CN101540509A - 一种变电站的电压无功控制方法 - Google Patents

Abstract

一种变电站的电压无功控制方法，包括：1)利用十七区域图方法来划分变电站电压无功合格率并进行相应控制策略的一种电压无功优化控制方法。2)设置测量变量U、Q的采样数据时间，采集n个测量变量，并对各个测量变量进行粗差剔除；3)十七区域图下控制优先模式分为只考虑电压，只考虑无功，电压优先，无功优先，综合考虑五种模式。结合各个优先模式所对应的相应区所对应的控制策略专家知识库。4)将采集到的实时电压U、实时无功Q确定出当前系统所处的十七区域图的具体区域位置，结合优先模式再根据控制策略专家知识库得到当前的控制策略，满足控制条件时则进行变压器档位调节出口或电容器投切出口操作，实现电压无功的优化控制。本发明可以有效地降低现有设备损耗、提高电压合格率、减轻工作人员的负担，应用于变电站的无功电压自动控制，使系统电压和无功达到最优的经济运行方式。

Description

一种变电站的电压无功控制方法

技术领域

本发明属于变电站电能质量控制技术领域，涉及一种变电站电压无功优化控制方法。

背景技术

目前广泛应用的传统九区图算法(见图1)是现有变电站电压无功控制策略主要依据，是基于最基本原理来实现变电站电压无功自动控制，按这种划分方式，本着电压越限调分接头、无功越限投切电容，两者均越限先投切电容，仍不合格再调分接头的原则进行控制，是基本的电压无功分区控制策略。但它的调节性存在一些不足，没有考虑电压与无功的相互影响，控制方法比较简单粗糙，存在控制性能不好，投切振荡等问题，传统九区图控制中的死区问题。

由于这种划分过于简单，没有全面考虑电压无功调节的综合作用效果，容易引起往复动作现象(见图2)。传统九区图法由于未考虑无功调节对电压的影响及电压调节对无功的影响，使用时会造成振荡、装置频繁动作的现象，由于投切电容器后电压的升高或降低使得运行点向另一个不满足的区移动。这是目前九区图法的一个突出问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变电站电压无功优化控制方法，解决了现有技术中存在的电压无功控制装置调节频繁的问题。

本发明所采用的技术方案是，1、一种变电站的电压无功控制方法，其特征在于：包括如下步骤

1)建立十七区域图，将传统九区图的1区细分为1、10、11区，3区细分为3、30、31区，5区细分为5、50、51区，7区细分为7、70、71区，

区域判断域值：

ΔUu为主变调一档所引起的电压变化最大值，

ΔUq为电容器投切一个所引起的电压变化最大值，

ΔQu为主变调一档所引起的无功变化最大值，

ΔQq为电容器投切一个所引起的无功变化最大值，

Umax是变压器低压侧母线电压的上限，

Umin是变压器低压侧母线电压的下限，

Qmax是变压器高压侧无功功率的上限，

Qmin是变压器高压侧无功功率的下限；

2)、设置测量变量电压U、无功Q的采样数据时间，数据采集系统采集n个测量变量，并对各个测量变量进行粗差剔除，确定当前系统所处的十七区域图具体区域位置；

3)、将控制优先模式分为只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先，综合考虑五种模式，各个模式下的动作策略特征如下：

本发明的有益效果主要表现在：本发明可以节省VQC装置硬件成本，能有效充分发挥了变电站监控系统的VQC功能，可广泛应用与110KV以下的变电站终端用户，即在各个变电站中，自动调节有载调压变压器分接头和自动投切无功补偿设备，以控制当地的电压无功功率在合格的范围内。实现站级的无功优化控制，提高系统运行的可靠性和经济性，在实际应用中对实施条件要求不高，应用经济效果明显，适于安装于输电线路监控系统中使用。

附图说明

图1是九区图；

图2是九区振荡图；

图3是本发明十七区图；

图4是十七区域图实例具体图；

图5是本发明的计算机软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种变电站的电压无功控制方法，包括如下步骤

1)建立十七区域图，将传统九区图的1区细分为1、10、11区，3区细分为3、30、31区，5区细分为5、50、51区，7区细分为7、70、71区，

区域判断域值：

ΔUu为主变调一档所引起的电压变化最大值，

ΔUq为电容器投切一个所引起的电压变化最大值，

ΔQu为主变调一档所引起的无功变化最大值，

ΔQq为电容器投切一个所引起的无功变化最大值，

Umax是变压器低压侧母线电压的上限，

Umin是变压器低压侧母线电压的下限，

Qmax是变压器高压侧无功功率的上限，

Qmin是变压器高压侧无功功率的下限；

2)、设置测量变量电压U、无功Q的采样数据时间，数据采集系统采集n个测量变量，并对各个测量变量进行粗差剔除，确定当前系统所处的十七区域图具体区域位置；

3)、将控制优先模式分为只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先，综合考虑五种模式，各个模式下的动作策略特征如下：

步骤2中，数据采集系统每间隔3秒采集一次测量数据，并对30秒以内的数据进行电压和无功数据的预处理。

步骤2中，对各个测量变量电压U进行粗差剔除的过程为：

对预设时间段内的测量变量计算平均值，设U_i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i$

其中，U为平均值，n为预设时间段内测量总次数；

残余误差记作V_i，V_i＝U_i-U

根据贝塞尔公式可得标准偏差δ的估计值，计算式为：

$\mathrm{\δ}\≈\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^2}{(n-1)}}$

若某个剩余误差|V_i|＞3σ，判定该测量值中含有粗大误差，应予以剔除，将U_i剔除后，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后仍按上述步骤进行判断，直至不存在粗大误差，粗差剔除结束。

由公式

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ (n-剔除后数据个数)

计算得出目前的一个系统平均电压值U。

实施例：

实施例的具体硬件系统：监控后台工作站-研华工控机(CPU P42.8G，内存512M，硬盘120G，Win2000Server，杭州德力西CD-SCADA电站监控系统)、上海华明有载调压器HMK7一台、山东鲁能5000KVA的10KV两卷变压器一台、重庆并联电力电容器有限公司5010kVar电容器组一台、杭州德力西综合保护测控CDMP200装置10台。

变电站的电压无功控制方法，包括：

1)、从上到下依次配置变电站的系统定值。设置变电站的系统参数包括：母线段数、主变台数、无功判据、优先模式、电容投入次序等。配置上下限域图参数定值(分时间段或负荷水平段)；如：低压侧电压上限Umax、低压侧电压下限Umin、高压侧Qmax、高压侧Qmin、主变每调节一档的低压侧电压最大变化值(ΔUu)、主变每调节一档时的无功最大变化值(ΔQu)、电容每投切一次时的低压侧电压最大变化值(ΔUq)、电容每投切一次时的无功最大变化值(ΔQq)。配置VQC的“辅助参数”定值：主变容量、动作时间定值、躲扰动延时、动作间隔等。以及测控信号表和母线接线方式等参数。

2)、根据系统定值上下限域图参数定值的设置，建立具体的十七区图的上下限，如图3。

3)、建立与变电站实时数据的通信，上位机对站内采样数据进行实时通信采集，对变电站的电流、电压、有功、无功、功率因素、开关位置、变压器档位等电气信息进行采集，将采集到的实时电压、实时无功分别和电压限值、无功限值进行比较，确定目前系统运行所在的控制区域。

在系统在设定的时间内计算电压U与无功Q的平均值，把30秒以内的数据进行预处理，计算10个3秒测量值的平均值以供VQC模块调用。以平均值来判定电压U与无功Q的确定当前运行区域。并对各个测量变量进行粗差剔除；

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ $\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Qi}$

其中，U、Q为平均值，n为预设时间段内测量总次数；

4)、根据优先模式和所在区的专家知识库控制策略，判断其闭锁控制条件，是否符合控制条件，当需要控制时判断投切电容器组还是调节变压器档位，满足控制条件时则进行变压器档位调节出口或电容器投切出口，从而控制变压器或电容器组。

在所述步骤1中，对各个系统主要参数进行设定的过程为：

(1.1)、Umax为10.7kV，Umin设定为10.0kV，根据当地的负荷变化规律，应先根据当地电网对于功率因数的运行规定，确定COSΦmax为0.98及COSΦmin为0.9。在不同的时段整定不同的Qmax与Qmin大小。现考虑该台变压器运行在额定负荷的80％情况下，则可得出Qmax及Qmin在80％的额定负荷条件下的值：

Qmax＝80％*S*√(1-COSΦmin*COSΦmin＝17436kVar

Qmin＝80％*S*√(1-COSΦmax*COSΦmax＝7960kVar

ΔUu为主变调一档所引起的电压变化最大值，设定为0.2kV。

ΔUq为电容器投切一个所引起的电压变化最大值，设定为0.1kV。

ΔQu为主变调一档所引起的无功变化最大值，设定为100kVar。

ΔQq为电容器投切一个所引起的无功变化最大值，设定为5010kVar。

(2.1)、依据(1.1)域图上下限参数定值的设置，建立具体的十七区图的如图4。

(3.1)、U与Q的平均值采样判断方法：

设置测量变量U、Q的采样数据窗口时间，采集n个测量变量，并对各个测量变量进行粗差剔除；设U_i和Q_i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ $\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Qi}$

其中，U、Q为平均值，n为预设时间段内测量总次数；

对各个测量变量U_i进行粗差剔除的过程为：

对预设时间段内的测量变量计算平均值，设U_i、Q_i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ $\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Qi}$

其中，U、Q为平均值，n为预设时间段内测量总次数；

残余误差，记作V_i，V_i＝U_i-U、V_i＝Q_i-Q

根据贝塞尔公式可得标准偏差δ的估计值，计算式为：

$\mathrm{\δ}\≈\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^2}{(n-1)}}$

若某个剩余误差|V_i|＞3σ，判定该测量值中含有粗大误差，应予以剔除，将U_i、Q_i剔除后，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后仍按上述步骤进行判断，直至不存在粗大误差，粗差剔除结束。

由公式

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ $\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Qi}$

(n——剔除后数据个数)

计算得出目前的系统平均值U、Q。

在所述步骤中，数据采集系统计算10个3秒测量值的平均值以供VQC模块调用。通过预处理，实现了每间隔3秒钟采集一次数据，并对30秒以内的数据进行预处理，即计算10个3秒测量值的平均值以供上位机VQC程序调用，符合VQC采样的需要，系统在设定的时间内计算U与Q的平均值，以平均值来判定U与Q的当前运行区域采取相应的方案。

本实施例的具体实现算法

利用后台主站监控系统高速采样的特性，可实现3秒1次测量值采样，30秒共10个数的作为上传数据，存变量A₁-A₁₀

平均值计算：

设U_i为i次仪表采样测量值变量则

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$

U平均值、n＝10

剔除粗差算法具体是：

上位机调用高速采样的30秒10个数据(每个为3秒测量平均值)进行剔除粗差预处理。

a.计算平均值，由公式：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ (n＝10-数据个数)

其中，U为平均值，n为预设时间段内测量总次数

b.计算标准偏差：

残余误差，记作V_i，V_i＝U_i-U

根据贝塞尔(Bessel)公式可求得标准偏差δ的估计值：

$\mathrm{\δ}\≈\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i^2}{(n-1)}}$

c.按3σ判定：

若某个剩余误差|V_i|＞3σ，则判定该测量值中含有粗大误差，应予以剔除。

d.将U_i剔除，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后仍按上述步骤进行判断，直至不存在粗大误差，粗差剔除结束。

e.由公式

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ui}$ (n-剔除后数据个数)

计算得出目前的一个系统平均电压值U。

与上述步骤同，得出系统平均无功值Q

根据U、Q得出系统现在所处的一个电压无功所在的十七区域中的所在域图。如：U＝10.3，Q＝7500，则系统所在区域为7区。如：U＝10.8，Q＝8100，则系统所在区域为1区。如：U＝9.8，Q＝17400，则系统所在区域为51区。

(4.1)、根据优先模式和所在区的控制策略专家知识库，判断其闭锁控制条件，是否符合控制条件，从而调节变压器或投切电容器组。

本实施例的具体实现(以下均为无系统闭锁条件)：

实例1：优先模式：只调电压；区域：7区；控制策略：不动作。

实例2：优先模式：无功优先；区域：7区；控制策略：切电容。

实例3：优先模式：综合考虑；区域：1区；控制策略：降档，如无变压器可调可投则切电容。

实例4：优先模式：只调电压；区域：51区；控制策略：投电容，如无电容可投则升档。

图4给出十七区图具体分布：根据电压定值和无功定值和临界参数把整个区域分成十七个区域，每一个区域结合具体的优先模式，设有不同的控制策略。电压定值和无功定值采用一天多套、每天都可以设置不同的定值，方便用户根据需要设置。

图5给出了实施例的计算机的软件流程：本发明电压无功控制系统，设置VQC系统参数、上下限域图定值，确定十七区图，参数设置完成后，则通过远程终端RTU采集实时数据并进行处理，通过对一定时间段内的电压均值与无功均值与十七区域图上下限比较，确定当前状态处于十七区图域的位置，结合具体的优先模式，按照控制策略专家知识库确定是否进行变压器的档位调节和电容器的投切操作，以使系统电压和无功达到最优的、最经济的运行方式。

Claims (3)

1、一种变电站的电压无功控制方法，其特征在于：包括如下步骤

1)建立十七区域图，将传统九区图的1区细分为1、10、11区，3区细分为3、30、31区，5区细分为5、50、51区，7区细分为7、70、71区，

区域判断域值：

ΔUu为主变调一档所引起的电压变化最大值，

ΔUq为电容器投切一个所引起的电压变化最大值，

ΔQu为主变调一档所引起的无功变化最大值，

ΔQq为电容器投切一个所引起的无功变化最大值，

Umax是变压器低压侧母线电压的上限，

Umin是变压器低压侧母线电压的下限，

Qmax是变压器高压侧无功功率的上限，

Qmin是变压器高压侧无功功率的下限；

2)、设置测量变量电压U、无功Q的采样数据时间，数据采集系统采集n个测量变量，并对各个测量变量进行粗差剔除，确定当前系统所处的十七区域图具体区域位置；

3)、将控制优先模式分为只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先，综合考虑五种模式，各个模式下的动作策略特征如下：

2、如权利要求1所述的电压无功控制方法，其特征在于：在所述步骤2中，对各个测量变量电压U进行粗差剔除的过程为：

对预设时间段内的测量变量计算平均值，设U_i为i次仪表采样测量值变量，平均值计算公式为：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i$

其中，U为平均值，n为预设时间段内测量总次数；

残余误差记作V_i，V_i＝U_i-U

根据贝塞尔公式可得标准偏差δ的估计值，计算式为：

$\mathrm{\δ}\≈\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^2}{(n-1)}}$

若某个剩余误差|V_i|＞3σ，判定该测量值中含有粗大误差，应予以剔除，将Ui剔除后，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后仍按上述步骤进行判断，直至不存在粗大误差，粗差剔除结束。

由公式

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i$ (n-剔除后数据个数)

计算得出目前的一个系统平均电压值U。

3、如权利要求1所述的电压无功控制方法，其特征在于：在所述步骤2中，数据采集系统每间隔3秒采集一次测量数据，并对30秒以内的数据进行电压和无功数据的预处理。

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