CN103401235B - 基于拓扑搜索的网省协调电压控制广义关口自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于拓扑搜索的网省协调电压控制广义关口自动生成方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法包括：确定目标区域内的电源侧、负荷侧电压等级；在目标区域内消去非负荷侧的所有线路及负荷侧的所有状态未闭合的开关；将所有剩下的线路、闭合的开关，以及所有的变压器生成与母线的连接关系；深度优先拓扑搜索，形成拓扑岛，拓扑岛中如果含有负荷侧母线和电源侧变压器，则形成一个协调区；每个协调区内所有的变压器构成一个广义关口；从广义关口的高压绕组向上进行搜索，形成该协调区的电源侧母线的记录；根据协调区包括的广义关口所在的厂站，形成协调区命名。本发明确保了网省协调控制的有效，提高系统的电压稳定性。

Description

基于拓扑搜索的网省协调电压控制广义关口自动生成方法

技术领域

本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，特别涉及一种基于拓扑搜索的网省协调电压控制广义关口自动生成方法。

背景技术

自动电压控制系统是实现电网安全（提高电压稳定裕度）、经济（降低网络损耗）、优质（提高电压合格率）运行的重要手段，其基本原理是通过协调控制发电机无功出力、变压器分接头和无功补偿设备，实现电网内无功电压的合理分布。

到目前为止，全世界主流的自动电压控制主要有三种模式：

第一种是以德国RWE电力公司代表二级控制，没有所谓分区控制，最优潮流（OPF）的优化计算结果直接发到各电厂的一级电压控制器进行控制。存在的问题OPF模型计算量大，计算时间较长。当系统中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时，如果完全依赖OPF，则AVC的响应速度不够，控制的动态品质难以保证。

第二种是以法国EDF的三级电压控制模式的研究和实施始于上世纪70年代，经历了三十余年的研究、开发和应用，是目前国际上公认为最先进的电压控制系统。该控制模式得到了很好的应用，但是该模式仍存在缺点，这是因为区域的二级电压控制（SVC）是基于电力系统无功电压的局域性而开发的，而区域间无功电压是有耦合的，因此控制系统的质量在根本上取决于各区域间无功电压控制的耦合程度。但是，随着电力系统的发展和运行工况的实时变化，设计时认为相对解耦的区域并非一成不变，而且以固定的控制参数形式存在的控制灵敏度更是随运行工况而实时变化，因此这种以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应电力系统的不断发展和实时运行工况的大幅度变化，因此难以持久地保证有良好的控制效果。

第三种是清华大学电机系调度自动化实验室提出了基于“软分区”的三级电压控制模式，该模式通过软分区克服了EDF三级电压控制中硬分区的不足，已经在国内十六个地区电网、省级电网中得到广泛应用，并成功推广到北美PJM电网的电压控制中。

中国的电网管理模式具有的特点包括：

1.中国互联电网规模十分庞大，其运行由分层分区的多级调度机构来负责管理。

大区电网控制中心、省级电网控制中心和地区电网控制中心是其中比较有代表性的三个调度级别。通常情况下，大区电网控制中心（简称网调）负责管理跨省的500kV联络输电网，省级电网控制中心（简称省调）负责管理省内500/220kV输电网，地区电网控制中心（简称地调）负责管理地区内110/10kV配电网。AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件控制流程实现的，这要求其必须与电力系统本身的调度管理体制保持一致。

2.电磁环网普遍存在。

由于中国电网处于快速发展期，500kV的骨干网络已实现完全互联，但部分省份220kV电网还不够完善，为了保证供电可靠性，在220kV网络的层面，合环运行依旧相当普遍。对于网省调电网而言，其电网运行模式可以概括为：“500kV合环，220kV局部合环”，即“大环I挂小环II”，如图1所示。其中500kV节点11、12、13、14闭环运行（大环II），变压器T₁₁、节点15、开关Br₁₁、节点16、变压器T₂、节点12、11闭环运行（小环II）。

区、省、地三级电网在物理上实际上是互联的，但在实际调度管理上却是分层分区，这给全局电网的无功优化控制带来了极大困难。针对各级电网的独立控制方法，相互之间缺乏有效协调。由于各级电网之间互相影响，传统的独立控制方法存在很大局限性。随着自动电压控制系统在各级电网中的普遍推广，由于各自动电压控制系统的控制目标不一致、控制信息不共享、控制操作不同步，从而引发控制系统之间的冲突和过调等问题，最终导致控制频繁动作，并显著降低了控制质量。

大区电网、省级电网、地区电网之间的电压协调控制决定着整个AVC控制的效果，不少学者和机构对于各级电网的协调控制进行了研究。在“一种大区电网与省级电网的协调电压控制方法”(专利号ZL200710065588.9)提出了一种区域电网和省级电网的协调控制方法，其核心思想是利用上下级的联合最优潮流计算实现网省电压控制。在“基于双向协调约束的省级与地区电网协调电压控制方法”（200910091358.9）中研究了省地协调控制方法，该方法中选择省级电网与地区各电网分界处变电站的变压器高压侧无功作为省级电网对地区电网的协调变量，选择当前周期省级电网与地区电网分界处各变电站的高压侧母线电压幅值作为地区电网对省级电网的协调变量；省级电网侧建立并求解省级电网最优潮流模型，得到省级电网内各节点的状态量、分界处变电站的变压器高压侧无功协调约束上限和下限：各地区电网控制中心将原有分界处变电站的变压器高压侧无功相关的约束条件替换地区电网上一个控制周期的协调约束条件，对本地区进行无功电压控制，保证了多级调度模式下AVC的有效性。就现有的方法而言，都有着一个共同的基础：不同等级的电网有着很明确的边界划分（也称为协调关口），协调关口是指网省（省地）协调控制的协调变量（即协调对象）所在的位置，一般选择网（省）级电网调度控制中心和省（地区）级电网调度控制中心的对电网的调度管辖分界处的电气设备。协调关口确定后就会形成对应的协调区，在协调区内进行网省协调控制。

在已有的网省协调控制方法中，协调关口均选择在“网、省调管辖电网分界处变电站的变压器高压侧”，网调侧给出关口母线的约束，省调侧给出关口无功约束，从而实现“双向协调”。对于220kV网络比较完善的省份，例如江苏、浙江等，各220kV电网基本上辐射运行，协调关口容易划分即网省边界500kV变压器，协调区从上至下包括500kV主变上游电源母线、500kV主变、主变下面220kV线路和负荷母线；而对于220kV正处于飞速发展的省份，220kV电网局部成环，直观上难以划分协调关口。协调关口划分不当，会显著影响AVC控制效果，甚至威胁电网电压稳定。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于拓扑搜索的网省协调电压控制广义关口自动生成方法，可以形成广义关口(在定义网省协调控制关口时需要将省网部分的环网考虑在内，该关口可能包含了多个主变，因此称之为广义关口)和协调区，解决“大环拉小环”中关口难以划分问题，生成的广义关口为网省协调控制奠定了基础，提高了电网电压安全、稳定运行。

本发明包括以下步骤：

1)确定区域电源侧、负荷侧电压的等级；

2)消去目标区域内的所有非负荷侧电压等级的线路；然后消去所有状态未闭合的、负荷侧电压等级的开关；

3)将目标区域内的所有剩下的线路、闭合的开关刀闸，以及所有的变压器生成与母线的连接关系；

4)对步骤3）深度优先拓扑搜索，形成拓扑岛，拓扑岛中如果含有负荷侧母线和电源侧主变，则形成一个协调区；

5)每个协调区内依次形成包含有负荷母线、变压器、低压线路的记录，每个协调区内所有的变压器构成一个广义关口；

6)从广义关口的高压绕组向上进行搜索，形成协调区的电源侧母线的记录

7)根据协调区包括的广义关口所在的厂站，形成协调区命名。

本发明的特点及有益效果：

本发明针对中国目前广为存在的网省电网“大环拉小环”关口难以划分、控制效果不佳的问题，引入了广义关口的概念，基于拓扑搜索自动生成广义关口，同时可以确定协调区所包含的电力系统元件，生成的广义关口为网省协调控制奠定了基础无论省级电网的结构是辐射状还是环状，都可以通过广义关口进行协调区划分和控制，原有的控制原理和方法不需要经过改变仍然可以使用，从而进一步改善了电压控制的效果，提高了电网电压安全、稳定运行。

附图说明

图1是网省电网“大环拉小环”示意图。

图2是基于本发明的实施例电网结构图。

图3是基于本发明的实施例拓扑搜索结果图。

具体实施方式

本发明提出的结合附图及实施例详细说明如下：

本发明包括以下步骤：

1)确定目标区域内电源侧、负荷侧的电压等级；在中国一般网省级别的电压等级组合有两种，最为常见的是500kV和220kV，其中500kV对应与电源侧母线电压等级、220kV对应于负荷侧电压等级；还有一种是750kV和330kV的组合（这些主要在某些西部地区电网），750kV对应于电源侧电压等级，330kV对应于负荷侧电压等级。

2)在目标区域内消去非负荷侧电压等级的所有线路；然后消去所有状态未闭合的、负荷侧电压等级的开关；经过此步骤的处理，整个目标区域内中只剩下变压器和负荷侧电压等级的线路及开关。

3)将目标区域内的所有剩下的线路、闭合的开关，以及所有的变压器生成与母线（节点）的连接关系；

4)对步骤3）深度优先拓扑搜索，形成拓扑岛，拓扑岛中如果含有负荷侧母线和电源侧变压器（主变），则形成一个协调区；

5)每个协调区内依次形成包含的负荷母线、变压器、低压线路产记录；

6)从广义关口的高压绕组进行搜索，形成协调区的电源侧母线的记录；

7)根据协调区包括的广义关口所在的厂站，形成协调区命名。

下面以图2所示的电网为例，介绍本发明的一个具体实施案例。在说明具体实施案例之前，先简要介绍一下本实施例的基本情况：

图2中1-8是500kV的母线，Line₁-Line₈是500kV线路,其中,500kV线路Line₁、Line₂、Line₃构成大环环状运行。1-13是220KV的母线，Br₁、Br₂是220KV的母联开关，T₁-T₅是500/220kV的变压器。A、B、C为三个场站。场站A有两台500/220kV的变压器T₁、T₂，分别给负荷L₁、L₂供电，负荷侧母线9、10通过开关Br₁闭环运行(小环)；场站B有两台500/220kV的变压器T₃、T₄，分别给负荷L₃、L₄供电，负荷侧母线11、12之间的开关Br₂未闭合；场站C有一台500/220kV的变压器T₅给负荷L₅供电，网络成辐射型；本实施例涵盖了常见电网的各种接线情况，电压等级的划分如图中矩形框所示。

1)确定目标区域电源侧、负荷侧电压等级；

图2中电源侧的电压等级为500kV，负荷侧的电压等级为220kV；

2)在目标区域内消去所有非负荷侧电压等级（500kV）的线路；然后消去负荷侧电压等级所有状态未闭合的开关（Br₂）：

在该步骤中，500kV线路Line_1～8被直接消去，线路负荷侧母线11、12之间的开关Br₁因未闭合而被消去，负荷侧母线9、10之间的开关Br₆因闭合而被保留；该步骤处理后的网络如图3所示，形成了4个孤岛，如图中的4个矩形框。

3)所有剩下闭合的开关Br₁，以及所有的变压器形成与母线（节点）的连接关系；

4)对4个孤岛进行深度优先拓扑搜索，形成4个拓扑岛，若拓扑岛中含有负荷侧母线和电源侧变压器（主变），则形成一个协调区；

本实施例共形成4个拓扑岛，对应了4个协调区。图中从左到有四个拓扑岛(1)(2)(3)(4),深度优先搜索结果如下：

拓扑岛（1）T₁→9→10→T₂

拓扑岛（2）T₃→11

拓扑岛（3）T₄→12

拓扑岛（4）T₅→13

5)每个协调区内依次形成包含有负荷母线、主变关口、低压线路的记录：

协调区（1）T₁→9→L₁→Br₁→L₂→10→T₂

协调区（2）T₃→11→L₃

协调区（3）T₄→12→L₄

协调区（4）T₅→13→L₅

其中，协调区（1）内的T₁、T₂构成了广义关口，协调区（2）内的T₃构成广义关口，协调区（3）内的T₄构成广义关口,协调区（4）内的T₅构成广义关口；（实际上单变压器作为广义关口与传统上的关口是一致的，协调区2,3,4就是这种情况）。

6)从广义关口的高压绕组向上进行搜索，形成协调区内的电源侧母线的记录

协调区（1）4→T₁→9→L₁→Br₁→L₂→10→T₂→5

协调区（2）6→T₃→11→L₃

协调区（3）7→T₄→12→L₄

协调区（4）8→T₅→13→L₅

7)根据协调区包括的广义关口所在的厂站，形成协调区命名：

对协调区（1），包含关口变压器T₁、T₂，对应的场站为A，因此协调区命名为A；

对协调区（2），包含关口变压器T₃，对应的场站为B，因此协调区命名为B；

对协调区（3），包含关口变压器T₄，对应的场站为B，但因之前已经有协调区B存在，修改原协调区B为B1，本协调区为B2；

对协调区（4），包含关口变压器T₅，对应的场站为C，因此协调区命名为C。

最终结果如下：

协调区A：4→T₁→9→L₁→Br₁→L₂→10→T₂→5

协调区B₁：6→T₃→11→L₃

协调区B₂：7→T₄→12→L₄

协调区C：8→T₅→13→L₅。

Claims (1)

1.一种基于拓扑搜索的网省协调电压控制广义关口自动生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)确定目标区域内的电源侧和负荷侧的电压等级；

2)在目标区域内消去非负荷侧电压等级的所有线路；然后消去负荷侧的所有状态未闭合的开关；

3)将目标区域内的所有剩下的线路、闭合的开关，以及所有的变压器生成与母线的连接关系；

4)对步骤3)深度优先拓扑搜索，形成拓扑岛，拓扑岛中如果含有负荷侧母线和电源侧变压器，则形成一个协调区；

5)每个协调区内依次形成包含有负荷母线、变压器、低压线路的记录，每个协调区内所有的变压器构成一个广义关口；

6)从广义关口的高压绕组向上进行搜索，形成该协调区的电源侧母线的记录；

7)根据协调区包括的广义关口所在的厂站，形成协调区命名。