CN103904656B - 一种电力系统电压无功的调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统电压无功的调节控制方法，属于电力工程的电力系统自动化领域。本发明通过引入偏移度来定量的衡量电力系统的电压无功运行指标，采取以偏移度减小为目标的调节策略，根据对偏移度提前预测采取当前最有效的调节措施实现对系统的电压和无功调节，从根本上提高了调节效率并且避免了调节振荡。

Description

一种电力系统电压无功的调节控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统电压无功的调节控制方法，属于电力工程的电力系统自动化领域。

背景技术

电力系统的变电站多配置有电容器、电抗器和有载调压变压器等一次设备，通过对这些一次设备的控制来调节电压和补偿无功，来达到提高电压质量和降低网络损耗的目的。为根据电网电压和无功运行水平快速有效的对其调节，多配置无功电压调节（VQC）装置或系统。目前的VQC装置多采用电压无功分区的调节控制方法，该调节方法系定性调节，繁琐的分区和每个分区固定的调节策略导致调节策略复杂、调节效率不高，同时在各分区的交界处容易出现调节振荡。传统电压无功分区调节方式，仅定性判别当前系统电压的高或低和无功的多或少，进而采取对应的调节措施，没有综合考虑电压和无功的相互影响，不能准确的采取最为有效的调节措施，反而可能引起在分区交界处来回进行调节，对电力系统的安全运行产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力系统电压无功的调节控制方法，以解决目前调节方法中存在调节策略复杂、调节效率不高且不能准确的采取最为有效的调节措施。

本发明为解决上述技术问题而提供一种电力系统电压无功的调节控制方法,该控制方法包括以下步骤：

1）实时测量电力系统当前的系统电压值和吸收无功值；

2）根据当前电压和吸收无功的测量值计算系统当前的电压偏移度、无功偏移度和综合偏移度；

3）根据调节的对象选择相应的偏移度减小为目标进行调节，判断所选择的当前偏移度是否大于设定的调节值；

4）如果所选择的偏移度大于设定的调节值，根据变电站变压器和无功补偿设备的运行状态，预测执行各种调节方式调节后的偏移度；

5）根据执行各种调节方式调节后的偏移度的预测值，在当前允许执行的调节方式中选择能使偏移度值减小幅度最大的调节方式为当前最有效的调节，进行相应的调节控制。

所述步骤2）中的电压偏移度、无功偏移度和综合偏移度的计算公式分别为：

$K_U=\frac{U-\mathrm{UO}}{(U\max -U\min )/2}$

$K_Q=\frac{Q-\mathrm{QO}}{(Q\max -Q\min )/2}$

$K=\sqrt{{K_U}^2+{K_Q}^2}$

其中K_U为电压偏移度，K_Q为无功偏移度，K为综合偏移度，U_max、U_min分别为系统正常运行允许的电压上限值和下限值，Q_max、Q_min分别为系统正常运行允许的无功上限值和下限值，UO＝(Umax+Umin)/2、QO＝(Qmax+Qmin)/2分别为系统的标准运行电压值和无功值。

所述步骤3）中电压无功综合调节以综合偏移度K减小为目标进行调节；电压优先调节以电压偏移度K_U减小为目标进行调节；无功优先调节以无功偏移度K_Q减小为目标进行调节。

所述步骤4）中的调节方式包括升变压器分接头一档、降变压器分接头一档、切电抗器或投电容器以及切电容器或投电抗器。

所述步骤4）中电压无功综合调节所对应各调节方式的偏移度预测值如下：

升变压器分接头一档的偏移度值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}+\mathrm{\Δ}{U}_U}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}+\mathrm{\Δ}{Q}_U}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

降变压器分接头一档的偏移度值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}-\mathrm{\Δ}{U}_U}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}-\mathrm{\Δ}{Q}_U}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

切电抗器或投电容器的偏移度值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}+\mathrm{\Δ}{U}_Q}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}-\mathrm{\Δ}{Q}_Q}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

切电容器或投电抗器的偏移度值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}-\mathrm{\Δ}{U}_Q}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}+\mathrm{\Δ}{Q}_Q}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

其中ΔU_U为升降变压器一档电压变化值，ΔU_Q为投切一组电容或电抗电压变化值，ΔQ_Q为投切一组电容或电抗无功变化值，ΔQ_U为升降变压器一档无功变化值。

所述步骤5）中设置有调防抖定值，当采取的调节能使偏移度值减小幅度大于所设置的调防抖值时才进行调节，否则不调节。

本发明的有益效果是:本发明通过引入偏移度来定量的衡量电力系统的电压无功运行指标，采取以偏移度减小为目标的调节策略，根据对偏移度提前预测采取当前最有效的调节措施实现对系统的电压和无功调节，从根本上提高了调节效率并且避免了调节振荡。

附图说明

图1是本发明实施例中系统无功-电压运行示意图；

图2是本发明电力系统电压无功的调节控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明的技术方案是先构建能够反映电网的电压和无功运行指标的变量——偏移度，为便于综合分析电压和无功两种物理量，偏移度采用标幺值的概念。

下面对偏移度进行定义：

电压偏移度： $K_U=\frac{U-\mathrm{UO}}{(U\max -U\min )/2}$ …………………………①

无功偏移度： $K_Q=\frac{Q-\mathrm{QO}}{(Q\max -Q\min )/2}$ …………………………②

综合偏移度： $K=\sqrt{{K_U}^2+{K_Q}^2}$ …………………………③

上式中U_max、U_min分别为系统正常运行允许的电压上限值和下限值，Q_max、Q_min分别为系统正常运行允许的无功上限值和下限值，UO＝(Umax+Umin)/2、QO＝(Qmax+Qmin)/2分别为系统的标准（最佳）运行电压值和无功值，点（Q0,U0）为系统的标准运行点。偏离度的物理意义解释如下：

电压偏移度K_U反映系统当前运行电压偏离系统的程度，其绝对值在“无功-电压”平面上为系统当前点（用Q点表示）到直线U=U0的距离（见图1）。偏离K_U>0代表系标准运行电压统当前电压大于标准电压，K_U<0代表系统当前电压小于标准电压，K_U的绝对值越大系统当前电压偏离标准电压的程度越大。

无功偏移度K_Q反映系统当前从电网吸收无功偏离系统标准运行无功的程度，其绝对值在“无功-电压”平面上为系统当前点到直线Q=Q0的距离（见图1）。K_Q>0代表系统当前从电网吸收无功多与标准无功值，K_Q<0代表系统当前从电网吸收无功少与标准无功值，K_Q的绝对值越大系统吸收无功偏离标准无功值的程度越大。

综合偏移度反映系统当前运行点（Q,U）到标准运行点S（Q0,U0）的偏移程度，在“无功-电压”平面上为系统当前点(用A点表示)到标准运行点的距离。可见K值越小，系统电压和无功运行指标越合格，反之系统电压和无功运行指标越差。综合偏移度K<1代表下图1中的圆内区域。可见偏移度可定量反映系统无功和电压的运行水平，偏移度的绝对值越小，系统电压和无功的合格程度越高。因此可以以偏移度减小为目标对系统的电压和无功进行调节。

本发明引入偏移度来定量的衡量电力系统的电压无功运行指标，采取以偏移度减小为目标的调节策略，根据对偏移度提前预测采取当前最有效的调节措施实现对系统的电压和无功调节。电压无功综合调节以综合偏移度K减小为目标进行调节；电压优先调节以电压偏移度K_U减小为目标进行调节；无功优先调节以无功偏移度K_Q减小为目标进行调节。以上三种调节控制方式的调节目标判据不同但具体实施步骤相同，下面以电压无功综合调节方式为例来说明本发明的实施步骤。

1.计算系统当前的电压无功综合偏移度

实时测量电力系统当前的系统电压值和吸收无功值，根据当前测量的系统电压值U和吸收无功值Q分别带入公式①、②、③，求得系统当前综合偏移度K，判断当前K值是否越限（即大于调节定值），若越限则进行调节，否则认为系统电压无功指标合格，不进行调节。如K>1.05时认为综合偏移度越限，开始进行调节。

2.预测调节后的综合偏移度

设ΔU_U为“升降变压器一档电压变化值”，ΔU_Q为“投切一组电容或电抗电压变化值”，ΔQ_Q为“投切一组电容或电抗无功变化值”，ΔQ_U为“升降变压器一档无功变化值”。根据以上定值可对可执行的各种调节方式的调节效果进行预测：

1）升变压器分接头一档的K值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}+\mathrm{\&Delta;}{U}_U}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}+\mathrm{\&Delta;}{Q}_U}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

2）降变压器分接头一档的K值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}-\mathrm{\&Delta;}{U}_U}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}-\mathrm{\&Delta;}{Q}_U}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

3）切电抗器或投电容器的K值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}+\mathrm{\&Delta;}{U}_Q}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}-\mathrm{\&Delta;}{Q}_Q}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

4）切电容器或投电抗器的K值预测公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-\mathrm{UO}-\mathrm{\&Delta;}{U}_Q}{\frac{\mathrm{Umxa}-U\min }{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-\mathrm{QO}+\mathrm{\&Delta;}{Q}_Q}{\frac{Q\max -Q\min }{2}}\right)}^2}$

3.选择最有效的调节措施

结合变电站变压器和无功补偿设备的运行状态，可将主变闭锁调压和电容（抗）器的闭锁投切等闭锁信息综合考虑到本控制方法中。根据升降变压器分接头和投切电容（抗）器后的综合偏移度的预测值，在当前允许执行的调节措施中选择能使K值减小幅度最大的调节措施为当前最有效的调节措施，进行执行。同时为从根本上避免振荡调节，设置一调防抖定值ΔK，让ΔK躲过测量和计算误差值，如取ΔK=0.05，即当采取的调节措施能使K值减小幅度大于0.05时才进行调节，否则不调节。

本发明根据电网当前电压和无功水平求得其电压偏移度、无功偏移度和综合偏移度，以其偏移度为依据进行调节，在调节前对各种调节措施执行后的偏移度进行预测，在电压偏移度、无功偏移度和综合偏移度中灵活选择主判据，以实现电压优先调节、无功优先调节和电压无功综合调节等不同调节方式。能够根据预测结果采取最有效的调节策略，以最少的调节次数来达到调节目的。实现电压无功的定量调节,控制精细度高。本发明便于实现可直接应用于变电站电压无功调节装置中，解决了其原来分区调节方法的调节策略繁琐、调节效率低、调节精细度低、容易出现调节振荡等局限性。

Claims (3)

1.一种电力系统电压无功的调节控制方法,其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

1)实时测量电力系统当前的系统电压值和吸收无功值；

2)根据当前系统电压值和吸收无功值计算系统当前的电压偏移度、无功偏移度和综合偏移度；

电压偏移度、无功偏移度和综合偏移度的计算公式分别为：

$K_U=\frac{U-U0}{(Umax-Umin)/2}$

$K_Q=\frac{Q-Q0}{(Qmax-Qmin)/2}$

$K=\sqrt{{K_U}^2+{K_Q}^2}$

其中K_U为电压偏移度，K_Q为无功偏移度，K为综合偏移度，Umax、Umin分别为系统正常运行允许的电压上限值和下限值，Qmax、Qmin分别为系统正常运行允许的无功上限值和下限值，U0＝(Umax+Umin)/2、Q0＝(Qmax+Qmin)/2分别为系统的标准运行电压值和无功值；

3)根据调节的对象选择相应的偏移度减小为目标进行调节，判断所选择的当前偏移度是否大于设定的调节值；

4)如果所选择的偏移度大于设定的调节值，根据变电站变压器和无功补偿设备的运行状态，预测执行各种调节方式调节后的偏移度；

5)根据执行各种调节方式调节后的偏移度预测值，在当前允许执行的调节方式中选择能使偏移度减小幅度最大的调节方式为当前最有效的调节，进行相应的调节控制；

所述步骤4)中的调节方式包括升变压器分接头一档、降变压器分接头一档、切电抗器或投电容器以及切电容器或投电抗器；

升变压器分接头一档的偏移度预测值公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-U0+{\mathrm{\&Delta;U}}_U}{\frac{U\max -Umin}{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-Q0+{\mathrm{\&Delta;Q}}_U}{\frac{Qmax-Qmin}{2}}\right)}^2}$

降变压器分接头一档的偏移度预测值公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-U0-{\mathrm{\&Delta;U}}_U}{\frac{U\max -Umin}{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-Q0-{\mathrm{\&Delta;Q}}_U}{\frac{Qmax-Qmin}{2}}\right)}^2}$

切电抗器或投电容器的偏移度预测值公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-U0+{\mathrm{\&Delta;U}}_Q}{\frac{U\max -Umin}{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-Q0-{\mathrm{\&Delta;Q}}_Q}{\frac{Qmax-Qmin}{2}}\right)}^2}$

切电容器或投电抗器的偏移度预测值公式为：

$K=\sqrt{{\left(\frac{U-U0-{\mathrm{\&Delta;U}}_Q}{\frac{U\max -Umin}{2}}\right)}^2+{\left(\frac{Q-Q0+{\mathrm{\&Delta;Q}}_Q}{\frac{Qmax-Qmin}{2}}\right)}^2}$

其中ΔU_U为升降变压器一档电压变化值，ΔU_Q为投切一组电容或电抗电压变化值，ΔQ_Q为投切一组电容或电抗无功变化值，ΔQ_U为升降变压器一档无功变化值；

本发明的方法能够根据偏移度预测值采取最有效的调节策略，以最少的调节次数来达到调节目的。

2.根据权利要求1所述的电力系统电压无功的调节控制方法，其特征在于，所述步骤3)中电压无功综合调节以综合偏移度K减小为目标进行调节；电压优先调节以电压偏移度K_U减小为目标进行调节；无功优先调节以无功偏移度K_Q减小为目标进行调节。

3.根据权利要求1所述的电力系统电压无功的调节控制方法，其特征在于，所述步骤5)中设置有调防抖定值，当选择的调节能使偏移度减小幅度大于所设置的调防抖定值时才进行调节，否则不调节。