CN107565579B - 一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统无功电压控制技术领域，尤其涉及一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法。本发包括以下步骤：建立省地一体多源协同管控电网无功电压体系；基于上述省地一体多源协同管控电网无功电压体系，建立基于J2EE架构的无功电压考核系统。本发明解决了电网电压控制难度日益加大的问题，可有效降低风电、太阳能及其它清洁能源大规模并网对电网电压质量的影响，避免无功潮流大范围窜动，保障各电压等级优质供电，提升全网电压质量。省地一体全源协同管控电网无功电压管理体系为全国首创，尤其是将新能源电源、负荷管理统一纳入无功电压管理范围的做法具有显著的先进性，相比传统的电压无序控制模式更加合理、规范、先进。

Description

一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法
技术领域
本发明属于电力系统无功电压控制技术领域，尤其涉及一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法。
背景技术
电压质量是电力系统供电质量的关键性指标，也是反映电网运行、管理与控制水平的重要方面，因为电压质量与电网多方面因素息息相关，如网内电源结构、电源分布、网架结构、运行方式及负荷特性等，均会对局部或区域电压质量产生较大影响。由此可以看出电压控制既是一个局部问题，也是一个区域问题，要想实时调控出优质的电网电压，需要网内各区域、各电压等级协调配合，共同保证电压平稳运行，电压波动较小，电网优质供电。而且，随着特高压电网的投运，电力系统对电压稳定提出了更高的要求。
目前，无功电压控制采用“分层分区，就地平衡”的原则，通过调节不同电压等级的电容电抗器等无功调节设备以满足电压要求，但是随着风电、太阳能等清洁能源并网比例不断加大，电网电压控制难度日益加大，尤其在电网无功负荷突然增加的情况下，大量无功潮流在全网攒动，电压日波动率接近5％，仅仅依靠电容电抗器等无功资源已很难满足要求。事实上，在传统的控制方式中，不同级别调度机构，包括省、地缺乏协调管控理念，全网风电、火电、光伏、核电、水电等多类型电源的无功调节能力没有得到充分挖掘，难以实现全局电压控制，急需建立完善的理论体系方法和辅助管控系统以提高电压控制水平。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法，其目的是为了实现全局电压控制，提高省地协同控制水平，充分挖掘各电压等级的电源和无功设备的调节能力，提高全网电压质量。
为实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统，包括以下步骤：
步骤1：建立省地一体多源协同管控电网无功电压体系，明确了管理流程，强调省调与地调一体，电源与无功资源同台：提出省、地两级调度系统无功电压控制任务按则承担，同时强化省调对主网电源与地调、地调对配网电源与用户的双向管理；提出省、地在同一平台共管全网各电压等级水电、火电、风电等无功资源，达到无功资源突破调度指挥关系实现全局整合；
步骤2：基于上述省地一体多源协同管控电网无功电压体系，建立基于J2EE架构的无功电压考核系统。
所述无功电压考核系统是建立在J2EE体系架构上，即三层分布式应用体系结构，将用户界面、业务逻辑与数据资源进行分离；在客户端的具体实现上根据不同的应用场景采用不同的技术实现策略，即：对系统配置、业务应用等要求部署灵活、使用和维护简便的应用，采用以浏览器为主的实现方式；对与复杂业务系统创建相关的模块，采用集成化客户端的实现方式。
所述无功电压考核系统本部署在电力调度生产三区网络，并通过正反向隔离装置与一、二区网络交互，用于获取电网关键节点实时电压、有功、无功数据；该系统包含数据库服务器、文件存储服务器、及两台应用服务器，其中数据库服务器与文件存储服务器数据信息存储在光纤存储网中；无功电压考核系统通过与OMS系统的信息共享，将电厂设备信息及人员基础信息进行接入，并发布在三区网络中，地调及省调用户可在三区网络登录系统，进行信息浏览与审核；系统通过SCADA采集数据，以省调为责任主体，地调按照《地区电网变电站功率因数考核办法》实施变电站总功率因数管理，对220千伏变电站总功率因数合格率进行考核，自动实时统计各电站当前功率因数情况、电压波动情况、自动计算生成功率因数曲线指导调度员按趋势调节电压、进行变电站电压及功率因数日、月合格率分析统计；电厂按照《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》、《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》实施电厂机组无功积分电量管理，自动记录电厂高压母线越限时段、贡献无功积分电量、贡献无功积分电量是否合格、机组无功电压日考核情况及月考核统计分析。
所述无功电压考核系统中电厂考核部分涉及无功电源是否发挥足够的无功支撑作用，如果已经达到上/下限则不考核，电厂考核依据如下所述：
1)进相考核：当母线电压越过标准电压上限阈值，并且持续一定时间，则认为母线电压不合格，机组应该多吸收无功，即进相运行，设置一个进相最大无功调节能力或者是进相曲线，通过机组的实际有功出力，在进相曲线上找到其对应的理论无功出力，如果机组实际吸收的无功比进相最大无功调节能力还要多，则此时间段内是免考核的，否则，对机组的实际无功与进相最大无功调节能力之差做无功积分电量，用来考核；
2)迟相考核：当母线电压越过标准电压下限阈值，并且持续一定时间，则认为母线电压也不合格，机组应该多发出无功，即迟相运行，设置一个迟相最大无功调节能力，如果机组实际发出的无功比迟相最大无功调节能力还要多，则此时间段内是免考核的，否则，对机组的实际出力与迟相最大无功调节能力之差做无功积分电量，用来考核；
3)两种无功积分上下限-理论无功出力计算方法：
a.无功最大调节能力分为进相最大、迟相最大两个数值，迟相最大值可设定，默认为0.9，进相分两种，一种是进相0.97，一种是每个机组的进相曲线；
b.阶跃曲线方法：
Q1＝Q0±K(1-e-t/τ)
k＝5
0≤t≤1
τ＝0.15 (1)；
上述式(1)中：Q1表示理论无功出力，Q0表示无功出力初始值，t表示时间，K表示比例系数，г表示时间常数，e表示自然常数；
4)每天按机组的无功积分电量取绝对值求和，按照每天2分/万千乏时考核。
所述无功电压考核系统的总体架构自上而下包括如下层次：门户层/表示层、业务平台层、数据层、网络层；安全保障系统和信息化标准是贯穿所有层次的两大体系；
1)门户层/表示层：门户层/表示层是为最终用户提供服务的具体表现和接入点，在系统、建设中以网络门户为主；
2)业务平台层：汇交平台建设的目标就是完善无功电压考核管理体系；加强调度管理支撑和保障能力；提高无功电压考核系统资料信息的真实性、正确性、及时性和有效性；
3)数据层：数据层的内容在物理上部署于数据中心，数据中心是各业务应用系统、决策支持系统和信息服务系统运行的基础，数据中心建设包括满足业务系统运行并统一管理的各类业务数据库以及支撑这些数据库管理、动态更新和交换的软硬件基础环境；
4)网络层：网络层为基于宽带的电力系统业务网，数据交换通过内网和主干网来实现；
5)安全保障系统：安全系统设计为基础设施层、数据访问层、信息交换层、应用层四个层次，其中基础设施层包括网络安全基础设施和认证基础设施；数据访问层包括数据资源的安全性、数据访问、传输以及提取的安全性；信息交换层是保证信息传输的机密性、完整性和不可否认性，防止信息传输过程中的窃听和泄漏；应用层安全保证业务操作主体的可信性、可审计性以及不可抵赖性。
所述无功电压考核系统的计算流程包括：
1)曲线载入：系统自动输入省调根据相关规定和文件下发季度无功电压标准曲线及上下限；
2)数据初始化：系统初始化，电厂编号从1开始，表征所有电厂无功电量越限的向量初始值置0，表征所有电厂越限时刻数的向量初始值置0；
3)数据采集和计算：从第一家电厂开始，采集一天内所有时刻的有功、无功、电压数据，判断电压是否越限，如果电压越限，判断无功出力是否合理，如果不合理，则结合实际无功出力和公式(1)的理论无功出力进行计算超发无功电量，并将该时刻记为一个越限时刻，然后进入下一个时刻，重复以上工作，直到所有时刻判断计算结束，形成第i家电厂的超发电量sum(i)和超发时刻数pl(i)，所有电厂重复以上计算；
4)结果统计和排名：根据形成的电厂越限电量向量sum和越限点数向量pl，进行排名，并按照2分/万千乏时考核。
所述无功电压考核系统功能可进行灵活扩展，已经进入运行阶段，为反映所述的无功电压考核系统配在真实环境下的性能，评估并发用户对其的影响，在应用实际部署之前，分析系统瓶颈、优化系统对该系统进行了测试：
1)测试环境：
操作系统：Microsoft Windows Server 2008；
处理器：
Figure GDA0002763503160000041
E7520 1.87GHz；
内存：3.0GB；
IE版本：8.0；
2)测试指标和要求：
a.功能完善性：检查无功电压考核系统是否完成了设计所预期的全部功能以及各个功能的集成程度；
b.业务系统的可靠性：检查业务系统运行结果的正确性、错误处理能力；
c.应变能力：检查业务系统对需求变化的适应能力；
d.响应时间：检查业务系统在运行中的工作效率；
e.安全性：检查基础平台对数据安全的保护措施及防止失密和破坏的保护措施；在预期的安全性情况下，用户只能访问特定的功能，或者只能访问有限的数据；
f.友好性与一致性：检查业务系统用户界面的友好性，包括操作的便利性、提示信息的充分性、误操作后系统的稳定性、色彩的合理使用，以及操作及显示方面的一致性；
g.文档完整性：在业务系统开发过程中所产生的全部文档；此项测试旨在检查承建合同规定的所有文档是否完备；测试系统使用手册与业务系统的对应关系，是否精确地描述了各种功能以及易读性；
3)测试结果：
a.项目名称：无功电压考核系统；
b.测试代码千行(KLOC)：22.03；
c.缺陷数：A：1；B：12；C：11；D：3；合计：27；
d.缺陷密度：1.23。
一种提高无功电压控制水平的多源协同管控方法，包括以下步骤：
步骤1.曲线编制：第一阶段共有2个工作节点，明确省、地两级调度部门在无功电压管理方面的工作；
步骤2.曲线审核执行：第二阶段共有15个节点，通过省调、地调、电厂三方的沟通，修订第一阶段中编制的电压曲线、功率因数曲线，使得编制的曲线负荷电网运行需要，更为科学严谨；
步骤3.曲线考核：第三阶段共包含8个节点，明确电压及功率因数曲线执行效果的考核管理，通过考核促进全网无功电压管理水平的提升；
步骤4.问题汇总改进：第四阶段共包含5个节点，目的是总结在曲线制定、执行、考核过程中存在的管理问题及各处室在应用电压曲线过程中存在的问题，根据问题的具体情况对工作进行改进，避免在下一轮电压曲线制定中出现类似问题，将无功电压工作不断完善。
所述步骤1包括：
a.编制220千伏及以上电厂季度电压曲线及地调月度功率因数曲线；
220千伏及以上电厂季度电压曲线：省级调度部门应在每季度最后一个月的20日前编制220千伏及以上电压等级直调电厂下一季度电压运行曲线24点，应以历史电压曲线为基础，兼顾下一季度网架结构变化、负荷水平变化等因素，科学制定切实可行的电网电压运行曲线；
220千伏及以上变电站月度功率因数曲线：省级调度部门应在每个月的20日编制220千伏及以上电压等级变电站总功率因数曲线288点，应以历史负荷曲线为基础，兼顾负荷变化情况预测及地调66千伏系统电压情况制定变电站总功率因数曲线；
b.编制66千伏及以下电网季度电压曲线：
地区电网调度方式计划组应在每季度最后一个月的20日前编制网内66千伏及以下电压等级电厂下一季度电压运行曲线24点，应以历史电压曲线为基础，考虑风电、太阳能等清洁能源的突变性及间歇性的影响，将新能源电厂动态无功补偿设备纳入地区AVC系统调控等因素，制定地区电网电压曲线，并上报省调，作为省调考核66千伏及以下电压等级电厂的依据。
所述步骤2包括：
a.审核批准：
省调领导每个季度最后一个月的25日前审批220千伏及以上电压等级直调电厂电压曲线及地区220千伏及以上电压等级变电站总功率因数曲线；
地调领导每个季度最后一个月的25日前审批网内66千伏及以下电压等级接入电厂电压曲线，并将批准后切实可行的电压曲线上报省调，省调以此曲线为依据开展下一步工作；
b.下发季度电压曲线及地调月度功率因数曲线：
省调无功电压专责汇总管辖电网内全部电厂电压曲线及地区电网220千伏变电站总功率因数曲线，下发给电厂及地调征询意见；
c.专业负责人审核与意见反馈：
电厂收到电压曲线及地调收到变电站总功率因数曲线后，应预先分析曲线执行的可行性，提出可能存在的问题向省调反馈；
d.曲线修订、发布及存档留用：
省调在收到电厂及地调反馈意见后，结合电网运行需要、厂站反映问题的实际情况，对下发曲线进行修订，使之更符合电网实际运行需要；修订后曲线在每个季度最后一个月27日前完成电厂电压曲线发布，每个月27日前完成地调220千伏变电站总功率因数曲线发布；各电厂及地调按照曲线要求开展无功电压控制；
无功电压曲线及总功率因数曲线同步发布到各应用处室，供AVC、电压考核等高级应用系统使用；
所述步骤3包括：
a.电压及功率因数曲线考核：
省调以智能调度支持系统D5000系统采集的5分钟时间间隔数据，每天288点，考核220千伏及以上电压等级变电站总功率因数合格率；以WAMS系统采集的毫秒级数据考核电厂在电压越限期间机组贡献无功积分电量合格率；
b.考核结果预发布、反馈、确认：
省调每天发布当天的考核结果，但是是一种预发布的形式，电厂及各地调根据考核结果情况分析工作中的不足及运行中遇到的特殊情况；对影响考核结果的情况向省调申请考核结果复议；
不同电压等级的电厂申请考核结果复议的程序不同，220千伏及以上电压等级并网的电厂直接将复议内容上报省调，省调根据考核时段实际情况予以确认；66千伏及以下电压等级并网的电厂将复议内容报送地调，待地调确认核实后方可报送省调，省调根据实际情况给予确认；
地调对变电站功率因数考核结果存在异议时，直接将复议内容上报省调，省调根据电网实际运行情况给予确认；
c.考核结果发布：
省调每月3日前完成上个月电厂电压曲线执与变电站总功率因数执行情况考核统计，去除已确认的复议考核段，统计生成以电厂、供电公司为基本单位的考核结果，待省调领导批准后正式发布。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：
本发明建立了协同管控体系，开发了相应的电压考核系统，通过定量指标衡量各类电源、各变电站负荷在无功电压调解中应该承担的责任，从而发挥每个无功电源的潜力、加强每个无功负荷的控制能力，实现各级调度立体协同、全源有序参与、优质动态无功储备与充足静态无功资源协调配合的最优电压控制，解决了电网电压控制难度日益加大的问题。本发明可有效降低风电、太阳能及其它清洁能源大规模并网对电网电压质量的影响，避免无功潮流大范围窜动，保障各电压等级优质供电，提升全网电压质量。本发明是一种省地一体、电源与无功资源同台的管控方法体系，建立无功电压考核系统，保障各电压等级优质供电，提升全网电压水平。省地一体全源协同管控电网无功电压管理体系为全国首创，尤其是将新能源电源、负荷管理统一纳入无功电压管理范围的做法具有显著的先进性，相比传统的电压无序控制模式更加合理、规范、先进。
附图说明
下面将结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细完整的描述，但不限于本发明所例的实施例。
图1是本发明提出的管控系统及方法的体系组织架构、工作流程图；
图2是本发明基于J2EE的无功电压考核系统总体架构；
图3是本发明电厂机组无功电压考核系统计算流程图；
图4是变电站电压监测结果示意图；
图5是变电站电压波动率统计结果示意图；
图6是电厂机组电压监测及越限情况示意图；
图7是电厂电压越限时间分数统计；
图8是电厂电压越限电量分数统计；
图9是本发明系统硬件网络拓扑图。
具体实施方式
本发明是一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法，包括两部分，首先建立协同管控方法体系，使省调与地调一体，电源与无功资源同台：省、地两级调度系统无功电压控制任务按则承担，明晰两级调度责任，同时强化省调对主网电源与地调、地调对配网电源与用户的双向管理；全部电源无功资源同一平台共管，省、地共管全网各电压等级水电、火电、风电无功资源，达到无功资源突破调度指挥关系实现全局整合。其次是在方法体系指导下，根据管控体系建立基于J2EE架构的无功电压考核系统。该系统基于SCADA监测，最大限度获得各母线电压、有功功率、无功功率等网络参数，对越限变电站母线所属地调、越限高压母线所属发电厂进行监视、计算和考核。系统可面向省级电力调度机构所有直调水、火、风、光、核电厂，以及220kV变电站。是拥有体系指导，功能完备的全方位电压控制系统。形成以体系为指导，以考核促管控的全方位电压控制方法。下面进行详细说明。
步骤1：建立省地一体多源协同管控电网无功电压体系，明确了管理流程，强调省调与地调一体，电源与无功资源同台：提出省、地两级调度系统无功电压控制任务按则承担，同时强化省调对主网电源与地调、地调对配网电源与用户的双向管理；提出省、地在同一平台共管全网各电压等级水电、火电、风电等无功资源，达到无功资源突破调度指挥关系实现全局整合，体系组织架构、工作流程如附图1所示。
步骤2：基于上述省地一体多源协同管控电网无功电压体系，建立基于J2EE架构的无功电压考核系统，体系架构如图2所示。所述无功电压考核系统建立在J2EE体系架构上，即三层分布式应用体系结构，将用户界面、业务逻辑与数据资源进行分离。在客户端的具体实现上根据不同的应用场景采用不同的技术实现策略，即：对系统配置、业务应用等要求部署灵活、使用和维护简便的应用，采用以浏览器为主的实现方式；对与复杂业务系统创建相关的模块，采用集成化客户端的实现方式。本系统的硬件网络拓扑图如附图9所示。无功电压考核系统部署在电力调度生产三区网络，并通过正反向隔离装置与一、二区网络交互，用于获取电网关键节点实时电压、有功、无功数据。该系统硬件环境包含数据库服务器、文件存储服务器、及两台应用服务器，其中数据库服务器与文件存储服务器数据信息存储在光纤存储网中。无功电压考核系统通过与OMS系统的信息共享，将电厂设备信息及人员基础信息进行接入，并发布在三区网络中，地调及省调用户可在三区网络登录系统，进行信息浏览与审核。
系统通过SCADA采集数据，以省调为责任主体，地调按照《地区电网变电站功率因数考核办法》实施变电站总功率因数管理，对220千伏变电站总功率因数合格率进行考核，自动实时统计各电站当前功率因数情况、电压波动情况、自动计算生成功率因数曲线指导调度员按趋势调节电压、进行变电站电压及功率因数日、月合格率分析统计；电厂按照《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》、《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》实施电厂机组无功积分电量管理，自动记录电厂高压母线越限时段、贡献无功积分电量、贡献无功积分电量是否合格、机组无功电压日考核情况及月考核统计分析等等。
由于电厂考核部分涉及无功电源是否发挥足够的无功支撑作用，如果已经达到上/下限则不应考核，电厂考核指标计算流程如附图3所示，具体考核依据如下所述：
1)进相考核：当母线电压越过标准电压上限阈值，并且持续一定时间，则认为母线电压不合格，机组应该多吸收无功，即进相运行，设置一个进相最大无功调节能力或者是进相曲线，通过机组的实际有功出力，在进相曲线上找到其对应的理论无功出力，如果机组实际吸收的无功比进相最大无功调节能力还要多，则此时间段内是免考核的，否则，对机组的实际无功与进相最大无功调节能力之差做无功积分电量，用来考核；
2)迟相考核：当母线电压越过标准电压下限阈值，并且持续一定时间，则认为母线电压也不合格，机组应该多发出无功，即迟相运行，设置一个迟相最大无功调节能力，如果机组实际发出的无功比迟相最大无功调节能力还要多，则此时间段内是免考核的，否则，对机组的实际出力与迟相最大无功调节能力之差做无功积分电量，用来考核；
3)两种无功积分上下限-理论无功出力计算方法：
a.无功最大调节能力分为进相最大、迟相最大两个数值，迟相最大值可设定，默认为0.9，进相分两种，一种是进相0.97，一种是每个机组的进相曲线；
b.阶跃曲线方法：
Q1＝Q0±K(1-e-t/τ)
k＝5
0≤t≤1
τ＝0.15 (1)；
上述式(1)中：Q1表示理论无功出力，Q0表示无功出力初始值，t表示时间，K表示比例系数，г表示时间常数，e表示自然常数。
4)每天按机组的无功积分电量取绝对值求和，按照每天2分/万千乏时考核。
本系统功能可进行灵活扩展，已经进入运行阶段，为反映所述的无功电压考核系统配在真实环境下的性能，评估并发用户对其的影响，在应用实际部署之前，分析系统瓶颈、优化系统对该系统进行了测试：
1)测试环境：
操作系统：Microsoft Windows Server 2008；
处理器：
Figure GDA0002763503160000081
E7520 1.87GHz；
内存：3.0GB；
IE版本：8.0；
2)测试指标和要求：
a.功能完善性：
检查无功电压考核系统是否完成了设计所预期的全部功能以及各个功能的集成程度。
b.业务系统的可靠性：
检查业务系统运行结果的正确性、错误处理能力。
c.应变能力：
检查业务系统对需求变化的适应能力。
d.响应时间：
检查业务系统在运行中的工作效率。
e.安全性：
检查基础平台对数据安全的保护措施及防止失密和破坏的保护措施。在预期的安全性情况下，用户只能访问特定的功能，或者只能访问有限的数据。
f.友好性与一致性：
检查业务系统用户界面的友好性，包括操作的便利性、提示信息的充分性、误操作后系统的稳定性、色彩的合理使用，以及操作及显示方面的一致性。
g.文档完整性：
在业务系统开发过程中所产生的全部文档。此项测试旨在检查承建合同规定的所有文档是否完备。测试系统使用手册与业务系统的对应关系，是否精确地描述了各种功能以及易读性等。
3)测试结果：
a.项目名称：无功电压考核系统；
b.测试代码千行(KLOC)：22.03；
c.缺陷数：A：1；B：12；C：11；D：3；合计：27。
d.缺陷密度：1.23。
如图1所示，图1是本发明提出的一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统及方法的体系组织架构、工作流程图，包括以下步骤：
1、曲线编制：
第一阶段共有2个工作节点，主要明确省、地两级调度部门在无功电压管理方面的工作。
a.编制220千伏及以上电厂季度电压曲线及地调月度功率因数曲线；
220千伏及以上电厂季度电压曲线：省级调度部门应在每季度最后一个月的20日前编制220千伏及以上电压等级直调电厂下一季度电压运行曲线(24点)，应以历史电压曲线为基础，兼顾下一季度网架结构变化、负荷水平变化等因素，科学制定切实可行的电网电压运行曲线。
220千伏及以上变电站月度功率因数曲线：省级调度部门应在每个月的20日编制220千伏及以上电压等级变电站总功率因数曲线(288点)，应以历史负荷曲线为基础，兼顾负荷变化情况预测及地调66千伏系统电压情况制定变电站总功率因数曲线。
b.编制66千伏及以下电网季度电压曲线：
地区电网调度方式计划组应在每季度最后一个月的20日前编制网内66千伏及以下电压等级电厂下一季度电压运行曲线(24点)，应以历史电压曲线为基础，考虑风电、太阳能等清洁能源的突变性及间歇性的影响，将新能源电厂动态无功补偿设备纳入地区AVC系统调控等因素，制定地区电网电压曲线，并上报省调，作为省调考核66千伏及以下电压等级电厂的依据。
2、曲线审核执行：
第二阶段共有15个节点，主要通过省调、地调、电厂三方的沟通，修订第一阶段中编制的电压曲线、功率因数曲线，使得编制的曲线负荷电网运行需要，更为科学严谨。
a.审核批准：
省调领导每个季度最后一个月的25日前审批220千伏及以上电压等级直调电厂电压曲线及地区220千伏及以上电压等级变电站总功率因数曲线。
地调领导每个季度最后一个月的25日前审批网内66千伏及以下电压等级接入电厂电压曲线，并将批准后切实可行的电压曲线上报省调，省调以此曲线为依据开展下一步工作。
b.下发季度电压曲线及地调月度功率因数曲线：
省调无功电压专责汇总管辖电网内全部电厂电压曲线及地区电网220千伏变电站总功率因数曲线，下发给电厂及地调征询意见。
c.专业负责人审核与意见反馈：
电厂收到电压曲线及地调收到变电站总功率因数曲线后，应预先分析曲线执行的可行性，提出可能存在的问题向省调反馈。
d.曲线修订、发布及存档留用：
省调在收到电厂及地调反馈意见后，结合电网运行需要、厂站反映问题的实际情况，对下发曲线进行修订，使之更符合电网实际运行需要。修订后曲线在每个季度最后一个月27日前完成电厂电压曲线发布，每个月27日前完成地调220千伏变电站总功率因数曲线发布。各电厂及地调按照曲线要求开展无功电压控制。
无功电压曲线及总功率因数曲线同步发布到各应用处室，供AVC、电压考核等高级应用系统使用。
3)曲线考核：
第三阶段共包含8个节点，主要明确电压及功率因数曲线执行效果的考核管理，通过考核促进全网无功电压管理水平的提升。
b.电压及功率因数曲线考核：
省调以智能调度支持系统D5000系统采集的5分钟时间间隔数据，每天288点，考核220千伏及以上电压等级变电站总功率因数合格率；以WAMS系统采集的毫秒级数据考核电厂在电压越限期间机组贡献无功积分电量合格率。
b.考核结果预发布、反馈、确认：
省调每天发布当天的考核结果，但是是一种预发布的形式，电厂及各地调可根据考核结果情况分析工作中的不足及运行中遇到的特殊情况。对影响考核结果的情况可以向省调申请考核结果复议。
不同电压等级的电厂申请考核结果复议的程序不同，220千伏及以上电压等级并网的电厂直接将复议内容上报省调，省调根据考核时段实际情况予以确认。66千伏及以下电压等级并网的电厂将复议内容报送地调，待地调确认核实后方可报送省调，省调根据实际情况给予确认。
地调对变电站功率因数考核结果存在异议时，直接将复议内容上报省调，省调根据电网实际运行情况给予确认。
d.考核结果发布：
省调每月3日前完成上个月电厂电压曲线执与变电站总功率因数执行情况考核统计，去除已确认的复议考核段，统计生成以电厂、供电公司为基本单位的考核结果，待省调领导批准后正式发布。
4)问题汇总改进：
第四阶段共包含5个节点，目的是总结在曲线制定、执行、考核过程中存在的管理问题及各处室在应用电压曲线过程中存在的问题，根据问题的具体情况对工作进行改进，避免在下一轮电压曲线制定中出现类似问题，将无功电压工作不断完善。
如图2所示，图2是本发明基于J2EE的无功电压考核系统总体架构。系统总体架构自上而下包括如下层次：门户层/表示层、业务平台层、数据层、网络层；安全保障系统和信息化标准是贯穿所有层次的两大体系。
1)门户层/表示层：
门户层/表示层是为最终用户提供服务的具体表现和接入点，在系统、建设中以网络门户为主。
2)业务平台层：
汇交平台建设的主要目标就是完善无功电压考核管理体系；加强调度管理支撑和保障能力；提高无功电压考核系统资料信息的真实性、正确性、及时性和有效性。
3)数据层：
数据层的内容在物理上部署于数据中心，数据中心是各业务应用系统、决策支持系统和信息服务系统运行的基础，数据中心建设主要包括满足业务系统运行并统一管理的各类业务数据库以及支撑这些数据库管理、动态更新和交换的软硬件基础环境。
4)网络层：
网络层为基于宽带的电力系统业务网，数据交换主要通过内网和主干网来实现。
5)安全保障系统：
安全系统设计为基础设施层、数据访问层、信息交换层、应用层四个层次，其中基础设施层包括网络安全基础设施和认证基础设施；数据访问层包括数据资源的安全性、数据访问、传输以及提取的安全性；信息交换层主要是保证信息传输的机密性、完整性和不可否认性，防止信息传输过程中的窃听和泄漏。应用层安全保证业务操作主体的可信性、可审计性以及不可抵赖性。
如图3所示，图3是本发明电厂机组无功电压考核系统计算流程图。该流程包括：
1)曲线载入：系统自动输入省调根据相关规定和文件下发季度无功电压标准曲线及上下限；
2)数据初始化：系统初始化，电厂编号从1开始，表征所有电厂无功电量越限的向量初始值置0，表征所有电厂越限时刻数的向量初始值置0；
3)数据采集和计算：从第一家电厂开始，采集一天内所有时刻的有功、无功、电压数据，判断电压是否越限，如果电压越限，判断无功出力是否合理，如果不合理，则结合实际无功出力和公式(1)的理论无功出力进行计算超发无功电量，并将该时刻记为一个越限时刻，然后进入下一个时刻，重复以上工作，直到所有时刻判断计算结束，形成第i家电厂的超发电量sum(i)和超发时刻数pl(i)，所有电厂重复以上计算；
4)结果统计和排名：根据形成的电厂越限电量向量sum和越限点数向量pl，进行排名，并按照2分/万千乏时考核。
如图4所示，图4是变电站电压监测结果示意图。可以按日期查询变电站及电厂的母线及主变的电压、有功、无功、功率因数数据，并已图表形式进行展现。
如图5所示，图5是变电站电压波动率统计结果示意图，可按月份或按日期统计所有变电站及电厂的电压最大值和最小值，展示最值发生的时间，并计算电压波动率。
如图6所示，图6是电厂机组电压监测及越限情况示意图。查看电压电厂当日电压曲线，及电压上下限标准曲线，可总体了解电压的越限情况，并可实现局部放大缩小。
如图7所示，图7是电厂电压越限时间分数统计图。按月度统计电厂电压越限扣罚的总时长及总分数，点击明细按钮可查看扣罚电量日统计信息。
如图8所示，图8是电厂电压越限电量分数统计。查看电厂一个月内，所有日期的扣罚电量及电压越限时长情况，并在图形中进行显示，点击条形，可查看当天扣罚电量详情及当日电压曲线。

Claims (6)

1.一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：建立省地一体多源协同管控电网无功电压体系，明确了管理流程，强调省调与地调一体，电源与无功资源同台：提出省、地两级调度系统无功电压控制任务按责承担，同时强化省调对主网电源与地调、地调对配网电源与用户的双向管理；提出省、地在同一平台共管全网各电压等级无功资源，包括：水电、火电、风电，达到无功资源突破调度指挥关系实现全局整合；
步骤2：基于上述省地一体多源协同管控电网无功电压体系，建立基于J2EE架构的无功电压考核系统；
所述无功电压考核系统是建立在J2EE体系架构上，即三层分布式应用体系结构，将用户界面、业务逻辑与数据资源进行分离；在客户端的具体实现上根据不同的应用场景采用不同的技术实现策略，即：对无功电压考核系统配置、业务应用的要求部署灵活、使用和维护简便的应用，采用以浏览器为主的实现方式；对与复杂业务系统创建相关的模块，采用集成化客户端的实现方式；
所述无功电压考核系统中电厂考核部分涉及无功电源是否发挥足够的无功支撑作用，如果已经达到上/下限则不考核，电厂考核依据如下所述：
1)进相考核：当母线电压越过标准电压上限阈值，并且持续一定时间，则认为母线电压不合格，机组应该多吸收无功，即进相运行，设置一个进相最大无功调节能力或者是进相曲线，通过机组的实际有功出力，在进相曲线上找到其对应的理论无功出力，如果机组实际吸收的无功比进相最大无功调节能力还要多，则此时间段内是免考核的，否则，对机组的实际无功与进相最大无功调节能力之差做无功积分电量，用来考核；
2)迟相考核：当母线电压越过标准电压下限阈值，并且持续一定时间，则认为母线电压也不合格，机组应该多发出无功，即迟相运行，设置一个迟相最大无功调节能力，如果机组实际发出的无功比迟相最大无功调节能力还要多，则此时间段内是免考核的，否则，对机组的实际出力与迟相最大无功调节能力之差做无功积分电量，用来考核；
3)两种无功积分上下限-理论无功出力计算方法：
a.无功最大调节能力分为进相最大、迟相最大两个数值，迟相最大值可设定，默认为0.9，进相分两种，一种是进相0.97，一种是每个机组的进相曲线；
b.阶跃曲线方法：
Q1＝Q0±K(1-e-t/τ)
k＝5
0≤t≤1
τ＝0.15 (1)；
上述式(1)中：Q1表示理论无功出力，Q0表示无功出力初始值，t表示时间，K表示比例系数，τ表示时间常数，e表示自然常数；
4)每天按机组的无功积分电量取绝对值求和，按照每天2分/万千乏时考核。
2.根据权利要求1所述的一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统，其特征是：所述无功电压考核系统本部署在电力调度生产三区网络，并通过正反向隔离装置与一、二区网络交互，用于获取电网关键节点实时电压、有功、无功数据；无功电压考核系统包含数据库服务器、文件存储服务器、及两台应用服务器，其中数据库服务器与文件存储服务器数据信息存储在光纤存储网中；无功电压考核系统通过与OMS系统的信息共享，将电厂设备信息及人员基础信息进行接入，并发布在三区网络中，地调及省调用户可在三区网络登录系统，进行信息浏览与审核；
无功电压考核系统通过SCADA采集数据，以省调为责任主体，地调按照《地区电网变电站功率因数考核办法》实施变电站总功率因数管理，对220千伏变电站总功率因数合格率进行考核，自动实时统计各电站当前功率因数情况、电压波动情况、自动计算生成功率因数曲线指导调度员按趋势调节电压、进行变电站电压及功率因数日、月合格率分析统计；电厂按照《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》、《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》实施电厂机组无功积分电量管理，自动记录电厂高压母线越限时段、贡献无功积分电量、贡献无功积分电量是否合格、机组无功电压日考核情况及月考核统计分析。
3.根据权利要求1所述的一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统，其特征是：所述无功电压考核系统的总体架构自上而下包括如下层次：门户层/表示层、业务平台层、数据层、网络层；安全保障系统和信息化标准是贯穿所有层次的两大体系；
1)门户层/表示层：门户层/表示层是为最终用户提供服务的具体表现和接入点，在无功电压考核系统、建设中以网络门户为主；
2)业务平台层：汇交平台建设的目标就是完善无功电压考核管理体系；加强调度管理支撑和保障能力；提高无功电压考核系统资料信息的真实性、正确性、及时性和有效性；
3)数据层：数据层的内容在物理上部署于数据中心，数据中心是各业务应用系统、决策支持系统和信息服务系统运行的基础，数据中心建设包括满足业务系统运行并统一管理的各类业务数据库以及支撑这些数据库管理、动态更新和交换的软硬件基础环境；
4)网络层：网络层为基于宽带的电力系统业务网，数据交换通过内网和主干网来实现；
5)安全保障系统：安全系统设计为基础设施层、数据访问层、信息交换层、应用层四个层次，其中基础设施层包括网络安全基础设施和认证基础设施；数据访问层包括数据资源的安全性、数据访问、传输以及提取的安全性；信息交换层是保证信息传输的机密性、完整性和不可否认性，防止信息传输过程中的窃听和泄漏；应用层安全保证业务操作主体的可信性、可审计性以及不可抵赖性。
4.根据权利要求1所述的一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统，其特征是：所述无功电压考核系统的计算流程包括：
1)曲线载入：无功电压考核系统自动输入省调根据相关规定和文件下发季度无功电压标准曲线及上下限；
2)数据初始化：无功电压考核系统初始化，电厂编号从1开始，表征所有电厂无功电量越限的向量初始值置0，表征所有电厂越限时刻数的向量初始值置0；
3)数据采集和计算：从第一家电厂开始，采集一天内所有时刻的有功、无功、电压数据，判断电压是否越限，如果电压越限，判断无功出力是否合理，如果不合理，则结合实际无功出力和公式(1)的理论无功出力进行计算超发无功电量，并将该时刻记为一个越限时刻，然后进入下一个时刻，重复以上工作，直到所有时刻判断计算结束，形成第i家电厂的超发电量sum(i)和超发时刻数pl(i)，所有电厂重复以上计算；
4)结果统计和排名：根据形成的电厂越限电量向量sum和越限点数向量pl，进行排名，并按照2分/万千乏时考核。
5.根据权利要求1所述的一种提高无功电压控制水平的多源协同管控系统，其特征是：所述无功电压考核系统功能可进行灵活扩展，已经进入运行阶段，为反映所述的无功电压考核系统配在真实环境下的性能，评估并发用户对其的影响，在应用实际部署之前，分析系统瓶颈、优化系统对该系统进行了测试：
1)测试环境：
操作系统：Microsoft Windows Server 2008；
处理器：
Figure FDA0002941868260000041
E7520 1.87GHz；
内存：3.0GB；
IE版本：8.0；
2)测试指标和要求：
a.功能完善性：检查无功电压考核系统是否完成了设计所预期的全部功能以及各个功能的集成程度；
b.业务系统的可靠性：检查业务系统运行结果的正确性、错误处理能力；
c.应变能力：检查业务系统对需求变化的适应能力；
d.响应时间：检查业务系统在运行中的工作效率；
e.安全性：检查基础平台对数据安全的保护措施及防止失密和破坏的保护措施；在预期的安全性情况下，用户只能访问特定的功能，或者只能访问有限的数据；
f.友好性与一致性：检查业务系统用户界面的友好性，包括操作的便利性、提示信息的充分性、误操作后系统的稳定性、色彩的合理使用，以及操作及显示方面的一致性；
g.文档完整性：在业务系统开发过程中所产生的全部文档；此项测试旨在检查承建合同规定的所有文档是否完备；测试系统使用手册与业务系统的对应关系，是否精确地描述了各种功能以及易读性；
3)测试结果：
a.项目名称：无功电压考核系统；
b.测试代码千行(KLOC)：22.03；
c.缺陷数：A：1；
B：12；
C：11；
D：3；
合计：27；
d.缺陷密度：1.23。
6.一种提高无功电压控制水平的多源协同管控方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1.曲线编制：第一阶段共有2个工作节点，明确省、地两级调度部门在无功电压管理方面的工作；包括：
a.编制220千伏及以上电厂季度电压曲线及地调月度功率因数曲线；
220千伏及以上电厂季度电压曲线：省级调度部门应在每季度最后一个月的20日前编制220千伏及以上电压等级直调电厂下一季度电压运行曲线24点，应以历史电压曲线为基础，兼顾下一季度网架结构变化和负荷水平变化的因素，科学制定切实可行的电网电压运行曲线；
220千伏及以上变电站月度功率因数曲线：省级调度部门应在每个月的20日编制220千伏及以上电压等级变电站总功率因数曲线288点，应以历史负荷曲线为基础，兼顾负荷变化情况预测及地调66千伏系统电压情况制定变电站总功率因数曲线；
b.编制66千伏及以下电网季度电压曲线：
地区电网调度方式计划组应在每季度最后一个月的20日前编制网内66千伏及以下电压等级电厂下一季度电压运行曲线24点，应以历史电压曲线为基础，考虑风电、太阳能清洁能源的突变性及间歇性的影响，将新能源电厂动态无功补偿设备纳入地区AVC系统调控因素，制定地区电网电压曲线，并上报省调，作为省调考核66千伏及以下电压等级电厂的依据；
步骤2.曲线审核执行：第二阶段共有15个节点，通过省调、地调、电厂三方的沟通，修订第一阶段中编制的电压曲线、功率因数曲线，使得编制的曲线满足电网运行需要；包括：
a.审核批准：
省调管理人员每个季度最后一个月的25日前审批220千伏及以上电压等级直调电厂电压曲线及地区220千伏及以上电压等级变电站总功率因数曲线；
地调管理人员每个季度最后一个月的25日前审批网内66千伏及以下电压等级接入电厂电压曲线，并将批准后切实可行的电压曲线上报省调，省调以此曲线为依据开展下一步工作；
b.下发季度电压曲线及地调月度功率因数曲线：
省调无功电压专责汇总管辖电网内全部电厂电压曲线及地区电网220千伏变电站总功率因数曲线，下发给电厂及地调征询意见；
c.专业负责人审核与意见反馈：
电厂收到电压曲线及地调收到变电站总功率因数曲线后，应预先分析曲线执行的可行性，提出可能存在的问题向省调反馈；
d.曲线修订、发布及存档留用：
省调在收到电厂及地调反馈意见后，结合电网运行需要、厂站反映问题的实际情况，对下发曲线进行修订，使之更符合电网实际运行需要；修订后曲线在每个季度最后一个月27日前完成电厂电压曲线发布，每个月27日前完成地调220千伏变电站总功率因数曲线发布；各电厂及地调按照曲线要求开展无功电压控制；
无功电压曲线及总功率因数曲线同步发布到各应用处室，供高级应用系统使用；所述高级应用系统包括：AVC和电压考核；
步骤3.曲线考核：第三阶段共包含8个节点，明确电压及功率因数曲线执行效果的考核管理，通过考核促进全网无功电压管理水平的提升；包括：
a.电压及功率因数曲线考核：
省调以智能调度支持系统D5000系统采集的5分钟时间间隔数据，每天288点，考核220千伏及以上电压等级变电站总功率因数合格率；以WAMS系统采集的毫秒级数据考核电厂在电压越限期间机组贡献无功积分电量合格率；
b.考核结果预发布、反馈、确认：
省调每天发布当天的考核结果，但是是一种预发布的形式，电厂及各地调根据考核结果情况分析工作中的不足及运行中遇到的特殊情况；对影响考核结果的情况向省调申请考核结果复议；
不同电压等级的电厂申请考核结果复议的程序不同，220千伏及以上电压等级并网的电厂直接将复议内容上报省调，省调根据考核时段实际情况予以确认；66千伏及以下电压等级并网的电厂将复议内容报送地调，待地调确认核实后方可报送省调，省调根据实际情况给予确认；
地调对变电站功率因数考核结果存在异议时，直接将复议内容上报省调，省调根据电网实际运行情况给予确认；
c.考核结果发布：
省调每月3日前完成上个月电厂电压曲线执与变电站总功率因数执行情况考核统计，去除已确认的复议考核段，统计生成以电厂、供电公司为基本单位的考核结果，待省调管理人员批准后正式发布；
步骤4.问题汇总改进：第四阶段共包含5个节点，目的是总结在曲线制定、执行、考核过程中存在的管理问题及各处室在应用电压曲线过程中存在的问题，根据问题的具体情况对工作进行改进，避免在下一轮电压曲线制定中出现类似问题，将无功电压工作不断完善。
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