CN104300544B - 一种基于指令编码的风电场自动电压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于指令编码的风电场自动电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法包括，首先AVC主站系统通过潮流公式计算得到风电场高压母线高压母线电压控制优化目标，并采集风电场高压母线当前电压实际值，按指定的编码方式生成两个5位控制编码指令，AVC主站系统向风电场的AVC系统发送控制编码指令，风电场的AVC系统收到控制指令编码后按照编码数值的定义进行解码，然后根据解码后的控制指令对风电场内的无功调整对象进行调节实现对风电场高压母线电压的实时调节；AVC主站系统控制指令下发完毕后，等待进入下一轮二级电压控制周期。该方法实现了对自动电压控制中风电场控制指令进行编码从而进行风电场自动电压控制的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于指令编码的风电场自动电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。
背景技术
自动电压控制(AutomaticVoltageControl，以下简称AVC，)系统是电力系统最重要的自动控制系统之一。目前AVC系统主要采用三级电压控制模式，整个AVC系统分为三个层次：一级电压控制(PVC,PrimaryVoltageControl)，二级电压控制(SVC,SecondaryVoltageControl)和三级电压控制(TVC,TertiaryVoltageControl)。
一级电压控制根据控制的对象的不同，可以分为电厂一级电压控制和变电站一级电压控制：所示风电场一级电压控制是对风电场发电机的自动励磁调节器(AVR)及无功补尝装置(SVC)等设备的控制，由于需要考虑的因素非常复杂，因此，为了实现AVC系统闭环控制，还需要在风电场处设置专门的风电场的AVC系统，对应的在区域电网调度中心设置AVC主站系统。AVC主站系统进行三级和二级电压控制计算，根据计算结果，向风电场下发高压母线电压控制指令。风电场的AVC系统收到高压母线的控制指令后，根据电厂内各设备的运行状态，计算生成各台运行中的发电机的励磁调节指令，使发电机高压母线电压追随AVC主站系统下发的控制指令，一级电压控制的时间常数一般是秒级。
区域电网调度中心设置的AVC主站系统完成三级、二级电压控制功能。其中二级电压控制对象是电厂或者是变电站。若控制对象是电厂，在一个控制周期内(常规为5分钟)，根据三级电压控制给出的区域中枢母线电压优化目标值，采用灵敏度算法，结合风电场的AVC系统上送的调节能力，综合计算出与此中枢母线相关的风电场高压母线电压控制目标值，并下发控制指令给风电场的AVC系统进行电压控制，一个周期下发一个轮次的控制指令。
AVC系统实际运行时，在AVC主站系统向风电场的AVC系统下发控制指令的过程中，将面临两个重要问题。其一，当AVC主站系统和风电场的AVC系统数据源不同时，可能存在量测误差，若直接下发风电场高压母线优化目标值，会产生不正确的电压调节方向的情况。例如AVC主站系统获取的风电场高压母线的当前采样电压是228.5kV，而风电场的AVC系统通过另外的数据源获取的当前采样电压为225.2kV，AVC主站系统侧进行二级电压控制计算产生的高压母线优化目标值是229.0kV,即AVC主站系统期望风电场高压母线升高0.5kV，但是，若直接下发风电场高压母线优化目标值229.0kV，则风电场的AVC系统会作出母线电压升高3.3kV的操作，与AVC主站系统期望电压调节量差距较大；其二，因通信通道干扰，风电场的AVC系统可能收到连续的相同的控制指令，此时风电场的AVC系统不能判断该控制指令是否是重复指令，如果按照收到的控制指令进行调节，很有可能造成风电场高压母线电压的过调。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于指令编码的风电场自动电压控制方法，在上级AVC主站系统向风电场的AVC系统发送风电场高压母线电压调节量时，采用一种编码的方式，以保证风电场的AVC系统准确接收上级AVC主站系统下达的电压控制指令，执行电压控制策略，跟随上级AVC主站系统设定的控制目标，最终达到对风电场自动电压控制的效果。
本发明提出的基于指令编码的风电场自动电压控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)一个控制周期开始，根据电力系统的潮流公式，计算得到电力系统中风电场高压母线电压控制优化目标Vopt；
(2)采集风电场高压母线的当前电压实际值Vcur；
(3)根据上述步骤(1)计算得到电力系统中风电场高压母线的电压优化目标值Vopt，并对风电场高压母线的优化电压值Vopt进行编码，生成风电场电压控制优化目标指令，编码为5位整数，5位整数中的万位数值表示控制指令下发轮次，5位整数中的后四位表示高压母线的电压控制优化目标值精确到小数点后1位，再乘以10倍，5位整数中的万位数值从“1”-“5”递增循环，每轮次下发电压控制优化目标指令时，该位数值与上轮次电压控制优化目标指令中该位数值不同；风电场的AVC系统保存上轮次的电压控制优化目标指令编码，当获取新轮次的电压控制优化目标指令编码后，若发现新的电压控制优化目标指令编码的万位数值与上轮次的相应数值相同，或万位数值不是递增，或万位数值不在“1”-“5”的范围内，则确认该电压控制优化目标指令编码为非法，风电场的自动电压控制系统不执行上述指令；
(4)根据上述步骤(2)采集的风电场高压母线当前电压实际值Vcur，并对风电场的电压实际值Vcur进行编码，生成风电场电压控制实际值指令,编码为5位整数，5位整数中的万位数值表示控制指令下发轮次，5位整数中的后四位表示高压母线的电压控制实际值Vcur精确到小数点后1位，再乘以10倍；5位整数中的万位数值从“1”-“5”递增循环，每轮次下发电压控制实际值指令时，该位数值与上轮次电压控制实际值指令中该位数值不同；风电场保存上轮次的电压控制实际值指令编码，当获取新轮次的电压控制实际值指令编码后，若发现新的电压控制实际值指令编码的万位数值与上轮次的相应数值相同，或万位数值不是递增，或万位数值不在“1”-“5”的范围内，则确认该电压控制实际值指令编码为非法，风电场的自动电压控制系统不执行上述指令；
(5)向电力系统的风电场发送上述电压控制优化目标指令编码和电压控制实际值指令编码；
(6)电力系统的风电场接收到指令编码后，进行解码，得到电压控制优化目标指令和电压控制实际值指令，并根据电压控制优化目标指令和电压控制实际值指令，对风电场的高压母线电压进行实时调节；
(7)重复步骤(1)-步骤(6)，实现对风电场的自动电压控制。
本发明提出的基于指令编码的风电场自动电压控制方法，其优点是：本发明方法中，用于对风电场进行电压控制的控制指令，采用两个5位整数值的编码方式，该编码方式考虑了AVC系统实际运行时出现的两个重要问题。其一，控制指令下达的是风电场高压母线电压控制优化目标指令，和电场电压控制实际值指令。这样可以避免出现当AVC主站系统和风电场的AVC系统数据来源不同时，可能存在量测误差，因而产生电压调节量差距较大的问题；其二，编码包含了控制指令轮次信息，避免因通信通道干扰，当风电场的AVC系统收到连续的相同控制指令时，可以根据轮次信息判断控制指令是否更新，避免造成风电场高压母线电压的过调。并且，若一定时间内风电场的AVC系统没有收到新轮次的控制指令，风电场的AVC系统转为本地控制模式。若风电场的AVC系统重新收到新的控制指令，则自动转为远方控制状态。本发明方法考虑了采用下发控制电压控制优化目标指令和电场电压控制实际值指令以及控制指令轮次信息三两个重要因素，可以保证AVC系统的实际正常运行。
附图说明
图1是本发明方法涉及的风电场模型图。
图2是本发明方法的流程框图。
具体实施方式
本发明提出的基于指令编码的风电场自动电压控制方法，其流程框图如图2所示，包括以下步骤：
(1)一个控制周期开始,根据电力系统的潮流公式，计算得到电力系统中风电场高压母线电压控制优化目标Vopt，风电场模型如图1所示；例如A风电场高压母线的电压控制优化目标Vopt为230.0kV；
(2)采集风电场高压母线的当前电压实际值Vcur；例如A风电场高压母线当前电压实际值Vcur为229.5kV；
(3)根据上述步骤(1)计算得到电力系统中风电场高压母线的电压优化目标值Vopt，并对风电场高压母线的优化电压值Vopt进行编码，生成风电场电压控制优化目标指令，编码为5位整数，5位整数中的万位数值表示控制指令下发轮次，5位整数中的后四位表示高压母线的电压控制优化目标值精确到小数点后1位，再乘以10倍，5位整数中的万位数值从“1”-“5”递增循环，每轮次下发电压控制优化目标指令时，该位数值与上轮次电压控制优化目标指令中该位数值不同；风电场的AVC系统保存上轮次的电压控制优化目标指令编码，当获取新轮次的电压控制优化目标指令编码后，若发现新的电压控制优化目标指令编码的万位数值与上轮次的相应数值相同，或万位数值不是递增，或万位数值不在“1”-“5”的范围内，则确认该电压控制优化目标指令编码为非法，风电场的AVC系统不执行上述指令；
例如电压优化值Uopf＝电压优化目标值Vopt*10，则电压优化值Uopf＝2300，结合万位数值，如数值从1开始，则此电压优化目标编码指令为“12300”。
(4)根据上述步骤(2)采集的电力系统中风电场高压母线当前电压实际值Vcur，并对风电场的电压实际值Vcur进行编码，生成风电场电压控制实际值指令,编码为5位整数，5位整数中的万位数值表示控制指令下发轮次，5位整数中的后四位表示高压母线的电压控制实际值Vcur精确到小数点后1位，再乘以10倍；5位整数中的万位数值从“1”-“5”递增循环，每轮次下发电压控制实际值指令时，该位数值与上轮次电压控制实际值指令中该位数值不同；风电场保存上轮次的电压控制实际值指令编码，当获取新轮次的电压控制实际值指令编码后，若发现新的电压控制实际值指令编码的万位数值与上轮次的相应数值相同，或万位数值不是递增，或万位数值不在“1”-“5”的范围内，则确认该电压控制实际值指令编码为非法，风电场的AVC系统不执行上述指令；
例如风电场高压母线的电压控制实际值Vcur，精确到小数点后1位；即电压实际值Urel＝Vcur乘以10倍得出，则电压实际值Urel＝2295。结合万位数值，如数值从1开始，则此电场电压控制实际值编码指令为“12295”。
(5)向电力系统的风电场发送上述电压控制优化目标指令编码和电压控制实际值指令编码；例如向风电场A下发电压控制优化目标编码指令“12300”和电场电压控制实际值编码指令“12295”。
(6)风电场的AVC系统收到控制指令编码后按照编码数值的定义进行解码，然后根据解码后的控制指令对风电场高压母线电压进行实时调节,电压增量调节值ΔU＝((电压优化值Uopf-电压实际值Urel)/10)kV；若电压增量调节值ΔU大于0表示风电场高压母线电压上调；若电压增量调节值ΔU小于0则表示风电场高压母线电压下调；若电压增量调节值ΔU＝0则表示风电场高压母线电压不需要调整。若风电场的AVC系统超过15分钟没有收到合法的新控制指令时(常规为15分钟,也可以根据实际情况设定更长或更短的时间)，则风电场的AVC系统自动切换到本地运行，即不接受AVC主站系统控制指令，按照风电场的AVC系统预设方式进行控制；若风电场的AVC系统重新收到新的控制指令，则自动转为远方控制状态，根据解码后的控制指令对风电场高压母线电压进行实时调节；
例如，以电力系统中风电场M为例，在第一周期，风电场M的AVC系统收到第一轮次电压控制优化目标编码指令为“12305”电压控制实际值编码指令为“12296”，电压增量调节值ΔU＝0.9表示光风电场M高压母线电压设定值将上调0.9kV；在第二周期风电场M的AVC系统收到第二轮次电压控制优化目标指令编码为“22300”电压控制实际值编码指令为“22300”，电压增量调节值ΔU＝0表示风电场M高压母线电压值保持当前值；第三周期风电场M的AVC系统收到第三轮次电压优化目标编码指令为“32305”电压当前采样编码指令为“32311”，电压增量调节值ΔU＝-0.6表示风电场M高压母线电压值将下调0.6kV；第四周期，风电场M的AVC系统收到第四轮次电压控制优化目标编码指令为“32305”电压控制实际值编码指令“32298”，则由万位数值判断得出该控制指令非新一轮控制指令，风电场M的AVC系统不执行该轮指令。
同样，若某轮次收到电压控制优化目标编码指令为“82305”电压控制实际值编码指令“82311”，由于万位数值不在“1”-“5”之间，风电场M的AVC系统认为该控制指令非法，风电场M的AVC系统不执行该轮指令；若某轮次收到电压优化目标编码指令为“32305”电压当前采样编码指令为“32101”，电压增量调节值ΔU＝20.4kV大于风电场高压则母线充单次调节最大步长3kV，认为该控制指令非法，风电场M的AVC系统不执行该轮指令；若某轮次不需要调节风电场高压母线电压，则AVC主站系统下发的电压控制优化目标编码指令和电压控制实际值编码指令相同；
若风电场的AVC系统超过15分钟没有收到合法的新控制指令时，，风电场的AVC系统自动切换到本地运行，按照风电场的AVC系统预设方式进行控制，例如转为本地运行后，风电场的AVC系统保持风电场高压母线电压不变。若风电场的AVC系统收到新的控制指令，如第四轮次电压控制优化目标编码指令为“42295”电压控制实际值编码指令为“42285”，风电场的AVC系统认为该轮次合法控制指令，则自动转为接收AVC主站系统控制指令即远方控制状态。如第四轮次电压控制优化目标编码指令为“82295”电压控制实际值编码指令为“82285”，由于该轮次编码指令的万位不为”4”且不在”1”～”5”之间，则自动转为接收AVC主站系统控制指令即远方控制状态。
(7)重复步骤(1)-步骤(6)，实现对风电场的自动电压控制。
Claims (1)
1.一种基于指令编码的风电场自动电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)一个控制周期开始,根据电力系统的潮流公式，计算得到电力系统中风电场高压母线电压控制优化目标Vopt；
(2)采集风电场高压母线的当前电压实际值Vcur；
(3)根据上述步骤(1)计算得到电力系统中风电场高压母线的电压控制优化目标Vopt，并对风电场高压母线的优化电压值Vopt进行编码，生成风电场电压控制优化目标指令，编码为5位整数，5位整数中的万位数值表示控制指令下发轮次，5位整数中的后四位表示高压母线的电压控制优化目标值精确到小数点后1位，再乘以10倍，5位整数中的万位数值从“1”-“5”递增循环，每轮次下发电压控制优化目标指令时，该位数值与上轮次电压控制优化目标指令中该位数值不同；风电场的AVC系统保存上轮次的电压控制优化目标指令编码，当获取新轮次的电压控制优化目标指令编码后，若发现新的电压控制优化目标指令编码的万位数值与上轮次的相应数值相同，或万位数值不是递增，或万位数值不在“1”-“5”的范围内，则确认该电压控制优化目标指令编码为非法，风电场的自动电压控制系统不执行上述指令；
(4)根据上述步骤(2)采集的风电场高压母线当前电压实际值Vcur，并对风电场的电压实际值Vcur进行编码，生成风电场电压控制实际值指令,编码为5位整数，5位整数中的万位数值表示控制指令下发轮次，5位整数中的后四位表示高压母线的电压控制实际值Vcur精确到小数点后1位，再乘以10倍；5位整数中的万位数值从“1”-“5”递增循环，每轮次下发电压控制实际值指令时，该位数值与上轮次电压控制实际值指令中该位数值不同；风电场保存上轮次的电压控制实际值指令编码，当获取新轮次的电压控制实际值指令编码后，若发现新的电压控制实际值指令编码的万位数值与上轮次的相应数值相同，或万位数值不是递增，或万位数值不在“1”-“5”的范围内，则确认该电压控制实际值指令编码为非法，风电场的自动电压控制系统不执行上述指令；
(5)向电力系统的风电场发送上述电压控制优化目标指令编码和电压控制实际值指令编码；
(6)电力系统的风电场接收到指令编码后，进行解码，得到电压控制优化目标指令和电压控制实际值指令，并根据电压控制优化目标指令和电压控制实际值指令，对风电场的高压母线电压进行实时调节；
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