CN106877346B - 一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，以解决现有AVC控制策略在运行量剧烈波动时频繁下达动作指令的问题。设置参考时间段，获取采样时间间隔、节点电压与关口无功当前值与历史值；检测设备闭锁状态并判断当前无功与电压是否越限；若设备不闭锁且无功或电压发生越限，则分别计算所设定时间段内节点电压与关口无功的偏差率，由此得出无功电压调节设备的闭锁时长；根据当前运行数据下发动作指令，并设置设备闭锁时长。本发明提出了动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，可用于含波动性负荷以及大量分布式电源接入的变电站节点电压与关口无功控制，减少主变档位与电容器的不必要动作，延长设备寿命，提高电网运行的安全性。

Description

一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法
技术领域
本发明涉及变电站无功电压控制策略技术领域，特别涉及一种考虑动态闭锁时长整定的变电站无功电压控制方法。
背景技术
目前，为了使电网安全稳定、经济高效运行，通常会对重要变电站的母线节点电压与关口无功进行监控，并通过采用自动电压控制(AVC)系统，使所监控量运行在给定的合格范围内。AVC系统是利用计算机和通信技术，对电网中的无功电压调节设备进行自动控制,常用的AVC策略有九区图策略、十七区图策略、二十一区图策略等，在变电站无功电压控制中发挥了巨大作用，但由于其只考虑了无功、电压的二维变量，且为了保护无功电压调节设备，避免一天之中动作次数过多，通常限制其每日动作与两次动作相隔时间，而动作相隔时间通常是固定的，这就存在以下局限性：
(1)无功电压运行量波动过大时，若动作时间间隔设置过小，则往往会导致无功电压调节设备频繁动作，从而造成设备因达到日动作限值而提前闭锁，使变电站失去调节能力；
(2)无功电压运行量较为平稳时，若动作时间间隔设置过大，则在系统运行状态发生变化时，无功电压调节设备往往不能及时响应，从而降低电网运行的经济性，严重的时候甚至会威胁电网的安全运行。
综上所述，现有的变电站无功电压控制方法还需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于解决现有变电站无功电压控制过程中控制方式单一、经济性差的问题，旨在提供一种适用于电压/无功波动变化较大的变电站节点电压与关口无功的协同控制方法。
本发明提出一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略，包括以下步骤：
(1)设置默认AVC策略、时间提前量△t，获取控制单元内各无功电压调节设备编号i(i＝1…n)、各自动作次数限值Nlmt,i，初始化各无功电压调控设备闭锁时长Tlock,i为0、上一次动作时间Td,i为当前时间、已动作次数Nact,i为0；
(2)获取当前关口无功Qt与节点电压Ut，判断是否越限；若是，进入步骤(3)；若无，进入步骤(8)；
(3)获取当前时间T1，针对控制单元内各无功电压调节设备i，若其同时满足以下条件，则设置该设备状态为开放，否则设置该设备状态为闭锁：
1)T1与该设备上一次动作时间Td,i间隔大于该设备闭锁时长Tlock,i，
2)已动作次数Nact,i不大于动作次数限值Nlmt,i；
(4)判断是否有状态为开放的设备，若有则针对步骤(3)中被标记为开放的设备，根据步骤(2)中获取的Qt、Ut及步骤(1)中设置的AVC控制策略，下发动作指令，并标记动作的设备为动作；否则，进入步骤(8)；
(5)获取时间提前量△t时间段内的节点电压与关口无功的m维列向量U与Q，其中，m为△t时间段内测量装置所采集到的数据个数；
(6)计算U与Q的偏差率，分别为Vb-U％、Vb-Q％；
(7)针对步骤(4)中被标记为动作的各设备i，计算并更新闭锁时长Tlock,i，更新动作时间Td,i为T1，已动作次数Nact,i自增1。
(8)启动下一时刻的控制，进入步骤(2)。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述关口是指区域性电网之间电力设备资产和经营管理范围的分界处。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述节点是指变电站中考核电压质量的母线。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述AVC策略是指变电站电压无功综合控制策略，当无功/电压运行在不同区间时，对无功/电压调控设备采取不同的动作，实现无功/电压合格的目的，现在常用的策略有九区图策略、十七区图策略、二十一区图策略等。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述越限是指获取的关口无功或节点电压不在运行人员的设定范围内。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述设备是指变电站内的无功电压调节设备，包括但不限于主变、电容器、电抗器等。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述闭锁是指禁止无功电压调节设备动作。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述偏差率的计算方法为：对于m维有序列向量N，其偏差率Vb-N％为：
Figure BDA0001246728740000031
式中，
Figure BDA0001246728740000041
部分表示有序列向量N的前后两个元素之差的均方根，对于实际所采集的运行数据的序列，能反映其中各相邻时间点数据偏差的总体情况；
Figure BDA0001246728740000042
部分表示有序列向量N的算数平均数；全式即表示相邻数据偏差量相对数据整体水平的比重，即为偏差率。
上述的考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略中，所述闭锁时长的计算方法为：
Figure BDA0001246728740000043
式中，Vb-k％为偏差率基准值，推荐取15％，max(a,b)表示取a,b二者的最大值，M(T1)表示从0时开始到T1时刻所经历的时间，且该时间以分钟为单位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)在变电站无功电压控制的关口无功和节点电压二维变量的基础上，增加了时间变量，并根据偏差率的不同，动态调整设备闭锁时长，以弥补目前变电站无功电压控制策略对大波动负荷适应性较差的问题；
(2)提出的偏差率的计算方式既反映了数据相邻时间点的累计偏差量，又能体现出各时间点数据与平均水平的偏差，对于设备闭锁时长的计算具有较好的指导意义，避免了目前控制策略中只按固定值设置设备闭锁时长的问题，能更加灵活地适应电网中的各种运行状态，提高电网运行的安全性与经济性。
附图说明
图1是考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制策略的流程示意图。
图2是某110kV变电站接线示意图。
图3是实测某110kV变电站负荷曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明。
图1反映了考虑动态闭锁时长的本地无功电压控制策略的具体实施流程。考虑动态闭锁时长的本地无功电压控制策略包括：
(1)设置默认AVC策略、时间提前量△t，获取控制单元内各无功电压调节设备编号i(i＝1…n)、各自动作次数限值Nlmt,i，初始化各无功电压调控设备闭锁时长Tlock,i为0、上一次动作时间Td,i为当前时间、已动作次数Nact,i为0；
(2)获取当前关口无功Qt与节点电压Ut，判断是否越限；若是，进入步骤(3)；若无，进入步骤(8)；
(3)获取当前时间T1，针对控制单元内各无功电压调节设备i，若其同时满足以下条件，则设置该设备状态为开放，否则设置该设备状态为闭锁：
1)T1与该设备上一次动作时间Td,i间隔大于该设备闭锁时长Tlock,i，
2)已动作次数Nact,i不大于动作次数限值Nlmt,i；
(4)判断是否有状态为开放的设备，若有则针对步骤(3)中被标记为开放的设备，根据步骤(2)中获取的Qt、Ut及步骤(1)中设置的AVC控制策略，下发动作指令，并标记动作的设备为动作；否则，进入步骤(8)；
(5)获取时间提前量△t时间段内的节点电压与关口无功的m维列向量U与Q，其中，m为△t时间段内测量装置所采集到的数据个数；
(6)计算U与Q的偏差率，分别为Vb-U％、Vb-Q％；
(7)针对步骤(4)中被标记为动作的各设备i，计算并更新闭锁时长Tlock,i，更新动作时间Td,i为T1，已动作次数Nact,i自增1。
(8)启动下一时刻的控制，进入步骤(2)。
以下是本发明方法的一个实际算例，以某110kV电网威力进行仿真计算，图2显示了该电网的拓扑结构。
(1)设置默认AVC策略为九区图策略，时间提前量△t为1小时，控制单元内的无功电压调节设备为一台主变与一台电容器，现分别编号为#1与#2，设置各自动作限值都为10次，初始化无功电压调控设备闭锁时长Tlock,i为0、上一次动作时间Td,i为当前时间、已动作次数Nact,i为0；
(2)所获取的当前关口无功Qt为5.17Mar，节点电压Ut为10.31kV，变电站关口无功限值为[-5,5]Mvar，节点电压限值为[10.1,10.6]kV。由此可见，当前无功越上限，进入步骤(3)；
(3)当前时间为凌晨1:00，对于#1～#2设备而言，均满足：
1)T1与上一次动作时间Td,i间隔时间为1h，大于该设备闭锁时长Tlock,i＝0，
2)已动作次数Nact,i＝0，不大于动作次数限值Nlmt,i＝10，
因此，三台设备均被标记为开放状态；
(4)由于控制单元内存在被标记为开放的设备，根据当前Qt、Ut及步骤(1)中设置的九区图策略，此时应投入一组电容器，现下发动作指令为：投入#2电容器，标记#2电容器动作；
(5)获取时间提前量△t时间段内的节点电压与关口无功12维列向量分别为：
U＝[10.36,10.36,10.36,10.35,10.34,10.34,10.33,10.34,10.32,10.31,10.32,10.31]T；
Q＝[4.41,4.66,4.55,4.69,4.80,4.78,4.92,4.68,4.06,5.05,4.81,5.17]T；
(6)计算U与Q的偏差率，分别为Vb-U％＝0.088％、Vb-Q％＝8.234％；
(7)步骤(4)中被标记为动作的设备为#2电容器，基准偏差率设为15％，计算得到该电容器的闭锁时长Tlock＝75分钟，因此设置该电容器的闭锁时长为75分钟，记录该电容器的动作时间为当前时间1:00，已动作次数更新为1次。
(8)启动下一时刻的控制，进入步骤(2)。
为进一步体现本发明的有益效果，给定图3所示负荷曲线，设置各设备动作限值均为10次，分别采用无闭锁约束、固定闭锁闭锁时长、动态闭锁闭锁时长等方法进行一天288个断面的无功电压控制仿真，结果如下表所示：
表1结果对比
Figure BDA0001246728740000071
由表1可知，采用本发明后，相比固定闭锁时长而言，有效降低了有功损耗0.08MW·h，相比无闭锁约束而言，降低了有功损耗0.51MW·h，且由于在负荷波动剧烈时，该方法躲过了不必要的动作，因此在电压不合格数与设备动作次数等方面，都低于目前的方法，说明本发明所提方法更有利于电网的安全经济运行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设置默认AVC策略、时间提前量△t，获取控制单元内各无功电压调节设备编号i、各无功电压调节设备动作次数限值Nlmt,i，初始化各无功电压调控设备的闭锁时长Tlock,i为0、上一次动作时间Td,i为当前时间、已动作次数Nact,i为0；所述i＝1～n，n为无功电压调节设备总数；
(2)获取当前关口无功Qt与节点电压Ut，判断是否越限；若是，进入步骤(3)；若无，进入步骤(8)；
(3)获取当前时间T1，针对所述控制单元内各无功电压调节设备i，若其同时满足以下条件，则设置该无功电压调节设备i状态为开放，否则设置该设备状态为闭锁：
1)T1与该无功电压调节设备i上一次动作时间Td,i间隔大于该设备闭锁时长Tlock,i，
2)已动作次数Nact,i不大于动作次数限值Nlmt,i；
(4)判断是否有状态为开放的设备，若有则针对步骤(3)中被标记为开放的设备，根据步骤(2)中获取的Qt、Ut及步骤(1)中设置的AVC控制策略，下发动作指令，并标记动作的无功电压调节设备为动作；否则，进入步骤(8)；
(5)分别获取时间提前量△t时间段内的节点电压的m维列向量U与关口无功的m维列向量Q，其中，m为△t时间段内测量装置所采集到的数据个数；
(6)计算U与Q的偏差率，分别为Vb-U％、Vb-Q％；
(7)针对步骤(4)中被标记为动作的各无功电压调节设备，计算并更新闭锁时长Tlock,i，更新动作时间Td,i为T1，已动作次数Nact,i自增1；
(8)启动下一时刻的控制，进入步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：步骤(6)所述偏差率的计算方法为：对于m维列向量N，其偏差率Vb-N％为：
Figure FDA0002261533650000021
3.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：步骤(7)所述闭锁时长的计算方法为：
Figure FDA0002261533650000022
其中，Vb-k％为偏差率基准值，max(a,b)表示取a,b二者的最大值，M(T1)表示从0时开始到T1时刻所经历的时间，且该时间以分钟为单位。
4.根据权利要求3所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：步骤(7)所述Vb-k％取15％。
5.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：所述关口是指区域性电网之间电力设备资产和经营管理范围的分界处。
6.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：所述节点是指变电站中考核电压质量的母线。
7.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：所述越限是指获取的关口无功或节点电压不在运行人员的设定范围内。
8.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：所述设备是指变电站内的无功电压调节设备，包括主变、电容器、电抗器中的一种以上。
9.根据权利要求1所述的一种考虑动态闭锁时长的变电站无功电压控制方法，其特征在于：所述闭锁是指禁止无功电压调节设备动作。
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