CN105119291B - 一种无功电压分布式优化控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无功电压分布式优化控制系统及方法，包括：主网AVC控制系统、配网AVC控制主站和分布式AVC控制子站；所述主网AVC控制系统与配网AVC控制主站通信，配网AVC控制主站和分布式AVC控制子站通信；所述分布式AVC控制子站分别与变电站内部无功电压设备和馈线上的无功电压设备通信。本发明有益效果：通过调配中心的主站和个变电站的子站之间的协调，能够实现主、配电网无功电压分层分布式控制，可以确保所有配电变压器的低压侧电压合格率，实现无功的就地平衡和分层平衡。

Description

一种无功电压分布式优化控制系统及方法

技术领域

本发明属于配电网技术领域，具体涉及一种基于主、配电网网络结构特征的无功电压分布式优化控制系统及方法。

背景技术

电压与无功管理涉及到电力生产的全过程，电压质量的好坏直接影响电力系统的安全运行和经济运行，同时又影响到电力产品质量和电力设备的使用寿命，电压质量已经成为电能供应市场的核心问题，并成为电力用户用电越来越关注的焦点，因此县供电企业必须采用先进的技术手段，从源头上解决电压质量问题，大幅度提高主、配电网电压合格率，优化无功潮流，提高电力用户受电质量。

传统的配电网电压无功控制一般只能实现局部的电压无功优化，加之配电网供电半径大、降压层次多、自动化水平低等特点，容易出现变电站低压侧母线电压处于合格区间，而用户电压仍越限的情况。因此必须对配电网进行无功电压控制，这是保证电力系统安全运行的有效手段，同时对提高供电企业的经济效益、适应社会发展对电力的需求、确保电网安全、经济、平稳运行等方面具有重要作用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种无功电压分布式优化控制系统及方法，该系统及方法能够从优化电网经济运行出发，实现主、配电网无功电压分布式优化控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无功电压分布式优化控制系统，包括：主网AVC控制系统、配网AVC控制主站和分布式AVC控制子站；所述主网AVC控制系统与配网AVC控制主站通信，配网AVC控制主站和分布式AVC控制子站通信；所述分布式AVC控制子站分别通过主、配电网智能控制器与变电站内部无功电压设备和馈线上的无功电压设备通信；

在主网AVC控制系统上配置配网AVC控制主站，配网AVC控制主站用于协调分布式AVC控制子站，分布式AVC控制子站统一计算变电站内部无功电压设备、馈线上的无功电压设备的综合调节裕度，发送给主网AVC控制系统，用于主站的协调优化。

所述分布式AVC控制子站根据每条馈线的无功电压裕度，计算出本地母线的最优电压值和无功值范围，根据设备的控制范围和动作次数约束，协调控制变电站内部的电容器投切、变压器分接头档位的调整、馈线线路电容器的投切、线路调压器的控制。

所述主网AVC控制系统包括：建模维护工作站、运行监测工作站和报表分析工作站；主网AVC控制系统具备建模、监测以及远程维护分布式AVC控制子站的功能，同时还承担数据库服务器、权限服务器和报表服务器功能。

所述配网AVC控制主站包括：建模维护工作站和运行监测工作站；配网AVC控制主站通过运行监控工作站、建模维护工作站和web访问实现配网的监控、建模和报表工作。

所述主、配电网智能控制器为主、配电网本地控制器，用于控制配电变压器低压台区无功补偿装置、配电变压器有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器以及分布式电源终端设备。

在没有通讯的情况下，主、配电网智能控制器也能够采集各变压器或母线计量点遥测、遥信实时数据，并以各变压器或母线计量点电压合格、关口功率因数为约束条件，进行在线电压无功优化控制。

所述分布式AVC控制子站与变电站内部无功电压设备或馈线上的无功电压设备的通信方式包括但不限于光纤、GPRS和3G。

所述分布式AVC控制子站可以根据现场实际的情况布置在调度侧或者变电站侧。

一种无功电压分布式优化控制系统的方法，包括以下步骤：

步骤1，在主、配电网智能控制器处设置嵌入式硬件模块，采用VXWORKS的实时操作系统，根据电压、功率因数和无功控制设备进行投切，通过通讯接口以及上下级协调机制接口，使得主、配电网智能控制器与配电变压器低压台区无功补偿装置、配电变压器有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器和分布式电源终端连接，从而对上述一次设备进行控制；

步骤2，分布式AVC控制子站在后台执行数据统计工作，统一计算变电站内部无功电压设备、馈线上的无功电压设备的综合调节裕度，发送给配网AVC控制系统再统一反馈至主网AVC控制系统，用于主站的协调优化；

步骤3，配网AVC控制主站收集从分布式AVC控制子站中采集过来的数据，通过运行监控工作站、建模维护工作站和web访问实现配网的监控、建模和报表工作，分布式AVC控制子站根据现场实际的情况，布置在调度侧或者变电站侧；

步骤4，主网AVC控制系统根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制：

以装置动作范围以及动作次数最小为基本控制原则，小范围或者某单个位置低电压的情况，通过相应位置的分布式AVC控制子站独立控制动作；大范围低电压的情况，主要考虑高压母线侧装置动作，并配合相应位置的分布式AVC控制子站动作。

所述步骤2中，分布式AVC控制子站优先执行配网AVC控制系统和主网AVC控制系统的优化控制命令，在与上级系统通讯中断的情况下，执行本地优化控制命令；所述本地优化控制命令具体为：

分布式AVC控制子站根据本地无功电压数据在线计算分析电压值和无功值可优化范围，并结合本地实际的无功、电压控制设备本身动作极限，分析在独立情况下本地电压、无功优化能力。并基于分析结果给出本地无功补偿装置的优化控制动作，如变电站内部的电容器投切、变压器分接头档位的调整、馈线线路电容器的投切以及线路调压器的控制等。

本发明的有益效果是：

本发明能够从优化电网经济运行出发，实现主、配电网无功电压分布式优化控制。通过调配中心的主站和个变电站的子站之间的协调，能够实现主、配电网无功电压分层分布式控制，可以确保所有配电变压器的低压侧电压合格率，实现无功的就地平衡和分层平衡。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

其中，1.主网AVC控制系统，2.配网AVC控制主站，3.分布式AVC控制子站，4.主、配电网智能控制器，5.建模维护工作站，6.运行监测工作站，7.报表分析工作站。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种基于主、配电网网络结构特征的无功电压分布式优化控制系统，包括：功能增强的主网AVC控制系统1、配网AVC控制主站2和分布式AVC控制子站3。主网AVC控制系统1与配网AVC控制主站2通信，配网AVC控制主站2和分布式AVC控制子站3通信；所述分布式AVC控制子站3分别通过主、配电网智能控制器4与变电站内部无功电压设备和馈线上的无功电压设备通信。

在主网AVC控制系统1上配置配网AVC控制系统主站，配网AVC控制主站2用于协调分布式AVC控制子站3，分布式AVC控制子站3用于协调控制主、配电网馈线上的无功电压设备。配网AVC控制系统主站和主网AVC控制系统1在10kV母线关口上，进行协调控制。

功能增强的主网AVC控制系统1除了具备传统的远程信号采集和监控功能外，还增加了新的工作站，例如建模维护工作站5、运行监测工作站6和报表分析工作站7等。

主网AVC控制系统1主要负责变电站之间的配合，包括上，下级变电站的配合，以及变电站之间线路的无功优化问题。主网AVC系统主要下发分布式AVC控制子站3的无功电压的控制目标范围，并不直接控制具体的设备，这样分层控制的方式，是提高系统可靠性的一个手段。

主网AVC控制系统1具备建模和监测功能、远程维护分布式AVC控制子站3的功能。系统采用组态软件、优化算法、专家系统和实时数据库的模式实现，支持多种系统平台，系统还使用商用数据库+实时数据库的模式，既保证计算的规模，又保证计算的速度。主网AVC控制系统1同时还承担数据库服务器、权限服务器、报表服务器等功能。

配网AVC控制主站2通过运行监控工作站、建模维护工作站5和web访问实现配网的监控、建模和报表工作。

分布式AVC控制子站3能够统一计算变电站内部无功电压设备、馈线上的无功电压设备的综合调节裕度，发送给主网AVC控制系统1，用于主站的协调优化，同时分布式AVC控制子站3根据每条馈线的无功电压裕度，计算出本地母线的最优电压值和无功值范围，根据设备的控制范围和动作次数等约束，协调控制变电站内部的电容器投切、变压器分接头档位的调整、馈线线路电容器的投切、线路调压器的控制。

分布式AVC控制子站3采用嵌入式硬件模块，基于Linux的操作系统，功能上包括数据采集通道、指令执行通道、本地优化决策逻辑、上下级协调机制接口等。

分布式AVC控制子站3可以根据现场实际的情况、通讯类型等条件，决定子站布置在调度侧还是变电站侧。子站的布置要便于调度中心管理和维护：布置于变电站，有利于控制的安全性和执行的快速性。

主、配电网智能控制器4为主、配电网本地控制器，通过通讯接口以及上下级协调机制接口，使得主、配电网智能控制器4与配电变压器低压台区无功补偿装置、配电变压器有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器和分布式电源终端连接，从而对上述一次设备进行控制；由于主、配电网的特点，本装置能够自动适应有无通讯的情况，具备监控数据上传的功能。控制器能够根据预先设置的电压、无功优化目标，当检测到负荷波动，功率因数、电压走低时，自动计算补偿需求从而发送补偿装置动作命令。

在没有通讯的情况下，主、配电网智能控制器4也能够采集各变压器或母线计量点遥测、遥信实时数据，并以各变压器或母线计量点电压合格、关口功率因数为约束条件，进行在线电压无功优化控制。

在通讯不具备或者通讯中断的情况下，主、配网智能控制器4执行本地优化控制程序从而实现就地优化控制。装置的嵌入式硬件模块，采用VXWORKS的实时操作系统，功能上本地保护、根据电压、功率因数和无功控制设备投切等。

基于主、配电网网络结构特征的无功电压分布式优化控制系统的运行的原理如下：

步骤1，在主、配电网智能控制器4处设置嵌入式硬件模块，采用VXWORKS的实时操作系统，根据电压、功率因数和无功控制设备进行投切，通过通讯接口以及上下级协调机制接口，使得主、配电网智能控制器4与配电变压器低压台区无功补偿装置、配电变压器有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器和分布式电源终端连接，从而对上述一次设备进行控制；

步骤2，分布式AVC控制子站3在后台执行数据统计工作，统一计算变电站内部无功电压设备、馈线上的无功电压设备的综合调节裕度，发送给配网AVC控制系统再统一反馈至主网AVC控制系统1，用于主站的协调优化；

分布式AVC控制子站3优先执行配网AVC控制系统和主网AVC控制系统1的优化控制命令，在与上级系统通讯中断的情况下，执行本地优化控制命令；

所述本地优化控制命令具体为：

分布式AVC控制子站3根据本地无功电压数据在线计算分析电压值和无功值可优化范围，并结合本地实际的无功、电压控制设备本身动作极限，分析在独立情况下本地电压、无功优化能力。并基于分析结果给出本地无功补偿装置的优化控制动作，如变电站内部的电容器投切、变压器分接头档位的调整、馈线线路电容器的投切以及线路调压器的控制等。

步骤3，配网AVC控制主站2收集从分布式AVC控制子站3中采集过来的数据，通过运行监控工作站、建模维护工作站5和web访问实现配网的监控、建模和报表工作，分布式AVC控制子站3根据现场实际的情况，布置在调度侧或者变电站侧；

步骤4，主网AVC控制系统1根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制：

以装置动作范围以及动作次数最小为基本控制原则，小范围或者某单个位置低电压的情况，通过相应位置的分布式AVC控制子站3独立控制动作；大范围低电压的情况，主要考虑高压母线侧装置动作，并配合相应位置的分布式AVC控制子站3动作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种无功电压分布式优化控制系统，其特征是，包括：主网AVC控制系统、配网AVC控制主站和分布式AVC控制子站；所述主网AVC控制系统与配网AVC控制主站通信，配网AVC控制主站和分布式AVC控制子站通信；所述分布式AVC控制子站分别通过主、配电网智能控制器与变电站内部无功电压设备和馈线上的无功电压设备通信；

在主网AVC控制系统上配置配网AVC控制主站，配网AVC控制主站用于协调分布式AVC控制子站，分布式AVC控制子站统一计算变电站内部无功电压设备、馈线上的无功电压设备的综合调节裕度，发送给主网AVC控制系统，用于主站的协调优化；

所述配网AVC控制主站包括：建模维护工作站和运行监测工作站；配网AVC控制主站通过运行监控工作站、建模维护工作站和web访问实现配网的监控、建模和报表工作；

所述主、配电网智能控制器为主、配电网本地控制器，用于控制配电变压器低压台区无功补偿装置、配电变压器有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器以及分布式电源终端设备；

在没有通讯的情况下，主、配电网智能控制器也能够采集各变压器或母线计量点遥测、遥信实时数据，并以各变压器或母线计量点电压合格、关口功率因数为约束条件，进行在线电压无功优化控制；在通讯不具备或者通讯中断的情况下，主、配网智能控制器执行本地优化控制程序从而实现就地优化控制；

主网AVC控制系统根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制：以装置动作范围以及动作次数最小为基本控制原则，小范围或者某单个位置低电压的情况，通过相应位置的分布式AVC控制子站独立控制动作；大范围低电压的情况，主要考虑高压母线侧装置动作，并配合相应位置的分布式AVC控制子站动作。

2.如权利要求1所述的一种无功电压分布式优化控制系统，其特征是，所述分布式AVC控制子站根据每条馈线的无功电压裕度，计算出本地母线的最优电压值和无功值范围，根据设备的控制范围和动作次数约束，协调控制变电站内部的电容器投切、变压器分接头档位的调整、馈线线路电容器的投切、线路调压器的控制。

3.如权利要求1所述的一种无功电压分布式优化控制系统，其特征是，所述主网AVC控制系统包括：建模维护工作站、运行监测工作站和报表分析工作站；主网AVC控制系统具备建模、监测以及远程维护分布式AVC控制子站的功能，同时还承担数据库服务器、权限服务器和报表服务器功能。

4.如权利要求1所述的一种无功电压分布式优化控制系统，其特征是，所述分布式AVC控制子站与变电站内部无功电压设备或馈线上的无功电压设备的通信方式包括但不限于光纤、GPRS和3G。

5.如权利要求1所述的一种无功电压分布式优化控制系统，其特征是，所述分布式AVC控制子站可以根据现场实际的情况布置在调度侧或者变电站侧。

6.一种如权利要求1所述的无功电压分布式优化控制系统的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1，在主、配电网智能控制器处设置嵌入式硬件模块，采用VXWORKS的实时操作系统，根据电压、功率因数和无功控制设备进行投切，通过通讯接口以及上下级协调机制接口，使得主、配电网智能控制器与配电变压器低压台区无功补偿装置、配电变压器有载调压分接头、线路无功补偿装置、线路调压器和分布式电源终端连接，从而对上述一次设备进行控制；

步骤2，分布式AVC控制子站在后台执行数据统计工作，统一计算变电站内部无功电压设备、馈线上的无功电压设备的综合调节裕度，发送给配网AVC控制系统再统一反馈至主网AVC控制系统，用于主站的协调优化；

步骤3，配网AVC控制主站收集从分布式AVC控制子站中采集过来的数据，通过运行监控工作站、建模维护工作站和web访问实现配网的监控、建模和报表工作，分布式AVC控制子站根据现场实际的情况，布置在调度侧或者变电站侧；

步骤4，主网AVC控制系统根据电网中发生电压、功率因数不合格程度及出现位置统一对电网中无功、电压控制优化装置进行控制：

以装置动作范围以及动作次数最小为基本控制原则，小范围或者某单个位置低电压的情况，通过相应位置的分布式AVC控制子站独立控制动作；大范围低电压的情况，主要考虑高压母线侧装置动作，并配合相应位置的分布式AVC控制子站动作。

7.如权利要求6所述的一种无功电压分布式优化控制系统的方法，其特征是，所述步骤2中，分布式AVC控制子站优先执行配网AVC控制系统和主网AVC控制系统的优化控制命令，在与上级系统通讯中断的情况下，执行本地优化控制命令；所述本地优化控制命令具体为：

分布式AVC控制子站根据本地无功电压数据在线计算电压值和无功值的可优化范围，并结合本地实际的无功、电压控制设备本身动作极限，分析在独立情况下的本地电压、无功优化能力；基于分析结果给出本地无功补偿装置的优化控制动作。