CN103812112B - 一种地区电网avc控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种地区电网AVC控制方法，AVC系统根据电力系统电压无功空间的分布状态通过PAS网络建模进行分级分区，其中所述的分级根据电网的电压等级划分，所述的分区则根据无功平衡的局域特性；AVC系统控制模式优先考虑先区域电压优化控制，后各级电压校正控制，最后区域无功优化控制的顺序；所述的区域电压优化控制为优化校正系统中枢点母线电压水平；所述的各级电压校正控制为优化校正系统中节点电压水平。本发明通过在传统自动电压控制系统（AVC）上增设分级分区控制策略，并加设了负荷预测环节和考虑设备当前状态电气控制属性诊断环节，使控制策略更加具有预见性，同时根据设备的运行状态实现超前控制，减小了设备动作延时。

Description

一种地区电网AVC控制方法

技术领域

本发明涉及一种在传统自动电压控制系统（AVC）基础上的优化控制方法。

背景技术

电压质量，作为衡量电力系统运行质量的重要指标之一，对保证电器设备安全使用和产品质量有重要的影响。随着电力系统自动化及通信技术的快速发展，基于EMS/SCADA系统的电网自动电压控制（AVC）技术应用日益普遍，对电力系统进行实时有效的无功补偿，为电压安全、优质、经济运行提供了良好的技术手段。

现有电网AVC往往仅考虑了电力系统当前时间断面的状态，没有考虑历史经验和未来变化趋势因此，不可避免地出现设备频繁投切、设备利用率不高等现象，设备动作次数不能得到优化。

目前AVC系统采用的优化手段有考虑负荷变化趋势的电压无功控制思路，但其并未考虑设备的动作状态以及最大动作次数的约束。也有提出了根据其连续动作间隔时间、电压和无功持续越限时间分别引入了惰性因子与加速因子，构成诊断函数从而判定设备所处状态（可动作或者不可动作）的方法，这种方法有效的防止了变压器分接头和电容器/电抗器组频繁开关动作，但该方法产生了至少十分钟的延时，不利于AVC实时有效的无功电压控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够提高工作效果、设备使用寿命的自动电压控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种地区电网AVC控制方法，AVC系统根据电力系统电压无功空间的分布状态通过PAS网络建模进行分级分区，其中所述的分级根据电网的电压等级划分，所述的分区则根据无功平衡的局域特性；AVC系统控制模式优先考虑先区域电压优化控制，后各级电压校正控制，最后区域无功优化控制的顺序；所述的区域电压优化控制为优化校正系统中枢点母线电压水平；所述的各级电压校正控制为优化校正系统中节点电压水平。

本发明通过在传统自动电压控制系统（AVC）上增设分级分区控制策略，并加设了负荷预测环节和考虑设备当前状态电气控制属性诊断环节，使控制策略更加具有预见性，同时根据设备的运行状态实现超前控制，减小了设备动作延时。实验结果表明该系统对提高地区电网电压合格率、优化无功有较好的效果。新系统在整个时间序列上优化了设备动作次数，显著减小了因设备频繁动作导致的设备损坏事故，提高了设备使用寿命。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为AVC控制模式工作图；

图2为日无功负荷曲线图。

具体实施方式

本发明基于传统AVC控制策略，在分级分区控制策略的基础上综合考虑负荷变化趋势并加入考虑变压器分接头和电容器/电抗器组当前状态电气控制属性诊断环节，提出一种基于优化设备动作次数的AVC控制策略，使控制策略具有预见性，根据设备的运行状态实现超前控制，在整个时间序列上优化设备动作次数，提高设备利用率，对提高设备使用寿命具有重要意义。具体控制方法如下：

本发明中的地区电网AVC借鉴了传统分级分区思想，分级一般根据电网的电压等级划分；分区则根据无功平衡的局域特性，以220kV的变电站为中心，将该厂站及其所属下级厂站及设备归为一个分区，为实现保证电压质量、降低网损的目标，构建计及设备动作次数约束的控制模型。

AVC系统根据电力系统电压无功空间的分布状态通过PAS网络建模进行分级分区，控制模式优先考虑先“区域电压优化控制”后“各级电压校正控制”最后“区域无功优化控制”的顺序。区域电压较低或较高时，首先采用“区域电压优化控制”模式，快速优化校正系统中枢点母线电压水平；若各级电压越限，则采用各级“电压校正控制”模式，首要保证了节点电压水平合格；全网的电压水平合格时再考虑经济运行，采用“区域无功优化控制”模式，如图1所示。

根据以往的电压调整情况分析，优化区域电压控制与就地电压控制策略相互配合，通过动作一次中枢变电站（如220kV变电站）的调压设备来实现整个片区电压合格，避免下级子站分别动作，可以有效地减少分区中下级站设备的动作次数。

由于目前大多数变电所都安装了综合的自动化控制系统，能够实时的在线监测电力系统运行并将大量的历史负荷数据进行存储，根据历史经验数据可以进行短期和超短期的负荷预测，给出电网负荷未来的变化趋势。

设无功补偿控制装置的动作延时定值为T_S，则当发生电压无功越限时，通过预测给出的负荷曲线，得到本次电压无功越限可能的持续时间△T，然后以此作为一个判据，来判断是否需要调整变压器分接头和投切电容器/电抗器组。根据IEEE对电磁现象以及电能质量的分类[13,14,]，短时电压的变动范围为3s-1min，则将T_S取为60s，忽略变压器分接头调节对无功的影响，当电压越界的持续时间小于60s时，变压器分接头暂不动作；当电压和无功越界持续时间都小于60s时，电容器/电抗器组暂不动作。

当△T小于T_S，该负荷变化为很短时间的抖动，此时动作设备不经济，设备不动作，当△T大于T_S，该负荷越限时间较长，应及时调整，设备动作。基于全天各时段负荷水平以及变化趋势等辨识结果，研究超前控制策略，使多时间断面的设备动作前后协调，过滤电压无功的抖动，在满足电压无功运行目标的前提下减少设备动作次数和动作延时。

为了防止设备动作太频繁而过早地失去调控能力，提出设备动作次数均衡环节。在设备动作均衡环节，把设备最大允许日动作次数N_MAX在一天内进行了24时段的等距分配，未考虑实际负荷的变化情况以及变压器分接头与电容器/电抗器等不同设备的调压特性。本文则根据实际的电网运行状况，选择合适的控制对象和优先级，将N_MAX在一天内根据负荷预测的变化情况进行权重分配。

由图2可以看出，一般情况日无功负荷分为高峰负荷和低谷负荷两个时间段，在晚上23点之后到早上8点之前为低谷负荷时期，而早上8点开始到晚上23点为高峰负荷时期。在低谷负荷时期，为了平衡系统的容性无功，决策建议电抗器组多投入运行，因此电抗器组在低谷负荷期分得的动作次数应该多一些。同样在高峰负荷时期，为了满足系统的无功需求，决策建议电容器组多投入运行，因此电容器组在高峰负荷期分得的动作次数应该多一些。本文将权重比取为4：1，即在高峰（低谷）负荷时期，电容器组（电抗器组）的动作次数占全天动作次数的80%。

根据变压器的分接头不同的调整特性，可将变压器的分接头最大允许日动作次数N_MAX进行了24时段的等距分配。

对于以下三种情况：

（1）由AVC系统通过遥控接口下达的设备再次动作要求时间差小于设备最短允许间隔时间。

（2）计数器统计的某电气设备的动作次数达到所在时间段所分配的次数。

（3）计数器统计的设备当天动作的总次数达到设备最大允许日动作次数N_MAX。

对各变压器分接头，电容器/电抗器组等设备进行电气属性诊断，当出现上述三种情况中的任何一种时，自动闭锁该设备即诊断结果为不可动作。

上述PAS网络建模方法如下：

完整的动态无功优化模型的构建应当计及变压器分接头和电容器/电抗器等补偿装置投切开关的动作次数约束(一般按照全天24个时段的负荷预测水平进行全局优化),并考虑到设备动作变量离散特性，是一种混合非线性整数规划问题。

设系统有n个节点，u台有载调压变压器，m台可调发电机,有r个节点装设可投切电容器/电抗器组。每5分钟化为1段，从而将电网母线的全天有功无功变化曲线分为287段，于是以系统全天电能损耗最小为目标的无功优化模型可以描述为:

等式约束条件：

s.t.g(x_1(t)，x_2(t)，x_3(t)=0t=0，1，...，287(2)

不等式约束条件：

x_i(t).min≤x_i(t)≤x_i(t).max

i=1，2;t=0，1，...，287(3)

$\underset{t=0}{\overset{287}{\mathrm{\Σ}}}|x_{1(t+1)}-x_{1\left(t\right)}|\≤S_{x1}{C}_{x1}---\left(4\right)$

式中：f(x_1(t)，x_2(t)，x_3(t))为第t个时间段的电网有功损耗;g(x_1(t)，x_2(t)，x_3(t))=0为第t个时间段的节点功率平衡方程，g(x_1(t)，x_2(t)，x_3(t)∈R⁽²ⁿ⁾；，为第t个时间段由离散变量构成的列向量，x_1(t)∈R^(p)，p=r+u；Q_c(t)为第t个时间段可投切电容器/电抗器组的无功出力列向量，Q_c(t)∈R^(r)；T_B(t)为第t个时段有载调压变压器的变比列向量，T_B(t)∈R^(u)；为第t个时间段由连续变量构成的列向量，x_2(t)∈R^(q)，q=m+n；Q_G(t)为第t个时间段发电机的无功出力构成的列向量，Q_G(t)∈R^(m)；U_(t)为第t个时间段各节点电压幅值构成的列向量，U_(t)∈R⁽ⁿ⁾；x_3(t)=[P_G(t)，θ_(t)]^T，x_3(t)∈R^q，q=m+n，P_G(t)为第t个时间段发电机的有功出力构成的列向量，θ_G(t)∈R^(m)，θ_(t)为第t个时间段各节点与平衡节点相位差构成的列向量，θ_(t)∈R⁽ⁿ⁾，x_3(t)∈R^q。C_x1为由控制设备（有载调压变压器和电容器/电抗器）最大动作次数约束值构成的列向量，C_x1∈R^p；S_x1为对角矩阵，其对角元素分别对应于电容器/电抗器组无功出力或有载调压变压器变比的调节步长，S_x1∈R^(p×p)。

式(4)为可投切电容器/电抗器组和有载调压变压器分接头在一天内的动作次数约束。可投切电容器/电抗器组(或有载调压变压器分接头)在每一时间段的动作次数可准确地表示为：该时间段末、首端的无功出力(变比)之差的绝对值除以其调节步长。

上述控制方法可以有效的过滤掉变化时间很短的负荷“抖动”，显著的减少了设备的动作次数。具体数据如表1、2。

表1AVC投入前电网运行结果分析

表2AVC投入后电网运行结果分析

AVC系统投入前电气设备每周的平均动作次数为215次，AVC系统投入后电气设备每周的平均动作次数为155次，优化比例达到30%。由于加入了设备的电气属性状态诊断环节，合理的根据实际负荷的变化情况以及变压器分接头与电容器/电抗器等不同设备的调压特性分配不同时间段的动作次数，并及时的对设备进行闭锁，可以有效的对设备进行安全的操作。在该AVC系统投入前，试验地区电网发生了十三起电容器损坏、电容器开关损坏、电抗器损坏、电容器二次线圈烧坏等事故。在该AVC系统投入后，试验地区电网全年仅发生两起电容器损坏事故。

提出了基于负荷预测结果的电压无功超前控制策略，可根据负荷预测结果自动划分负荷变化趋势，并进一步将根据不同的负荷趋势确定设备最大允许日动作次数N_MAX在不同时间段的权重系数。并采用了计数器对动作次数进行约束，考虑到了电气设备当前状态的控制属性，建立告警事件和保护事件库，及时的将电气设备自动闭锁。避免了对设备的频繁调节，优化电气设备的动作次数，降低电容器损坏风险，延长了设备的使用寿命，体现了控制的前瞻性和智能性。

Claims (3)

1.一种地区电网AVC控制方法，其特征在于：

AVC系统根据电力系统电压无功空间的分布状态通过PAS网络建模进行分级分区，其中所述的分级根据电网的电压等级划分，所述的分区则根据无功平衡的局域特性；

AVC系统控制模式考虑先区域电压优化控制，后各级电压校正控制，最后区域无功优化控制的顺序；

所述的区域电压优化控制为优化校正系统中枢点母线电压水平；

所述的各级电压校正控制为优化校正系统中节点电压水平;

AVC系统实时的在线监测电力系统运行并将大量的历史负荷数据进行存储，得出历史经验数据，设无功补偿控制装置的动作延时定值为T_S，则当发生电压无功越限时，通过历史经验数据给出的负荷曲线，得到本次电压无功越限可能的持续时间△T，当△T小于T_S，则无功补偿控制装置不动作，当△T大于T_S，则无功补偿控制装置动作。

2.根据权利要求1所述的地区电网AVC控制方法，其特征在于：根据日无功负荷设置电容器组动作次数权重，在无功负荷高的时段权重数值大，无功负荷低的时段权重数值小，设定限制每日电容器组动作次数上限，再根据权重比例限制每个时段动作次数上限。

3.根据权利要求2所述的地区电网AVC控制方法，其特征在于：

当出现以下三种情况中任一种时自动闭锁设备：

a、由AVC系统通过遥控接口下达的设备再次动作要求时间差小于设备最短允许间隔时间；

b、计数器统计的某电气设备的动作次数达到所在时间段所分配的次数；

c、计数器统计的设备当天动作的总次数达到设备最大允许日动作次数上限。