CN104242320B - 一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。首先设定变电站各主变的可增减无功备选个数；然后综合考虑当前设备的运行情况，制定闭锁条件规则库，闭锁设备不参与可增减无功计算；接着判断主变是否并列运行，如果是，并列运行的主变形成一个约束单元，当单元内电容器运行时，电抗器不能投入，在计算可减无功时不计入这些电抗器，当单元内电抗器运行时，电容器不能投入，在计算可增无功时不计入这些电容器，否则将各主变作为一个约束单元，单元内电容器和电抗器不能同时投入。该方法可以有效处理智能变电站的可增减无功计算问题，控制无功的合理流动，提高电网的稳定性、经济性。

Description

一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法

技术领域

本发明属于电力系统自动电压控制领域，特别涉及一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法。

背景技术

目前国内网省调AVC(自动电压控制)主站对500kV变电站的控制，从控制模式上分析，可以有如下2种方式：直控模式和子站模式，前者属于集中控制模式，后者属于分散控制模式。

直控模式是指网省调/AVC主站直接向变电站下发电容器/电抗器的遥控指令或分头的遥调指令。在这种方式下，AVC主站直接向变电站综合自动化系统发送电容器、电抗器开关的遥控指令，或分头的遥调指令，由综合自动化系统完成相应的遥控、遥调任务。

直控模式主要有以下优点：

1)不需要变电站AVC子站系统，变电站改造量小，变电站监控软件不需要改动，仅需要增加定义若干遥信点，进行传动实验即可，对运行的变电站影响小；

2)节省投资：新增变电站也不需要投资AVC子站功能。

直控模式主要缺点是主站AVC维护模型比较复杂，需要建立完整的无功设备模型，需要关联并维护开关的遥控点。依赖于人工维护的准确性，否则可能造成误控的情况。

子站模式为“子站”控制方式，即在变电站建设AVC子站，接收主站的控制指令并完成无功设备的控制。

其控制的方式如下：

1)变电站“子站”实时计算每个主变低压侧的可投入无功容量和可切除无功容量，并将之送到主站AVC系统中，注意实时统计计算的可投入容量和可切除容量是充分考虑设备的运行状态，投切的次数、间隔、闭锁等约束的综合情况实时计算的，并不是只考虑电网拓扑结构和方式。

2)主站根据子站上送的无功调整区间进行全网优化计算，并向子站发送每台主变低压侧的无功调节指令。

3)变电站的AVC“子站”收到每个主变低压侧的无功指令后，根据主变低压侧的无功设备情况，自行选择可控制的电容器和电抗器进行投切控制。

子站方式简化了主站控制和维护的复杂度，主要有以下优点

1)主站只下发无功指令，具体的开关遥控由子站完成，主站侧不需要维护所有开关的遥控点号，显著降低了AVC应用的风险。

2)主站不需要维护完整的无功设备模型，简化了维护的工作量。

3)主站与变电站通信中断后，子站可以转为当地自动控制。能适应无人值班站的要求。

综上所述，可以看出子站模式能够大幅降低调度中心进行大量遥控所带来的安全风

险，并且可以显著降低调度中心对AVC模型维护的工作量。

智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电各个环节。在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。

智能变电站由数字化变电站演变而来，经过多年的发展，其技术已经日臻完善，已达到了可以大规模进行推广的条件。按照国家电网“十二五”智能电网建设规划，在“十二五”前期，新建智能变电站进度保持较快增速，智能变电站改造占比将逐步提升。根据《中国智能变电站行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》截至到2013年第六批招标，智能变电站招标量已经达到约3600座。

随着智能变电站的建设，如果将AVC子站纳入到智能变电站建设的计划中，则可以降低实施AVC子站的投资和成本。可见，采用子站控制模式是智能变电站高速发展趋势下的首选方案，子站控制模式中智能变电站的可调容量计算是一个核心问题，准确计算可调容量对AVC的控制效果有较大影响，如果可调容量计算不当，则可能导致三级电压优化较大偏离最优运行方式，增加电网损耗，甚至导致无功流动不当，从而影响电压稳定。

智能变电站中包含大量的一、二次设备，各设备的状态多，这样可以得到很多种组合，各设备之间常常存在一定的约束，如果不能够合理处理各种限制和约束，从而导致可调容量过大或者过小，前者威胁电力系统电压稳定，后者则不利于经济运行。

目前计算智能变电站的可增减无功时，只是统计各个无功设备的可增减无功，计算可增无功时，计算各个发出感性无功设备的无功代数和，计算可减无功时，计算各个吸收感性无功设备的代数和，这样得到的可增减无功的数值过大，实际上变电站的无功调节能力达不到上述计算的结果，如此一来，变电站上级AVC主站根据智能变电站上送的可增减无功得到的调度指令，下发到智能变电站后，却发现智能变电站无法完全跟踪指令进行无功调节。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术的不足，提出一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法。该方法支持自定义设置变电站主变可增减无功备选值的个数，通过创建闭锁设备规则库将闭锁设备排除在可增减无功计算范围外，在符合设备投切约束的基础上，可以有效处理变电站内主变非并列运行和并列运行条件下的可增减无功计算问题，控制变电站内部和变电站和外部电网之间无功的合理流动，AVC子站以主变为单位统计其可增减无功，可以很灵活的与AVC主站进行双向互动，提高电网的稳定性、经济性。

本发明提出的一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法，包括以下步骤：

1)设定变电站内各个主变的可增减无功备选集中备选值个数N(可增无功为N个备选值组成的集合，可减无功为N个备选值组成的集合)，其中变电站第k台主变T_k的可增无功Q^k+的第i个备选值记为Q^k+ _i，可减无功Q^k-的第i个备选值记为Q^k- _i其中i∈{1,2,3...N}；

2)设置闭锁设备条件的规则库，该规则库中的设备不参与可增减无功的计算；

规则库的设备闭锁条件如下：

设备达到最大动作次数；

控制周期小于设备连续动作的时间间隔；

设备处于“就地控制”模式；

设备对应的继电保护装置动作

设备故障或维修；

3)判断站内主变是否并列运行，如果是，转4)，否则将各主变作为一个约束单元，约束单元内的电容器和电抗器不同时投入，对于T_k所在约束单元如果有电抗器投入运行，计算可增无功时，不计入单元内电容器的容量，电抗器消耗的感性无功值Q_L作为备选集中第一个可增无功备选值，Q^k+ ₁＝Q_L，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；如有电容器投入运行，在计算可减无功时，不计入单元内电抗器，电容器无功值产生的感性无功值作为备选集中第一个可减无功备选值Qc，Q^k- ₁＝Q_C，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个可减无功备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零，计算结束，将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站；

4)多主变并列运行，并列运行的主变共同形成一个约束单元，当单元内有电抗器运行时，单元内其他电容器不投入，在计算可增无功时不计入这些电容器，对于主变T_k，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个可减无功备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；当单元内有电容器运行时，单元内其他电抗器不投入，在计算可减无功时不计入这些电抗器，对于主变T_k，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零；将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站。

本发明提出的一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法优点是：该方法支持自定义设置变电站主变可增减无功备选值的个数，通过创建闭锁设备规则库将闭锁设备排除在可增减无功计算范围外，在符合设备投切约束的基础上，可以有效处理变电站内主变非并列运行和并列运行条件下的可增减无功计算问题，控制变电站内部和变电站和外部电网之间无功的合理流动，AVC子站以主变为单位统计其可增减无功，可以很灵活的与AVC主站进行双向互动，提高电网的稳定性、经济性。

附图说明

图1为本发明实施例所用变电站站内示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法，结合附图及实施例详细说明如下，

本发明提出的自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法，包括以下步骤：

5)设定变电站内各个主变的可增减无功备选集中备选值个数N(可增无功为N个备选值组成的集合，可减无功为N个备选值组成的集合)，其中变电站第k台主变T_k的可增无功Q^k+的第i个备选值记为Q^k+ _i，可减无功Q^k-的第i个备选值记为Q^k- _i其中i∈{1,2,3...N}；

6)设置闭锁设备条件的规则库，该规则库中的设备不参与可增减无功的计算；

规则库的设备闭锁条件如下：

设备达到最大动作次数；

控制周期小于设备连续动作的时间间隔；

设备处于“就地控制”模式；

设备对应的继电保护装置动作

设备故障或维修；

7)判断站内主变是否并列运行，如果是，转4)，否则将各主变作为一个约束单元，约束单元内的电容器和电抗器不同时投入，对于T_k所在约束单元如果有电抗器投入运行，计算可增无功时，不计入单元内电容器的容量，电抗器消耗的感性无功值Q_L作为备选集中第一个可增无功备选值，Q^k+ ₁＝Q_L，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；如有电容器投入运行，在计算可减无功时，不计入单元内电抗器，电容器无功值产生的感性无功值作为备选集中第一个可减无功备选值Qc，Q^k- ₁＝Q_C，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个可减无功备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零，计算结束，将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站；

8)多主变并列运行，并列运行的主变共同形成一个约束单元，当单元内有电抗器运行时，单元内其他电容器不投入，在计算可增无功时不计入这些电容器，对于主变T_k，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个可减无功备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；当单元内有电容器运行时，单元内其他电抗器不投入，在计算可减无功时不计入这些电抗器，对于主变T_k，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零；将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站。

实施例

首先对图1所示的实施例中的变电站基本情况进行说明，该变电站包括两台主变T₁和T₂，如果母联开关S₁和S₂均闭合，则T₁和T₂处于并列运行状态；如果二者均打开，则T₁和T₂处于非并列运行状态。35kVI母线侧有并联电容器C₁，并联电抗器L₁、L₃，II母线侧有并联电容器C₂、C₃，并联电抗器L₂，各个并联补偿设备均由投切开关决定是否投入运行，投切开关闭合，则该设备投入运行。其中L3由于故障检修处于闭锁状态，其他并联补偿设备均未达到动作次数约束限制，且不处于就地控制的模式。

各个并联补偿设备参数如表1所示。

表1各并联补偿设备参数表

名称	类型	容量/MVar
			C1	电容器	10
C2	电容器	20
			C3	电容器	30
L1	电抗器	15
			L2	电抗器	25
L3	电抗器	10

为了更好的说明主变并列运行和非并列运行状态下的可增减无功计算的不同，分别设定了两种场景，第一种是S₁和S₂均闭合，则T₁和T₂处于并列运行状态；第二种是二者均打开，T₁和T₂处于非并列运行状态。并联补偿设备的初始开关状态如表2所示

表2个并联补偿装备的初始开关状态

开关名称	状态	开关名称	状态
				S3	打开	S6	打开
S4	打开	S7	闭合
				S5	打开	S8	打开

从上表可知，初始条件下只有电容器C₃投入使用，向系统注入30MVar的感性无功。

按照下列步骤计算智能变电站可增减无功：

1)设定变电站内各个主变的可增减无功备选值个数N(可增无功为N个备选值组成的集合，可减无功为N个备选值组成的集合)，其中变电站第k台主变T_k的可增无功Q^k+的第i个备选值记为Q^k+ _i，可减无功Q^k-的第i个备选值记为Q^k- _i其中i∈{1,2,3...N}；

根据运行经验统计，N典型数值是3，该实施例中取N＝3，即每台主变需要给出6个备选数值，其中可增无功3个，可减无功3个。

2)设置闭锁设备条件的规则库，该规则库中的设备不参与可增减无功的计算；

规则库的设备闭锁条件如下：

设备达到最大动作次数；

控制周期小于设备连续动作的时间间隔；

设备处于“就地控制”模式；

设备对应的继电保护装置的动作；

设备故障或维修；

根据上述规则判断，本实施例中35kVI母线上的电抗器L3由于故障检修作为闭锁设备，不参与可增减无功的计算，其他并联补偿设备L₁、L₂、C₁、C₂、C₃均参与可增减无功的计算。

3)判断站内主变是否并列运行，如果是，转4)，否则将各主变作为一个约束单元，约束单元内的电容器和电抗器不同时投入，对于T_k所在约束单元如果有电抗器投入运行，计算可增无功时，不计入单元内电容器的容量，电抗器消耗的感性无功值Q_L作为第一个可增无功备选值，Q^k+ ₁＝Q_L；如有电容器投入运行，在计算可减无功时，不计入单元内电抗器，电容器无功值产生的感性无功值作为第一个可减无功备选值Qc，Q^k- ₁＝Q_C，计算结束；

本实施例中对于场景1，主变T₁、T₂处于并列运行状态，直接转向步骤4)；

对于场景2，主变T₁、T₂非并列运行，因此各个主变作为一个约束单位。

对于T₁，此时35kVI母线没有并联补偿装置投入，因此可增无功可以选择投入电容C₁，即Q¹⁺ ₁＝10MVar，由于没有其他手段可以增加无功，因此其他可增无功备选值为0，由于步骤1中设定N＝3，因此Q¹⁺ ₂＝Q¹⁺ ₃＝0，保持无功不变，即T₁可增无功的备选集合为{0,0,10}；可减无功可以选择投入电抗器L1，即Q^1- ₁＝15MVar，同样可以知道Q^1- ₂＝Q^1- ₃＝0，即T₁可减无功的备选集合为{0,0,15}。

对于T₂，此时35kVII母线有C₃投入运行，因此计算可增无功可以选择投入C₂，即Q²⁺ ₁＝20MVar，由于没有其他手段可以增加无功，因此其他可增无功备选值为0，由于步骤1中设定N＝3，因此Q²⁺ ₂＝Q²⁺ ₃＝0，即T₂可增无功的备选集合为{0,0,20}；对于可减无功计算，虽然投入电抗器L₂可以减少无功注入，但是由于C₃处于运行状态，因此不能选择投入电抗器L₂实现减少无功，而选择切除电容器C₃作为减无功的手段，Q^2- ₁＝30MVar,同理可得Q^2- ₂＝Q^2- ₃＝0，即T₂可减无功的备选集合为{0,0,30}。

4)多主变并列运行，并列运行的主变共同形成一个约束单元，当单元内有电抗器运行时，单元内其他电容器不投入，在计算可增无功时不计入这些电容器，对于主变T_k，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个可减无功备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；当单元内有电容器运行时，单元内其他电抗器不投入，在计算可减无功时不计入这些电抗器，对于主变T_k，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零；将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站。

对于场景1，并列运行的T₁、T₂共同形成一个约束单元，T₂低压侧有电容C₃运行，因此对于主变T₁的可增减无功计算，必须考虑这个约束。

对于主变T₁，35kVI母线没有并联装置投入，35kVII母线有C₃运行，因此计算可增无功时，可以投入C1，即Q¹⁺ ₁＝10MVar，由于步骤1中设定N＝3，因此Q¹⁺ ₂＝Q¹⁺ ₃＝0，保持无功不变，即T₁可增无功的备选集合为{0,0,10}；计算可减无功时，35kVII母线有C₃运行，不能通过投入电抗器L₁的方式实现，其实在这种情况下，计算可减无功时，只能保持当前无功不变，因此T₁可减无功的备选集合为{0,0,0}。

由于35kVI母线没有并联装置投入，所以对于T₂可增减无功的计算结果同步骤4，即T₂可增无功的备选集合为{0,0,20}，可减无功的备选集合为{0,0,30}。

Claims (1)

1.一种自动电压控制智能变电站可增减无功的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)设定变电站内各个主变的可增减无功备选集中备选值个数N，其中变电站第k台主变T_k的可增无功Q^k+的第i个备选值记为Q^k+ _i，可减无功Q^k-的第i个备选值记为Q^k- _i其中i∈{1,2,3...N}；

2)设置闭锁设备条件的规则库，该规则库中的设备不参与可增减无功的计算；

规则库的设备闭锁条件如下：

设备达到最大动作次数；

控制周期小于设备连续动作的时间间隔；

设备处于“就地控制”模式；

设备对应的继电保护装置动作

设备故障或维修；

3)判断站内主变是否并列运行，如果是，转4)，否则将各主变作为一个约束单元，约束单元内的电容器和电抗器不同时投入，对于T_k所在约束单元如果有电抗器投入运行，计算可增无功时，不计入单元内电容器的容量，电抗器消耗的感性无功值Q_L作为备选集中第一个可增无功备选值，Q^k+ ₁＝Q_L，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；如有电容器投入运行，在计算可减无功时，不计入单元内电抗器，电容器无功值产生的感性无功值作为备选集中第一个可减无功备选值Qc，Q^k- ₁＝Q_C，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个可减无功备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零，计算结束，将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站；

4)多主变并列运行，并列运行的主变共同形成一个约束单元，当单元内有电抗器运行时，单元内其他电容器不投入，在计算可增无功时不计入这些电容器，对于主变T_k，如果有m台电抗器同时投入运行，则每个电抗器的容量均作为一个可增无功备选值，剩余的N-m个可增无功备选值为零；当单元内有电容器运行时，单元内其他电抗器不投入，在计算可减无功时不计入这些电抗器，对于主变T_k，如果有m台电容器同时投入运行，则每个电容器的容量均作为一个可减备选值，剩余的N-m个可减无功备选值为零；将备选值集合作为可增减无功上报AVC主站。