CN102055192B

CN102055192B - 基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法

Info

Publication number: CN102055192B
Application number: CN2010105817383A
Authority: CN
Inventors: 汤磊; 张振宇; 郭庆来; 牛拴保; 孙宏斌; 柯贤波; 王彬; 冯旭; 张伯明; 王吉利; 刘翊枫
Original assignee: Tsinghua University; Northwest China Grid Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Northwest China Grid Co Ltd
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN102055192A

Abstract

本发明涉及基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法，属于电力系统自动电压控制技术领域；该方法将限制无功设备投运或切除的各项约束，以及投运或切除无功设备所带来的效果，依照重要性的不同，用数值的方式进行量化，定义每个设备均有7项操作因子，计算7项操作因子值的相应中间变量，以及每项操作因子相应的加权系数；将计算得到的每项操作因子值乘上相应的加权系数求和，最终选取加权操作因子X的值最大的设备，作为实现所需控制目标下的离散无功设备。本发明终选取加权操作因子最大的设备，更好地实现离散无功设备选择的优化与合理化。

Description

基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法

技术领域

本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，特别涉及变电站自动电压控制中基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法

背景技术

自动电压控制(AVC，Automatic Voltage Control)系统是电力系统最重要的自动控制系统之一。其中变电站的自动电压控制能力与效果直接影响了电力系统自动电压控制的整体控制结果。变电站里均配有一定容量的离散无功设备(电容器，电抗器)来完成自动电压控制的目标。但由于变电站均配有多台电容器，电抗器，且在选择投入或切除具体某台电容器或电抗器时，需考虑投入(切除)不同的电容电抗器对不同母线电压的效果不同，且每台电容器，电抗器都有不同的动作时间，动作次数的限制，以及投入(切除)无功设备的相关顺序约束等。

现有的变电站控制系统中在接到需投入(切除)电容电抗器的控制要求后，利用传统经验来决定具体由哪台无功设备来执行控制任务，缺乏量化，可靠的决策标准，难以满足复杂，特殊情况下的控制要求，并且其固化的评判标准不具备应对在不同控制策略下，对离散无功设备的各项性能指标的不同要求。

变电站内投入(切除)电容电抗器应具有如下原则：设备操作后，通过计算该设备对母线的电压灵敏度，可以算出投入(切除)该设备后，各条母线的电压变化量，所投入(切除)的设备应使母线电压越线数减少或消除电压越线现象；优先选择对受控母线的无功影响大，即灵敏度大的设备；优先投入(切除)越线母线上的无功设备；陆平，康巧萍在《并联电容器装置串联电抗器装置的电抗率及容量选择》(电力建设，2007年2月V28N2，pp.70-72)中提出串联于电抗器的电容器应选择2种不同容量的电容器组合形式；应维持各条母线上处于运行状态的电容电抗器的数目合理，既不发生闲置过多电容电抗器的资源浪费，又保持一定电容电抗器处于未运行的备用状态，作为该母线电压调节的备用无功设备；优先投入不容易拒动的设备，减少发生拒动的几率；为保证设备的使用寿命，设备的月动作次数总数需在一定范围之内。

以上原则在不同的控制目标下，具有不同的重要程度。

在上述变电站控制过程中涉及到控制灵敏度的计算。孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13)中提出了准稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器(AVR)时，可认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节(AQR)或自动功率因数调节(APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。在潮流模型下，设PQ节点和PV节点个数分别为N_PQ和N_PV，状态量x是PQ节点的电压幅值

控制变量u＝[Q_PQ V_PV T_k]^T，其中

是PQ节点的无功注入，

是PV节点的电压幅值，

是变压器变比，重要的依从变量h＝[Q_b Q_PV]^T，其中Q_b ∈R^b是支路无功潮流，

是PV节点的无功注入。这时，有无功潮流模型：

Q_PQ(V_PQ，V_PV，T_k)＝0(1)

Q_b＝Q_b(V_PQ，V_PV，T_k)(2)

Q_PV＝Q_PV(V_PQ，V_PV，T_k)(3)

可得准稳态无功类灵敏度的计算公式见表1。

表1准稳态的无功类灵敏度S_(x，h)u的计算公式

其中

上表中的所有量都可以直接对潮流模型(1)-(3)的雅可比矩阵求逆得到。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足之处，提出一种基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法，使所选择出来的操作设备能更好的实现变电站的自动电压控制目标。

本发明提出的基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法，其特征在于，该方法将限制离散无功设备投运或切除的各项约束，以及投运或切除离散无功设备所带来的效果，依照重要性的不同，用数值的方式进行量化，所述离散无功设备为电容器或电抗器，定义每个离散无功设备均有7项操作因子x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7：其中，x1在“母线电压合格”的控制目标下代表投入或切除该电容器或电抗器后未越线母线数目的相对值，取值范围为0到10的整数，在“主变无功优化”的控制目标下代表该电容器或电抗器对需要考核功率因素的变压器绕组的无功灵敏度的相对值，取值范围为0到100的整数，在“母线电压优化”的控制目标下，无代表含义，数值为0；x2在“母线电压合格”和“母线电压优化”的控制目标下代表该电容电抗器是否直接连接在越线母线上，取值范围为0或1，在“主变无功优化”的控制目标下无代表含义，数值为0；x3在该设备为电容器时代表串联补偿电容器的组合形式，取值范围为0或1，若该设备为电抗器，无代表含义，数值为0；x4代表投运或切除该离散无功设备可以同时解除的越线警报数，取值范围为0到9的整数；x5代表该设备所在母线上已经投入的电容器或电抗器占母线配备的所有电容器或电抗器的投入比例的相对值，取值范围为0到10的整数；x6代表该设备在当日发生拒动的次数，取值范围为0到9的整数；x7代表该设备在当月累计动作的总次数，取值范围为0到999的整数；N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7分别为计算7项操作因子值的中间变量，N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7取值范围均为0到999的正整数；依照不同控制目标下的各项操作因子的重要性的不同，将每项操作因子相应的加权系数定为w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7，w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7取值范围均为0到100000000的整数)；加权操作因子和为X，X的取值范围为0到1000000000的正整数；将计算得到的每项操作因子值乘上相应的加权系数求和，最终选取加权操作因子X的值最大的设备，作为实现所需控制目标下的离散无功设备。

本发明的特点和效果：

本发明将限制无功设备投运或切除的各项约束，以及投运或切除无功设备所带来的效果，依照重要性的不同，用数值的方式进行量化，再将每项操作因子乘上相应的加权系数求和，最终选取加权操作因子最大的设备，将离散无功设备所有的约束限制以及使用效果用一个统一的数值化标准来描述，使不同的设备间具有了可比性，从而使离散无功设备的选择更好地实现变电站的自动电压控制目标。相比于传统的基于经验的方法，更能应对复杂，特殊情况下的控制要求。并且本发明中，每项操作因子的加权系数可以根据不同的控制要求进行设置，从而做出最合适的选择策略，相比于传统的固化评判标准具有更好的鲁棒性以及自适应能力。

本发明提出的方法，可集成在现场运行的变电站自动电压控制系统中，使离散无功设备能更合理有效的投入(切除)，实现自动电压控制的任务。

具体实施方式

本发明提出的变电站自动电压控制中基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法结合实施例详细说明如下：

本发明提出的基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法，其特征在于，所述离散无功设备为电容器或电抗器，设变电站中有m台电容器和n台电抗器，用于变电站的自动电压控制，以达到母线电压合格，主变无功优化和母线电压优化这三大变电站自动电压控制目标；将限制无功设备投运或切除的各项约束，以及投运或切除无功设备所带来的效果，依照重要性的不同，用数值的方式进行量化，定义每个设备均有7项操作因子x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7：其中，x1在“母线电压合格”的控制目标下代表投入或切除该电容器或电抗器后未越线母线数目的相对值，取值范围为0到10的整数，在“主变无功优化”的控制目标下代表该电容器或电抗器对需要考核功率因素的变压器绕组的无功灵敏度的相对值，取值范围为0到100的整数，在“母线电压优化”的控制目标下，无代表含义，数值为0；x2在“母线电压合格”和“母线电压优化”的控制目标下代表该电容电抗器是否直接连接在越线母线上，取值范围为0或1，在“主变无功优化”的控制目标下无代表含义，数值为0；x3在该设备为电容器时代表串联补偿电容器的组合形式，取值范围为0或1，若该设备为电抗器，无代表含义，数值为0；x4代表投运或切除该离散无功设备可以同时解除的越线警报数，取值范围为0到9的整数；x5代表该设备所在母线上已经投入的电容器或电抗器占母线配备的所有电容器或电抗器的投入比例的相对值，取值范围为0到10的整数；x6代表该设备在当日发生拒动的次数，取值范围为0到9的整数；x7代表该设备在当月累计动作的总次数，取值范围为0到999的整数。

N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7分别为计算7项操作因子值的中间变量(N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7取值范围均为0到999的正整数)；依照不同控制目标下的各项操作因子的重要性的不同，将每项操作因子相应的加权系数定为w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7(w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7取值范围均为0到100000000的整数)；加权操作因子和X(X的取值范围为0到1000000000的正整数)。将计算得到的每项操作因子值乘上相应的加权系数求和，最终选取加权操作因子X的值最大的设备，作为实现所需控制目标下的离散无功设备。

该方法包括以下步骤：

1)在接收到任意一个控制目标后，计算变电站中m台电容器和n台电抗各自的第3，4，5，6，7项操作因子的值：

计算第3项操作因子x3：若该无功设备为电容器，判断如果前一次投入或切除的串联补偿电抗的电容的容量与该电容容量不相同，则N3＝2，否则N3＝1，该项操作因子为x3＝N3，使电抗器的串联补偿电容为两种容量的电容器组合形式；若该无功设备为电抗器时，此项操作因子为x3＝0；

计算第4项操作因子x4：计算投运或切除该离散无功设备可以同时解除的越线警报数N4，则该项操作因子为x4＝N4；

计算第5项操作因子x5：计算该设备所在母线上已经投入的电容器或电抗器占母线配备的所有电容器或电抗器的投入比例值乘以10后，取整得到N5，若选择投入电容器或电抗器时，该项操作因子为x5＝10-N5，若选择切除电容器或电抗器时，该项操作因子为x5＝N5，使母线上已投入的设备不致过多或过少；

计算第6项操作因子x6：统计该离散无功设备在当日发生拒动的次数N6，该项操作因子为x6＝9-N6；

计算第7项操作因子x7：统计该离散无功设备在当月累计动作的总次数N7，该项操作因子为x7＝999-N7；

2)判断当前控制目标，若是“消除电压越线以达到母线电压合格”转步骤3)；若是“主变无功优化”转步骤4)；若是“母线电压优化”转步骤5)；

3)计算“消除电压越线以达到母线电压合格”目标下的第1，2项操作因子的值：

计算第1项操作因子x1：计算得出投入或切除该离散无功设备后控制单元低等级母线电压越下限数N1，则该项操作因子为x1＝10-N1；

计算第2项操作因子x2：直连在该越线母线上的设备的N2＝0，其它情况N2均为1，则该项操作因子为x2＝2-N2；完成上述2项操作因子计算后转步骤6)；

4)计算“主变无功优化”目标下的第1，2项操作因子：

计算第1项操作因子x1：计算该电容器或电抗器对需要考核功率因素的变压器绕组的无功灵敏度的绝对值的100倍后，取整得N1(无功灵敏度算法请参见背景技术)，则该项操作因子为x1＝N1；

计算第2项操作因子x2：x2＝N2＝0；完成上述2项操作因子计算后转步骤6)；

5)计算“母线电压优化”目标下的第1，2项操作因子：

计算第1项操作因子x1：x1＝N1＝0；

计算第2项操作因子x2：直连在该越线母线上的设备的N2＝0，其它情况N2均为1)，则该项操作因子为x2＝2-N2；完成上述2项操作因子计算后转步骤6)；

6)将变电站中m台电容器和n台电抗器中和每台设备的7项操作因子，计算得到每台设备的加权操作因子和；

加权操作因子和X＝x1×w1+x2×w2+x3×w3+x4×w4+x5×w5+x6×w6+x7×w7根据接收到的控制目标，选取加权操作因子和最大的设备作为投运或切除的设备。

以下用一个实施例“消除‘某地区220kV4#甲母线’越限切电容策略”进一步说明本发明的方法：

设变电站中有2台已投入的电容器为242号电容器和265号电容器，这两台电容器均有7项操作因子x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，相应的加权系数w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7分别为：100000000，10000000，1000000，100000，10000，1000，1。本实施例具体包括以下步骤：

1)在接收到“消除‘某地220kV4#甲母线’越限切电容”的控制目标后，计算变电站2台电容器的第3，4，5，6，7项操作因子：母线上前一台切除的变压器容量与242号电容器相同，故242号电容器的X3为1；若切除242号电容器后，根据灵敏度计算出母线变化电压，得知解除的母线越线数目为0，故X4＝0；242号电容器所在母线配备有4台电容器，1台处于运行状态，故电容器投入比例为25％，乘以10后，取整为2，故X5＝2；242号电容器在该日未发生过拒动，故X6＝9-0＝9；242号电容器在该月动作过32次，故X7＝999-32＝967。同理可得265号电容器的第3，4，5，6，7项操作因子分别为0，0，3，8，937；

2)判断当前控制目标为“消除电压越线以达到母线电压合格”转步骤3)；

3)计算“消除电压越线以达到母线电压合格”目标下变电站2台电容器的第1，2项操作因子：若切除242号电容器后，根据灵敏度计算出母线变化电压，得知不会导致其他母线越限，故X1＝10-0＝10；242号电容器未连接到变电站越线母线上，故X2＝1；同理可得265号电容器的操作因子分别为10，1；跳过步骤4)和5)转步骤6)。

6)计算2台备选可切电容器总加权操作因子。

242号电容器的总加权操作因子＝10×100000000+1×10000000+1×1000000+0×100000+2×10000+9×1000+967×1＝1011029967；

265号电容器的总加权操作因子＝10×100000000+1×10000000+0×1000000+0×100000+3×10000+8×1000+937×1＝1010038937。

7)由于1011029967＞1010038937，故选择切除八里庄242号电容器，以实现消除‘某地220kV4#甲母线’越限切电容”的控制目标。

Claims

1.一种基于加权操作因子的离散无功设备的选取方法，其特征在于，该方法将变电站中限制离散无功设备投运或切除的各项约束，以及投运或切除离散无功设备所带来的效果，依照重要性的不同，用数值的方式进行量化，所述离散无功设备为电容器或电抗器，定义每个设备均有7项操作因子x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7：其中，x1在“母线电压合格”的控制目标下代表投入或切除该电容器或电抗器后未越线母线数目的相对值，取值范围为0到10的整数，在“主变无功优化”的控制目标下代表该电容器或电抗器对需要考核功率因素的变压器绕组的无功灵敏度的相对值，取值范围为0到100的整数，在“母线电压优化”的控制目标下，无代表含义，数值为0；x2在“母线电压合格”和“母线电压优化”的控制目标下代表该电容器或电抗器是否直接连接在越线母线上，取值范围为0或1，在“主变无功优化”的控制目标下无代表含义，数值为0；x3在该设备为电容器时代表串联补偿电容器的组合形式，取值范围为0或1，若该设备为电抗器，无代表含义，数值为0；x4代表投运或切除该离散无功设备可以同时解除的越线警报数，取值范围为0到9的整数；x5代表该设备所在母线上已经投入的电容器或电抗器占母线配备的所有电容器或电抗器的投入比例的相对值，取值范围为0到10的整数；x6代表该设备在当日发生拒动的次数，取值范围为0到9的整数；x7代表该设备在当月累计动作的总次数，取值范围为0到999的整数；N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7分别为计算7项操作因子值的中间变量，N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7取值范围均为0到999的正整数；依照不同控制目标下的各项操作因子的重要性的不同，将每项操作因子相应的加权系数定为w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7，w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7取值范围均为0到100000000的整数；加权操作因子和为X，X的取值范围为0到1000000000的正整数；将计算得到的每项操作因子值乘上相应的加权系数求和，最终选取加权操作因子和X的值最大的设备，作为实现所需控制目标下的离散无功设备。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在接收到任意一个控制目标后，计算变电站中m台电容器和n台电抗器各自的第3，4，5，6，7项操作因子的值，m，n取值范围为0到100的整数：

计算第3项操作因子x3：若该无功设备为电容器，判断如果前一次投入或切除的串联补偿电抗的电容器的容量与该电容器容量不相同，则N3＝2，否则N3＝1，该项操作因子为x3＝N3，使电抗器的串联补偿电容为两种容量的电容器组合形式；若该无功设备为电抗器时，此项操作因子为x3＝0；

4)计算“主变无功优化”目标下的第1，2项操作因子：

计算第1项操作因子x1：计算该电容器或电抗器对需要考核功率因素的变压器绕组的无功灵敏度的绝对值的100倍后，取整得N1，则该项操作因子为x1＝N1；

5)计算“母线电压优化”目标下的第1，2项操作因子：

计算第1项操作因子x1：x1＝N1＝0；

6)将变电站中m台电容器和n台电抗器中和每台设备的7项操作因子，乘以加权系数，计算得到每台设备的加权操作因子和；

加权操作因子和X＝x1×w1+x2×w2+x3×w3+x4×w4+x5×w5+x6×w6+x7×w7，根据接收到的控制目标，选取加权操作因子和最大的设备作为投运或切除的设备，作为实现所需控制目标下的离散无功设备。