CN101431240A - 一种计及梯级电站的省地一体化avc系统控制方法 - Google Patents

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李建
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Abstract

本发明公开了一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法。涉及电力系统无功电压自动控制系统(AVC)的设计与应用技术领域。针对西南地区由于地形关系梯级电站分散的特殊性，有许多电厂(站)不属于同一个控制软分区而无法由集控中心实施省调AVC系统的控制问题。利用省调三级电压控制模块得到地调控变电站的高压母线电压或主变关口功率因数目标值，地调AVC系统在满足该目标值的基础上实现地区电网的安全优质经济运行，避免了各软分区之间的相互影响，有效提高了控制效率。实现了省地一体化的AVC闭环控制系统，达到了电网安全、优质、经济运行的要求。

Description

一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法
技术领域
本发明属电力系统无功电压自动控制系统(AVC)的设计与应用技术领域，特别是涉及一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法。
背景技术
电压是电能质量的重要指标，对电网的安全、稳定、经济运行及降低线路损耗有直接影响，而电压无功控制则是提高电压质量、降低网损不可缺少的技术手段。
当前，随着计算机技术、通信技术与电力调度自动化技术的发展，电力系统无功电压自动控制系统(AVC)的应用正受到广泛的重视。尽管目前电力系统无功电压自动控制(AVC)可以根据电网实时信息，利用最优潮流(OPF)，通过对电站内的发电机组、变电站无功补偿设备等的控制，实现电网的安全、优质、经济运行。但是地处西南地区的梯级电站具有其自身的特殊性。梯级电站是指在一条或多条河流上所建立的多个发电厂(站)，这些发电厂(站)之间在水工上具有一定的关联关系，而电气上则不一定会存在联络关系。在采用基于软分区的三级电压控制模式中，同一梯级电站集控中心所控制的发电厂(站)可能属于不同的控制软分区，本发明设计了将梯级电站集控中心纳入电力系统AVC控制模式的方案。梯级电站的集控中心能实现对这些电站的无功电压控制即梯级电站集控中心根据调度部门下达的电压曲线，将集控中心控制的所有电站高压母线控制在电压曲线范围内。中国专利曾公开了一种地区电网无功电压自动控制系统(申请号200710045169.9)的发明专利。该专利从系统硬件的角度出发对数据模块、通讯模块、分析计算模块、图形显示模块、报表管理模块、系统管理模块的构成、接口连接关系、功能等方面进行了申请保护；与本发明的目的、技术解决方案是有所不同的。
发明内容
本发明的目的是为了克服西南地区梯级电站自身的特殊性，在实施无功电压自动控制系统(AVC)的工程中存在的技术缺陷而提供了一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法。
达到本发明之目的的技术解决方案如下：
一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)利用省调自动无功电压控制系统AVC的三级电压控制模块得到各软分区内中枢母线电压控制值Vref，并将中枢母线电压控制在三级电压所给定的范围内。
(2)省调AVC系统的二级电压控制模块依次对各分区内的无功补偿设备进行控制和调节，所说的无功补偿设备包括变电站电容、电抗等无功补偿设备、主变分接头以及发电机。
(3)变电站监控系统根据省调下发的无功调整情况△Q实现低压补偿设备的调整。
(4)独立电厂(站)根据省调下发的高压母线电压调整情况△V通过机组励磁系统实现机组无功容量的调节。
(5)省调AVC系统以各厂站高压母线为单位，分别向梯级电站集控中心下发各厂站的高压母线电压调整情况，梯级电站集控中心则根据各厂站高压母线电压调整情况△Vi分别调整各厂站相关机组的无功出力，从而将各厂站的高压母线电压控制在省调AVC的期望范围以内。
所述的一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征在于：步骤(3)和(4)中的控制装置仅需要利用省调下发的控制命令即可实现就地的无功调整。
所述的一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征还在于：其三级电压控制流程是指在线获取电网实时数据，分析计算后进行状态评估，如果状态评估结果可信，则启动最优潮流(OPF)，如果状态估计结果不可信，则回到预先设定的中枢母线电压设定值；如果最优潮流收敛，则向二级电压控制输出中枢母线电压设定值；如果不收敛，则回到预先设定的中枢母线电压设定值。
所述的一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征还在于：其二级电压控制流程是指在从SCAD实时数据库中在线获取最新数据，然后判断数据是否可用，如果可用，则判断是否需要对电压进行控制；如果需要控制电压，则进行控制策略计算，进而执行控制策略；如果判断数据不可用，则报警并退出本次电压控制；如果系统各项指标满足要求，即不需要对电压进行调整，则继续保持当前设定值。
实施本发明所述的技术方案后达到的积极有益效果如下：
(1)本发明首次将梯级电站集控中心纳入省调AVC系统的控制之中，解决了由于西南地区地形关系梯级电站分散，而梯级电站集控中心与所控制的电厂(站)不完全存在电气联系，因此，同一集控中心所控制的电厂(站)有许多不属于同一个控制软分区而无法实施省调AVC系统的控制问题。
(2)本发明利用对各软分区的依次计算，计算完毕后同时下发控制命令的方式，使梯级电站集控中心根据省调下发的各电厂站的高压母线电压调整量，就地或非就地实现机组无功出力的调整。有效避免了各软分区之间的相互影响，也有效提高了控制效率。可实现电网安全、优质、经济运行的要求。
(3)本发明实现了省地一体化的AVC闭环控制系统。利用省调三级电压控制模块得到地调控变电站的高压母线电压或主变关口功率因数目标值，地调AVC系统在满足该目标值的基础上实现地区电网的安全经济运行。
附图说明
图中的字母表示：
AVC：无功电压自动控制系统；SCAD：数据采集与监视控制系统；AVR：自动电压调整器；Vref：电压参考值；OPF：最优潮流；EMS：数据库管理系统；Qmin：无功下限；Qmax：无功上限；△Q：无功调整量；A：嘉陵江梯级电站；B：大渡河梯级电站；C：某独立电站：D：某地调控制范围；E：省调直控变电站。
图1是本发明所述的省地一体化AVC系统控制方法步骤流程图。
图2是本发明所述的省地一体化AVC系统三级电压控制流程图。
图3是本发明所述的省地一体化AVC系统二级电压控制流程图。
图4是本发明的一个实施例，即计及梯级电站的省地一体化的电压无功调节流程示意图。
图5是本发明应用于四川某电网的一个实施例。
具体实施方式
首先需要说明的电力系统电网调度自动化系统又称作能量管理系统(EMS)，是以计算机技术为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网调度中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息即包括频率、发电机功率、线路功率、母线电压等，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。一般EMS系统由硬件平台、操作系统平台、EMS/DMS支撑平台、电力系统基本应用和电力高级应用软件(PAS)等组成。而AVC作为EMS中的一个重要应用，与平台一体化设计，从PAS网络建模获取控制模型；从SCAD系统获取实时数据，进行在线分析计算，对电网内各厂站无功设备进行集中监视，统一管理和在线控制，从而实现全网电压无功优化的闭环控制。所说的SCADA即是数据采集与监视控制系统，它是EMS的基础模块，主要完成数据的收集、处理解释、存储和显示，并把这些实时信息传递给其它应用模块。其主要功能包括信息处理控制、报警与处理、事件顺序记录(SOE)、事故追忆反演(PDR)等。而本发明正是基于上述的基础上根据西南地区电力系统的布局实施AVC工程中存在的缺陷进行的设计，从图1可以看出本发明利用了省级AVC主站服务器数据库中的省调自动无功电压控制系统(AVC)的三级电压控制模块得到各软分区内中枢母线电压控制值Vref，并将中枢母线电压控制在三级电压所给定的范围内。省调AVC系统的二级电压控制模块依次对各分区内的无功补偿设备例如变电站电容、电抗等设备以及发电机进行控制和调节。直控变电站监控系统根据省调下发的无功调整情况△Q实现低压补偿设备的调整。独立电厂(站)根据省调下发的高压母线电压调整情况△V通过机组励磁系统实现机组无功容量的调节。
省调AVC系统以各厂站高压母线为单位，分别向梯级电站集控中心下发各厂站的高压母线电压调整情况，梯级电站集控中心则根据各厂站高压母线电压调整情况△Vi分别调整各厂站相关机组的无功出力，从而将各厂站的高压母线电压控制在省调AVC的期望范围以内。
从图2、图3可以看出三级电压控制流程是指在线获取电网实时数据，分析计算后进行状态评估，如果状态评估结果可信，则启动最优潮流(OPF)，如果状态估计结果不可信，则回到预先设定的中枢母线电压设定值；如果最优潮流收敛，则向二级电压控制输出中枢母线电压设定值；如果不收敛，则回到预先设定的中枢母线电压设定值。
二级电压控制流程是指在从SCAD实时数据库中在线获取最新数据，然后判断数据是否可用，如果可用，则判断是否需要对电压进行控制；如果需要控制电压，则进行控制策略计算，进而执行控制策略；、如果判断数据不可用，则报警并退出本次电压控制；如果系统各项指标满足要求，即不需要对电压进行调整，则继续保持当前设定值。
图4是本发明的一个实施例，即计及梯级电站的省地一体化的电压无功调节流程示意图。省调AVC系统二级电压控制模块给各梯级电站集控中心下发其控制的各电站高压母线电压调整量，梯级电站集控中心则根据该电压调整量利用机组励磁系统实现机组无功调整，进而实现将电站高压母线控制在省调期望的范围内。
图5是本发明应用于四川某电网的一个实施实例，即计及梯级电站的省地一体化电压无功调节实例。从图可知，某种运行方式下，在线软分区模块将四川电网划分为如图5所示的4个分区，分别为图中的阿坝电网、川西电网、川南电网以及川东电网。嘉陵江梯级电站内的电站A1和电站A2划分在川西电网，电站A3则划分在川东电网；大渡河梯级电站B1和电站B2则同时划分在川南电网。在线软分区模块根据当前电网电气联系紧密程度，对电网实施在线软分区，软分区结果可能会将同一地调控制范围内的变电站划分在不同的软分区中，如图5所示，川内某地调控制范围D同时被划分在川西电网和川南电网。
利用本发明所提出的实施方案，省调三级电压控制模块根据全网最优潮流(OPF)结果为图中4个软分区内的中枢母线提供控制电压期望值以及为各地调AVC系统提供地调控变电站高压母线电压或关口功率因数期望值。省调二级电压控制模块的主要功能则是通过调节机组无功出力以及变电站无功补偿设备将各软分区内的中枢母线电压控制在三级电压控制模块所期望的范围内。图5中，省调二级电压控制模块为了把图中4个分区内的中枢母线电压控制在期望范围内，将给嘉陵江梯级电站集控中心、大渡河梯级电站集控中心等梯级电站集控中心下发各梯级电站高压母线电压调整量，同时给各独立电站例如川东电网内的独立电站下发各梯级电站高压母线电压调整量，另外给省调直控变电站例如川南电网内的某省调直控变电站的计算机监控系统下发变电站无功补偿设备容量调整量以及主变分接头调整情况。嘉陵江梯级电站集控中心根据省调下发的各梯级电站高压母线电压调整量分别对电站A1、电站A2、电站A3的机组励磁系统进行调节，从而将各电站高压母线电压控制在省调的期望范围内。同样地，大渡河梯级电站集控中心根据省调下达的各梯级电站高压母线电压调整量分别对电站B1和电站B2的机组励磁系统进行调节。对于独立电站C，省调AVC系统将其高压母线电压调整量下发给其AVC子站，后者实现对该电站各机组无功出力的调整。对于省调直控的变电站E，省调AVC系统将变电站无功容量调整量下发变电站计算机监控系统，后者实现变电站无功补偿容量及主变分接头的调整。各地调AVC系统则根据省调三级电压控制模块给出的变电站高压母线电压或主变关口功率因数期望值，结合地方实际情况，在满足省调期望的基础上实现地方电网的安全优质经济运行。

Claims (4)

1、一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)利用省调自动无功电压控制系统AVC的三级电压控制模块得到各软分区内中枢母线电压控制值Vref，并将中枢母线电压控制在三级电压所给定的范围内。
(2)省调AVC系统的二级电压控制模块依次对各分区内的无功补偿设备进行控制和调节，所说的无功补偿设备包括变电站电容、电抗等无功补偿设备以及发电机。
(3)变电站监控系统根据省调下发的无功调整情况△Q实现低压补偿设备的调整。
(4)独立电厂(站)根据省调下发的高压母线电压调整情况△V通过机组励磁系统实现机组无功容量的调节。
(5)省调AVC系统以各厂站高压母线为单位，分别向梯级电站集控中心下发各厂站的高压母线电压调整情况，梯级电站集控中心则根据各厂站高压母线电压调整情况ΔVi分别调整各厂站相关机组的无功出力，从而将各厂站的高压母线电压控制在省调AVC的期望范围以内。
2、根据权利要求1所述的一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征在于步骤(3)和(4)中的控制装置仅需要利用省调下发的控制命令即可实现就地的无功调整。
3、根据权利要求1所述的一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征在于：其三级电压控制流程是指在线获取电网实时数据，分析计算后进行状态评估，如果状态评估结果可信，则启动最优潮流(OPF)，如果状态估计结果不可信，则回到预先设定的中枢母线电压设定值；如果最优潮流收敛，则向二级电压控制输出中枢母线电压设定值；如果不收敛，则回到预先设定的中枢母线电压设定值。
4、根据权利要求1所述的一种计及梯级电站的省地一体化AVC系统控制方法，其特征在于：其二级电压控制流程是指在从SCAD实时数据库中在线获取最新数据，然后判断数据是否可用，如果可用，则判断是否需要对电压进行控制；如果需要控制电压，则进行控制策略计算，进而执行控制策略；如果判断数据不可用，则报警并退出本次电压控制；如果系统各项指标满足要求，即不需要对电压进行调整，则继续保持当前设定值。
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