CN105162128A - 一种基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。首先通过AVC主站的二级电压控制系统计算得出变电站快速动态无功补偿设备无功调节量，按照指定的编码方式生成4位无功调节指令编码，AVC主站将变电站高压侧母线电压上限值、变电站高压侧母线电压下限值和快速动态无功补偿设备无功调节指令编码作为控制指令下发给快速动态无功补偿设备，快速动态无功补偿设备接收到控制指令后，对无功调节指令按照编码的定义进行解码，并跟据变电站高压侧母线电压值进行无功调控操作。该方法实现了对自动电压控制中快速动态无功补偿设备指令进行编码，从而进行快速动态无功补偿设备自动无功电压的控制。

Description

一种基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，特别涉及基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备实现自动无功电压控制的方法，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(以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)能够利用电网实时运行的数据，从整个系统的角度，科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给各个子站装置，以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环的进行电压的实时优化控制。能够有效地克服传统电网无功电压管理机制中存在的不足，解决电网当前和未来面临的电压控制问题。

目前AVC系统主要采用三级电压控制模式。区域电网调度中心设置的AVC主站完成三级、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AVC电厂子站上送的调节能力，综合计算出与此中枢母线相关的发电机高压母线电压控制目标值，并下发控制指令给AVC电厂子站对该电厂进行电压控制，一个周期下发一个轮次的控制指令。若二级电压控制的控制对象是变电站，根据三级控制给出的区域中枢母线电压的优化目标值，采用灵敏度算法求出此区域内所有的变电站的母线电压控制目标值。但是这个目标值不能直接用于控制，这与电厂二级电压控制有所不同。变电站内需要综合考虑高、中、低三侧的母线电压的安全约束和调节目标的要求，因此在变电站二级电压控制中，需要根据变电站的设备运行情况，结合三级电压控制给出的区域中枢母线电压优化目标值进行综合分析计算，对当前可用的无功设备的控制结果进行预估，才能确定是否可控并生成设备具体的控制指令，下发给AVC变电站子站执行。

随着国民经济的快速发展用电负荷快速增加，电网负荷中心地区的电压稳定问题日益得到关注。快速合理地进行无功补偿是提高电压稳定水平的重要手段。相对于传统的无功补偿装置，以电力电子技术为核心的快速动态无功补偿设备(如静止无功补偿器/静止同步补偿器(以下简称SVC/SVG(Statcom)))等器件，具有突出的控制快速性和连续调节滑性，能够显著改善系统的电压稳定性。因此SVC/SVG等快速动态无功补偿设备在电网生产运行中得到了越来越广泛的应用。为了提高设备的利用率，进一步提升对电网电压无功的控制能力，越来越多的变电站内装设的SVC/SVG接入电网调度中心AVC系统进行自动控制，实现SVC/SVG装置与传统的电厂和变电站无功设备协调控制，提升电网安全稳定运行水平。

在AVC三级控制体系中，将SVC/SVG模型纳入AVC的二级控制计算中，致力于在稳态电压控制和暂态电压稳定中充分发挥SVC/SVG快速动态无功补偿的优势，其包含两个相对解耦独立的控制阶段：第1阶段将SVC/SVG与传统无功调节设备统一纳入协调二级电压控制模型，充分利用SVC/SVG的快速调节特性，并防止反调；第2阶段建立二次规划模型进行动态无功储备的优化控制，利用慢速动态无功补偿装置置换出SVC/SVG的无功功率，提高电网动态无功储备水平。通过时序和空间上的相互协调，充分发挥各类无功补偿装置在二级电压控制和暂态电压稳定预防控制中的作用。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，该方法是在AVC主站向SVC/SVG发送控制指令时，采用一种编码方式，以保证SVC/SVG准确接收AVC主站下达的二级电压控制指令，执行二级电压控制策略，最终达到快速动态无功补偿设备实现自动无功电压控制效果。

本发明提出的基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，包括以下步骤：

(1)当自动电压控制(以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)中的一个控制周期开始时，区域电网调度中心AVC主站进行变电站二级电压控制计算，产生快速动态无功补偿设备的无功功率调节量，并获取变电站高压侧母线电压的上限值V_h和变电站高压侧母线电压的下限值V_l；

(2)根据快速动态无功补偿设备无功功率调节量和无功功率调节方向，生成一条变电站快速动态无功补偿设备无功调节指令编码，该编码采用4位整数的指令编码，记为N₁N₂N₃N₄，其中各位编码分别定义如下：

N₁表示快速动态无功补偿设备无功功率的调节方向，用“1”表示减少，用“2”表示增加，其它数值认为无功调节指令编码为非法指令；

N₂表示一个无功调节指令编码的下发轮次，数值从“1”-“5”递增循环，AVC主站每次下发快速动态无功补偿设备无功调节指令编码时保证该位数值与上轮次指令不同，快速动态无功补偿设备保存上轮次AVC主站无功调节指令编码，获取新轮次的无功调节指令编码后，若新的无功调节指令编码中N₂的数值与上轮次数值不同，则认为收到新的无功调节指令编码；若新的无功调节指令编码中N₂的数值与上轮次数值相同，或不符合“1”-“5”递增循环，或N₂不在“1”-“5”范围内，则认为新的无功调节指令编码为非法指令；

N₃和N₄分别为投入或切除快速动态无功补则偿设备无功功率的值，N₃和N₄的取值范围均为0-9的正整数，单位为兆乏，若N₃和N₄的编码为“00”，则认为当前不需要增加或减少快速动态无功补偿设备无功功率，若N₃和N₄的编码不为“00”，则N₃和N₄的取值增加或减少快速动态无功补偿设备无功功率；

(3)向快速动态无功补偿设备发送控制指令，控制指令中控制指令包括上述步骤(1)中获取的变电站高压侧母线电压上限值V_h、变电站高压侧母线电压下限值V_l以及上述步骤(2)生成的无功调节指令编码，其中V_h和V_l不进行编码按照实际值下发；

(4)快速动态无功补偿设备接收到控制指令后，其中V_h和V_l按照实际值解析，对无功调节指令编码按照编码数值的定义进行解码，得到解码后的无功调节指令，根据变电站高压侧母线电压实际值V_rel选择快速动态无功补偿设备的调节模式：

若V_rel＞V_l且V_rel≥V_h，则快速动态无功补偿设备选择跟随无功功率调节指令模式，按照解码后的快速动态无功补偿设备无功功率调节值，进行无功功率出力调节；

若V_rel≤V_l或者V_rel≥V_h，则快速动态无功补偿设备自主调节设备无功功率出力，使变电站高压侧母线实时电压控制在高压侧母线电压上限值和高压侧母线电压下限值范围内；

(5)若快速动态无功补偿设备超过15分钟未收到合法的新控制指令，则认为快速动态无功补偿设备自动切换到本地控制，对快速动态无功补偿设备按照预设方式进行控制，若快速动态无功补偿设备重新收到新的控制指令，则自动转为接收新控制指令即远方控制状态；

(6)快速动态无功补偿设备控制指令下发完毕后，等待进入下一轮二级电压控制周期，返回步骤(1)。

本发明提出的基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，其优点是，本控制方法通过AVC主站的二级电压控制系统计算得出变电站快速动态无功补偿设备无功调节量，按照指定的编码方式生成4位无功调节指令编码，AVC主站将变电站高压侧母线电压上限值、变电站高压侧母线电压下限值和快速动态无功补偿设备无功调节指令编码作为控制指令下发给快速动态无功补偿设备，快速动态无功补偿设备接收到控制指令后，对无功调节指令按照编码的定义进行解码，并跟据变电站高压侧母线电压值进行无功调控操作。该方法实现了对自动电压控制中快速动态无功补偿设备指令进行编码，从而进行快速动态无功补偿设备自动无功电压的控制。

附图说明

图1是本发明方法涉及的实施电网结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，涉及的实施电网结构示意图如图1所示，该方法包括以下步骤：

(1)当自动电压控制(以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)一个控制周期(常规为5分钟)开始时，区域电网调度中心AVC主站进行变电站二级电压控制计算，产生快速动态无功补偿设备的(包括静止无功补偿器/静止同步补偿器(以下简称为SVC/SVG(Statcom))等器件)无功功率调节量，并获取变电站高压侧母线电压的上限值V_h和变电站高压侧母线电压的下限值V_l；

(2)AVC主站根据快速动态无功补偿设备无功功率调节量和无功功率调节方向，生成一条变电站快速动态无功补偿设备无功调节指令编码，该编码采用4位整数的指令编码，记为N₁N₂N₃N₄，其中各位编码分别定义如下：

N₁表示快速动态无功补偿设备无功功率的调节方向，用“1”表示减少，用“2”表示增加，其它数值认为无功调节指令编码为非法指令；

N₂表示一个无功调节指令编码的下发轮次，数值从“1”-“5”递增循环，AVC主站每次下发快速动态无功补偿设备无功调节指令编码时保证该位数值与上轮次指令不同，快速动态无功补偿设备保存上轮次AVC主站无功调节指令编码，获取新轮次的无功调节指令编码后，若新的无功调节指令编码中N₂的数值与上轮次数值不同，则认为收到新的无功调节指令编码；若新的无功调节指令编码中N₂的数值与上轮次数值相同，或不符合“1”-“5”递增循环，或N₂不在“1”-“5”范围内，则认为新的无功调节指令编码为非法指令；

N₃和N₄分别为投入或切除快速动态无功补则偿设备无功功率的值，N₃和N₄的取值范围均为0-9的正整数，单位为兆乏(MVAR)，若N₃和N₄的编码为“00”，则认为当前不需要增加或减少快速动态无功补偿设备无功功率，若N₃和N₄的编码不为“00”，则N₃和N₄的取值增加或减少快速动态无功补偿设备无功功率；

例如，第一轮次，AVC主站需SVC减少20MVAR的无功，生成无功编码“1120”；第二轮次AVC主站需要SVC保持当前无功，生成指令无功编码为“1200”；第三轮次AVC主站需要SVC增加5MVAR的无功，生成无功指令编码为“2305”；若第四轮次生成无功指令编码为5405，其中千位不为“1”且不为“2”该指令为非法指令。若第四轮次生成无功指令编码2310,其中百位“3”与上一轮次即第三轮次指令编码百位“3”数值相同，该指令会被判断为非新指令不会被执行。若第四轮次指令编码为2920,其中百位“9”与上一轮次指令即第三轮次指令编码百位“3”不是递增且“1”-“5”范围内内该指令为非法指令，SVC/SVG在接收到非法指令时都不会执行。

(3)AVC主站向快速动态无功补偿设备发送控制指令，控制指令中控制指令包括上述步骤(1)中获取的变电站高压侧母线电压上限值V_h、变电站高压侧母线电压下限值V_l以及上述步骤(2)生成的无功调节指令编码，其中V_h和V_l不进行编码按照实际值下发；

(4)快速动态无功补偿设备接收到AVC主站的控制指令后，其中V_h和V_l按照实际值解析，对无功调节指令编码按照编码数值的定义进行解码，得到解码后的无功调节指令，根据变电站高压侧母线电压实际值V_rel选择快速动态无功补偿设备的调节模式：

若V_rel＞V_l且V_rel≥V_h，则快速动态无功补偿设备选择跟随无功功率调节指令模式，按照解码后的快速动态无功补偿设备无功功率调节值，进行无功功率出力调节；

若V_rel≤V_l或者V_rel≥V_h，则快速动态无功补偿设备自主调节设备无功功率出力，使变电站高压侧母线实时电压控制在高压侧母线电压上限值和高压侧母线电压下限值范围内；

例如，第一轮次，SVC接收到的控制指令为SVC无功调节指令“1120”，V_h＝356.0，V_l＝340.0，SVC解析出需要减少20MVAR的无功；变电站高侧母线电压实际值V_rel＝344.65，满足V_rel＞V_l且V_rel≥V_h的条件，SVC选择跟随无功调节指令模式，将进行实时调节减少20MVAR的无功；第二轮次SVC接收到的控制指令为SVC无功调节指令“1210”，V_h＝356.0，V_l＝343.5，SVC解析出需要减少10MVAR的无功；变电站高侧母线电压实际值V_rel＝341.65，其中V_rel≤V_l，SVC选择自主调节模式，将增加无功使V_rel满足V_rel＞V_l且V_rel≥V_h。

(5)若快速动态无功补偿设备超过15分钟未收到合法的新控制指令，则认为AVC主站退出，快速动态无功补偿设备自动切换到本地控制，对快速动态无功补偿设备按照预设方式进行控制，若快速动态无功补偿设备重新收到新的控制指令，则自动转为接收AVC主站指令即远方控制状态；

例如，若SVC超过15分钟没有收到合法的新指令时，认为AVC主站退出，SVC自动切换到本地运行，即不接受AVC主站控制指令，按照SVC预设方式进行本地化控制，例如转为本地运行后，变电站高压侧母线电压实时值V_rel＝345.6小于设定的高压侧母线电压下限值343.0，则SVC根据本地设置调节参数增加无功。若SVC重新收到AVC主站新的指令，为第三轮次合法控制指令，例如收到无功指令“2420”，则自动转为接收AVC主站指令即远方控制状态；

(6)AVC主站快速动态无功补偿设备控制指令下发完毕后，等待进入下一轮二级电压控制周期，返回步骤(1)。

Claims (1)

1.一种基于控制指令编码的快速动态无功补偿设备控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

(1)当自动电压控制中的一个控制周期开始时，区域电网调度中心AVC主站进行变电站二级电压控制计算，产生快速动态无功补偿设备的无功功率调节量，并获取变电站高压侧母线电压的上限值V_h和变电站高压侧母线电压的下限值V_l；

(2)根据快速动态无功补偿设备无功功率调节量和无功功率调节方向，生成一条变电站快速动态无功补偿设备无功调节指令编码，该编码采用4位整数的指令编码，记为N₁N₂N₃N₄，其中各位编码分别定义如下：

N₁表示快速动态无功补偿设备无功功率的调节方向，用“1”表示减少，用“2”表示增加，其它数值认为无功调节指令编码为非法指令；

N₂表示一个无功调节指令编码的下发轮次，数值从“1”-“5”递增循环，AVC主站每次下发快速动态无功补偿设备无功调节指令编码时保证该位数值与上轮次指令不同，快速动态无功补偿设备保存上轮次AVC主站无功调节指令编码，获取新轮次的无功调节指令编码后，若新的无功调节指令编码中N₂的数值与上轮次数值不同，则认为收到新的无功调节指令编码；若新的无功调节指令编码中N₂的数值与上轮次数值相同，或不符合“1”-“5”递增循环，或N₂不在“1”-“5”范围内，则认为新的无功调节指令编码为非法指令；

N₃和N₄分别为投入或切除快速动态无功补则偿设备无功功率的值，N₃和N₄的取值范围均为0-9的正整数，单位为兆乏，若N₃和N₄的编码为“00”，则认为当前不需要增加或减少快速动态无功补偿设备无功功率，若N₃和N₄的编码不为“00”，则N₃和N₄的取值增加或减少快速动态无功补偿设备无功功率；

(3)向快速动态无功补偿设备发送控制指令，控制指令中控制指令包括上述步骤(1)中获取的变电站高压侧母线电压上限值V_h、变电站高压侧母线电压下限值V_l以及上述步骤(2)生成的无功调节指令编码，其中V_h和V_l不进行编码按照实际值下发；

(4)快速动态无功补偿设备接收到控制指令后，其中V_h和V_l按照实际值解析，对无功调节指令编码按照编码数值的定义进行解码，得到解码后的无功调节指令，根据变电站高压侧母线电压实际值V_rel选择快速动态无功补偿设备的调节模式：

若V_rel＞V_l且V_rel≥V_h，则快速动态无功补偿设备选择跟随无功功率调节指令模式，按照解码后的快速动态无功补偿设备无功功率调节值，进行无功功率出力调节；

若V_rel≤V_l或者V_rel≥V_h，则快速动态无功补偿设备自主调节设备无功功率出力，使变电站高压侧母线实时电压控制在高压侧母线电压上限值和高压侧母线电压下限值范围内；

(5)若快速动态无功补偿设备超过15分钟未收到合法的新控制指令，则认为快速动态无功补偿设备自动切换到本地控制，对快速动态无功补偿设备按照预设方式进行控制，若快速动态无功补偿设备重新收到新的控制指令，则自动转为接收新控制指令即远方控制状态；

(6)快速动态无功补偿设备控制指令下发完毕后，等待进入下一轮二级电压控制周期，返回步骤(1)。