CN109950909B - 一种基于实时潮流算法的avc系统优化控制方法 - Google Patents

一种基于实时潮流算法的avc系统优化控制方法 Download PDF

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陈骥群
陈炎
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Abstract

本发明公开了一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法。该控制方法包括以步骤1：基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值；步骤2：确定低压侧母线系统的电压控制范围；步骤3：根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值；步骤4：所述AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统动作电压限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整。本发明提供的基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，该控制方法有效提高了AVC系统动作灵敏度，对保证电网安全稳定运行，减少客户投诉率具有重要意义。

Description

一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法
技术领域
本发明涉及电网控制技术领域，特别是涉及一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法。
背景技术
自2012年国家电网公司开展"三集五大"体系建设以来，监控业务趋于集中化，从而导致了调控中心人员力量严重不足，因而对系统自动化程度提出了更高的要求。
而随着AVC系统的全面应用，电网电压管理实现了从经验型到智能型的转变。AVC系统的广泛应用极大地减轻了电网调控人员的工作强度，提高了用户用电的可靠性和满意度。然而，在实际运行中，AVC系统所存在的问题也逐步显现出来：
1)AVC系统控制策过于简单，未能考虑负荷高峰期间高限和低谷期间低限对于电压的特殊要求，个别时段的受端电压存在高峰时越下限运行，低谷时越上限运行的现象，仅靠AVC自动调压，电网电压合格率较低，造成人工干预调压工作量大；
2)未能解决提高AVC系统动作灵敏度与降低动作次数之间的矛盾。监控人员通常为了减少电容器投切次数与主变分接头调节次数，而扩大其电压整定值范围，导致AVC系统调节灵敏度偏低，不利于电网的安全稳定运行。
发明内容
本发明提供一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，该控制方法有效提高了AVC系统动作灵敏度，对保证电网安全稳定运行，减少客户投诉率具有重要意义。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，包括以下步骤：
步骤1：基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值；
步骤2：确定低压侧母线系统的电压控制范围；
步骤3：根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值；
步骤4：所述AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统动作电压限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整。
可选的，所述步骤1：基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值，具体包括：
根据电压负荷关系得出
Figure BDA0002014855840000021
根据公式(1)得出
Figure BDA0002014855840000022
将高压侧母线电压高限值和高压侧母线电压低限值分别带入公式(2)中，得出
Figure BDA0002014855840000023
Figure BDA0002014855840000024
式中，Ua为高压侧母线电压有效值，Ub为低压侧母线电压有效值，k为变压器变比，R为系统等值电阻，X为系统等值电抗，PLD为负荷有功功率，QLD为负荷无功功率，UaH为高压侧母线电压高限值，UaL为高压侧母线电压低限值，UbH为低压母线电压高限计算值，UbL为低压侧母线电压低限计算值。
可选的，所述步骤2：确定低压侧母线系统的电压控制范围，具体包括：
根据低压侧母线电压确定低压侧母线系统的电压控制范围为Uref1～Uref2，Uref1为低压母线电压低限值；Uref2为低压侧母线电压高限值。
可选的，所述步骤3：根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值，具体包括：
根据低压侧母线电压高限计算值、低压侧母线电压低限计算值、低压母线电压低限值、低压侧母线电压高限值的大小关系得到AVC系统动作电压的限值区；
根据AVC系统动作电压的限值区确定AVC系统动作电压限值。
可选的，当Uref1<UbL<UbH<Uref2时，所述AVC系统动作电压的限值区为I区，确定AVC系统动作电压限值为(UbL，UbH)；当Uref1<UbL<Uref2<UbH时，所述AVC系统动作电压的限值区为II区，确定AVC系统动作电压限值为(UbL，Uref2)；当UbL<Uref1<UbH<Uref2时，所述AVC系统动作电压的限值区为III区，确定AVC系统动作电压限值为(Uref1，UbH)；当Uref1<Uref2<UbL<UbH或UbL<UbH<Uref1<Uref2时，所述AVC系统动作电压的限值区为IV区，确定AVC系统动作电压限值为(Uref1，Uref2)。
一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制系统，包括AVC控制器、电压限值计算模块、电压限值区选定模块、电压无功控制装置、电容器和变压器分接头，所述电压限值计算模块的输出端与所述电压限值区选定模块的输入端相连接，所述电压限值区选定模块的输出端与所述AVC控制器的输入端相连接，所述AVC控制器的输出端经数据网直接与变电站的电压无功控制装置进行连接，再由所述电压无功控制装置连接电容器和变压器分接头。
该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供的一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，根据低压侧母线的实际带载情况及高压侧母线的电压限值要求，通过实时潮流计算得到对应的低压受端母线电压计算限值，根据低压侧母线电压高限计算值、低压侧母线电压低限计算值、低压母线电压低限值、低压侧母线电压高限值的大小关系确定AVC系统动作电压的限值区，然后对AVC系统的电压整定限值进行调整，最终得到AVC系统电压整定限值，AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统电压整定限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于实时潮流算法的AVC系统优化控制的工作流程图；
图2为本发明实施例AVC系统动作电压限值区示意图；
图3为本发明实施例实时潮流算法的AVC系统等效调压原理图；
图4为本发明实施例实时潮流算法的AVC系统优化结构示意图；
图5为本发明实施例仿真模型结构图；
图6为本发明实施例仿真控制策略对比图；
图7为本发明实施例电压曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，该控制方法有效提高了AVC系统动作灵敏度，对保证电网安全稳定运行，减少客户投诉率具有重要意义。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于实时潮流算法的AVC系统优化控制的工作流程图，如图1所示，一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，包括以下步骤：
步骤1：基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值；
步骤2：确定低压侧母线系统的电压控制范围；
步骤3：根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值；
步骤4：所述AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统动作电压限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整。
根据低压侧母线电压确定低压侧母线系统的电压控制范围为Uref1～Uref2，Uref1为低压母线电压低限值；Uref2为低压侧母线电压高限值。
根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值，具体包括：
根据低压侧母线电压高限计算值、低压侧母线电压低限计算值、低压母线电压低限值、低压侧母线电压高限值的大小关系得到AVC系统动作电压的限值区；
根据AVC系统动作电压的限值区确定AVC系统动作电压限值。
图2为本发明实施例AVC系统动作电压限值区示意图，如图2所示，假定低压母线系统电压控制范围为Uref1～Uref2，根据Uref1，Uref2，UbH，UbL的大小关系来确定AVC系统动作电压限值区：
1)I区(Uref1<UbL<UbH<Uref2)：
Figure BDA0002014855840000051
2)II区(Uref1<UbL<Uref2<UbH)：
Figure BDA0002014855840000052
3)III区(UbL<Uref1<UbH<Uref2)：
Figure BDA0002014855840000053
4)IV区(Uref1<Uref2<UbL<UbH；UbL<UbH<Uref1<Uref22)：
Figure BDA0002014855840000054
系统等值电阻R＝0.4Ω，系统等值电抗X＝35Ω，高压侧母线电压高限值UaH＝115.5kV，高压侧母线电压低限值UaL＝110kV，低压侧母线电压高限值Uref2＝10.7kV；低压侧母线电压低限值Uref1＝10kV。变压器变比k＝112.75kV/11kV。设定设定无功功率最大值Qmax＝25Mvar，无功功率最小值Qmin＝15Mvar。
实例一：低压侧母线有功负载PLD1＝30MW，低压侧母线无功负载QLD1＝40MVar，将其带入公式(3)、公式(4)中，可得此时UbH1＝9.91kV，UbL1＝9.28kV。此时UbL1<UbH1<Uref1<Uref2时，确定AVC系统动作电压限值区处于IV区，由式(8)可知AVC系统调压上限值为Uref2，调压下限值为Uref1，即AVC系统调压限值为[10kV，10.7kV]。若此时Ua＝113kV，由公式(2)可得Ub＝9.63kV，此时电压越下限，无功功率越上限，AVC系统动作，根据九区图原理可知，优先投入并联电容器，若电压仍低于下限，则调节变压器主变分接头升压。
实例二：低压侧母线有功负载PLD2＝20MW，低压侧母线无功负载QLD2＝30MVar，将其带入式(3)、公式(4)中，可得此时UbH2＝10.29kV，UbL2＝9.69kV。此时UbL2<Uref1<UbH2<Uref2，此时AVC系统动作电压限值区处于III区，由式(7)可知AVC系统调压上限值为UbH2，调压下限值为Uref1，即AVC系统调压限值为[10kV，10.29kV]。若此时Ua＝116kV，由公式(2)可得Ub＝10.34kV，此时电压越上限，无功功率越上限，AVC系统动作，根据九区图原理可知，优先调节变压器主变分接头降压，若电压仍高于上限，则切除并联电容器降压。
实例三：低压母线有功负载PLD3＝10MW，低压侧母线无功负载QLD3＝10MVar，将其带入公式(3)、公式(4)中，可得此时UbH3＝10.96kV，UbL3＝10.41kV。此时Uref1<UbL3<Uref2<UbH3，确定AVC系统动作电压限值区处于II区，由式(6)可知AVC系统调压上限值为Uref2，调压下限值为UbL3，即AVC系统调压限值为[10.41kV，10.7kV]。若此时Ua＝109kV，由公式(2)可得Ub＝10.31kV，此时电压越下限，无功功率越下限，AVC系统动作，根据九区图原理可知，优先调节变压器主变分接头升压，若电压仍低于下限，则投入并联电容器升压。
实例四：低压侧母线有功负载PLD4＝15MW，低压侧母线无功负载QLD4＝20MVar，将其带入公式(3)、公式(4)中，可得此时UbH4＝10.64kV，UbL4＝10.06kV。此时Uref1<UbL4<UbH4<Uref2，确定AVC动作电压限值区处于I区，由式(5)可知AVC系统调压上限值为UbH4，调压下限值为UbL4，即AVC系统调压限值为[10.06kV，10.64kV]。若此时Ua＝114kV，由公式(2)可得Ub＝10.48kV，此时电压正常，力率正常，AVC系统不动作。
实例五：低压侧母线有功负载PLD5＝0MW，低压侧母线无功负载QLD5＝0MVar，将其带入公式(3)、公式(4)中，可得此时UbH5＝11.27kV，UbL5＝10.73kV。此时Uref1<Uref2<UbL5<UbH5，确定AVC系统动作电压限值区处于IV区，由式(8)可知AVC系统调压上限值为Uref2，调压下限值为Uref1，即AVC系统调压限值为[10kV，10.7kV]。若此时Ua＝112kV，由公式(2)可得Ub＝10.93kV，此时电压越上限，无功功率越下限，AVC系统动作，根据九区图原理可知，优先切除并联电容器，若电压仍高于上限，则调节变压器主变分接头降压。
图3为本发明实施例实时潮流算法的AVC系统等效调压原理图，如图3所示，基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值，具体包括：
根据电压负荷关系Ua-ΔU＝kUb，
Figure BDA0002014855840000071
得出
Figure BDA0002014855840000072
公式(1)可看作是关于Ub的一元二次函数，可解得
Figure BDA0002014855840000073
由于系统参数R、X、k和Ua恒定，所以公式(2)可视为低压受端母线电压关于受端母线所带负荷的函数，即Ub＝f(PLD，QLD)。假定AVC系统设定的高压侧母线电压高限值和高压侧母线电压低限值分别为UaH和UaL，将高压侧母线电压高限值UaH和高压侧母线电压低限值UaL分别带入公式(2)中，得出
Figure BDA0002014855840000081
Figure BDA0002014855840000082
式中，Ua为高压侧母线电压有效值，Ub为低压侧母线电压有效值，k为变压器变比，R为系统等值电阻，X为系统等值电抗，PLD为负荷有功功率，QLD为负荷无功功率，UaH为高压侧母线电压高限值，UaL为高压侧母线电压低限值，UbH为低压母线电压高限计算值，UbL为低压侧母线电压低限计算值。
图4为本发明实施例实时潮流算法的AVC系统优化结构示意图，如图4所示，一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制系统，包括AVC控制器3、电压限值计算模块1、电压限值区选定模块2、电压无功控制装置4、电容器5和变压器分接头6，所述电压限值计算模块1的输出端与所述电压限值区选定模块2的输入端相连接，所述电压限值区选定模块2的输出端与所述AVC控制器3的输入端相连接，所述AVC控制器3的输出端经数据网直接与变电站的电压无功控制装置4进行连接，再由所述电压无功控制装置4连接电容器5和变压器分接头6。
图5为本发明实施例仿真模型结构图，如图5所示，运行方式：35kV与10kV母线分列运行，母联101，501开关均在分位，包括第一主变压器和第二主变压器，主要作用是将发电机发出的电进行升压或者降压到电网电压，然后将发出的电并入电网。所述第一主变压器和第二主变压器的高压线圈上提供有多个抽头，包括高压抽头和低压抽头，其作用是在高压侧输入电压偏高或偏低的时候通过调整抽头实现二次侧输出电压的稳定。
图6为本发明实施例仿真控制策略对比图，如图6所示，包括(a)传统控制策略图和(b)改进控制策略图，(a)传统控制策略图中，将预设限值输入到AVC系统中，AVC系统根据输入的预设限值控制对电网电压进行自动调压，仅靠AVC自动调压，电网电压合格率较低，造成人工干预调压工作量大；(b)改进控制策略图中增加了电压限值实时计算模块、电压限值选定模块，将高压侧母线电压高限值UaH、高压侧母线电压低限值UaL、低压侧母线负荷有功功率PLD和低压侧母线负荷无功功率QLD输入到电压限值实时计算模块，计算出低压侧母线电压高限计算值UbH和低压侧母线电压低限计算值UbL；将低压侧母线电压低限值Uref1、低压侧母线电压高限值Uref2、低压侧母线电压高限计算值UbH和低压侧母线电压低限计算值UbL输入到电压限值区选定模块，所述电压限值区选定模块根据低压侧母线电压低限值Uref1、低压侧母线电压高限值Uref2、低压侧母线电压高限计算值UbH和低压侧母线电压低限计算值UbL计算出AVC系统动作电压限值，并输入到AVC系统中，根据高压侧母线电压有效值Ua计算得出低压侧母线电压有效值Ub，将低压侧母线电压有效值Ub输入到AVC系统中，所述AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统动作电压限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整，该控制方法有效提高了AVC系统动作灵敏度，可以实时对AVC系统的动作电压限值进行调整，对保证电网安全稳定运行，减少客户投诉率具有重要意义。
通过对两种控制策略下的10kV母线电压采样点进行统计，并与基准电压进行对比，得到表1所示的第一主变压器和第二主变压器的10kV电压合格率对比表。从中可知，采用本发明提出的AVC控制策略，低压侧母线电压合格率得到了有效提升。
表1 10kV电压合格率对比表
类型 改进前(％) 改进后(％) 增幅(％)
第一主变压器 96.8 98.1 1.3
第二主变压器 96.6 98.3 1.8
图7为本发明实施例电压曲线，如图7所示，(a)改进前电压曲线图与(b)改进后的电压曲线图，依据改进后的低压侧电压曲线图得出，低压侧母线的电网电压波动比较小，电网电压合格率比较高，均在10.2kV-10.7kV之间波动。
本发明提供的一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，根据低压侧母线的实际带载情况及高压侧母线的电压限值要求，通过实时潮流计算得到对应的低压受端母线电压计算限值，根据低压侧母线电压高限计算值、低压侧母线电压低限计算值、低压母线电压低限值、低压侧母线电压高限值的大小关系确定AVC系统动作电压的限值区，然后对AVC系统的电压整定限值进行调整，最终得到AVC系统电压整定限值，AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统电压整定限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整。本发明提供一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，该控制方法有效提高了AVC系统动作灵敏度，对保证电网安全稳定运行、提高电压质量和减少客户投诉率具有重要意义。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值；
步骤2：确定低压侧母线系统的电压控制范围；
步骤3：根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值；
步骤4：所述AVC系统根据低压侧母线电压有效值与所述AVC系统动作电压限值进行比较，控制电容器的投/切和变压器分接头的调整；
所述步骤1：基于高压侧母线的电压限值，通过对低压侧母线所带负荷进行实时潮流计算，得到低压侧母线的电压计算限值，具体包括：
根据电压负荷关系得出
Figure FDA0002559590880000011
根据公式(1)得出
Figure FDA0002559590880000012
将高压侧母线电压高限值和高压侧母线电压低限值分别带入公式(2)中，得出
Figure FDA0002559590880000013
Figure FDA0002559590880000014
式中，Ua为高压侧母线电压有效值，Ub为低压侧母线电压有效值，k为变压器变比，R为系统等值电阻，X为系统等值电抗，PLD为负荷有功功率，QLD为负荷无功功率，UaH为高压侧母线电压高限值，UaL为高压侧母线电压低限值，UbH为低压母线电压高限计算值，UbL为低压侧母线电压低限计算值。
2.根据权利要求1所述的基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤2：确定低压侧母线系统的电压控制范围，具体包括：
根据低压侧母线电压确定低压侧母线系统的电压控制范围为Uref1～Uref2，Uref1为低压母线电压低限值；Uref2为低压侧母线电压高限值。
3.根据权利要求2所述的基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤3：根据所述低压侧母线的电压计算限值和低压侧母线系统的电压控制范围确定AVC系统动作电压限值，具体包括：
根据低压侧母线电压高限计算值、低压侧母线电压低限计算值、低压母线电压低限值、低压侧母线电压高限值的大小关系得到AVC系统动作电压的限值区；
根据AVC系统动作电压的限值区确定AVC系统动作电压限值。
4.根据权利要求3所述的基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，其特征在于，当Uref1<UbL<UbH<Uref2时，所述AVC系统动作电压的限值区为I区，确定AVC系统动作电压限值为(UbL，UbH)；当Uref1<UbL<Uref2<UbH时，所述AVC系统动作电压的限值区为II区，确定AVC系统动作电压限值为(UbL，Uref2)；当UbL<Uref1<UbH<Uref2时，所述AVC系统动作电压的限值区为III区，确定AVC系统动作电压限值为(Uref1，UbH)；当Uref1<Uref2<UbL<UbH或UbL<UbH<Uref1<Uref2时，所述AVC系统动作电压的限值区为IV区，确定AVC系统动作电压限值为(Uref1，Uref2)。
5.一种基于实时潮流算法的AVC系统优化控制系统，其特征在于，应用于权利要求1-4所述的基于实时潮流算法的AVC系统优化控制方法，包括AVC控制器、电压限值计算模块、电压限值区选定模块、电压无功控制装置、电容器和变压器分接头，所述电压限值计算模块的输出端与所述电压限值区选定模块的输入端相连接，所述电压限值区选定模块的输出端与所述AVC控制器的输入端相连接，所述AVC控制器的输出端经数据网直接与变电站的电压无功控制装置进行连接，再由所述电压无功控制装置连接电容器和变压器分接头。
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