CN108631308A - 一种500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动电压控制中500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法，其技术特点在于包括以下步骤：步骤1、预先设定电网的控制周期T；步骤2、基于潮流模型计算得到220kV站母线对500kV站主变之间的有功准稳态的灵敏度S_ij；步骤3、读取96点220kV变电站的母线有功负荷预测数据F_i；步骤4、计算出站i归算到站j上的有功负荷预测数据：步骤5、形成500kV j站的有功负荷预测数据：步骤6、预测500kV j站的负荷变化负荷趋势。本发明通过500kV站的有功负荷预测数据趋势，进行提前预防控制，从而消除电压波动。

Description

一种500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法

技术领域

本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，涉及变电站有功负荷变化趋势的预测方法，尤其是一种500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法。

背景技术

自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用电网实时运行数据，从电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。AVC系统以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环地进行电压的实时优化控制，实现了无功电压协调控制方案的在线生成、实时下发、闭环自动控制等一整套分析、决策、控制，以及再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题，能够有效地克服传统的电网无功电压控制手段存在的不足，提高电网安全稳定经济运行的水平。

涉及到有功灵敏度的计算，有功负荷灵敏度的物理意义为在某母线上增加注入单位有功后，电网中各主变的有功变化。孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13)中提出了准稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器(AVR)时，可认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节(AQR)或自动功率因数调节(APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。本发明的灵敏度计算中均采用上述准稳态灵敏度方法。

考虑有功负荷预测的变电站优化控制，鄂志君，张宝栋，刘伟在《大规模城市电网基于统一无功优化的自动电压控制》(电力系统及其自动化学报，2016年12月第28卷增刊，pp.56-2)中提出了基于变电站未来负荷变化自动设置该参数以实现电压优化控制的方法；其过程的物理意义说明如下：如果通过对变电站母线负荷预测数据的检查，可以判定未来一段时间变电站负荷将进入快速连续上升阶段(低谷向高峰转换)，则此时将优化死区参数设置为较小值(如1.0kV)，一方面及时响应负荷变化造成的电压变化并投入无功补偿设备；另一方面由于未来时段负荷连续增加，一般也不会出现由于负荷波动造成的电压越限。如果通过对变电站母线负荷预测数据的检查，可以判定未来一段时间变电站负荷将进入快速连续下降阶段(高峰向平峰低谷)，则设置优化死区参数为中间值(如1.5kV)，这样随着负荷的降低，可以及时退出无功补偿设备，避免电压越限。如果通过对变电站母线负荷预测数据的检查，可以判定不属于上述二种情况，说明此时变电站负荷处于平稳阶段，将优化死区参数设置为较大值(如2.0kV)，避免由于负荷短时波动导致的电压波动触发优化控制，减少无功设备频繁投切。在省级电网中，500kV变电站没有直接的有功负荷预测数据，因此不能直接应用这种方法。

母线负荷预测就是变电站的下网负荷，为电网节点负荷。因此母线负荷预测以节点负荷为预测对象。在省级电网中，母线负荷预测给出的是220kV变电站的下网负荷预测，对应的500kV变电站是没有预测数据；而自动电压控制500kV站时，需要知道500kV变电站的负荷趋势，但实际工作中，没有做500kV变电站的有功负荷预测，因此，如何通过200kV变电站的数据归算出500kV变电站的负荷预测数据，进而预测500kV变电站有功负荷变化趋势是本领域技术人员急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法，能够通过200kV变电站的数据归算出500kV变电站的负荷预测数据，进而预测500kV变电站有功负荷变化趋势。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法，包括如下步骤：

步骤1、预先设定电网的控制周期T；

步骤2、在每个控制周期T来临时，基于潮流模型计算得到220kV站母线对500kV站主变之间的有功准稳态的灵敏度S_ij，其中，S_ij的物理意义为第i座220kV变电站的220kV母线上注入单位有功，对应的第j座500kV变电站的主变有功的变化量；并以电网中全部的220kV、500kV变电站集合S₂₂₀、S₅₀₀为对象，求出全部的S_ij并形成i*j阶有功准稳态的灵敏度矩阵如下：

其中，S_ij为变电站i的220kV变电站的220kV母线对500kV变电站j的主变的电压灵敏度；S_cv为灵敏度矩阵；

步骤3、读取96点220kV变电站的母线有功负荷预测数据F_i；

步骤4、根据步骤2的灵敏度矩阵S_cv和步骤3的96点220kV变电站的母线有功负荷预测数据F_i计算出站i归算到站j上的有功负荷预测数据：

F_ij＝S_cv*F_i

步骤5、定义灵敏度检测门槛X，默认S_ij>X且220kV变电站和500kV变电站具备物理的连接关系；设置j站的有功负荷预测初始数据为F_j＝0，遍历220kV变电站i，当S_ij>X时，F_j＝F_j+F_ij；循环完成后，形成500kV j站的有功负荷预测数据：

步骤6、判定当前负荷和未来半小时结束时刻的负荷预测数据的差，按照15分钟一个预测点，半小时为2个数据点，设定当前时间t，C₁＝P_t+1-P_t，C₂＝P_t+2-P_t+1；其中，C₁、C₂为负荷预测数据的差；设定检测趋势门槛C_X；如果C₁>C_X且C₂>C_X，则认为是全站负荷增趋势；C₁<-C_X且C₂<-C_X则认为是全站负荷下降趋势；否则是负荷平稳趋势；

步骤7、在下一个控制周期T到来时，重新返回步骤步骤2，开始新一轮的计算。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明的一种自动电压控制中500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法，在省级电网中利用220kV变电站的有功负荷预测数据归算出500kV变电站有功负荷预测数据，在自动电压控制500kV变电站中，通过500kV变电站的有功负荷预测数据计算出500kV变电站的有功负荷趋势，进行提前预测控制，提高电网电压稳定性和电压质量，解决了实际工作中没有做500kV变电站的有功负荷预测的技术问题。

2、本发明通过对现有的省调区域模型进行准稳态灵敏度计算，获取当前的220kV站母线与500kV站主变之间的灵敏度，读取220kV站的有功负荷预测数据，通过灵敏度计算出500kV站的主变预测数据，在自动电压控制中，通过500kV站的有功负荷预测数据趋势，进行提前预防控制，从而消除电压波动。

附图说明

图1是本发明的处理流程图；

图2是本发明的具体实施方式中变电站连接关系示意图；

图3是本发明的具体实施方式中96点220kV变电站的母线有功负荷预测趋势图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明提出的一种自动电压控制中500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法，通潮流模型可知，500kV带若干220kV变电站，通过220kV站母线对500kV站主变的灵敏度关系，220kV变电站的母线有功负荷预测数据，计算出500kV厂站的有功负荷数据，进而计算出500kV变电站的有功负荷趋势。

在本实施例中，对一个省调区域进行控制计算，本实施例站站连接关系如图2所示，该分区内包含2座500kV变电站，分别为A、B；4座220kV变电站，分别为C、D、E、F；

本发明提出的一种自动电压控制中500kV变电站有功有功负荷变化趋势的预测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、预先设定电网的控制周期T；

本实施例中以每120分钟为一个控制周期；

步骤2、在每个控制周期T来临时，基于潮流模型计算得到220kV站母线对500kV站主变之间的有功准稳态的灵敏度S_ij，S_ij物理意义为，在第i座220kV变电站的220kV母线上注入单位有功，对应的第j座500kV变电站的主变有功的变化量。对电网中全部的220kV、500kV变电站集合S₂₂₀、S₅₀₀为对象，求出全部的S_ij并形成i*j阶有功准稳态的灵敏度矩阵如下：

本实施例中，每个变电站的S_ij的取值如表1所示：

表1本实施例灵敏度S_ij取值表

	C	D	E	F
					A	-0.0002	-0.8905	-0.3773	-0.0007
B	-0.8672	-0.0004	-0.5324	-0.7632

其中S_cv为灵敏度矩阵，S_ij为变电站i的220kV变电站220kV母线对500kV变电站j的主变的电压灵敏度。

3)读取96点220kV变电站的母线有功负荷预测数据F_i；

在本实施例中，每个变电站的F_i的取值如表2所示：

表2本实施例灵敏度F_i取值及计算后F_j表

步骤4、根据灵敏度矩阵S_cv和有功负荷预测数据F_i计算出站i归算到站j上的有功负荷预测数据：

F_ij＝S_cv*F_i

步骤5、定义灵敏度检测门槛X＝0.001，默认fabs(S_ij)>X且220kV变电站和500kV变电站具备物理的连接关系；fabs为绝对值；设置j站的有功负荷预测初始数据为F_j＝0，遍历220kV变电站i，当S_ij>X时，F_j＝F_j+F_ij；循环完成后，形成500kV j站的有功负荷预测数据：

在本实施例中，根据X＝0.001，S_cv可得：

F_A＝F_D*-0.8905+F_E*-0.3773

F_B＝F_C*-0.8672+F_E*-0.5324+F_F*-0.7632

循环完成后，形成500kV j站的有功负荷预测数据：

本实施例中，计算后得到的F_A、F_B的值如表2F_A、F_B列所示，得到的有功负荷预测趋势如图3所示；

步骤6、判定当前负荷和未来半小时结束时刻的负荷预测数据的差，按照15分钟一个预测点，半小时为2个数据点，设定当前时间t，C₁＝P_t+1-P_t，C₂＝P_t+2-P_t+1；其中，C₁、C₂为负荷预测数据的差；设定检测趋势门槛C_X；如果C₁>C_X且C₂>C_X，则认为是全站负荷增趋势；C₁<-C_X且C₂<-C_X则认为是全站负荷下降趋势；否则是负荷平稳趋势；

设置C_X＝10，当前T对应的时间为1点，则：

序号	FA	FB	CA	Cb
					0	-232.066	-379.859
1	-245.424	-375.28	-13.358	4.579
					2	-240.081	-379.547	5.343	-4.267

根据判断条件可计算：当前A站、B站的负荷平稳趋势；

步骤7、在下一个控制周期T到来时，重新返回步骤2，开始新一轮的计算。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种500kV变电站有功负荷变化趋势的预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、预先设定电网的控制周期T；

步骤2、在每个控制周期T来临时，基于潮流模型计算得到220kV站母线对500kV站主变之间的有功准稳态的灵敏度S_ij，其中，S_ij的物理意义为第i座220kV变电站的220kV母线上注入单位有功，对应的第j座500kV变电站的主变有功的变化量；并以电网中全部的220kV、500kV变电站集合S₂₂₀、S₅₀₀为对象，求出全部的S_ij并形成i*j阶有功准稳态的灵敏度矩阵如下：

其中，S_ij为变电站i的220kV变电站的220kV母线对500kV变电站j的主变的电压灵敏度；S_cv为灵敏度矩阵；

步骤3、读取96点220kV变电站的母线有功负荷预测数据F_i；

步骤4、根据步骤2的灵敏度矩阵S_cv和步骤3的96点220kV变电站的母线有功负荷预测数据F_i计算出站i归算到站j上的有功负荷预测数据：

F_ij＝S_cv*F_i

步骤5、定义灵敏度检测门槛X，默认S_ij>X且220kV变电站和500kV变电站具备物理的连接关系；设置j站的有功负荷预测初始数据为F_j＝0，遍历220kV变电站i，当S_ij>X时，F_j＝F_j+F_ij；循环完成后，形成500kV j站的有功负荷预测数据：

步骤6、判定当前负荷和未来半小时结束时刻的负荷预测数据的差，按照15分钟一个预测点，半小时为2个数据点，设定当前时间t，C₁＝P_t+1-P_t，C₂＝P_t+2-P_t+1；其中，C₁、C₂为负荷预测数据的差；设定检测趋势门槛C_X；如果C₁>C_X且C₂>C_X，则认为是全站负荷增趋势；C₁<-C_X且C₂<-C_X则认为是全站负荷下降趋势；否则是负荷平稳趋势；

步骤7、在下一个控制周期T到来时，重新返回步骤步骤2，开始新一轮的计算。