CN102289223A - 自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法 - Google Patents

自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法，其基于电网EMS实时信息和全网状态估计，以统一的AVC模型和统一的电网结构为基础，代入统一的典型负荷日历史数据，通过比较中枢点电压调控速率、控制合格率和全网网损，来校验最优控制参数方案和最优无功布局方案。采用本发明解决了无法验证AVC子站参数是否全网最优的问题，为实现电网节点电压合格和全网网损最小的目标提供了条件；本发明还可用于校验最优无功布局方案，为电网建设投资提供辅助决策依据。

Description

自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法
技术领域
本方法适用于电力系统电压控制技术，特别适用于校验自动电压控制（Automatic Voltage Control，简称AVC）系统最优控制参数，基于该方法编写AVC最优参数辅助分析程序，对AVC子站不同控制参数组下中枢点母线电压控制效果和全网网损大小比较，以校验最优控制参数方案。
背景技术
AVC即自动电压控制（automatic voltage control），是对电网的电压和无功进行全局优化和协调控制的系统。AVC主站根据整个电网的运行数据，以中枢点母线电压合格作为约束条件，以网损最小作为控制目标，针对电网模型进行优化计算，将结果下发到各个AVC子站，由各AVC子站控制的设备按照AVC主站要求调整无功和电压，实现全网电压和无功的优化闭环控制。
当前的AVC系统最优参数验证只能验证AVC子站设置参数是所在变电站或发电厂的最优参数，无法验证是否实现全网最优。对全网来说由于负荷在时刻变化，电网结构也在不断改变，不同发电厂所用AVC子站厂家和型号各有不同，造成在实际电网中无法用统一的电网结构、统一的负荷参数和统一的AVC模型来校验最优控制参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法，对不同控制参数组进行包括电压调控速率、电压控制合格率和全网网损的综合比对分析。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法，它是基于EMS系统的实时信息和全网状态估计，以统一的AVC模型和统一的电网模型为基础，代入统一的典型负荷日历史数据，通过比较中枢点母线的电压调控速率、控制合格率和全网网损，来校验最优控制参数和最优无功布局优化方案；
其具体步骤如下：
（1）判断是否进入无功布局优化子系统
按照用户需求判定是否需要进入无功布局优化子系统：当无需新增虚拟电厂或变电站时，进入步骤（2.1）；当需要新增虚拟电厂或/和变电站时，进入无功布局优化子系统，即建立虚拟厂站模型，然后进入步骤（2.2）；
（2）量测映射和状态估计
（2.1）读入实际电网模型参数并周期性映射EMS实时数据库中典型负荷日的全网量测数据，并周期性进行状态估计，将结果存入虚拟数据库中；
（2.2）读入实际电网模型参数和步骤（1）中虚拟厂站模型参数，然后，对实际电网模型周期性映射EMS实时数据库中典型负荷日的全网量测数据，对所述虚拟厂站模型进行初始化量测映射，即实现与实际电网模型拼接，生成虚拟电网模型，对所述虚拟电网模型进行周期性状态估计，将结果存入所述虚拟数据库中；
（3）建立AVC子站模型参数
在各变电站或发电厂模型下输入AVC子站待校验的控制参数组并存储，建立AVC子站模型参数；
（4）模拟AVC主站调控指令，并进行电压计算
在典型负荷日断面数据下，模拟AVC主站的调控指令，变电站或/和发电厂的相关AVC子站接受并执行调控指令；计算中枢点母线电压调控速率、中枢点母线电压的变化，判断调控是否合格，当合格时，进入步骤（5）；当不合格时，进入步骤（6）；
（5）进行网损分析计算
初始化网损模型：用户利用人机界面定义网损统计区域的范围，启用自动建模方式进行网损计算模型的建立，所述自动建模方式是指：当所述虚拟电网模型变化后，重新进行自动拓扑搜索，更新网损统计区域内的电气设备，自动适应电网的变化； 
然后，在典型负荷日内，对电网进行网损分析计算，多组参数方案进行校验时具体计算方法如下：
a对待校验的控制参数组设置步骤4中操作的相应时间段；
b读取典型负荷日的量测数据，进行第一次基态潮流和基本网损计算，统计网损结果，并作为其余控制参数组的比较基准；
c读取a中操作，再进行潮流计算，统计该组参数网损结果，保存至所述数据库中；
d统计各控制参数组网损总电量和网损分布结果；
（6）显示校验结果
采用全网三维地理接线图或比较报表的形式显示不同参数对网损影响。
步骤（4）中的判断调控是否合格的方法如下：
变电站侧：在典型负荷日断面数据下，模拟主站下发要求中枢点母线电压降低或升高1kV的调控命令，相关AVC子站接受命令后要求切除或投入电容器，在沿着电容器节点注入功率变化方向计算全网潮流和中枢点电压变化情况；
当调控时间大于1min的约束条件，报告“AVC子站调控速度不满足要求”，进入步骤（6）；
当电容器已全部切除或投入完毕，而中枢点母线电压仍未达到目标值，则停止调控，报告“变电站电容器容量未满足调控要求”，进入步骤（6）；
当调控时间小于1min且中枢点母线电压合格，进入步骤（5）；
发电厂侧：在典型负荷日断面数据下，模拟AVC主站下发要求中枢点母线电压降低或升高1kV的调控命令，相关AVC子站接受命令后要求机组增加吸收或增加发出无功功率，在沿着发电机节点注入功率变化方向计算全网潮流和中枢点电压变化情况；
当调控时间大于1min的约束条件，报告“AVC子站调控速度不满足要求”，进入步骤（6）；
当发电机无功功率已达到无功功率高闭锁值或无功功率低闭锁值，而中枢点母线电压仍未达到目标值，则停止调节，弹出提示“AVC子站参数不满足调控要求”，进入步骤（6）；
当调控时间小于1min且中枢点母线电压合格，进入步骤（5）。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：
1）本发明用统一的电网结构、统一的负荷参数和统一的AVC模型来校验AVC子站最优控制参数，解决了无法验证AVC子站参数是否全网最优的问题，为实现电网节点电压合格和全网网损最小的目标提供了条件。
2）本发明在判定AVC子站参数满足基本调控要求的基础上，通过比较中枢点电压调控速率、控制合格率和全网网损，校验最优控制参数方案和最优无功布局方案。
3）本发明可以校验最优无功布局方案，为电网建设投资提供辅助决策依据。
附图说明
图1是自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法流程图；
图2 电压调控计算的逻辑图；
图3自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法的数据流向图。
具体实施方式
本发明的AVC自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法包括了5个子系统：AVC子站模型参数子系统、无功布局优化子系统、电压调控计算子系统、网损分析计算子系统和显示校验结果子系统；其中AVC子站模型参数子系统用于参数设定和修改；无功布局优化子系统用于提供对虚拟变电站电容器容量设置、虚拟发电厂设备相关参数和其电网接入点布局的建模；电压调控计算子系统用于计算不同AVC子站参数或不同无功补偿设备布局时，对电压调控速率和控制合格率等目标的影响；网损分析计算子系统用于用户定义网损统计区域的范围，定义网损计算模型，并在模型更新后自动初始化网损实时数据库，最终实现网损计算功能；显示校验结果子系统以全网三维地理接线图或报表形式显示全网电压、无功布局、网损等信息，为用户更加直观的反映电网情况。
其具体按照下述步骤进行：
（1）判断是否进入无功布局优化子系统
按照用户需求判定是否需要进入无功布局优化子系统：当无需新增虚拟电厂或变电站时，进入步骤（2.1）；当需要新增虚拟电厂或/和变电站时，进入无功布局优化子系统，即建立虚拟厂站模型，然后进入步骤（2.2）；
所述虚拟变电站：选择所需虚拟的变电站，设置出口线路型号、长度、热稳定参数，设置单组容量、组数、投切时间等电容器参数。
所述虚拟发电厂：选择所需虚拟发电厂的接入变电站，设置出口线路型号、长度、热稳定参数、电厂机组数、单台机组容量、机组额定无功出力、额定功率因数等机组相关参数。
（2）量测映射和状态估计
装载实际电网模型或虚拟电网模型参数后，程序读入EMS实时数据库中典型负荷日量测数据，并周期性进行状态估计。虚拟电网模型是指实际电网模型和虚拟厂站模型拼接形成的模型。
（2.1）读入实际电网模型参数并周期性映射EMS实时数据库中典型负荷日的全网量测数据，并周期性进行状态估计，将结果存入虚拟数据库中；
（2.2）读入实际电网模型参数和步骤（1）中虚拟厂站模型参数，然后，对实际电网模型周期性映射EMS实时数据库中典型负荷日的全网量测数据，对所述虚拟厂站模型进行初始化量测映射，即实现与实际电网模型拼接，生成虚拟电网模型，对所述虚拟电网模型进行周期性状态估计，将结果存入所述虚拟数据库中；
所述典型负荷日的量测数据包括目标母线电压量测数据、与周边电网联络线潮流量测数据、机组有功输出量测数据、机组无功输出量测数据和变电站电容器投切情况量测数据；所述状态估计是指将所述量测数中坏数据进行辨识和剔除。所述虚拟厂站模型与实际电网模型拼接，生成虚拟电网模型是虚拟电网模型拼接程序主要功能。
（3）建立AVC子站模型参数
在实际各变电站或发电厂模型下输入AVC子站待校验的控制参数组并存储，建立AVC子站模型参数；在AVC子系统中也可以增加并设置虚拟变电站或发电厂的AVC子站控制模型参数。每个子站可以拥有多个控制参数组。
变电站AVC子站模型包含以下参数：调控指令延迟时间、母线电压波动限制、母线电压有效范围-高、母线电压有效范围-低、母线电压高闭锁值、母线电压低闭锁值、电容器容量投入高闭锁值、电容器容量投入低闭锁值、单次调节最大投入/切除电容器组数。
发电厂AVC子站模型包含以下参数：调控指令延迟时间、母线电压波动限制、母线电压有效范围-高、母线电压有效范围-低、母线电压高闭锁值、母线电压低闭锁值、定子电压波动限制、定子电压有效范围-高、定子电压有效范围-低、定子电压高闭锁值、定子电压低闭锁值、定子电流波动限制、定子电流高闭锁值、定子电流低闭锁值、有功功率波动限制、有功功率有效范围-高、有功功率有效范围-低、无功功率波动限制、无功功率有效范围-高、无功功率有效范围-低、无功功率高闭锁值、无功功率低闭锁值、厂用电电压波动范围、厂用电电压高闭锁值、厂用电电压低闭锁值、跟踪（调节）精度、最大脉冲宽度、最小脉冲宽度和脉冲计算斜率。
（4）模拟AVC主站调控指令，并计算对中枢点电压调控情况
本步骤主要是为了判定变电站或发电厂AVC子站参数是否满足基本调控要求，即电压调控计算子系统。
在典型负荷日断面数据下，模拟AVC主站的调控指令，变电站或/和发电厂的相关AVC子站接受并执行调控指令；计算中枢点母线电压调控速率、中枢点母线电压的变化，判断调控是否合格，当合格时，进入步骤（5）；当不合格时，进入步骤（6）；
具体步骤如下：
变电站侧：在典型负荷日断面数据（5min）下，模拟主站下发要求中枢点母线电压降低或升高1kV的调控命令，相关AVC子站接受命令后要求切除或投入电容器，在沿着电容器节点注入功率变化方向计算全网潮流和中枢点电压变化情况；
当调控时间大于1min的约束条件，报告“AVC子站调控速度不满足要求”，进入步骤（6）；
当电容器已全部切除或投入完毕，而中枢点母线电压仍未达到目标值，则停止调控，报告“变电站电容器容量未满足调控要求”，进入步骤（6）；
当调控时间小于1min且中枢点母线电压合格，进入步骤（5）；
发电厂侧：在典型负荷日断面数据（5min）下，模拟AVC主站下发要求中枢点母线电压降低或升高1kV的调控命令，相关AVC子站接受命令后要求机组增加吸收或增加发出无功功率，在沿着发电机节点注入功率变化方向计算全网潮流和中枢点电压变化情况；
当调控时间大于1min的约束条件，报告“AVC子站调控速度不满足要求”，进入步骤（6）；
当发电机无功功率已达到无功功率高闭锁值或无功功率低闭锁值，而中枢点母线电压仍未达到目标值，则停止调节，弹出提示“AVC子站参数不满足调控要求”，进入步骤（6）；
当调控时间小于1min且中枢点母线电压合格，进入步骤（5）。
（5）网损分析计算
本步骤主要功能是利用网损计算来比较不同控制参数组的优劣性，即网损分析计算子系统。
初始化电网网损模型：用户利用人机界面定义网损统计区域的范围，启用自动建模方式进行网损计算模型的建立，所述自动建模方式是指：当虚拟电网模型变化后，重新进行自动拓扑搜索，更新网损统计区域内的电气设备，自动适应电网的变化；当初始化不成功，输出报警信息：“电网模型更新有误”，进入步骤6；
子系统提供了基于电网潮流的网损计算和分析功能。在典型负荷日内（取一天全部数据），对电网进行网损分析计算，多组参数方案进行校验时具体计算方法如下：
a对某组参数方案设置步骤4中操作的相应时间段；对应同一组参数，用户可以制定不同组操作时间段，但是每次校验最优参数时只能选择一组操作时间段有效；
b读取典型负荷日的量测数据，进行第一次基态潮流和基本网损计算，统计网损结果，并作为其余参数方案的比较基准；
c读取a中操作，再进行潮流计算，统计该组参数网损结果，保存至所述数据库中；
d统计各组参数方案网损总电量和网损分布结果。
（6）校验结果显示
以全网三维地理接线图形式显示全网电压、虚拟厂站、全网网损等信息，为用户更加直观的反映电网情况。也可以以报表形式输出上述信息供用户比较，校验最优控制参数。表中可以以基本网损为基准，列出各AVC系统参数控制方案的网损电量变化值；也可以以需要校验的最优控制参数为基础，列出各AVC系统参数控制方案的网损电量比较值。

Claims (2)

1.一种自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法，其特征在于它是基于EMS系统的实时信息和全网状态估计，以统一的AVC模型和统一的电网模型为基础，代入统一的典型负荷日历史数据，通过比较中枢点母线电压调控速率、控制合格率和全网网损，来校验最优控制参数和最优无功布局优化方案；
其具体步骤如下：
（1）判断是否进入无功布局优化子系统
按照用户需求判定是否需要进入无功布局优化子系统：当无需新增虚拟电厂或变电站时，进入步骤（2.1）；当需要新增虚拟电厂或/和变电站时，进入无功布局优化子系统，即建立虚拟厂站模型，然后进入步骤（2.2）；
（2）量测映射和状态估计
（2.1）读入实际电网模型参数并周期性映射EMS实时数据库中典型负荷日的全网量测数据，并周期性进行状态估计，将结果存入虚拟数据库中；
（2.2）读入实际电网模型参数和步骤（1）中虚拟厂站模型参数，然后，对实际电网模型周期性映射EMS实时数据库中典型负荷日的全网量测数据，对所述虚拟厂站模型进行初始化量测映射，即实现与实际电网模型拼接，生成虚拟电网模型，对所述虚拟电网模型进行周期性状态估计，将结果存入所述虚拟数据库中；
（3）建立AVC子站模型参数
在各变电站或发电厂模型下输入AVC子站待校验的控制参数组并存储，建立AVC子站模型参数；
（4）模拟AVC主站调控指令，并进行电压计算
在典型负荷日断面数据下，模拟AVC主站的调控指令，变电站或/和发电厂的相关AVC子站接受并执行调控指令；计算中枢点母线电压调控速率、中枢点母线电压的变化，判断调控是否合格，当合格时，进入步骤（5）；当不合格时，进入步骤（6）；
（5）进行网损分析计算
初始化网损模型：用户利用人机界面定义网损统计区域的范围，启用自动建模方式进行网损计算模型的建立，所述自动建模方式是指：当所述虚拟电网模型变化后，重新进行自动拓扑搜索，更新网损统计区域内的电气设备，自动适应电网的变化； 
然后，在典型负荷日内，对电网进行网损分析计算，多组参数方案进行校验时具体计算方法如下：
a对待校验的控制参数组设置步骤4中操作的相应时间段；
b读取典型负荷日的量测数据，进行第一次基态潮流和基本网损计算，统计网损结果，并作为其余控制参数组的比较基准；
c读取a中操作，再进行潮流计算，统计该组参数网损结果，保存至所述数据库中；
d统计各控制参数组网损总电量和网损分布结果；
（6）显示校验结果
采用全网三维地理接线图或比较报表的形式显示不同参数对网损影响。
2.根据权利要求1所述的自动电压控制系统全网最优控制参数校验方法，其特征在于步骤（4）中的判断调控是否合格的方法如下：
变电站侧：在典型负荷日断面数据下，模拟主站下发要求中枢点母线电压降低或升高1kV的调控命令，相关AVC子站接受命令后要求切除或投入电容器，在沿着电容器节点注入功率变化方向计算全网潮流和中枢点电压变化情况；
当调控时间大于1min的约束条件，报告“AVC子站调控速度不满足要求”，进入步骤（6）；
当电容器已全部切除或投入完毕，而中枢点母线电压仍未达到目标值，则停止调控，报告“变电站电容器容量未满足调控要求”，进入步骤（6）；
当调控时间小于1min且中枢点母线电压合格，进入步骤（5）；
发电厂侧：在典型负荷日断面数据下，模拟AVC主站下发要求中枢点母线电压降低或升高1kV的调控命令，相关AVC子站接受命令后要求机组增加吸收或增加发出无功功率，在沿着发电机节点注入功率变化方向计算全网潮流和中枢点电压变化情况；
当调控时间大于1min的约束条件，报告“AVC子站调控速度不满足要求”，进入步骤（6）；
当发电机无功功率已达到无功功率高闭锁值或无功功率低闭锁值，而中枢点母线电压仍未达到目标值，则停止调节，弹出提示“AVC子站参数不满足调控要求”，进入步骤（6）；
当调控时间小于1min且中枢点母线电压合格，进入步骤（5）。
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