CN102856912A - 多目标多站点无功协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出构建考虑无功装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点无功协调控制系统，包括步骤：根据运行电压偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点；进而获取各个控制站点中所有无功补偿装置的运行状态和设备容量参数；根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置（如电容器、电抗器）纳入连续型无功补偿装置（如SVC装置）的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型；联合N个控制站点，构建考虑装置总损耗、电压总偏差等多目标多站点的无功协调控制系统；求解系统的无功协调控制模型，得到各个控制站点中无功装置的调节量；输出各个控制站点的无功装置调节量；然后进行无功协调控制。本发明提出构建考虑无功装置损耗的多目标多站点的无功协调控制系统，通过该无功协调控制系统的求解为决策者提供最优协调控制策略，在稳定系统电压的同时实现节能降耗的目的。该无功协调控制系统对电网的安全、稳定和经济运行具有重大的意义。

Description

多目标多站点无功协调控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动控制领域，特别是涉及构建考虑装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点无功协调控制系统。

背景技术

电力系统运行中由于存在负荷的增减、故障等扰动因素，系统节点电压会偏离基于全网网损最优化计算得到的参考电压值。为了达到稳定系统电压的目的，需要在系统重要节点进行动态无功补偿。

南方电网“西电东送”主通道中没有主力电厂接入、动态无功支撑较弱，因此在500kV枢纽变电站中安装了直流融冰兼SVC装置、低容低抗等无功补偿装置。但在实际运行中并没有协调无功装置之间的投切和TCR电流、低容低抗发热等损耗因素，从而导致无功补偿装置的损耗较大。据统计，桂林站直流融冰兼SVC装置处于SVC模式运行时，每月有功电量消耗达50万kWh，运行的经济性能指标欠佳。因此有必要对系统无功补偿装置的协调投切策略进行深入研究，通过最优的投切策略，稳定系统电压的同时减少装置本身电量损耗，达到节能降耗、安全稳定经济运行的目的。

针对无功的协调控制问题，现有研究更多集中于最优潮流的研究，通过控制系统无功补偿设备的运行状态，调整系统潮流分布，使得本已正常运行的电力系统处于更优的运行状态。有文献提出一种最优匹配注入流法研究了电容器的优化投切，使得系统网损和支路负载达到最优；另有文献分别采用原对偶内点法和改进的遗传算法对无功优化进行研究。现有研究大部分以全网网损最小为目标进行无功优化，而实际系统运行中，无功装置主要根据已经全网优化得到的电压目标值进行动态补偿，使得节点电压稳定在目标值附近，该电压目标值由上一级调度中心下发得到，因此考虑补偿后节点电压与目标值的偏差和无功装置总损耗在电力系统中更具有实用性，针对这方面现有文献少有研究。

本发明是在国家863计划项目基金资助下，提供的一种能够考虑无功装置损耗和站间无功交互作用，在稳定电压的同时节能减损，能广泛适用于实现实际电网安全、稳定、经济运行的无功协调控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提出构建考虑装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点无功协调控制系统，稳定电压的同时节能减损，实现电网的安全、稳定和经济运行。

为达到上述目的，采用的技术方案是：

a.根据运行电压与电压目标值的偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点；

b.根据站点的实际运行情况，获取各个控制站点中无功装置的运行状态和容量参数，该获取是现有常见技术，在此不做详细阐述;

c.根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置（如低压电容器、低压电抗器）纳入连续型无功补偿装置（如SVC装置）的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型;

d.联合N个控制站点，构建考虑装置损耗的多目标多站点的无功协调控制系统;

e.求解多目标多站点的无功协调控制模型;

f.输出各控制站点的无功装置调节量;

g.根据无功装置的调节量进行无功协调控制。

本发明提出的构建考虑装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点无功协调控制系统，首先根据运行电压与电压目标值的偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点；同时获取各个控制站点中所有无功补偿装置的运行状态和设备容量参数；根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置（如低压电容器、低压电抗器）纳入连续型无功补偿装置（如SVC装置）的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型；联合N个控制站点，构建考虑装置总损耗、电压总偏差等多目标多站点的无功协调控制系统；求解系统的无功协调控制模型，根据得到的各个控制站点中无功装置的调节量进行无功协调控制。通过该无功协调控制系统的求解为决策者提供最优协调控制策略，达到稳定系统电压的同时节能降耗的目的。

所述根据运行电压与电压目标值的偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点的步骤具体为：

电网实际运行中电压需跟踪上一级调度中心下发的电压参考值，允许在预定范围内波动，若波动超出该预定范围则无功补偿装置动作，进行无功调节；

根据公式：判断各个监控节点的电压波动情况，确定需要参与无功协调控制的所有站点；其中V_i、

ΔV_i分别为第i个站点的运行电压值、参考电压值和电压允许偏差。

根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置纳入连续型无功补偿装置的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型的具体步骤为：

a.考虑SVC滤波器组FC11和FC13的投切，可构建出两种新的SVC运行方式，即切除FC11或者切除FC11和FC13；

b.考虑低压电容器的投入时，可构建出投1组低容到投m组低容的方式；同理投入低压电抗器时，可构建出投1组低抗到投n组低抗的方式；

c.对于具有m组低容、n组低抗和一台SVC的变电站，其无功装置协调控制系统中SVC具有3×(n+m+1)个投切方式；

d.站内无功协调控制系统还规定了低容低抗装置的投切优先级，当系统存在容性无功缺额时，切除低压电抗器具有最高优先级，投入低压电容器次之；当系统存在感性无功缺额时，切除低压电容器优先级最高，投入低压电抗器次之；由于无功联合控制系统具有多种运行方式，通过选取最优的运行方式可有效地降低无功装置总损耗。

所述的构建考虑装置损耗的多目标多站点的无功协调控制系统模型为：

$\min F_p=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{f}_i(u,x)$

$\min F_v=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}\left|\frac{V_i-V_i^{\mathrm{ref}}}{V_i^{\max }-V_i^{\min }}\right|$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}{f}_{i,i\∈N}(u,x)=p_{\mathrm{svc}}(u,x)+p_{\mathrm{cap}}(u,x)+p_{\mathrm{rea}}(u,x)\\ h(u,x)=0\\ u_{\min }\≤u\≤u_{\min }\\ x_{\min }\≤x\≤x_{\min }\end{array}\right.$

式中：F_p与F_v分别为系统参与无功协调控制站点的无功装置总损耗和电压总偏移，N为参与无功协调控制站点的集合，u、x分别为控制变量和代数变量；f_i为第i个变电站无功装置的总损耗，包括SVC装置损耗p_svc、低压电容器损耗p_cap和低压电抗器损耗p_rea；V_i、

与

分别为第i个变电站的节点电压、电压参考值、电压上限及下限；h(u,x)为潮流方程；约束条件还包含有状态变量和控制变量的不等式约束，其中参与协调控制的节点电压约束为参考电压±3kV内。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明考虑了无功装置的运行损耗，考虑了站内不同类型无功装置的最优协调运行，考虑了不同站点间无功补偿的交互作用，从而实现多目标多站点的最优无功协调控制。现有技术中站内各种无功补偿装置单独进行补偿，投切量依靠经验值，也不考虑无功装置之间，站与站之间的交互作用，经济性和调节效果差。本发明通过构建联合的无功协调控制系统，求解最优的投切策略，稳定系统电压的同时减少装置本身电量损耗，达到节能降耗、安全稳定经济运行的目的，能广泛适应实际电网运行的需要。

附图说明

图1为本发明的一个实例流程图；

图2为本发明中站内SVC的伏安特性曲线。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面结合附图进行阐述。

本发明提出构建考虑装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点无功协调控制系统，请参考图1，包括步骤：

S101：确定需要参与无功协调控制的N个控制站点；

S102：获取各个控制站点中无功装置的运行状态和容量参数;

S103：建立各个控制站点的站内无功协调控制模型；

根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置（如电容器、电抗器）纳入连续型无功补偿装置（如SVC装置）控制体系，构建各个控制站点的站内无功协调控制模型;

S104：构建考虑装置损耗的多目标多站点的无功协调控制系统;

S105：求解多目标多站点的无功协调控制模型;

S106：输出各个控制站点的无功装置调节量;

S107：根据各个控制站点无功装置的调节量进行无功协调控制。

本发明提出的构建考虑装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点无功协调控制系统，首先根据运行电压与电压目标值的偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点；同时获取各个控制站点中所有无功补偿装置的运行状态和设备容量参数；根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置（如低压电容器、低压电抗器）纳入连续型无功补偿装置（如SVC装置）的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型；联合N个控制站点（以考虑多于2个的控制站点的无功协调控制），构建考虑装置总损耗、电压总偏差等多目标多站点的无功协调控制系统；求解系统的无功协调控制模型，根据得到的各个控制站点中无功装置的调节量进行无功协调控制。通过该无功协调控制系统的求解为决策者提供最优协调控制策略，达到稳定系统电压的同时节能降耗的目的。

在其中一个实施方式中，上述S101步骤包括：

获取站点的运行电压和上级调度中心下发的电压目标值，电网实际运行中节点电压波动允许范围为±3kV。若波动超出范围则无功补偿装置动作进行调节。

根据公式：

判断各个监控节点的电压波动情况，如果偏差大，则电压波动大，确定需要参与无功协调控制的所有站点。其中V_i、

ΔV_i分别为第i个站点的运行电压值、参考电压值和电压允许偏差，ΔV_i取3kV。

上述S103步骤中建立各个控制站点的站内无功协调控制模型为：

根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置纳入连续型无功补偿装置构成站内无功协调控制系统，该系统运行方式多样，无功连续调节范围广，且能有效调节TCR电流，从而实现降损节能。以具有m组低容、n组低抗和一台SVC装置的某站点为例，图2给出了该无功协调控制系统中SVC的伏安特性图。

图2中曲线OBA为SVC原有的伏安特性曲线。在协调控制系统中，考虑SVC滤波器组FC11和FC13的投切，可构建出两种新的SVC运行方式，对应图中伏安特性曲线OB₁A₁(切除FC11)和OB₂A₂(切除FC11和FC13)。考虑低压电容器的投入时，SVC的伏安特性曲线将左移，原点O移至O₁(投1组低容)、O_m(投m组低容)；同理投入低压电抗器时，SVC的伏安特性曲线将右移，原点O移至O₁’(投1组低抗)、O_n’(投n组低抗)。因此，对于具有m组低容、n组低抗和一台SVC的变电站，其无功装置协调控制系统中SVC具有3×(n+m+1)条伏安特性曲线，大大增多了SVC运行方式的多样性，其无功的连续调节范围也增大。

站内无功协调控制系统还规定了低容低抗装置的投切优先级。当系统存在容性无功缺额时，切除低压电抗器具有最高优先级，投入低压电容器次之；当系统存在感性无功缺额时，切除低压电容器优先级最高，投入低压电抗器次之。由于无功联合控制系统具有多种运行方式，通过选取最优的运行方式可有效地降低无功装置总损耗。

在其中一个实施方式中，上述S104步骤中构建考虑装置损耗和站间无功交互作用的多目标多站点的无功协调控制系统模型为：

$\min F_p=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{f}_i(u,x)$

$\min F_v=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}\left|\frac{V_i-V_i^{\mathrm{ref}}}{V_i^{\max }-V_i^{\min }}\right|$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}{f}_{i,i\∈N}(u,x)=p_{\mathrm{svc}}(u,x)+p_{\mathrm{cap}}(u,x)+p_{\mathrm{rea}}(u,x)\\ h(u,x)=0\\ u_{\min }\≤u\≤u_{\min }\\ x_{\min }\≤x\≤x_{\min }\end{array}\right.$

式中：F_p与F_v分别为系统参与无功协调控制站点的无功装置总损耗和电压总偏移，N为参与无功协调控制站点的集合，u、x分别为控制变量和代数变量；f_i为第i个变电站无功装置的总损耗，包括SVC装置损耗p_svc、低压电容器损耗p_cap和低压电抗器损耗p_rea；V_i、

与

分别为第i个变电站的节点电压、电压参考值、电压上限及下限；h(u,x)为潮流方程；约束条件还包含有状态变量和控制变量的不等式约束，其中参与协调控制的节点电压约束为参考电压±3kV内。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.多目标多站点无功协调控制方法，其步骤包括：

a.根据运行电压与电压目标值的偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点；

b.根据站点的运行情况，获取各个控制站点中无功装置的运行状态和容量参数;

c.根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置纳入连续型无功补偿装置的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型;

d.联合N个控制站点，构建考虑装置损耗的多目标多站点的无功协调控制系统;

e.求解多目标多站点的无功协调控制模型;

f.输出各控制站点的无功装置调节量;

g.根据无功装置的调节量进行无功协调控制。

2.根据权利要求1所述的多目标多站点无功协调控制方法，其特征在于，

所述根据运行电压与电压目标值的偏差，确定需要参与无功协调控制的N个控制站点的步骤具体为：

电网实际运行中电压需跟踪上一级调度中心下发的电压参考值，允许在预定范围内波动，若波动超出该预定范围则无功补偿装置动作，进行无功调节；

根据公式：

判断各个监控节点的电压波动情况，确定需要参与无功协调控制的所有站点；其中V_i、

ΔV_i分别为第i个站点的运行电压值、参考电压值和电压允许偏差。

3.根据权利要求1或2所述的多目标多站点无功协调控制方法，其特征在于，

根据站内无功装置的运行状态，将离散型无功补偿装置纳入连续型无功补偿装置的控制体系，建立各个控制站点的站内无功协调控制模型的具体步骤为，所述连续型无功补偿装置为SVC滤波器组，

a.考虑SVC滤波器组FC11和FC13的投切，可构建出两种新的SVC运行方式，即切除FC11或者切除FC11和FC13；

b.考虑低压电容器的投入时，可构建出投1组低容到投m组低容的方式；同理投入低压电抗器时，可构建出投1组低抗到投n组低抗的方式；

c.对于具有m组低容、n组低抗和一台SVC的变电站，其无功装置协调控制系统中SVC具有3×(n+m+1)个投切方式；

d.站内无功协调控制系统还规定了低容低抗装置的投切优先级，当系统存在容性无功缺额时，切除低压电抗器具有最高优先级，投入低压电容器次之；当系统存在感性无功缺额时，切除低压电容器优先级最高，投入低压电抗器次之。

4.根据权利要求3所述的多目标多站点无功协调控制方法，其特征在于，

所述的构建考虑装置损耗的多目标多站点的无功协调控制系统模型为：

$\min F_p=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{f}_i(u,x)$

$\min F_v=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}\left|\frac{V_i-V_i^{\mathrm{ref}}}{V_i^{\max }-V_i^{\min }}\right|$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}{f}_{i,i\∈N}(u,x)=p_{\mathrm{svc}}(u,x)+p_{\mathrm{cap}}(u,x)+p_{\mathrm{rea}}(u,x)\\ h(u,x)=0\\ u_{\min }\≤u\≤u_{\min }\\ x_{\min }\≤x\≤x_{\min }\end{array}\right.$

式中：F_p与F_v分别为系统参与无功协调控制站点的无功装置总损耗和电压总偏移，N为参与无功协调控制站点的集合，u、x分别为控制变量和代数变量；f_i为第i个变电站无功装置的总损耗，包括SVC装置损耗p_svc、低压电容器损耗p_cap和低压电抗器损耗p_rea；V_i、

与

分别为第i个变电站的节点电压、电压参考值、电压上限及下限；h(u,x)为潮流方程；约束条件还包含有状态变量和控制变量的不等式约束，其中参与协调控制的节点电压约束为参考电压±3kV内。

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