CN102280895A - 一种区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气工程技术，特别涉及一种区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法。本发明的区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法利用无功控制数据交互模块、考虑负荷波动的增量控制模块、多目标分层无功控制策略生成模块及紧急响应策略模块来完成数据的采集、分析、计算及控制。本发明利用电力系统区域电网能量管理系统强大的数据采集及管理能力，直接从区域电网能量管理系统读取所需数据，利用现有系统节省了硬件投资；增量式无功控制方案，可以有效的适应电网负荷的实际变化情况；分层策略生成机制，可以有效的简化计算复杂度。

Description

一种区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法
技术领域
本发明涉及电气工程技术，特别涉及一种区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法。
背景技术
在电力系统实际运行中，实现区域无功的合理分配和电压的稳定运行是各级电力管理部门，特别是各级电力调度中心的重要任务之一。目前，电力控制系统对数据的采集比较繁琐，数据管理能力较差；大多数电压无功控制都是基于电网某一时刻的采样数据进行的，这样有利于计算过程的简化与控制效率的提高，但由于负荷总是不断变化的，所以针对单个时间断面采集的数据进行的无功控制不能很好满足实际运行需要，主要体现在控制策略与负荷的变化规律不符导致策略的不合理，如网络有功损耗的增加，以及电容器开关和主变压器分接头的频繁动作；另一方面，电力系统的实际运行必须兼顾降低电网有功损耗，提高电压合格率指标以及尽量减少设备动作次数等多个目标，这些负荷变化将大大增加无功控制的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于区域电网的增量式多目标分层动态无功控制方法，以实现考虑负荷的动态变化，并且兼顾降低电网有功损耗，提高电压合格率指标以及设备动作次数约束的无功控制。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，包括以下步骤：
(1)、由区域电网增量式多目标动态无功控制子系统的主控制入口根据系统设置的数据刷新机制，判断区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统是否需要主动与区域电网能量管理系统进行数据交互；
如果需要主动数据刷新，则通过无功控制数据交互模块，利用数据接口从区域电网能量管理系统中采集所需数据；此外，区域电网能量管理系统也可以主动向无功无功控制数据交互模块下发数据；如果不需要主动数据刷新，则跳过数据更新程序，进入紧急SOE判断程序；
(2)、系统对从区域电网能量管理系统获取的数据中判断是否存在紧急SOE，若存在则启动紧急响应策略模块，直接下发紧急响应策略到策略命令下发控制接口，再通过数据接口将命令送到区域电网能量管理系统，由其实现对各无功控制设备的控制；
若不存在紧急SOE，则启动考虑负荷波动的增量控制模块，数据在考虑负荷波动的增量控制模块中进行分析预测，一部分反映到当前控制时刻为止的负荷变化情况，供第一层无功控制策略生成模块计算使用；另一部分反映负荷可能的变化方向，获得负荷增量；
(3)、数据经考虑负荷波动的增量控制模块分析预测后，输送到多目标分层无功控制策略生成模块进行运算，在第一层无功控制策略生成模块中生成次优种子策略，并储存在种子策略数据库中；
在第二层多目标动态无功控制策略生成模块以次优种子策略为基础，将考虑负荷波动的增量控制模块中得到的负荷增量融合到决策变量中，获得增量多目标动态无功控制策略，作为最终控制策略；
(4)、将最终控制策略发到策略命令下发控制接口，再通过数据接口将命令送到区域电网能量管理系统，由其实现对各无功控制设备的控制完成一轮闭环控制。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，所述无功控制数据交互模块利用数据接口从区域电网能量管理系统中采集所需数据的具体步骤包括：
(1)SCADA数据接口模块与区域电网能量管理系统进行数据交换，从区域电网能量管理系统中采集进行无功控制所需的各种信息，包括：网络拓扑结构数据，电压、电流、有功功率、无功功率实时数据，可用无功容量，遥信信号和保护信号数据；
(2)通讯接口管理模块对所采集到的数据进行处理，以滤除噪声和随机分量，避免量测瞬间波动引起误动或频繁调节；并对数据进行潮流验证，进一步检测数据的正确性；
命令下发管理模块将本系统计算得到的区域电网各无功控制设备调节策略，包括各发电机端电压电压幅值、各台变压器分接头档位以及并联电容器投切组数，按照区域电网能量管理系统的命令接口形式进行封装，并通过区域电网能量管理系统的命令接口下发到电网的各相应执行机构；
数据编辑模块动态编辑、更新各数据库，以及各个镜像数据池的信息；
数据管理模块管理各数据库的信息，并在多台服务器中生成镜像数据池。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，所述数据在考虑负荷波动的增量控制模块中分析预测的具体步骤包括：
(1)历史数据分析，对各关键负荷节点的历史数据进行分析，给出负荷波动增量的置信区间；
(2)短期负荷估计，通过针对本系统所应用区域电网的历史负荷数据库，对负荷的可能变化情况进行预测，本模块的增量控制的预测分为两部分，第一部分反映到当前控制时刻为止的负荷变化情况，供第一层无功控制策略生成模块计算使用；第二部分反映负荷可能的变化方向，获得负荷增量；
(3)将负荷增量信息融入到全天实时测量信息库中，为无功控制策略生成模块提供数据。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，所述在多目标分层无功控制策略生成模块中获得增量多目标动态无功控制策略的具体步骤包括：
(1)对无功控制策略生成模块进行分层，将其分为初始策略生成机制及增量动态策略生成机制，分层的时间点可以人工手动选择，也可以由系统自动指定，考虑到一般区域电网的负荷波动在凌晨时比较稳定，因此，可选择12:00为初始策略生成机制开始时刻；
(2)初始策略生成时，利用“基于ε-支配域的模糊多目标无功优化方法”(《电力系统自动化》，2009年33卷5期：33-39页)，在第一层无功控制策略生成模块中以发电机端电压、变压器分接头位置、并联电容器投切容量为变量，以降低电网有功损耗，提高电压合格率指标为目标函数，获得一批接近最优的无功控制策略，作为第二层次的增量动态无功控制策略的种子策略；
(3)在增量动态策略生成机制阶段，以在初始策略生成阶段得到的种子策略为基础，将考虑负荷波动的增量控制模块中得到的负荷增量融合到决策变量中，同时，在无功控制目标中增加设备动作次数最小化这一控制目标，构成考虑负荷变化的增量式动态多目标无功控制数学模型，利用“基于ε-支配域的模糊多目标无功优化方法”(《电力系统自动化》，2009年33卷5期：33-39页)求解该模型，得到区域电网中各发电机的端电压、各台变压器分接头档位以及并联电容器投切组数的控制策略。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，所述紧急响应策略的具体步骤包括：
(1)紧急SOE接收机制，对从区域电网能量管理系统获取的遥信信号进行分类，规定系统优先处理的紧急遥信信号库(紧急SOE)，包括：上一级调度系统下发的强制执行命令、事故告警信号、保护动作信号、闭锁信号，这类信号将被置为最高级重要度，自动排序到系统SOE库的前端，优先处理；
(2)根据紧急SOE生成紧急响应策略，紧急响应策略可闭锁普通策略的执行，即紧急响应策略生成后，所有未执行的普通控制策略全部取消，转而执行紧急响应策略。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，为了实现区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，需利用区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统，所述区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统包括区域电网增量式多目标动态无功控制子系统、策略命令下发控制接口，区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统还包括无功控制数据交互模块、考虑负荷波动的增量控制模块、多目标分层无功控制策略生成模块、紧急响应策略模块，其中无功控制数据交互模块通过以太网与区域电网能量管理系统连接，其余模块间则通过共享内存数据池实现数据的同步交互。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，所述无功控制数据交互模块包括数据通讯功能模块和数据管理功能模块。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，所述数据通讯功能模块包括SCADA数据接口模块、通讯接口管理模块和命令下发管理模块。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，数据管理功能模块包括数据编辑模块和数据管理模块。
上述区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法中，多目标分层无功控制策略生成模块包括第一层无功控制策略生成模块、第二层多目标动态无功控制策略生成模块以及种子策略库。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明面向电力系统无功控制的实际需求出发，利用区域电网能量管理系统强大的数据采集及管理能力，直接用无功控制数据交互模块从区域电网能量管理系统读取所需数据，利用现有系统节省了硬件投资，简化了数据接口管理工作；考虑负荷波动的增量控制模块，可以有效的适应电网负荷的实际变化情况，为实现在线多目标分层无功控制提供准确的数据；利用多目标分层无功控制策略生成模块的的分层策略生成机制，可以有效的简化计算复杂度，提高系统计算效率，适应无功控制的具体需求。
附图说明：
图1为本发明区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统流程图。
图2为本发明无功控制数据交互模块结构图。
图3为考虑负荷波动增量控制模块中未采用负荷波动增量融合技术的原理图。
图4为考虑考虑负荷波动增量控制模块中采用负荷波动增量融合技术后的原理图。
附图标记：1-区域电网增量式多目标动态无功控制子系统，2-数据刷新，3-无功控制数据交互模块，4-数据接口，5-区域电网能量管理系统(EMS/SCADA系统)，6-是否收到紧急SOE，7-紧急响应策略模块，8-考虑负荷波动的增量控制模块，9-第一层无功控制策略生成，10-种子策略库，11-融合后的决策变量，12-第二层多目标动态无功控制策略生成，13-策略命令下发控制接口，14-多目标分层无功控制策略生成模块，15-负荷增量，311-SCADA数据接口模块，312通讯接口管理模块，313-命令下发管理模块，321-数据编辑模块，322-数据管理模块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
图1为本实施例的区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统流程图，其主要控制流程为：由区域电网增量式多目标动态无功控制子系统(1)的主控制入口根据系统设置的数据刷新机制(2)，判断系统是否需要主动与区域电网能量管理系统(5)进行数据交互；如果需要主动数据刷新，则通过无功控制数据交互模块(3)，利用数据接口(4)从区域电网能量管理系统(5)中采集所需数据；如果不需要主动数据刷新，则跳过数据更新程序，进入紧急SOE判断程序；区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统对从区域电网能量管理系统(5)获取的数据中判断是否存在紧急SOE(6)，若存在则启动紧急响应策略模块(7)，直接下发紧急响应策略到策略命令下发控制接口(13)，再通过数据接口(4)将命令送到区域电网能量管理系统(5)，由其实现对各无功控制设备的控制；
若不存在紧急SOE(6)，则启动考虑负荷波动的增量控制模块(8)，数据在考虑负荷波动的增量控制模块(8)中进行分析预测，一部分反映到当前控制时刻为止的负荷变化情况，供第一层无功控制策略生成模块(9)计算使用；另一部分反映负荷可能的变化方向，获得负荷增量(15)；数据经考虑负荷波动的增量控制模块(8)分析预测后，输送到多目标分层无功控制策略生成模块(14)进行运算，在第一层无功控制策略生成模块(9)中生成次优种子策略，并储存在种子策略数据库中(10)；在第二层多目标动态无功控制策略生成模块(12)以次优种子策略为基础，将考虑负荷波动的增量控制模块(8)中得到的负荷增量(15)融合到决策变数中，获得增量多目标动态无功控制策略，作为最终控制策略；
将最终控制策略发到策略命令下发控制接口(13)，再通过数据接口(4)将命令送到区域电网能量管理系统(5)，由其实现对各无功控制设备的控制完成一轮闭环控制。
所述系统包括包括区域电网增量式多目标动态无功控制子系统(1)、策略命令下发控制接口(13)，区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统还包括无功控制数据交互模块(3)、考虑负荷波动的增量控制模块(8)、多目标分层无功控制策略生成模块(14)、紧急响应策略模块(7)，模块间则通过共享内存数据池实现数据的同步交互，其中无功控制数据交互模块(3)通过以太网与区域电网能量管理系统(5)连接。
图2是本实施例的无功控制数据交互模块结构图。该无功控制数据交互模块(3)主要包括两个功能，分别为数据通讯功能和数据管理功能。数据通讯功能主要由以下模块支持：SCADA数据接口模块(311)、通讯接口管理模块(312)、命令下发管理模块(313)，所述SCADA数据接口模块(311)负责采集区域电网能量管理系统遥信、遥测、遥调数据，通过UDP协议与系统通讯；通讯接口管理模块(312)专门管理、维护数据接口，保证与区域电网能量管理系统连接接口的稳定；命令下发管理模块(313)负责记录，管理策略遥控命令，保证每条遥控命令都能正确的被区域电网能量管理系统接收，并记录整个执行过程的情况。数据管理功能主要由以下模块支持：数据编辑模块(321)、数据管理模块(322)，所述数据编辑模块(321)负责动态的编辑、更新各数据库，以及各个镜像数据池的信息；数据管理模块(322)负责管理各数据库的信息，实现各个镜像数据池的数据同步，保证全系统数据的同时性和安全性。
图3、图4是本实施例的考虑负荷波动增量控制模块中负荷波动增量融合技术的原理图。图3表示系统在时刻t时进行多目标无功控制，负荷可能增量为图中阴影部分所示，通常的无功控制策略生成机制所用决策变量不包括该部分的负荷变化，因而得到的控制策略往往不能适应负荷的实际变化。本发明通过增量融合技术，可以将该部分增量融合到决策变量当中，如图4所示。这样，由融合后的决策变量得到的多目标无功控制策略就能较好的适应负荷变化的影响，使控制策略的优化效果更加符合实际情况。

Claims (5)

1.一种区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、由区域电网增量式多目标动态无功控制子系统的主控制入口根据系统设置的数据刷新机制，判断区域电网增量式多目标分层动态无功控制系统是否需要主动与区域电网能量管理系统进行数据交互；
如果需要主动数据刷新，则通过无功控制数据交互模块，利用数据接口从区域电网能量管理系统中采集所需数据；
如果不需要主动数据刷新，则跳过数据更新程序，进入紧急SOE判断程序；
(2)、系统对从区域电网能量管理系统获取的数据中判断是否存在紧急SOE，若存在则启动紧急响应策略模块，直接下发紧急响应策略到策略命令下发控制接口，再通过数据接口将命令送到区域电网能量管理系统，由其实现对各无功控制设备的控制；
若不存在紧急SOE，则启动考虑负荷波动的增量控制模块，数据在考虑负荷波动的增量控制模块中进行分析预测，一部分反映到当前控制时刻为止的负荷变化情况，供第一层无功控制策略生成模块计算使用；另一部分反映负荷可能的变化方向，获得负荷增量；
(3)、数据经考虑负荷波动的增量控制模块分析预测后，输送到多目标分层无功控制策略生成模块进行运算，在第一层无功控制策略生成模块中生成次优种子策略，并储存在种子策略数据库中；
在第二层多目标动态无功控制策略生成模块以次优种子策略为基础，将考虑负荷波动的增量控制模块中得到的负荷增量融合到决策变量中，获得增量多目标动态无功控制策略，作为最终控制策略；
(4)、将最终控制策略发到策略命令下发控制接口，再通过数据接口将命令送到区域电网能量管理系统，由其实现对各无功控制设备的控制完成一轮闭环控制。
2.根据权利要求1所述的区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，其特征在于：无功控制数据交互模块利用数据接口从区域电网能量管理系统中采集所需数据的具体步骤包括：
(1)SCADA数据接口模块与区域电网能量管理系统进行数据交换，从区域电网能量管理系统中采集进行无功控制所需的各种信息；
(2)通讯接口管理模块对所采集到的数据进行处理，并对数据进行潮流验证，进一步检测数据的正确性；
命令下发管理模块将本系统计算得到的区域电网各无功控制设备调节策略，按照区域电网能量管理系统的命令接口形式进行封装，并通过区域电网能量管理系统的命令接口下发到电网的各相应执行机构；
数据编辑模块动态编辑、更新各数据库；
数据管理模块管理各数据库的信息，并在多台服务器中生成镜像内存数据池。
3.根据权利要求1所述的区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，其特征在于：数据在考虑负荷波动的增量控制模块中分析预测的具体步骤包括：
(1)对各关键负荷节点的的历史数据进行分析，给出负荷波动增量的置信区间；
(2)对负荷的可能变化情况进行预测，给出负荷的可能变化方向；
(3)将负荷增量信息融入到全天实时测量信息库中。
4.根据权利要求1所述的区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，其特征在于：在多目标分层无功控制策略生成模块中获得增量多目标动态无功控制策略的具体步骤包括：
(1)对无功控制策略生成模式进行分层，将其分为初始策略生成机制及增量动态策略生成机制；
(2)初始策略生成时，利用“基于ε-支配域的模糊多目标无功优化方法”以发电机端电压、变压器分接头位置、并联电容器投切容量为变量，以降低电网有功损耗，提高电压合格率指标为目标函数，获得一批接近最优的无功控制策略，作为第二层次的增量动态无功控制策略的种子策；
(3)在增量动态策略生成机制阶段，以在初始策略生成阶段得到的种子策略为基础，将考虑负荷波动的增量控制模块中得到的负荷增量融合到决策变量中，同时，在无功控制目标中增加设备动作次数最小化这一控制目标，构成考虑负荷变化的增量式动态多目标无功控制数学模型，利用“基于ε-支配域的模糊多目标无功优化方法”求解该模型，得到区域电网中各发电机的端电压、各台变压器分接头档位以及并联电容器投切组数的控制策略。
5.根据权利要求1所述的区域电网增量式多目标分层动态无功控制方法，其特征在于：紧急响应策略的具体步骤包括：
(1)紧急SOE接收机制，对从区域电网能量管理系统获取的遥信信号进行分类，规定系统优先处理的紧急遥信信号库；
(2)根据紧急SOE生成紧急响应策略，紧急响应策略可闭锁普通策略的执行。
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