CN104283222A - 一种地区电网无功电压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种地区电网无功电压控制系统，外接SCADA系统，包括：拓扑网络建立模块、数据采集分析模块、无功电压分析模块和控制输出模块；拓扑网络建立模块用于根据电网模型建立电网拓扑网络；数据采集分析模块连接拓扑网络建立模块，用于根据电网拓扑网络通过SCADA系统采集电网实时数据；无功电压分析模块分别连接拓扑网络建立模块和数据采集分析模块，用于对有效实时数据进行分析生成电网遥控指令；控制输出模块连接无功电压分析模块，用于将电网遥控指令发送到SCADA系统。本发明提出的一种地区电网无功电压控制系统，可实现地区电网的无功电压控制，达到全网功率损耗最小的目的。

Description

一种地区电网无功电压控制系统
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域，尤其涉及一种地区电网无功电压控制系统。
背景技术
电压的稳定可以确保各种电气设备的正常运行并延长其使用寿命，随着用户对供电质量要求的日益提高，电压合格率成为他们非常关心的一个主要问题。出于经济性的考虑，电网中不能远距离输送无功功率，以尽量避免远距离传输无功功率所造成的能量损失。同时，电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量、满足用户无功功率需求和系统电压合格的问题，也是减少网损、提高电网运行经济性的有效措施，不断受到电力系统运行人员的密切关注。因此在电力系统中实现电压无功优化控制具有广泛和重要的经济效益和社会效益。
目前部分变电所已经有电压无功综合控制装置(VQC)在投运。该装置一般是根据本变电所所运行的区域图上的位置来给出控制措施，满足本变电所内部电压要求和无功功率的合理分布。这种变电所级电压无功局部优化综合控制技术已比较成熟，但仍有如下不足：一、只能实现局部的优化，不能实现全系统的最优控制，并且仅能保证受控母线电压合格，不能达到全网功率损耗最小的目的；二、在二级有载调压电网会出现电压频繁调整，容易造成电压调节不合理现象，对三绕组变压器的中端电压的调节能力不足；三、VQC装置的调节控制是基于给定的电压无功上下限值，电压无功上下限值的确定要依赖维护人员的经验，缺少一套有效的计算方法，如果上下限值给定不合理，无论调节措施多么完美，都不可能得到合理的控制；四、各个变电所均需投入VQC装置，也会增加供电企业的设备投资。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种地区电网无功电压控制系统，可实现地区电网的无功电压控制，达到全网功率损耗最小的目的。
本发明提出的一种地区电网无功电压控制系统，外接SCADA系统，包括：拓扑网络建立模块、数据采集分析模块、无功电压分析模块和控制输出模块；
拓扑网络建立模块用于根据电网模型建立电网拓扑网络；
数据采集分析模块连接拓扑网络建立模块，用于根据电网拓扑网络通过SCADA系统采集电网实时数据，并对电网实时数据进行分析处理提取有效实时数据；电网实时数据包括：各级变电所主变和电容器的开关状态、刀闸状态，各级变电所变压器的当前档位，各级变电所的有功、无功、电压，继电保护信号；继电保护信号包括：电容器故障信号和主变故障信号；
无功电压分析模块分别连接拓扑网络建立模块和数据采集分析模块，用于对有效实时数据进行分析，计算全网功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K和电容器投切系数M，并结合电网拓扑网络生成电网遥控指令，电网遥控指令包括：电容器的投切操作和/或有载调压变压器档位的升档或降档调节；
控制输出模块连接无功电压分析模块，用于将电网遥控指令发送到SCADA系统。
优选地，拓扑网络建立模块根据地区电网模型以地区电网中的一次变为根节点并以二次变为子节点建立树干网，并根据多个树干网生成电网拓扑网络。
优选地，数据采集分析模块根据电网拓扑网络以遍历根节点和子节点的方式从SCADA系统中采集电网实时数据并进行检测获得合格数据，通过对N组合格数据求取平均值以获得有效实时数据。
优选地，数据采集分析模块通过对N组合格数据求取平均值以获得有效实时数据，3≤N≤10。
优选地，数据采集分析模块对电网实时数据进行的检测包括报文正确性校验和数据有效性校验。
优选地，无功电压分析模块在树干网中遍历子节点根据有效实时数据计算地区电网的功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K和电容器投切系数M，将各电容器的M值进行排队以明确投切顺序，分析获得所有通过对电容器进行投切操作和/或有载变压器进行档位调压以实现地区电网无功电压控制目标的控制策略，并生成控制策略集合，然后通过结合电网拓扑网络进行地区电网综合分析，在保证全网电压合格的前提下择取操作步骤最少的控制策略作为最优控制策略并生成遥控指令。
优选地，无功电压分析模块获得最优控制策略后对其进行正确性判断，具体为，是否会导致电网设备异常，是否超出操作次数限制，是否超出操作时间间隔，是否能够实现电网无功电压控制目标；当最优控制策略正确时，根据其生成电网遥控指令。
优选地，所述系统包括无功指令输入模块，其用于接收或者输入无功电压控制目标指令并发送给无功电压分析模块。
优选地，所述系统包括存储模块，其用于存储数据采集分析模块获得的电网实时数据以及无功电压分析模块生成的计算结果和遥控指令。
本发明实现了电网全网在线无功优化调度和无功控制装置的局部优化自动控制协调，改善了整个电网的电压质量，降低了电网有功损耗，可保证各变电站的电压合格，调节动作及时准确，满足实际运行需求。另外，本发明的实施可在变电站的运行中代替人工调节工作，实现了变电站电压无功调节的自动化控制，保证了无人值班变电站的电压无功调节安全运行。
本发明结合全网拓扑网络，既能够实现地区电网的无功电压控制，还实现全网的最优控制，可在保证受控母线电压合格的同时，还达到全网功率损耗最小的目的。
本发明结合全网情况对可实现地区电网无功电压控制目标的多种实施方案进行择优选取，并进行判断，以保证通过最简单合理、步骤最少的方式实现电网优化目标；
本发明根据各变电所建立拓扑网络，以便通过遍历节点的方式对各变电所进行数据采集与监控调节，有利于提高全网巡查的严谨性，避免遗漏。
本发明提供的地区电网无功电压控制系统可直接连接SCADA系统使用，不但为电力企业节省设备投资，而且可根据全网系统的运行信息实现全网的电压无功控制，从而保证全网范围内的电压质量合格和无功功率的合理分布。
附图说明
图1为本发明提出的一种地区电网无功电压控制系统结构示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种地区电网无功电压控制系统，可直接连接电网现有的SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)，并利用SCADA系统实现对电网的数据采集和控制，充分利用现有的电网设备，节省了系统建立成本，降低了施工难度。
该地区电网无功电压控制系统包括拓扑网络建立模块、数据采集分析模块、无功指令输入模块、无功电压分析模块、控制输出模块和存储模块。其中，拓扑网络建立模块分别连接数据采集分析模块和无功电压分析模块，数据采集分析模块和无功电压分析模块均连接存储模块，无功指令输入模块连接无功电压分析模块，无功电压分析模块连接控制输出模块。
拓扑网络建立模块用于根据电网模型建立电网拓扑网络。该地区电网无功电压控制系统用于对地区电网进行无功电压控制，其以分层方式建立电网拓扑网络。具体地，拓扑网络建立模块根据地区电网模型以地区电网中的一次变为根节点并以二次变为子节点建立树干网，并根据多个树干网生成电网拓扑网络。故而，电网拓扑网络为与地区电网一一对应的拓扑结构。
数据采集分析模块连接拓扑网络建立模块，用于根据电网拓扑网络以遍历根节点和子节点的方式通过SCADA系统采集电网实时数据，并对电网实时数据进行检测获得合格数据，通过对N组合格数据求取平均值以获得有效实时数据。
电网实时数据包括：各级变电所主变和电容器的开关状态、刀闸状态；各级变电所变压器的当前档位；各级变电所的有功、无功、电压；继电保护信号。其中，各级变电所主变和电容器的开关状态、刀闸状态、各级变电所变压器的当前档位归属于电网遥信数据，各级变电所的有功、无功、电压归属于电网遥测数据。继电保护信号包括：电容器故障信号和主变故障信号。电网实时数据是对电网状态进行判断的依据。
数据采集分析模块对电网实时数据进行的检测包括报文正确性校验和数据有效性校验。
报文正确性校验包括：同步字是否完整、帧长度是否正确、CRC(CyclicRedundancy Check，循环冗余校验码)校验是否通过等。
数据有效性校验包括：正确数据范围的判定，综合遥信量状态的判定。对于电压内容，往往有时因为停电、检修等原因，造成发送的遥测值异常，而此时，对采集程序来说属于正常状况，当发生此种情况时，闭锁相应设备或设置对应的变电所为退出状态，不再对其进行计算和分析；而全网其他部分，仍旧正常运行，不受影响。如此，可确定发送端所发送的内容是真实可信和可以采用的，以保证系统不会因为电网实时数据采集错误而做出错误的判断。
数据采集分析模块对接收的电网实时数据中的合格数据并不直接采用，而是对N组数据进行平均计算提取有效实时数据作为全网计算和控制分析的数据来源，这样做，可以保证参加计算的数据相对平稳，杜绝了突变数据的影响。N的取值可视具体情况而定，如电网实时数据的采集频率、全网覆盖变电所的数量等。具体地，N的取值越大，获得的有效实时数据代表性越高，但是考虑到计算量，和有效实时数据采集频率，N的取值范围可优选为3≤N≤10。
数据采集分析模块结合网络拓扑结构，通过遍历节点的方式对全网进行检测和控制，利于提高全网控制的严谨性，避免失误。
无功指令输入模块连接无功电压分析模块，用于接收上级调度系统如省调等发送的无功电压控制目标指令，或者工作人员输入无功电压控制目标指令，以便无功电压分析模块获得地区电网无功电压控制目标。
无功电压分析模块分别连接拓扑网络建立模块和数据采集分析模块，用于对有效实时数据进行分析，计算全网功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K和电容器投切系数M，并结合电网拓扑网络生成电网遥控指令。电网遥控指令包括：电容器的投切操作和/或有载调压变压器档位的升档或降档调节。
M值综合考虑了节能效果、电容器投切的补偿效果及对母线电压的影响。M值越大，投入的节能和电压效果越好；M值越小，投入的节能和电压效果越差。如果将电容器的M值进行排队，明确各电容器的投切顺序，很直观，有利于无功电压分析模块的分析判断。
具体地，无功电压分析模块在树干网中遍历子节点根据有效实时数据计算地区电网的功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K和电容器投切系数M等运行数据，将各电容器的M值进行排队以明确投切顺序。无功电压分析模块结合地区电网运行数据以及地区电网无功电压控制目标，分析获得可实现该目标的所有控制策略，控制策略的措施包括对电容器进行投切操作和/或有载变压器进行档位调压。无功电压分析模块集合对应同一树干网的所有控制策略生成控制策略集合，然后通过结合电网拓扑网络进行地区电网综合分析，即根据全网有效实时数据计算全网功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K等，在保证全网电压合格的前提下择取操作步骤最少的控制策略作为最优控制策略并对其进行正确性判断。当最优控制策略正确时，无功电压分析模块根据最优控制策略生成电网遥控指令。
最优控制策略的理想状态是，只对一个电容器或变压器进行一次控制便实现地区电网无功电压控制目标。
无功电压分析模块判断最优控制策略正确与否的标准为：是否会导致电网设备异常，是否超出操作次数限制，是否超出操作时间间隔，是否能够实现电网无功电压控制的目标。
控制输出模块连接无功电压分析模块，用于将电网遥控指令输送到SCADA系统以通过调节指定的电容器投切状态或变压器档位实现地区电网无功电压控制目标。
电网遥控指令被执行后，数据采集分析模块对全网实时数据进行新一轮的采集与分析处理，无功电压分析模块根据有效实时数据对全网运行状态进行监控，可根据预设时间段对一次变电所、二次变电所以及全网网损情况进行查询和统计。
存储模块分别连接数据采集分析模块和无功电压分析模块，其用于存储数据采集分析模块获得的电网实时数据以及无功电压分析模块生成的计算结果和遥控指令，以便电网运行记录进行查询。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种地区电网无功电压控制系统，外接SCADA系统，其特征在于，包括：拓扑网络建立模块、数据采集分析模块、无功电压分析模块和控制输出模块；
拓扑网络建立模块用于根据电网模型建立电网拓扑网络；
数据采集分析模块连接拓扑网络建立模块，用于根据电网拓扑网络通过SCADA系统采集电网实时数据，并对电网实时数据进行分析处理提取有效实时数据；电网实时数据包括：各级变电所主变和电容器的开关状态、刀闸状态，各级变电所变压器的当前档位，各级变电所的有功、无功、电压，继电保护信号；继电保护信号包括：电容器故障信号和主变故障信号；
无功电压分析模块分别连接拓扑网络建立模块和数据采集分析模块，用于对有效实时数据进行分析，计算全网功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K和电容器投切系数M，并结合电网拓扑网络生成电网遥控指令，电网遥控指令包括：电容器的投切操作和/或有载调压变压器档位的升档或降档调节；
控制输出模块连接无功电压分析模块，用于将电网遥控指令发送到SCADA系统。
2.如权利要求1所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，拓扑网络建立模块根据地区电网模型以地区电网中的一次变为根节点并以二次变为子节点建立树干网，并根据多个树干网生成电网拓扑网络。
3.如权利要求2所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，数据采集分析模块根据电网拓扑网络以遍历根节点和子节点的方式从SCADA系统中采集电网实时数据并进行检测获得合格数据，通过对N组合格数据求取平均值以获得有效实时数据。
4.如权利要求3所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，数据采集分析模块通过对N组合格数据求取平均值以获得有效实时数据，3≤N≤10。
5.如权利要求3所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，数据采集分析模块对电网实时数据进行的检测包括报文正确性校验和数据有效性校验。
6.如权利要求3所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，无功电压分析模块在树干网中遍历子节点根据有效实时数据计算地区电网的功率因数、一次变电所无功、各变电所母线电压以及各变电所的电容器的无功补偿剩余度K和电容器投切系数M，将各电容器的M值进行排队以明确投切顺序，分析获得所有通过对电容器进行投切操作和/或有载变压器进行档位调压以实现地区电网无功电压控制目标的控制策略，并生成控制策略集合，然后通过结合电网拓扑网络对地区电网进行综合分析，在保证全网电压合格的前提下择取操作步骤最少的控制策略作为最优控制策略并生成遥控指令。
7.如权利要求6所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，无功电压分析模块获得最优控制策略后对其进行正确性判断，具体为，是否会导致电网设备异常，是否超出操作次数限制，是否超出操作时间间隔，是否能够实现电网无功电压控制目标；当最优控制策略正确时，根据其生成电网遥控指令。
8.如权利要求1至7任一项所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，所述系统包括无功指令输入模块，其用于接收或者输入无功电压控制目标指令并发送给无功电压分析模块。
9.如权利要求1至7任一项所述的地区电网无功电压控制系统，其特征在于，所述系统包括存储模块，其用于存储数据采集分析模块获得的电网实时数据以及无功电压分析模块生成的计算结果和遥控指令。
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