CN108011377A - 基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征在于：配电网自动电压控制系统以自治控制区域为单元对配电网的电压无功进行控制，包括电压越限控制和馈线无功越限控制，直至消除电压和无功越限。本发明以馈线分段开关作为边界划分自治控制区域，利用了开关和无功可调设备数据采集配置完善，可代表区域内的电压水平，避免了对全网数据采集完备性的依赖；以自治控制区域作为控制单元参与主动配电网自动电压控制，考虑了自治控制区域、非自治控制区域和馈线无功之间的协调控制，中间不需设置协调控制器，减少成本。

Description

基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法

技术领域

本发明涉及配电网电压无功控制技术领域，具体涉及一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法。

背景技术

自动电压控制(AVC)技术在高压配电网中已广泛应用，但常规中压配电网由于无功可调设备少、自动化水平低使自动电压控制技术难以应用。主动配电网技术的推广及应用为中压配电网的自动电压控制带来了契机。首先，主动配电网引入了大量可控的分布式电源，使配网电压无功控制的手段更加丰富；其次，智能设备如智能RTU(远程终端单元)、智能TTU(配变终端)在主动配电网中将会广泛应用，智能设备与配网调度系统实时交互信息并能接收调度系统的控制指令，这使得在配网调度系统实现自动电压控制成为可能。但与此同时，分布式发电的高渗透也对配电网的电压水平及控制策略产生一系列复杂的影响，这也给电压无功控制提出了新的挑战。

目前，主动配电网自动电压控制的研究主要基于最优化理论，对整个配电网的电压无功调节设备和配电网各处的有功无功潮流进行综合优化，所以需要完备的数据采集信息，而这在配电网中是难以实现的。主动配电网中既有无功连续可调设备也有无功离散调节设备，这对优化求解也带了极大的困难，目前还难以实用化。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，解决了主动配电网自动电压控制的研究主要基于最优化理论对数据采集信息的依赖和优化求解难以实用化的问题。

为了实现上述目标，本发明技术方案提供了一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征在于：配电网自动电压控制系统以自治控制区域为单元对配电网的电压无功进行控制，包括电压越限控制和馈线无功越限控制，包括步骤：

1)本运行周期开始，配电网自动电压控制系统从配电网调度系统获取当前电网断面运行状态信息；

2)进行网络拓扑分析，形成实时连接馈线集合RTFeeder＝{F₁,F₂,…,F_n}和实时连接馈线内的自治控制区域集合SCArea＝{A_ij}和非自治控制区域NCArea，F_n为第n个实时连接馈线，A_ij为第i个实时连接馈线内的第j个自治控制区域；

3)自治控制区域主控设备计算：主控设备为自治控制区域内无功调节裕度最大的设备C＝max{M₁,M₂,…,M_k}，M_k为该自治控制区域内第k个无功可调设备的无功调节裕度，实时连接馈线的主控设备集合为MC＝{C₁,C₂,...C_j}，C_j为第j个自治控制区域的主控设备；

4)判断当前断面下主动配电网是否出现电压越限，若出现电压越限，则根据最大电压越限设备所处实时连接馈线的区域来选择相应的主控设备作为最大电压越限设备的控制设备，并按控制设备对最大电压越限设备的调节灵敏度计算调节目标值；

5)如果主动配电网不存在电压越限，则判断实时连接馈线进线开关无功功率是否越限，若存在无功越限，则根据实时连接馈线内的主控设备对馈线进线开关的调节灵敏度大小来选择控制设备，并按控制设备对馈线进线开关的调节灵敏度计算调节目标值；

6)下一个周期开始，重复步骤1)～5)，直至消除电压和无功越限。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述电压越限指配电网中的设备电压采集值超过设定的电压上、下限值，所述无功越限是指配电网中馈线进线开关的无功功率采集值超过设定的无功上、下限值。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述当前电网断面运行状态信息包括电压采集值、无功功率采集值和开关刀闸的分合状态。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述步骤4)，包括步骤：

S1：若所有无功可调设备均无调节裕度时，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑来改变馈线电压分布，使得馈线电压恢复到正常范围内；否则，执行步骤S2；

S2：判断实时连接馈线F_n内部是否同时存在电压越上限和越下限，若同时存在，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑来改变馈线电压分布，使得馈线电压恢复到正常范围内；若不同时存在越上限和越下限，则执行如下步骤S3～S7；

S3：计算实时连接馈线内最大电压越限量ΔU_overmax，得到ΔU_overmax时对应的设备即为最大电压越限设备；

S4：选择控制设备：若最大电压越限设备位于自治控制区域，则控制设备即为所述步骤3)中的自治控制区域的主控设备；若最大电压越限设备位于非自治控制区域，则控制设备为所述步骤3)中实时连接馈线的主控设备集合MC中对最大电压越限设备调节灵敏度最大的设备D＝max{S_c1,S_c2,...S_cj}，S_cj为第j个区域的主控设备C_j对最大电压越限设备的调节灵敏度；

S5：按灵敏度计算控制设备对最大电压越限设备的无功调节量ΔQ_D：ΔQ_D＝ΔU_overmax/S_over,D，其中，S_over,D为控制设备对最大电压越限设备的电压调节灵敏度；

S6：计算控制设备的无功功率调节目标值Q_Dt：Q_Dt＝Q_Dr±ΔQ_D，Q_Dr为控制设备当前无功采集值，越上限时上式等号右侧为“-”，越下限时上式等号右侧为“+”；

S7：配电网自动电压控制系统通过通信通道将控制设备的调节目标值下发到控制设备的采集终端装置，控制设备按调节目标值进行无功功率调节。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述最大电压越限量ΔU_overmax计算方法为：若是越电压上限ΔU_overmax＝Max|U_mreal-U_muplimit|，U_mreal为实时连接馈线内第m个设备的电压采集值， U_muplimit为实时连接馈线内第m个设备的电压上限定值；若是越电压下限ΔU_overmax＝Max|U_mreal-U_mdownlimit|，U_mdownlimit为实时连接馈线内第m个设备的电压下限定值。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述采集终端装置包括远程终端单元RTU、配变终端TTU。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述步骤5)，具体包括步骤：

N1：若所有无功可调设备均无调节裕度时，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑改变馈线无功分布，使馈线进线开关无功功率恢复到正常范围内；

N2：控制设备选择：控制设备为步骤3)中实时连接馈线的主控设备集合MC 中对馈线进线开关无功调节灵敏度最大的设备K＝max{S_t1,S_t2,...S_tp}，S_tp为第p个区域的主控设备C_p对馈线进线开关的无功调节灵敏度；

N3：按灵敏度计算控制设备对进线开关的无功调节量ΔQ_K：ΔQ_K＝ΔQ_bk/S_bk,K，其中，S_bk,K为控制设备对进线开关的无功调节灵敏度，ΔQ_bk为进线开关无功越限量；

N4：计算控制设备的无功功率调节目标值：Q_Kt＝Q_Kr±ΔQ_K，Q_Kr为控制设备当前无功采集值，越上限时上式等号右侧为“+”，越下限时上式等号右侧为“-”；

N5：配电网自动电压控制系统通过通信通道将控制设备的无功功率调节目标值下发到控制设备的采集终端装置，控制设备按调节目标值进行无功功率调节。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述进线开关无功越限量ΔQ_bk计算方法为：若是越无功上限ΔQ_bk＝Q_bkr-Q_bkuplimt， Q_bkr为进线开关当前无功采集值，Q_bkuplimt为进线开关无功上限定值；若是越无功下限ΔQ_bk＝Q_bkdownlimt-Q_bkr，Q_bkdownlimt为进线开关无功下限定值。

前述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述采集终端装置包括远程终端单元RTU、配变终端TTU。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明以馈线分段开关作为边界划分自治控制区域，利用了开关和无功可调设备数据采集配置完善，可代表区域内的电压水平，避免了对全网数据采集完备性的依赖；

2、本发明以自治控制区域作为控制单元参与主动配电网自动电压控制，考虑了自治控制区域、非自治控制区域和馈线无功之间的协调控制，中间不需设置协调控制器，减少成本。

附图说明

图1是自治控制区域划分示意图；

图2是一个周期的主动配电网自动电压控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例：

如图1所示，为自治控制区域划分示意图，自治控制区域即包括无功可调设备的控制区域，所述控制区域为馈线上分段开关到线路末端构成的区域或馈线上分段开关之间构成的区域，所述无功可调设备为无功可调的分布式电源或无功补偿设备。图1中自治控制区域包括区域1和区域2，主动配电网包括一个配电网自动电压控制系统和若干自治控制区域；图1中BK1和BK2为两条馈线的进线开关；

图1中无功可调设备包括：分布式电源G和无功补偿设备C(容抗器、静止无功补偿器(SVC))，其具有无功可调能力。区域1包括分布式电源G、开关及包围在区域内的负荷；区域2包括无功补偿设备C、开关及包围在区域内的配变和负荷；不在区域1和区域2范围内的所有设备组成馈线的非自治控制区域。分布式电源G通过RTU(远程终端单元)与配电网自动电压控制系统通信，无功补偿设备C通过TTU(配变终端)与配电网自动电压控制系统通信。

如图2所示，一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，配电网自动电压控制系统以自治控制区域为单元对配电网的电压无功进行控制，包括电压越限控制和馈线无功越限控制；所述电压越限指配电网中的设备电压采集值超过设定的电压上、下限值，所述无功越限是指配电网中馈线进线开关的无功功率采集值超过设定的无功上、下限值；具体包括如下步骤：

1：本运行周期开始，配电网自动电压控制系统从配网调度系统获取当前电网断面运行状态信息，包括：电压采集值、无功功率采集值和开关刀闸的分合状态；

2：进行网络拓扑分析，形成实时连接馈线集合RTFeeder＝{F₁,F₂,…,F_n}和实时连接馈线下的自治控制区域集合SCArea＝{A_ij}和非自治控制区域NCArea，F_n为第n个实时连接馈线，A_ij为第i个实时连接馈线内的第j个自治控制区域；本实施例中，形成实时连接馈线F₁和该实时连接馈线下的自治控制区域集合 SCArea＝{A₁₁，A₁₂}和非自治控制区域NCArea，A₁₁对应区域1，A₁₂对应区域2；

3：自治控制区域主控设备计算：主控设备为自治控制区域内无功调节裕度最大的设备C＝max{M₁,M₂,…,M_k}，M_k为该自治控制区域内第k个无功可调设备的无功调节裕度，实时连接馈线的主控设备集合为MC＝{C₁,C₂,...C_j}，C_j为第j个区域的主控设备；在本实例中区域1的主控设备为分布式电源G，区域2的主控设备为无功补偿设备C；

4：判断当前断面下主动配电网是否出现电压越限，若出现电压越限，则根据最大电压越限设备所处实时连接馈线的区域来选择相应的主控设备作为最大电压越限设备的控制设备，并按控制设备对最大电压越限设备的调节灵敏度计算调节目标值；

具体步骤包括：

S1：若所有无功可调设备(本实施例中无功可调设备G和C)均无调节裕度时，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑来改变馈线电压分布，使得馈线电压恢复到正常范围内；否则，执行步骤S2；

S2：判断实时连接馈线F_n(判断本实施例的实时连接馈线F₁)内部是否同时存在电压越上限和越下限，若同时存在，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑来改变馈线电压分布，使得馈线电压恢复到正常范围内；若不同时存在越上限和越下限，则执行如下步骤S3～S7；

S3：计算实时连接馈线内最大电压越限量ΔU_overmax，若是越电压上限ΔU_overmax＝Max|U_mreal-U_{mup liitm}|，U_mreal为实时连接馈线内第m个设备的电压采集值， U_muplimit为实时连接馈线内第m个设备的电压上限定值；若是越电压下限ΔU_overmax＝Max|U_mreal-U_{mdown liitm}|，U_mdownlimit为实时连接馈线内第m个设备的电压下限定值；得到ΔU_overmax时对应的设备即为最大电压越限设备；

S4：选择控制设备：若最大电压越限设备位于自治控制区域，则控制设备即为步骤3中的自治控制区域的主控设备；若最大电压越限设备位于非自治控制区域，则控制设备为步骤3中实时连接馈线的主控设备集合MC中对最大电压越限设备调节灵敏度最大的设备D＝max{S_c1,S_c2,...S_cj}，S_cj为第j个区域的主控设备C_j对最大电压越限设备的调节灵敏度；

S5：按灵敏度计算控制设备对最大电压越限设备的无功调节量：ΔQ_D＝ΔU_overmax/S_over,D，其中，S_over,D为控制设备对最大电压越限设备的电压调节灵敏度，ΔU_overmax为最大电压越限量，ΔQ_D为控制设备对最大电压越限设备的无功调节量；

S6：计算控制设备的无功功率调节目标值Q_Dt：Q_Dt＝Q_Dr±ΔQ_D，Q_Dr为控制设备当前无功采集值，越上限时上式等号右侧为“-”，越下限时上式等号右侧为“+”；

S7：配电网自动电压控制系统通过通信通道将控制设备的调节目标值下发到控制设备的采集终端装置(RTU或TTU)(本实施例：无功可调设备G的RTU 或C的TTU)，控制设备按调节目标值进行无功功率调节；

5：如果主动配电网不存在电压越限，则判断实时连接馈线F₁进线开关(BK1) 无功功率是否越限，若存在无功越限，则根据实时连接馈线内的主控设备对馈线进线开关的调节灵敏度大小来选择控制设备，并按控制设备对馈线进线开关的调节灵敏度计算调节目标值；

具体步骤包括：

N1：若所有无功可调设备(无功可调设备G和C)均无调节裕度时，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑改变馈线无功分布，使馈线进线开关无功功率恢复到正常范围内；

N2：控制设备选择：控制设备为步骤3中实时连接馈线的主控设备集合MC 中对馈线进线开关无功调节灵敏度最大的设备K＝max{S_t1,S_t2,...S_tp}，S_tp为第p个区域的主控设备C_p对馈线进线开关的无功调节灵敏度；

N3：按灵敏度计算控制设备对进线开关的调节量：ΔQ_K＝ΔQ_bk/S_bk,K，其中， S_bk,K为控制设备对进线开关的无功调节灵敏度，ΔQ_bk为进线开关无功越限量，ΔQ_K为控制设备对进线开关的的无功调节量；若是越无功上限ΔQ_bk＝Q_bkr-Q_bkuplimt， Q_bkr为进线开关当前无功采集值，Q_bkuplimt为进线开关无功上限定值；若是越无功下限ΔQ_bk＝Q_bkdownlimt-Q_bkr，Q_bkdownlimt为进线开关无功下限定值；

N4：计算控制设备的无功功率调节目标值:Q_Kt＝Q_Kr±ΔQ_K，Q_Kr为控制设备当前无功采集值，越上限时上式等号右侧为“+”，越下限时上式等号右侧为“-”；

N5：配电网自动电压控制系统通过通信通道将控制设备的调节目标值下发到控制设备的采集终端装置(RTU或TTU)(本实施例：无功可调设备G的RTU 或C的TTU)，控制设备按调节目标值进行无功功率调节；

6：下一个周期开始，重复步骤1～5，直至消除电压和无功越限。

本发明以馈线分段开关作为边界划分自治控制区域，利用了开关和无功可调设备数据采集配置完善，可代表区域内的电压水平，避免了对全网数据采集完备性的依赖；

本发明以自治控制区域作为控制单元参与主动配电网自动电压控制，考虑了自治控制区域、非自治控制区域和馈线无功之间的协调控制，中间不需设置协调控制器，减少成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征在于：配电网自动电压控制系统以自治控制区域为单元对配电网的电压无功进行控制，包括电压越限控制和馈线无功越限控制，包括步骤：

1)本运行周期开始，配电网自动电压控制系统从配电网调度系统获取当前电网断面运行状态信息；

2)进行网络拓扑分析，形成实时连接馈线集合RTFeeder＝{F₁,F₂,…,F_n}和实时连接馈线内的自治控制区域集合SCArea＝{A_ij}和非自治控制区域NCArea，F_n为第n个实时连接馈线，A_ij为第i个实时连接馈线内的第j个自治控制区域；

3)自治控制区域主控设备计算：主控设备为自治控制区域内无功调节裕度最大的设备C＝max{M₁,M₂,…,M_k}，M_k为该自治控制区域内第k个无功可调设备的无功调节裕度，实时连接馈线的主控设备集合为MC＝{C₁,C₂,...C_j}，C_j为第j个自治控制区域的主控设备；

4)判断当前断面下主动配电网是否出现电压越限，若出现电压越限，则根据最大电压越限设备所处实时连接馈线的区域来选择相应的主控设备作为最大电压越限设备的控制设备，并按控制设备对最大电压越限设备的调节灵敏度计算调节目标值；

5)如果主动配电网不存在电压越限，则判断实时连接馈线进线开关无功功率是否越限，若存在无功越限，则根据实时连接馈线内的主控设备对馈线进线开关的调节灵敏度大小来选择控制设备，并按控制设备对馈线进线开关的调节灵敏度计算调节目标值；

6)下一个周期开始，重复步骤1)～5)，直至消除电压和无功越限。

2.根据权利要求1所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述电压越限指配电网中的设备电压采集值超过设定的电压上、下限值，所述无功越限是指配电网中馈线进线开关的无功功率采集值超过设定的无功上、下限值。

3.根据权利要求1所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述当前电网断面运行状态信息包括电压采集值、无功功率采集值和开关刀闸的分合状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述步骤4)，包括步骤：

S1：若所有无功可调设备均无调节裕度时，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑来改变馈线电压分布，使得馈线电压恢复到正常范围内；否则，执行步骤S2；

S2：判断实时连接馈线F_n内部是否同时存在电压越上限和越下限，若同时存在，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑来改变馈线电压分布，使得馈线电压恢复到正常范围内；若不同时存在越上限和越下限，则执行如下步骤S3～S7；

S3：计算实时连接馈线内最大电压越限量ΔU_overmax，得到ΔU_overmax时对应的设备即为最大电压越限设备；

S4：选择控制设备：若最大电压越限设备位于自治控制区域，则控制设备即为所述步骤3)中的自治控制区域的主控设备；若最大电压越限设备位于非自治控制区域，则控制设备为所述步骤3)中实时连接馈线的主控设备集合MC中对最大电压越限设备调节灵敏度最大的设备D＝max{S_c1,S_c2,...S_cj}，S_cj为第j个区域的主控设备C_j对最大电压越限设备的调节灵敏度；

S5：按灵敏度计算控制设备对最大电压越限设备的无功调节量ΔQ_D：ΔQ_D＝ΔU_overmax/S_over,D，其中，S_over,D为控制设备对最大电压越限设备的电压调节灵敏度；

S6：计算控制设备的无功功率调节目标值Q_Dt：Q_Dt＝Q_Dr±ΔQ_D，Q_Dr为控制设备当前无功采集值，越上限时上式等号右侧为“-”，越下限时上式等号右侧为“+”；

S7：配电网自动电压控制系统通过通信通道将控制设备的调节目标值下发到控制设备的采集终端装置，控制设备按调节目标值进行无功功率调节。

5.根据权利要求4所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述最大电压越限量ΔU_overmax计算方法为：若是越电压上限ΔU_overmax＝Max|U_mreal-U_muplimit|，U_mreal为实时连接馈线内第m个设备的电压采集值，U_muplimit为实时连接馈线内第m个设备的电压上限定值；若是越电压下限ΔU_overmax＝Max|U_mreal-U_mdownlimit|，U_mdownlimit为实时连接馈线内第m个设备的电压下限定值。

6.根据权利要求4所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述采集终端装置包括远程终端单元RTU、配变终端TTU。

7.根据权利要求1所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述步骤5)，具体包括步骤：

N1：若所有无功可调设备均无调节裕度时，则向配电自动化系统发送请求进行网络重构，通过改变网络拓扑改变馈线无功分布，使馈线进线开关无功功率恢复到正常范围内；

N2：控制设备选择：控制设备为步骤3)中实时连接馈线的主控设备集合MC中对馈线进线开关无功调节灵敏度最大的设备K＝max{S_t1,S_t2,...S_tp}，S_tp为第p个区域的主控设备C_p对馈线进线开关的无功调节灵敏度；

N3：按灵敏度计算控制设备对进线开关的无功调节量ΔQ_K：ΔQ_K＝ΔQ_bk/S_bk,K，其中，S_bk,K为控制设备对进线开关的无功调节灵敏度，ΔQ_bk为进线开关无功越限量；

N4：计算控制设备的无功功率调节目标值：Q_Kt＝Q_Kr±ΔQ_K，Q_Kr为控制设备当前无功采集值，越上限时上式等号右侧为“+”，越下限时上式等号右侧为“-”；

N5：配电网自动电压控制系统通过通信通道将控制设备的无功功率调节目标值下发到控制设备的采集终端装置，控制设备按调节目标值进行无功功率调节。

8.根据权利要求7所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述进线开关无功越限量ΔQ_bk计算方法为：若是越无功上限ΔQ_bk＝Q_bkr-Q_bkuplimt，Q_bkr为进线开关当前无功采集值，Q_bkuplimt为进线开关无功上限定值；若是越无功下限ΔQ_bk＝Q_bkdownlimt-Q_bkr，Q_bkdownlimt为进线开关无功下限定值。

9.根据权利要求7所述的一种基于自治控制区域的主动配电网自动电压控制方法，其特征是：所述采集终端装置包括远程终端单元RTU、配变终端TTU。