CN100403619C - 分布式实时电压无功优化控制方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式电压无功优化控制方法，属于电力系统电能质量控制技术领域，涉及一种区域电网电压无功优化控制方法。本发明利用已普遍安装于变电站的电压无功自动控制装置(VQC)作为分布式控制终端，由电压无功优化软件对电网进行优化计算，得出配电网电压无功优化控制的策略，并以电压、无功上下限定值的形式下发给各VQC，由VQC根据定值对变压器分接头位置和电容器组实行自主优化选择和投切控制，从而保证了电压无功调节的实时性。在遇到系统电压稳定问题时，主站还可以发送命令统一闭锁调压，并对电容器组实行强投强切，做出有利于系统恢复电压稳定的调节。该发明应用于电网电压无功的优化和实时分布自动控制，达到保持系统电压稳定，提高电压合格率，降低配网线损和提高峰值负荷时发配电设备的利用效率的目的。

Description

分布式实时电压无功优化控制方法

技术领域

本发明属于电力系统电能质量控制技术领域，涉及一种区域电网电压无功优化控制方法，特别涉及一种分布式实时电压无功优化控制方法。

背景技术

10多年来，由于城市发展迅速，用电负荷需求量不断增大，并且对电能质量、供电可靠性要求提高，现有电网已不能充分满足各方面的要求。近年来随着改革开放的深入，第三产业迅速发展，人民生活水平不断提高，夏季高峰负荷连年增长，使得电网面临极大的压力。若不加紧改造，不仅影响电网的安全运行，而且直接影响千家万户生命财产安全。因此，提高供电能力和电能质量，降低损耗，已成为各地所面临的重要问题和紧迫任务，已经到了刻不容缓的地步。

近年来，随着科学技术的发展，人们在电压无功控制方面的应用技术研究也取得了重大进步，如采用电压无功模糊判据构成的变电站电压无功综合控制系统，以调度为中心的全网优化计算等新技术都为电压无功的自动化控制奠定了技术基础。

专利号为CN00112093.X、发明名称为“一种区域电力网无功电压自动控制系统”的专利，公开了一种区域电力网无功电压自动控制系统，主要由数据采集、中央处理、操作控制组成，根据区域电力网各变电所电压情况，决定是调节本变电所主变分接头还是上级变电所主变分接头。在不向上一级电压等级电网倒送无功时，允许本级电力网内无功倒送，使无功流向合理。通过预算电容、电抗投切后电压值，避免了投切振荡。实施多主变经济运行。本发明提高电压质量，降低线损，增加设备出力，应用于区域电力网的无功电压自动控制。其权利要求为“1、一种区域电力网无功电压自动控制系统，主要由数据采集、中央处理、操作控制组成，其特征在于采用以下方式：(1)电容器投入的电压条件为U1+ΔU≤U2，ΔU指由电容器投入或切出引起的电压升高值或降低值，ΔU由实测得，U1指电容器投入前实际值，U2指电压上限值。(2)区域电力网各级变电所有载变压器分级开关档位调节，假设无功潮流在合理范围内，当某变电所低压侧母线电压偏离合格范围时，分析同电源同电压级变电所和上级变电所电压情况，自行决定是调节本变电所主变分接开关挡位还是调节上级电源变电所主变分接开关挡位，形成具体执行命令，交操作控制系统执行。(3)区域电力网各级变电所电容器投切，假定电压处在合格范围内，在不向上一级电压等级电网倒送无功功率的前提下，实现本级电力网内无功功率合理流向，允许并实现无功功率倒送。(4)区域电力网各级变电所变压器分接开关档位调节与电容器投切综合控制，当变电所母线电压偏高时，先调低主变分接开关档位，达不到要求时，再切电容器；当变电所母线电压偏低时，先投电容器，再调高主变分接开关档位，允许并实现通过无功功率倒送提高电压值。(5)同一变电所内，当各变压器分接开关档位总数一致，采用母线不分段运行时，不论某主变是否停用，各主变档位数调整一致，当母线分段时，档位数调整不要求一致；当各变压器分接开关档位总数不一致时，以各主变实际档位电压值相同为分接开关档位调整一致的依据。(6)从调度自动化系统取电压、无功功率、电流数值，进行区域电力网无功电压线损分析，生成各级变电所主变分接开关档位调节、电容器投切、多主变经济运行指令，交操作控制系统执行。”

上述技术存在一系列急待解决的问题，变电站电压无功综合控制装置，仅实现了一个变电站的电压无功综合优化自动控制，但由于无法获得足够的信息，不能实现全网的优化控制，并且系统遇到稳定问题时，不能全部及时闭锁整个系统的自动调压，使系统及时恢复稳定。现有的以调度为中心的优化计算程序由于采用集中式算法，必需付出通过通信网络进行信息集成的代价。特别是象电力系统这样复杂的实时分布系统，不仅信息量大、而且传输速度要求快、完整性要求高，这使得信息传输存在严重的瓶颈问题。不能实时控制各站点设备的动作过程。综上所述，为了实现整个电网的电压无功优化控制，同时保证各站点的控制过程的准确性、实时性、减少主站上位机工作量，必须采用分布控制式电压无功优化控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式电压无功优化控制方法，该系统克服了局部控制无法使全网达到优化和集中式优化无法实时性差的缺陷，基本思想是充分利用现有的站用补偿设备(分布电压无功控制装置VQC)和后台优化算法，在保证电能质量、降低网损、提高配电网运行管理水平的基础上，提高优化速度，降低改造成本。

为了实现上述目的，本发明一种分布式实时电压无功优化控制方法，其特征在于：由以下步骤实现：第一步，首先经数据采集与监测系统SCADA采集各控制站点遥测、遥信数据，送入主站上位机电压无功优化计算模块；第二步，电压无功优化计算模块根据数据采集与监测系统SCADA送来的数据和电网的拓扑状态，进行电压无功优化计算；计算过程中将有载调压变压器变比和电容器组位置的离散量均作为连续量处理，并且不考虑动作次数的约束，从而得到电网优化结果；第三步，根据计算结果得到各控制站点母线的电压和无功功率值；第四步，根据当前负荷情况和稳定性约束，以定值的形式通过数据采集与监测系统SCADA发送给各控制站点分布电压无功控制装置VQC，作为分布电压无功控制装置的定值；第五步，分布电压无功控制装置VQC根据主站上位机下发的定值，采用“井”字形判据，调节该控制站点的有载调压变压器分接头位置和投切电容器组。

根据所述的分布式实时电压无功优化控制方法，其特征在于：遇到系统电压稳定问题时，主站上位机向分布电压无功控制装置VQC下发命令，以闭锁调压，强投或强切电容器组，做出系统恢复电压稳定的调节。

本发明与现有电压无功优化系统相比，有如下特点：

(1)电压无功优化计算模块对电网数据进行集中优化，优化算法可以采用任何现有的算法，且不必考虑离散变量和动作次数，简化了计算，优化结果转化成电压、无功上下限定值的形式下发给各分布电压无功控制装置VQC。

(2)各分布电压无功控制装置VQC可以采用任何现有的VQC实现，具有自主性，其无功、电压上、下限可以作为定值由电压无功优化计算模块远方输入。输入后分布电压无功控制装置VQC仍可按照传统的“井”字形补偿原理运行。

(3)由于分布电压无功控制装置VQC可在线调节，主站上位机优化软件不必过分关心运行速度，可在每天某几个特定的时刻进行优化。

(4)主站上位机电压无功优化计算模块不直接控制变电站有载调压变压器分接头和电容器组，因而也不用发出复杂的控制指令并等待受控设备返回信息，大大减少了数据处理和传送量，简化了设计。

(5)综合以上特点，该发明只需对现有调度自动化系统稍加改进，将控制命令下发改为电压无功定值下发，并充分利用已广泛采用的分布电压无功控制装置VQC，在保证电压合格和全网无功优化的基础上，降低了电网优化改造的投资成本，实现了在线优化控制。

本发明有以下创新点：

集中优化，定值下发。设计全网电压无功优化计算程序，对全网的电压无功进行优化计算分析，得出全网电压无功优化控制的调整策略，将该调整策略以定值的形式下发给各分布电压无功控制装置VQC，作为分布电压无功控制装置VQC的决策参考。

分布控制，自主实时。分布电压无功控制装置VQC能根据主站上位机下发的定值，综合本站的具体情况，对该控制站点的变压器分接头位置和电容器组进行优化控制和投切，提高电压合格率，降低配电网损。装置具有很大的自主性，装置的动作不依赖于主站上位机下发的命令，实时性强。

统一闭锁，强切电容。在遇到系统电压稳定问题时，各分布电压无功控制装置VQC还具有接收主站上位机命令，统一闭锁调压，并对电容器组实行强行强切的功能，做出有利于系统恢复电压稳定的调节。

良好的系统开放性为配电自动化系统其它功能的实现提供了辅助作用。系统软件的高级管理功能如线损计算、经济运行、状态分析、数据的后台计算、设备的运行检修管理、报表打印等都可做为今后配电自动化部分的一个子系统来进行应用。

附图说明

图1是本发明系统的拓扑结构图。

图2是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图一对本发明作进一步的详细说明：

本发明的拓扑结构图如图1所示，图2是本发明的流程图，图2(a)是主站上位机优化计算模块的流程图，它可以每隔一段时间运行一次，也可以连续运行，图2(b)是电压无功综合自动控制装置VQC运行流程图，它实时监控，其中，图2(a)图2(b)之间通过电压无功上下限相连系。

本发明采用分布式结构，由一个中心控制计算机和n个子节点的分布电压无功控制装置VQC组成。中心计算机主要负责数据的处理和全网优化计算，将优化后的计算结果以电压/无功上下限的形式下发给分布电压无功控制装置VQC；分布电压无功控制装置VQC主要负责就地决策和监控。中心控制计算机和各子节点之间通过网线或专线相连。由于中心控制计算机只向分布电压无功控制装置VQC传送必要的参考信息，因此通信量少，速度快，便于对系统的实时监控。

本发明由以下步骤实现：

(1)主站上位机采集由数据采集与监测系统SCADA传送的电网遥测、遥信数据。

(2)主站上位机中的电压无功优化计算模块根据送来的遥测、遥信数据和电网的拓扑状态，进行电压无功优化计算。计算过程中将有载调压变压器变比和电容器组位置的离散量均作为连续量处理，得到电网优化结果，根据计算结果得到各控制站点母线的电压和无功功率值。

(3)综合稳定性分析的结果、当前负荷情况和优化计算结果，给上述电压和无功功率值赋予合适的上下限。

(4)主站上位机以一定时间间隔通过数据采集与监测系统SCADA将此上下限作为定值发送给变电站分布电压无功控制装置VQC。

(5)变电站分布电压无功控制装置VQC综合本站数据和主站上位机传送的上下限定值，根据传统的补偿原理，实时调节有载调压变压器分接头或投切电容器组，在保证电压合格的基础上，使无功以全网优化为目标合理流动。

该发明具体由以下部分实现：

(1)主站上位机电压无功优化软件

主站上位机电压无功优化软件以网损最低或经济效益最好为目标，从数据采集与监测系统SCADA采集信息，进行全网优化计算，根据全网电压无功优化情况下发定值。当系统发生稳定问题时，自动判定系统电压稳定性，闭锁各分布调节单元的自动有载调压，使其有利于电压稳定。主要功能有：

(a)电网优化计算，根据电网实时数据，进行电压无功优化潮流计算。

(b)根据电网优化计算结果，进行无功功率优化控制。

(c)稳定闭锁，在遇到系统电压稳定问题时，各分布电压无功控制装置能够接收主站命令，统一闭锁调压。

(d)操作员定值设定与下发。

(2)分散装设电压无功综合控制装置

每个电压调节装置通过对线电压、线电流、功率因数、无功功率进行测量，分析电压无功的变化情况，根据优化中心下发的定值，通过合理的控制算法，考虑到动作次数的减少，实现电压无功的自律控制。主要功能有：

(a)根据实时数据和无功上/下限，控制电容器自动投切；

(b)根据当前电压值，自动调节有载调压变压器；

(c)就地/远方调节切换；

(d)通信，主站上位机的定值可以下传到控制装置，有载调压变压器分接头位置和电容器动作记录上传；

(e)定值设定，可以设定电压、无功上下限及其它调节参数。

(3)联网监控系统

(a)电网优化计算数据库，存储当前数据、中间数据及优化结果；

(b)分布电压无功控制装置VQC与主站上位机接口，进行联网调节。

附图2是本发明方法的流程图，具体运行可分为以下几步：

第一步，“地区电网电压无功优化运行闭环控制系统”通过数据采集与监测系统SCADA系统采集全网各节点遥测、遥信等实时数据。

第二步，数据采集与监测系统SCADA系统将采集到的遥测、遥信等实时数据传给主站上位机，由主站上位机电压无功优化计算模块进行在线分析和计算，在确保电网与设备安全运行的前提下，以各节点电压合格、关口功率因数为约束条件，从全网角度进行电压无功优化控制，得出无功补偿设备投入合理和无功分层就地平衡与稳定电压，电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化信息。计算时将有载调压变压器分接头和电容器组作为连续变量考虑。

第三步，主站上位机电压无功优化计算模块将计算得到的优化信息传送给分布电压无功控制装置VQC，分布电压无功控制装置VQC接收上位机软件的电压/无功上下限信息，以确定本站的电压/无功上下限。同时，通过采集变电站电压、电流等模拟量和断路器、母联、变压器分接头位置等开关量，并对各个信号进行处理、传送、存储、计算、判断和显示来完成整个在线监测和控制。装置根据站内信息和上位机的参考信息，通过专家决策系统决定适合于本站的动作。

第四步，本系统最终形成变电站的电压、无功上下限控制指令，借助调度自动化系统的“四遥”功能，利用计算机技术和网络技术，通过数据采集与监测系统SCADA系统自动执行，从而实现对电网内各变电所的有载调压装置和无功补偿设备的集中监视、集中管理和集中控制，实现了对地区电网电压无功优化运行闭环控制。

Claims (2)

1.一种分布式实时电压无功优化控制方法，其特征在于：由以下步骤实现：第一步，首先经数据采集与监测系统(SCADA)采集各控制站点遥测、遥信数据，送入主站上位机电压无功优化计算模块；第二步，电压无功优化计算模块根据数据采集与监测系统(SCADA)送来的数据和电网的拓扑状态，进行电压无功优化计算；计算过程中将有载调压变压器变比和电容器组位置的离散量均作为连续量处理，并且不考虑动作次数的约束，从而得到电网优化结果；第三步，根据计算结果得到各控制站点母线的电压和无功功率值；第四步，根据当前负荷情况和稳定性约束，以定值的形式通过数据采集与监测系统(SCADA)发送给各控制站点分布电压无功控制装置(VQC)，作为分布电压无功控制装置的定值；第五步，分布电压无功控制装置(VQC)根据主站上位机下发的定值，采用“井”字形判据，调节该控制站点的有载调压变压器分接头位置和投切电容器组。

2.根据权利要求1所述的分布式实时电压无功优化控制方法，其特征在于：遇到系统电压稳定问题时，主站上位机向分布电压无功控制装置(VQC)下发命令，以闭锁调压，强投或强切电容器组，做出系统恢复电压稳定的调节。

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