情况，由图可知，在磁控多功能变压器投运前，各时刻电压值偏高且波动较大，而当磁控多功能变压器投运后，随着其无功功率的平滑输出，不仅有效抑制了电压波动情况，更是保证了系统能够在额定电压附近正常运行。图2右边则为某变电站关口无功在磁控多功能变压器投运前后一天内的波动情况，由图可知，在磁控多功能变压器投运前，该变电站关口无功波动较大，而当磁控多功能变压器投运后，随着其无功功率的平滑输出，不仅有效抑制了无功波动情况，保证了关口功率因数，同时也避免了电容器组等其他无功补偿设备的频繁动作，从而为系统的安全稳定运行提供了良好的保障。
[0082]
将本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法还应用于一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法的步骤。
[0083]
将本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法应用于一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法的步骤。
[0084]
将本发明实施例提供的城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法应用于一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于执行所述城市配电网磁控多功能变压器协同控制方法。
[0085]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备
和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0086]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。