CN101034813A - 静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网电压无功自动控制技术领域，其特征在于在对关键母线节点电压进行定值控制的同时，用优化算法通过变比调节系数对有载调压变压器变比的变化量进行调节，使得有载调压变压器的变比值尽量接近优化潮流计算设定的变比参考值，以修正关键母线节点的电压改变值，使得电力网在运行过程中在保证安全下实现电力系统电压的安全－稳定－经济三者的协调控制。

Description

静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法

技术领域

本技术发明属于电力系统的大型区域电网、省级电网和地区电网中的电压无功自动控制方法。

背景技术

电力系统的发展促使人们不断努力改善电力系统的安全性和稳定性，尤其是电力市场的出现对电力系统的稳定性提出了更高的要求，并使电力系统的安全稳定运行问题带有新的特点。一般发电厂站远离负荷中心，但由于经济以及环境保护等的因素，一方面，某些电力网络的发展跟不上电力负荷快速增长的需要，使得一些传输线路处于重载或超载运行状态；另一方面，电力市场的实施将会使负荷的起落量以及变化的无序性加大。因此维持系统电压水平，提高电压质量和保持系统的电压稳定性成为一个极具挑战性的问题。

正是在这样的背景下，本发明将混成自动控制系统的理念引入电压控制，以离散事件为驱动，提出了静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法，实现对有载调压变压器的电压控制。

发明内容

本发明的目的在于提供静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法。

本发明的特征在于，该方法在静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器调控计算机中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)：初始化

设定：①电力系统的网络参数，其中包括输电线路的串联电阻、串联电抗、并联电导和并联电纳；变压器的变比和阻抗；并联在输电线路上的电容器和电抗器的阻抗；电力系统的母线节点的名称；

②在所有母线节点中设定关键母线节点P的个数α_P、对应的母线名，以及各关键节点P的电压改变量ΔV_Pi[k]，其中i为关键母线节点的序号，i＝1，…，α_P，k为采样时刻的序号，下同；

③有载调压变压器个数α_F，以及给定的优化潮流下的每个有载调压变压器F的变比参考值t_l ^ref[k]，其中l为有载调压变压器F的序号，l＝1，…，α_F；

④设定关键母线节点P的电压值相对有载调压变压器F的变比的灵敏度系数矩阵T_PF，T_PF为α_P×α_F维的矩阵

给定：电力系统的实时量测数据，其中包括各母线节点的电压、电流、有功功率和无功功率，以及有载调压变压器的变比值；

步骤(2)：在第k个采样间隔后的当前控制时刻，根据电力系统的网络参数，以及电力系统的以下实时数据：电力系统各母线节点的电压、电流和有功功率和无功功率的数值，并按照以下公式计算关键母线节点P的电压改变量ΔV_P[k]与有载调压变压器F的变比控制值Δt[k]之间的表达式：

              ΔV_P[k]＝T_PFΔt[k]

其中 ${\mathrm{\ΔV}}_P\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ΔV}}_{P1}\left[k\right]& {\mathrm{\ΔV}}_{P2}\left[k\right]& \·\·\·& {\mathrm{\ΔV}}_{{\mathrm{P\α}}_P}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ ΔV_P[k]为α_P维列向量，其中每个元素代表每个关键节点P对应的电压控制值，

$\mathrm{\Δt}\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Δt}}_1\left[k\right]& {\mathrm{\Δt}}_2\left[k\right]& \·\·\·& {\mathrm{\Δt}}_{{\mathrm{\α}}_F}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ Δt[k]为α_F维列向量，其中每个元素代表每个有载调压变压器F的变比控制值，且 ${\mathrm{\Δt}}_l\left[k\right]=t_l^{\mathrm{set}}\left[k\right]-t_l\left[k\right],$ l＝1，…，α_F，t_l ^set[k]代表当前控制时刻的第l个有载调压变压器的变比设定值，t_l[k]代表当前控制时刻的第l个有载调压变压器的变比测量值；

步骤(3)：在对关键母线节点P的电压控制量ΔV_P[k]做定值控制的同时，按照下式计算各有载调压变压器F的变比控制量Δt[k]，使 ${\mathrm{\Δ}\hat{t}}_l\left[k\right]=t_l^{\mathrm{ref}}\left[k\right]-t_l^{\mathrm{set}}\left[k\right]$ 最小化，l＝1，…，α_F，t_l ^ref[k]为系统给定的优化潮流下的有载调压变压器的变比参考量

$\mathrm{\Δt}\left[k\right]={\left(R_3\right[k\left]\right)}^{-1}\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\α}}_P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{T}_{\mathrm{PiT}}+t^{\mathrm{ref}}\left[k\right]-t\left[k\right]$

其中：R₃[k]为单位对角权矩阵，

λ_i为调控系数，i＝1，…，α_P，

$t^{\mathrm{ref}}\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{t}_1^{\mathrm{ref}}\left[k\right]& t_2^{\mathrm{ref}}\left[k\right]& \·\·\·& t_{{\mathrm{\α}}_F}^{\mathrm{ref}}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ t^ref[k]为α_F维列向量，其中每个元素代表给定的优化潮流下的每个有载调压变压器的变比参考值，

$t\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{t}_1\left[k\right]& t_2\left[k\right]& \·\·\·& t_{{\mathrm{\α}}_F}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ t[k]为α_F维列向量，其中每个元素代表第k个采样间隔后的当前时刻每个有载调压变压器的变比量测值；

步骤(4)：把步骤(3)中得到的Δt[k]代入步骤(2)中的ΔV_P[k]，根据设定的各关键节点P的电压改变量ΔV_P-i[k]求出λ_i(i＝1，…，α_P)；

步骤(5)：再把步骤(4)得到的λ_i反代回步骤(3)中的Δt[k]式中，得到用于调节有载调压变压器F的变比改变量Δt[k]；

步骤(6)：把步骤(5)中得到的有载调压变压器F的变比改变量Δt[k]做为控制指令输出。

本发明根据电力系统中连续运行的动态过程与离散控制指令、离散操作相互作用的特点，将混成控制系统引入电力系统的静态电压控制，提出了静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法。本发明可以实现对系统电压安全性和运行经济性的自动协调优化控制，从而保证电压安全性以及运行的经济性。具体而言，有以下优点：

1)本发明提出的是有载调压变压器的控制策略，从而保证系统电压的安全—稳定—经济协调优化，并且本发明可以通过计算机进行自动计算与调控；

2)本发明提出的静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法是使得电力系统关键节点的电压控制量等于设定值的同时，各变压器节点的变比值尽量接近优化潮流计算后的变比参考值。这意味着电力系统在任何时刻在保证电力系统电压安全性的前提下，最大程度地保证了电力系统的经济性。

本发明提出的静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器装置调控方法可以实用于我国各大区域和省级以及地区电力系统的静态混成自动电压控制系统之中，并产生重大的经济和社会效益。

附图说明

图1.本发明所述方法的硬件平台。

图2.本发明所述方法的程序流程框图。

图3.6机22母线系统接线图。

具体实施方式

本发明提出的静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法的主要实现方式如图1所示。

本发明按照以下几个阶段实施(流程参见图2)：

步骤1：在离线状态下，给出电力系统有关电压质量、电压安全、经济运行等方面的指标：(a)给定电力系统的网络参数；(b)给定的关键母线节点P的个数α_P以及对应的母线名，以及各关键母线节点的控制量ΔV_Pi[k]；(c)给定的调压变压器节点F的个数α_F，以及给定的每个调压变压器节点的变比参考值t_l ^ref[k]，l＝1，…，α_F；(d)给定关键母线节点P的电压值相对有载调压变压器F的变比的灵敏度系数矩阵T_PF，T_PF为α_P×α_F维的矩阵；

步骤2：根据给定的电力系统各母线节点的电压电压、电流、有功功率和无功功率的数值以及系统网络参数可以形成当前电力系统的计算矩阵；

步骤3：根据给定的电力系统各母线节点的电压电压、电流、有功功率和无功功率的数值，有载调压变压器F的变比值，系统网络参数，以及当前电力系统的计算矩阵，可以得到计算关键母线节点P的电压改变量ΔV_P[k]与有载调压变压器F的变比控制值Δt[k]之间的表达式：

           ΔV_P[k]＝T_PFΔt[k]

步骤4：本发明的目标是使得关键母线节点P的电压控制量等于ΔV_Pi[k]的同时，各有载调压变压器的变比值尽量接近优化潮流计算后的变比参考值，我们求解以下的优化问题：

$\left\{\begin{array}{cc}\min & \frac{1}{2}\mathrm{\Δ}{\hat{t}}^T\left[k\right]R_3\left[k\right]\mathrm{\Δ}\hat{t}\left[k\right]\\ s.t.& {\mathrm{\ΔV}}_P\left[k\right]-T_{\mathrm{PF}}\mathrm{\Δt}\left[k\right]=0\end{array}\right.$

其中 $\hat{t}\left[k\right]=t^{\mathrm{ref}}\left[k\right]-t\left[k\right]-\mathrm{\Δt}\left[k\right];$

可以得到：

$\mathrm{\Δt}\left[k\right]={\left(R_3\right[k\left]\right)}^{-1}\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\α}}_P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{T}_{\mathrm{PiF}}+t^{\mathrm{ref}}\left[k\right]-t\left[k\right]---\left(a\right)$

           ΔV_P[k]＝T_PFΔt[k]       (b)

步骤5：将公式(a)代入公式(b)，可以求出λ_i(i＝1，…，α_P)，再将λ_i反代回公式(a)，从而得到有载调压变压器的变比改变量Δt[k]；

步骤6：得到变压器节点F的变比改变量Δt[k]之后，将作为控制指令输出；

为了验证所提出的静态混成自动电压控制方法的效果，我们进行计算机仿真研究，仿真测试系统采用6机22母线系统(如图3所示)。

设定：在k＝0时刻，(a)仿真测试系统网络参数见表1，(b)给定的关键母线节点个数为2，分别为11号母线节点和16号母线节点，以及11号关键节点的电压控制量ΔV_P-11[0]＝0.0132，16号关键节点的电压控制量ΔV_P-16[0]＝0.01035；(c)给定的电力系统中有载调压变压器有三个，分别为17号、33号、34号，同时在优化潮流下各有载调压变压器的变比参考值

$t_1^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.000,t_2^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.025,t_3^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.025;$

给定：该系统各母线节点的电压电压、电流和有功功率和无功功率的实时数值见表2；

经过静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器调控计算机处理，得到各有载调压变压器的变比控制量Δt₁[0]＝0.075，Δt₂[0]＝0.000，Δt₃[0]＝0.025以上控制量作为控制指令输出。

6机22母线系统在接收以上控制指令后进行相应的运行调整。在k＝1时刻得到各有载调压变压器的变比为t₁[0]＝1.075，t₂[0]＝1.000，t₃[0]＝1.025，同时11号关键节点的电压V_P11[1]＝1.02167，16号关键节点的电压V_P16[1]＝1.00931。

V_P11[1]-V_P11[0]＝1.02167-1.00834＝0.01333

V_P16[1]-V_P16[0]＝1.00931-0.99849＝0.01082

仿真测试结果表明：静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法使得电力系统关键节点的电压控制量等于设定值的同时，各有载调压变压器的变比值尽量接近优化潮流计算后的变比参考值。这意味着电力系统在任何时刻在保证电力系统电压安全性的前提下，最大程度地保证了电力系统的经济性。

表1.线路参数

Bus I	Bus J	R	X	B/N*
					1	7	0.0000	0.0150	1.050*
2	9	0.0000	0.0217	1.075*
					3	22	0.0000	0 0124	1.100*
4	19	0.0000	0.0640	1.025*
					5	18	0.0000	0 0375	1.050*
6	17	0.0000	0.0337	1.000*
					7	8	0.0106	0.0740	0.0000
7	9	0.0147	0.0104	0.0000
					8	9	0.0034	0.0131	0.0000
8	22	0.0537	0.1900	-0.1653
					9	10	0.0000	-0.0020	1.000*
9	22	0.0599	0.2180	-0.1954
					10	11	0.0000	0.0180	1.000*
11	11	0.0000	0.7318	0.0000
					11	12	0.0033	0.0343	-1.8797
12	12	0.0000	0.7318	0.0000
					15	12	0.0000	0.0180	1.000*
12	13	0.0024	0.0255	-1.3950
					17	13	0.0000	0.0100	1.000*
14	15	0.0000	-0.0020	1.000*
					14	19	0.0034	0.0200	0.0000
16	16	0.0000	-1.9930	0.0000
					17	16	0.0000	0.0010	1.027*
16	18	0.0033	0.0333	0.0000
					16	19	0.0578	0.2180	-0.1807
16	20	0.0165	0.0662	-0.2353
					16	21	0.0374	0.1780	-0.1640
19	21	0.0114	0.0370	0.0000
					20	22	0.0214	0.0859	-0.3008
21	22	0.0150	0.0607	-0.2198

表2.潮流数据

Bus	Pg	Vt/Qg *	Pload	Qload
					1	6.0	1.0	0.0	0.0
2	6.0	3.2*	0.0	0.0
					3	3.1	1.0	0.0	0.0
4	1.6	0.7*	0.0	0.0

5	4.3	3.34*	0.0	0.0
					6	-0.01	1.0	0.0	0.0
8	0.0	0.0*	2.87	1.44
					9	0.0	0.0*	3.76	2.21
16	0.0	0.0*	5.0	2.9
					18	0.0	0.0*	4.3	2.6
19	0.0	0.0*	0.864	0.662
					20	0.0	0.0*	0.72	0.47
21	0.0	0.0*	0.7	0.5
					22	0.0	0.0*	2.26	1.59

Claims (1)

1、静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器的调控方法，其特征在于，该方法在静态混成自动电压控制中间层有载调压变压器调控计算机中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)：初始化

设定：①电力系统的网络参数，其中包括输电线路的串联电阻、串联电抗、并联电导和并联电纳；变压器的变比和阻抗；并联在输电线路上的电容器和电抗器的阻抗；电力系统的母线节点的名称；

②在所有母线节点中设定关键母线节点P的个数α_P、对应的母线名，以及各关键节点P的电压改变量ΔV_Pi[k]，其中i为关键母线节点的序号，i＝1，…，α_P，k为采样时刻的序号，下同；

③有载调压变压器F的个数α_F，以及给定的优化潮流下的每个有载调压变压器F的变比参考值t_l ^ref[k]，其中l为有载调压变压器F的序号，l＝1，…，α_F；

④设定关键母线节点P的电压值相对有载调压变压器F的变比的灵敏度系数矩阵T_PF，T_PF为α_P×α_F维的矩阵

给定：电力系统的实时量测数据，其中包括各母线节点的电压、电流、有功功率和无功功率，以及有载调压变压器F的变比值；

步骤(2)：在第k个采样间隔后的当前控制时刻，根据电力系统的网络参数，以及电力系统的以下实时数据：电力系统各母线节点的电压、电流和有功功率和无功功率的数值，并按照以下公式计算关键母线节点P的电压改变量ΔV_P[k]与有载调压变压器F的变比控制值Δt[k]之间的表达式：

                ΔV_P[k]＝T_PFΔt[k]

其中 ${\mathrm{\ΔV}}_P\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ΔV}}_{P1}\left[k\right]& {\mathrm{\ΔV}}_{P2}\left[k\right]& \·\·\·& {\mathrm{\ΔV}}_{{\mathrm{P\α}}_P}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ ΔV_P[k]为α_P维列向量，其中每个元素代表每个关键节点P对应的电压控制值，

$\mathrm{\Δt}\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\Δt}}_1\left[k\right]& {\mathrm{\Δt}}_2\left[k\right]& \·\·\·& {\mathrm{\Δt}}_{{\mathrm{\α}}_F}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ Δt[k]为α_F维列向量，其中每个元素代表每个有载调压变压器F的变比控制值，且 ${\mathrm{\Δt}}_l\left[k\right]=t_l^{\mathrm{set}}\left[k\right]-t_l\left[k\right],$ l＝1，…，α_F，t_l ^set[k]代表当前控制时刻的第l个有载调压变压器的变比设定值，t_l[k]代表当前控制时刻的第l个有载调压变压器的变比测量值；

步骤(3)：在对关键母线节点P的电压控制量ΔV_P[k]做定值控制的同时，按照下式计算各有载调压变压器F的变比控制量Δt[k]，使 ${\mathrm{\Δ}\hat{t}}_l\left[k\right]=t_l^{\mathrm{ref}}\left[k\right]-t_l^{\mathrm{set}}\left[k\right],$ 最小化，l＝1，…，α_F，t_l ^ref[k]为系统给定的优化潮流下的有载调压变压器的变比参考量

$\mathrm{\Δt}\left[k\right]={\left(R_3\right[k\left]\right)}^{-1}\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\α}}_P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{T}_{\mathrm{PiT}}+t^{\mathrm{ref}}\left[k\right]-t\left[k\right]$

其中：R₃[k]为单位对角权矩阵，

λ_i为调控系数，i＝1，…，α_P，

$t^{\mathrm{ref}}\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{t}_1^{\mathrm{ref}}\left[k\right]& t_2^{\mathrm{ref}}\left[k\right]& \·\·\·& t_{{\mathrm{\α}}_F}^{\mathrm{ref}}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ t^ref[k]为α_F维列向量，其中每个元素代表给定的优化潮流下的每个有载调压变压器的变比参考值，

$t\left[k\right]={\left[\begin{array}{cccc}{t}_1\left[k\right]& t_2\left[k\right]& \·\·\·& t_{{\mathrm{\α}}_F}\left[k\right]\end{array}\right]}^T,$ t[k]为α_F维列向量，其中每个元素代表第k个采样间隔后的当前时刻每个有载调压变压器的变比量测值；

步骤(4)：把步骤(3)中得到的Δt[k]代入步骤(2)中的ΔV_P[k]，根据设定的各关键节点P的电压改变量ΔV_P-i[k]求出λ_i(i＝1，…，α_P)；

步骤(5)：再把步骤(4)得到的λ_i反代回步骤(3)中的Δt[k]式中，得到用于调节有载调压变压器F的变比改变量Δt[k]；

步骤(6)：把步骤(5)中得到的有载调压变压器F的变比改变量Δt[k]做为控制指令输出。

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