CN103956744B

CN103956744B - 一种220kV发电厂电压实时优化控制方法

Info

Publication number: CN103956744B
Application number: CN201410166832.0A
Authority: CN
Inventors: 陈泽兴; 张勇军; 李钦豪; 匡萃浙
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: CN103956744A

Abstract

本发明提供一种220kV发电厂电压实时优化控制方法。其具体步骤为：首先，获取含220kV发电厂的区域电网参数信息，建立区域电网计算模型；其次，由AVC系统实时采集区域电网运行参数信息并计算220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的电压差；再者，通过改变220kV发电厂高压母线电压进行多次潮流计算，获得220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的最优化电压差；最后根据实时电压差与最优化电压差的比较进行发电厂电压实时优化控制。本发明考虑了电网实时的运行工况，进行220kV发电厂电压的实时优化控制，弥补了现有根据日前制定的电压曲线进行发电厂电压控制的不足。

Description

一种220kV发电厂电压实时优化控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统发电厂电压的控制方法，特别涉及一种220kV发电厂电压实时优化控制方法。

背景技术

随着电力系统通信技术的发展和自动化水平的提高，电网自动电压控制(Automaticvoltagecontrol,AVC)在国内外已得到了广泛的使用，并在优化电压质量、节能降损和减轻调度员工作强度等方法取得了良好的成效。

在目前的工程应用上，作为AVC系统一个重要控制层面：发电厂侧的自动电压控制，其控制方法主要根据调度部门日前凭经验给出的发电厂电压曲线进行相应的控制。

然而，依靠经验给出发电厂电压曲线作为发电厂电压控制的目标并不能实时反映电网在实际运行工况下所需的电压调整量，并不能达到真正意义上实时优化潮流的目的。因此，为了更好指导实际工程上的应用，需要一种能够实时对发电厂电压优化控制的方法，充分利用发电厂无功调节能力，使得电网安全经济地运行。

发明内容

本发明的目的在于根据电网实际运行工况，给出220kV发电厂电压实时优化控制方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种220kV发电厂电压实时优化控制方法，包括以下步骤：

(1)获取含220kV发电厂的区域电网参数信息，包括区域电网的网架结构，各变电站主变型号、配置容量，各输电线路型号，建立区域电网计算模型；

(2)由AVC系统采集当前区域电网运行参数信息，包括各变电站主变的有功负荷P_Li、无功负荷Q_Li，220kV发电厂高压母线电压U_G、220kV发电厂的有功出力P_G，枢纽变电站220kV母线的电压U_S及电流I_S；所述的枢纽变电站是指作为区域电网计算模型等值平衡节点的500kV变电站，下标i表示主变序号；

(3)计算220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的电压差ΔV₀，即ΔV₀＝U_G-U_S；

(4)改变220kV发电厂高压母线电压值，对区域电网计算模型进行多次潮流计算，获得220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的最优化电压差ΔV_opt；并在最优化电压差ΔV_opt的基础上通过加、减裕度ε形成区间[ΔV_opt-ε，ΔV_opt+ε]；所述的最优化电压差指的是使得区域电网无功穿越量最小且有功损耗最小的220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的电压差，ε指的是为保证220kV发电厂高压母线电压不频繁调节而在最优化电压差上加、减的裕度；

(5)判断ΔV₀是否处于区间[ΔV_opt-ε，ΔV_opt+ε]内，如果满足，则结束本次优化控制；如果ΔV₀>ΔV_opt+ε，则进行判断：若U_G-δ≤U_Gmin，则令U_G＝U_Gmin，若U_G-δ>U_Gmin，则令U_G＝U_G-δ；之后结束本次优化控制；如果ΔV₀<ΔV_opt-ε，则进行判断：若U_G+δ≥U_Gmax，则令U_G＝U_Gmax，若U_G+δ<U_Gmax，则令U_G＝U_G+δ；之后结束本次优化控制；所述的U_Gmax、U_Gmin指的是考虑220kV发电厂实际运行情况后其高压母线电压的上、下限值，δ指的是在进行一次优化控制时220kV发电厂高压母线电压的调节量；

(6)经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的优化控制，实现220kV发电厂电压实时优化控制。

进一步地，所述的步骤(4)中最优化电压差ΔV_opt的具体实现过程是：

改变220kV发电厂高压母线电压值，对区域电网计算模型进行多次潮流计算，比较每次潮流计算得出的区域电网总有功损耗，其中使得区域电网总有功损耗最小时对应的220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的电压差，即为最优化电压差ΔV_opt；

所述的U_Gmax、U_Gmin指的是考虑220kV发电厂实际运行情况后其高压母线电压的上、下限值，ε指的是为保证220kV发电厂高压母线电压不频繁调节而在最优化电压差ΔV_opt上叠加的裕度，δ指的是在进行一次优化控制时220kV发电厂高压母线电压的调节量。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

(1)考虑了电网实时的运行工况，进行220kV发电厂电压实时优化控制，弥补了现有根据日前制定电压曲线进行电压控制的不足；

(2)提出基于AVC系统的220kV发电厂电压实时优化控制的方法，同时也解决了目前工程上多数发电厂侧自动电压控制系统装设而实际未能真正使用的问题。

附图说明

图1是220kV发电厂电压实时优化控制的流程图。

图2是某含220kV发电厂的区域电网的计算模型图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

如图1，一种220kV发电厂电压实时优化控制方法，包括以下步骤：

(5)判断ΔV₀是否处于区间[ΔV_opt-ε，ΔV_opt+ε]内，如果满足，则结束本次优化控制；如果ΔV₀>ΔV_opt+ε，则进行下一步判断：若U_G-δ≤U_Gmin，则令U_G＝U_Gmin，若U_G-δ>U_Gmin，则令U_G＝U_G-δ；之后结束本次优化控制；如果ΔV₀<ΔV_opt-ε，则进行下一步判断：若U_G+δ≥U_Gmax，则令U_G＝U_Gmax，若U_G+δ<U_Gmax，则令U_G＝U_G+δ；之后结束本次优化控制；所述的U_Gmax、U_Gmin指的是考虑220kV发电厂实际运行情况后其高压母线电压的上、下限值，δ指的是在进行一次优化控制时220kV发电厂高压母线电压的调节量；

本发明中，步骤(1)所述的区域电网，指的是由一座枢纽变电站(即500kV变电站)、一座220kV发电厂及多座220kV变电站组成的区域电磁环网，基于AVC系统的220kV发电厂电压实时优化控制的研究对象指的也是该类型的区域电网；而在获得的区域电网计算模型中，忽略500kV变电站主变建模，并将500kV变电站作为等值平衡节点，由等值电源E_S表征并通过等值电抗X_S连接到其220kV母线，等值电抗X_S可通过式(1)求得：

X_{S} = \frac{E_{n}}{\sqrt{3} \times I_{K}} - - - (1)

式中，E_N为平均额定电压，此处为230kV；I_K为枢纽变电站220kV母线发生三相短路时的短路电流。等值电源E_S反映上层电网作用于该站的电势作用，在进行一次优化控制时，其值可通过AVC系统采集的枢纽变电站220kV母线的电压U_S、电流I_S，并通过式(2)获得：

E_{S} = U_{S} + \sqrt{3} \times I_{S} \times X_{S} - - - (2)

同时，在区域电网计算模型中不考虑发电厂内部机组的升压变压器的建模，直接用220kV发电厂高压母线作为PV节点，在进行一次优化控制时，其有功功率和高压母线电压值可通过AVC系统采集。各变电站主变型号、配置容量；各输电线路型号则按照所要分析的区域电网的实际情况获取相应的参数。

本发明中，所述的步骤(4)中最优化电压差ΔV_opt的具体实现过程是：

本发明中，所述的步骤(5)的实施过程是：

(1)判断ΔV₀是否处于区间[ΔV_opt-ε，ΔV_opt+ε]内，如果满足，则结束本次优化控制；

(2)如果ΔV₀>ΔV_opt+ε，则进行下一步判断：

若U_G-δ≤U_Gmin，则令U_G＝U_Gmin，并结束本次优化控制；

若U_G-δ>U_Gmin，则令U_G＝U_G-δ，并结束本次优化控制；

(3)如果ΔV₀<ΔV_opt-ε，则进行下一步判断：

若U_G+δ≥U_Gmax，则令U_G＝U_Gmax，并结束本次优化控制；

若U_G+δ<U_Gmax，则令U_G＝U_G+δ，并结束本次优化控制；

本发明中，经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的优化控制，实现220kV发电厂电压实时优化控制；所述的时间T，即为优化控制的周期，可根据电网实际运行需要进行相应的调节。

以下是本发明方法的一个实例，以南方电网某含220kV发电厂的区域电网为例。其步骤如下：

(1)获取该区域电网参数信息，建立区域电网计算模型；区域电网计算模型图及变电站、线路等参数信息如表1、图2所示。

(2)由AVC系统采集区域电网运行参数信息，包括各变电站主变的有功负荷P_Li、无功负荷Q_Li：

表1区域电网各变电站运行参数信息

220kV发电厂高压母线电压U_G为231.85kV，枢纽变电站220kV母线电压U_S为229.92kV，电流I_S为0.994kA；而等值电抗X_S为1.21Ω。

根据得等值电源电压E_S为232kV。

(3)计算220kV发电厂高压母线电压U_G与枢纽变电站220kV母线电压U_S之间的电压差ΔV₀，即ΔV₀＝231.85-229.92＝1.93kV。

(4)改变220kV发电厂高压母线电压值，对区域电网计算模型进行多次潮流计算；在本实例中220kV发电厂高压母线电压值的改变量范围取值为229kV～236kV，每隔0.5kV取值一个数据点，潮流计算结果如表2：

表2潮流计算结果

U_G	U_S	P_LOSS	ΔV	U_G	U_S	P_LOSS	ΔV
								229.0	229.31	20.261	-0.31	233.0	230.17	20.077	2.83
229.5	229.42	20.210	0.08	233.5	230.27	20.081	3.23
								230.0	229.53	20.180	0.47	234.0	230.38	20.092	3.62
230.5	229.64	20.138	0.86	234.5	230.49	20.113	4.014 -->
								231.0	229.74	20.121	1.26	235.0	230.59	20.132	4.41
231.5	229.84	20.108	1.66	235.5	230.70	20.165	4.80
								232.0	229.95	20.092	2.05	236.0	230.81	20.183	5.19
232.5	230.06	20.083	2.44	——	——	——	——

其中P_LOSS(单位：MW)指区域电网的总有功损耗，ΔV为每次潮流计算结果U_G和U_S的电压差(单位kV)；

由表2的数据可得，使得该区域电网总有功损耗最小时，对应的220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的电压差，即最优化电压差ΔV_opt的值为2.83kV。

(5)U_Gmax、U_Gmin指的是考虑220kV发电厂实际运行情况后其高压母线电压的上、下限值，本实例根据电网对220kV发电厂电压的控制标准，U_Gmax取值242kV，U_Gmin取值220kV；ε指的是为保证220kV发电厂高压母线电压不频繁调节而在最优电压差ΔV_opt上叠加的裕度，本实例中ε取值0.5kV；δ指的是在进行一次优化控制时220kV发电厂高压母线电压的调节量，本实例中取值0.5kV。

此时[ΔV_opt-ε，ΔV_opt+ε]为[2.33，3.33]，ΔV₀＝1.93kV<ΔV_opt-ε，则进行下一步判断：

因为U_G+δ＝231.85+0.5<U_Gmax＝242，则令U_G＝U_G+δ＝231.85+0.5＝232.5kV并结束本次优化控制；

(6)经过时间T后，按照上述步骤进行新一轮的优化控制，实现220kV发电厂电压实时优化控制。为保证实时优化，本实例中T取值1分钟，若负荷在短时间内波动不大，通过步骤(5)中下达的电压调整指令在循环几次判断并控制之后便会达到最优的状态，此种逐步调整的方法亦能保证220kV发电厂高压母线电压短时间内波动的频率及幅度小。

Claims

1.一种220kV发电厂电压实时优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)获取含220kV发电厂的区域电网参数信息，包括区域电网的网架结构，各变电站主变型号、配置容量，各输电线路型号，建立区域电网计算模型；所述的区域电网指的是由一座枢纽变电站、一座220kV发电厂及多座220kV变电站组成的区域电磁环网；

(6)经过设定时间T后，按照上述步骤进行新一轮的优化控制，实现220kV发电厂电压实时优化控制。

2.根据权利要求1所述的220kV发电厂电压实时优化控制方法，其特征在于，所述的步骤(4)中最优化电压差ΔV_opt通过如下过程获得：

改变220kV发电厂高压母线电压值，对区域电网计算模型进行多次潮流计算，比较每次潮流计算得出的区域电网总有功损耗，其中使得区域电网总有功损耗最小时对应的220kV发电厂高压母线与枢纽变电站220kV母线的电压差，即为最优化电压差ΔV_opt。