CN110994626B - 基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法 - Google Patents

基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法 Download PDF

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CN110994626B CN201911415351.8A CN201911415351A CN110994626B CN 110994626 B CN110994626 B CN 110994626B CN 201911415351 A CN201911415351 A CN 201911415351A CN 110994626 B CN110994626 B CN 110994626B
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Abstract

本发明涉及一种基于电压趋势预测的500‑220kV区域电网自动电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法在每个自动电压控制周期到来时，读入获取500‑220kV区域电网下级各220kV变电站超短期负荷预测，并根据超短期负荷预测计算未来500‑220kV区域电网的潮流和500‑220kV区域电网内220kV母线的电压值的波动幅度。该方法进一步根据电压值的波动幅度计算500‑220kV区域电网内220kV母线的电压安全域限值，并输入到自动电压控制系统中实现预防控制。采用本方法可对500‑220kV区域电网下级220kV变站在负荷未来变化过程中造成的220kV母线电压越限进行预防控制，提高了电网安全稳定性。

Description

基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。
背景技术
自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现输电网安全 (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，能够利用输电网实时运行数据，从输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。孙宏斌、张伯明、郭庆来在《基于软分区的全局电压优化控制系统设计》(电力系统自动化,2003年，第27卷第8期，16-20页)中说明了大电网自动电压控制的体系结构。
AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，其对输电网的电压控制策略主要有对电厂各发电机无功控制策略以及对变电站的无功设备控制策略2类。其中对电厂各发电机的无功控制策略，目前采用的主要方式是：调度中心的AVC主站系统通过无功优化计算得到电厂各机组的无功调节量后，通过数据通信通道向电厂的AVC子站系统发送，电厂的AVC子站接收到发电机无功调整量后，根据当前电厂内各台发电机的运行状态，采用步进方式调整发电机发出的无功功率，直到达到AVC主站下发的调整量。对变电站的无功设备控制策略为对无功补偿设备的投切指令，无功设备主要包括电容器和电抗器，当投入电容器或切除电抗器时，母线电压升高；当切除电容器或投入电抗器时，母线电压降低。AVC主站下发投入或切除无功设备的指令，变电站内的自动化监控系统根据接收的指令，找到无功设备所连接的断路器并合上或断开断路器，以完成无功设备的投入或切除。
目前500-220kV区域电网的运行方式以大环带小环的运行方式，每个500kV变电站下面连接200kV电网运行，220kV电网局部成环。我国不同省份“大环带小环”也有一定差异，具体表现在几个500kV变电站带多少个220kV变电站，有的是1个500kV站带多个220kV 变电站，有的是多个500kV变电站带着几十个220kV变电站。
如图1所示的500kV与220kV电网厂站连接关系图，比较直观的展示了500-220区域电网结构。其中1,2,3,4为500kV变电站，T1,T2,T3为500kV变电站主变，5,6,7,8为220kV变电站；L1，L2，L3，L4为220kV变电站220kV母线上的等值负荷。在电网结构中其中2通过T1与5相连接，3通过T2与6相连接，5和6形成环网，2,3,5,6形成了 500-220kV电网区域1，该区域类型表示多个500kV变电站带有多个220kV变电站的情况； 4通过T3与7和8相连接，但7和8并不相连，所以4,7,8形成了500-220kV电网区域2，该区域类型表示一个500kV变电站带一个或多个辐射状220kV变电站的情况。
对于区域220kV成环变电站多达几十个的情况，很难直观分析协调区域；且随着运行方式的改变，协调区域会动态发生改变。为了解决500-220kV电网分区的划分困难且会随着运行方式分区动态变化的问题，采用拓扑搜索动态生成500-220kV电网分区流程如下：
(1)忽略500kV网络，将R个500kV的主变分成R组，其中第r组记作Gr,将主变添加到该组中。
(2)从第1组开始，从对应的主变中压侧开始进行拓扑搜索，搜索与其它电气连接的220kV网络，将搜索得到的220kV变电站、发电机加入到该组中，如果搜索到500kV主变，则也将主变(假设该组为Gy)增加到当前组中，并设置跳过Gy的搜索。
(3)剔除只含有1个主变的组，剩下的组数就是协调区域的个数W(W≤R,W＝R的情况很少出现，当且仅当500kV下的220kV电网全部都是辐射状运行才成立)，每组中的元素包含500kV主变以及与之对应的220kV变电站和发电机。
由于采用了实时拓扑搜索的功能，可以反映出运行方式改变对于协调区域划分的影响；另外形成的协调区域组内包含了220kV侧发电机和变电站等设备元素。
负荷预测是根据电网系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因数，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某特定时刻的负荷数据，其中负荷是指电力需求量(功率)或用电量。负荷预测是电力系统经济调度中的一项重要内容，是能量管理系统(EMS)的一个重要模块。由于负荷预测是根据电力负荷的过去和现在推测它的未来数值，所以，负荷预测工作所研究的对象是不肯定事件。只有不肯定事件、随机事件，才需要人们采用适当的预测技术，推知负荷的发展趋势和可能达到的状况。负荷预测的方法主要分为经典预测方法和现代预测方法。电力负荷预测是电力部门的重要工作之一，准确的负荷预测，可以经济合理地安排电网内部发电机组的启停，保持电网运行的安全稳定性，减少不必要的旋转储备容量，合理安排机组检修计划，保障社会的正常生产和生活，有效地降低发电成本，提高经济效益和社会效益。
随着我国经济建设的飞速发展，用户负荷的快速增长以及大型用电设备及用电客户数量增加，负荷的变化波动情况越来越明显。负荷波动对电网的安全稳定运行存在较大的影响。
综上所述，通过预测电网未来负荷变化趋势数据来预测未来电网电压变化趋势，从而在负荷变化前对电网无功电压进行预防控制，在负荷变化真正出现的时候不会对电网电压造成不稳定的影响，对电网安全稳定运行具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法以克服已有技术的不足之处，对500-220kV区域电网下级220kV变站在负荷未来变化过程中造成的220kV母线电压越限进行预防控制，以提高电网的安全稳定性。
本发明提出的基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)设定自动电压控制周期为Tc；
(2)在每个自动电压控制周期到来时，从电网调度中心监控系统中获取220kV变电站母线等值负荷未来Tf分钟的负荷有功功率和无功功率预测值Spq,m，其中m＝1...M，其中 M为负荷预测值的序号；
(3)从电网调度中心监控系统中获取电网网络结构数据，构造一个500-220kV区域电网模型，记为
Figure BDA0002351046900000031
Figure BDA0002351046900000032
其中，
Figure BDA0002351046900000033
表示500kV变电站内的500kV主变压器，500kV主变压器总计N台；
Figure BDA0002351046900000034
表示与500kV变电站内500kV主变压器所连接的高压侧500kV母线，高压侧500kV母线总计K条；
Figure BDA0002351046900000035
表示500kV变电站内与500kV主变压器所连接的中压侧220kV母线，中压侧 220kV母线总计L条；
Figure BDA0002351046900000036
表示与500kV变电站的中压侧相连接的下级220kV变电站的高压侧母线和220kV电厂的高压侧母线，总计J条；
(4)以当前自动电压控制时刻t0为起点，分别计算步骤(3)的电网模型
Figure BDA0002351046900000037
中 500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV全部母线
Figure BDA0002351046900000038
在未来Tf分钟的电压预测值VP,l：
VP,l＝{VP,l,t,t＝1,...,Tf},l＝1,...,L
其中，t表示从t0为起点的未来分钟数，VP,l,t表示计算得到的未来t0+t时刻第l条500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线的电压幅值；
包括以下步骤：
(4-1)在当前自动电压控制时刻t0，从电网调度中心监控系统中获取自动电压控制时刻t0的电网潮流计算模型，设定当前计算时标x＝1，设定未来电压趋势计算间隔为Tg；
(4-2)从上述步骤(2)的{Spq,m,m＝1,...,M}中读取500-220kV区域电网下级各220kV 变电站母线
Figure BDA0002351046900000041
的等值负荷在未来
Figure BDA0002351046900000042
时刻的负荷预测数据，设置母线编号j＝1，设置预测数据编号b＝x,x为计算时标，包括以下步骤：
(4-2-1)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure BDA0002351046900000043
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000044
上的等值负荷有功功率预测值Pj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-2)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure BDA0002351046900000045
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000046
上的等值负有功功率预测值Qj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-3)使母线编号j递增，即j＝j+1,对j进行判断，若满足j≥J，则读取完成电网模型中全部500-220kV区域电网下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000047
等值负荷的
Figure BDA0002351046900000048
时刻的负荷预测数据，执行步骤(4-3)，若满足j＜J，则返回步骤(4-2-1)；
(4-3)利用牛顿拉夫逊法潮流计算方法，对步骤(3)的电网模型
Figure BDA0002351046900000049
进行潮流计算，得到500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA00023510469000000410
在未来
Figure BDA00023510469000000411
时刻的电压幅值：
{VP,l,x＝Vl,flow,l＝1,...,L}
其中，Vl,flow为当前潮流计算结果中500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV 母线l的电压幅值；
(4-4)使计算时标x递增1，即x＝x+1，对x*Tg进行判断，若满足x*Tg≥Tf，则计算完成未来Tf分钟电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000051
电压预测值结果，进行步骤(5)，若满足x*Tg＜Tf，则返回步骤(4-2)；
(5)以当前自动电压控制时刻t0为起点，根据步骤(4)的电压预测值VP,l，计算电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000052
电压安全域，记为：
Figure BDA0002351046900000053
其中，
Figure BDA0002351046900000054
分别为500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000055
的电压安全域上限、电压安全域下限；
包括以下步骤：
(5-1)定义计算时标t表示从当前自动电压控制时刻t0为起点的未来分钟数，t＝1，…， Tf，Tf为未来预测分钟的总数,计算从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l和从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,设定母线编号l＝1，计算步骤如下：
(5-1-1)计算t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l，置入初始值,ΔVmax,inc,l＝0,t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.inc,l,ΔVt.inc,l＝0,设置计算时标t＝1，计算步骤如下：
(5-1-1-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到电网模型中全部500-220kV 区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000056
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l 的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算得到电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-1-2)对ΔVP,l,a进行判断,若ΔVP,l,a＞0，则使ΔVt.inc,l＝ΔVt.inc,,l+ΔVP,l,x,若ΔVP,l,a≤0，则使ΔVt.inc,l＝0；
(5-1-1-3)对ΔVt.inc,l进行判断,若ΔVmax,inc,l＜ΔVt.inc,l,则使ΔVmax,inc,l＝ΔVt.inc,l；
(5-1-1-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若t≥Tf，则得到从t开始到未来预测分钟Tf母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l,进入步骤(5-1-2),若t＜Tf，则返回(5-1-1-1)；
(5-1-2)计算从t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l，置入初始值,ΔVmax,dec,l＝0,从t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.dec,l,置入初始值ΔVt.dec,l＝0,设置计算时标t＝1,计算步骤如下：
(5-1-2-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到的电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000061
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-2-2)对ΔVP,l,a进行判断,如果满足ΔVP,l,a＜0，则ΔVt.dec,l＝ΔVt.dec,l+ΔVP,l,x,若满足ΔVP,l,a≥0则ΔVt.dec,l＝0；
(5-1-2-3)对ΔVmax,dec,l与ΔVt.dec,l的绝对值进行比较,若ΔVmax,dec,l＜|ΔVt.dec,l|,则使ΔVmax,dec,l＝|ΔVt.dec,l|，若ΔVmax,dec,l≥|ΔVt.dec,l|，则进入步骤(5-1-2-4)；
(5-1-2-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若满足t≥Tf则计算完成从 t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,进入步骤 (5-2),若满足t＜Tf，则进入步骤(5-1-2-1)；
(5-2)从自动电压控制系统获取母线l的电压计划限值的
Figure BDA0002351046900000062
即电压运行合格的上限值和下限值，计算得到母线l的安全域上限
Figure BDA0002351046900000063
和母线l的安全域下限
Figure BDA0002351046900000064
(5-3)使母线编号l递增，即l＝l+1,对l进行判断，若满足l≥L，则计算完成电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000065
电压安全域上限VS,max和电压安全域下限VS,min，执行步骤(6)，若满足l＜L,则返回步骤(5-1)；
(6)将步骤(5)得到的VS,max,VS,min输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块判断500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000071
的电压是否出现越电压安全域上限
Figure BDA0002351046900000072
或电压安全域下限
Figure BDA0002351046900000073
若出现越限，则电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块计算生成消除母线电压越限的控制参数，并下发500-220kV区域电网中的电厂和变电站执行，实现500-220kV区域电网自动电压控制。
本发明提出的基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法，其优点是：
本发明的基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法，在每个自动电压控制周期到来时，读入获取500-220kV区域电网下级各220kV变电站超短期负荷预测，并根据超短期负荷预测计算未来500-220kV区域电网的潮流和500-220kV区域电网内220kV母线的电压值的波动幅度。该方法进一步根据电压值的波动幅度计算500-220kV区域电网内220kV母线的电压安全域限值，并输入到自动电压控制系统中实现预防控制。采用本方法可对500-220kV区域电网下级220kV变站在负荷未来变化过程中造成的220kV母线电压越限进行预防控制，提高了电网安全稳定性。
附图说明
图1是本发明方法涉及的电网模型中500-220kV区域电网厂站连接关系示意图。
图2是本发明方法的流程框图。
图3是本发明方法中步骤(4)的流程框图。
图4是本发明方法中步骤(5)的流程框图。
具体实施方式
本发明提出的基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法，其流程框图如图2所示，包括以下步骤：
(1)设定自动电压控制周期为Tc；
(2)在每个自动电压控制周期到来时，从电网调度中心监控系统中获取220kV变电站母线等值负荷未来Tf分钟的负荷有功功率和无功功率预测值Spq,m，其中m＝1...M，其中 M为负荷预测值的序号；
(3)从电网调度中心监控系统中获取电网网络结构数据，构造一个500-220kV区域电网模型，记为
Figure BDA0002351046900000074
Figure BDA0002351046900000075
其中，
Figure BDA0002351046900000081
表示500kV变电站内的500kV主变压器，500kV主变压器总计N台；
Figure BDA0002351046900000082
表示与500kV变电站内500kV主变压器所连接的高压侧500kV母线，高压侧500kV母线总计K条；
Figure BDA0002351046900000083
表示500kV变电站内与500kV主变压器所连接的中压侧220kV母线，中压侧 220kV母线总计L条；
Figure BDA0002351046900000084
表示与500kV变电站的中压侧相连接的下级220kV变电站的高压侧母线和220kV电厂的高压侧母线，总计J条；
(4)以当前自动电压控制时刻t0为起点，分别计算步骤(3)的电网模型
Figure BDA0002351046900000085
中 500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV全部母线
Figure BDA0002351046900000086
在未来Tf分钟的电压预测值VP,l：
VP,l＝{VP,l,t,t＝1,...,Tf},l＝1,...,L
其中，t表示从t0为起点的未来分钟数，VP,l,t表示计算得到的未来t0+t时刻第l条500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线的电压幅值；
本步骤的流程框图如图3所示，包括以下步骤：
(4-1)在当前自动电压控制时刻t0，从电网调度中心监控系统中获取自动电压控制时刻t0的电网潮流计算模型，设定当前计算时标x＝1，设定未来电压趋势计算间隔为Tg；
(4-2)从上述步骤(2)的{Spq,m,m＝1,...,M}中读取500-220kV区域电网下级各220kV 变电站母线
Figure BDA0002351046900000087
的等值负荷在未来
Figure BDA0002351046900000088
时刻的负荷预测数据，设置母线编号j＝1，设置预测数据编号b＝x,x为计算时标，包括以下步骤：
(4-2-1)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure BDA0002351046900000089
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure BDA00023510469000000810
上的等值负荷有功功率预测值Pj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-2)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure BDA00023510469000000811
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure BDA00023510469000000812
上的等值负有功功率预测值Qj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-3)使母线编号j递增，即j＝j+1,对j进行判断，若满足j≥J，则读取完成电网模型中全部500-220kV区域电网下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000091
等值负荷的
Figure BDA0002351046900000092
时刻的负荷预测数据，执行步骤(4-3)，若满足j＜J，则返回步骤(4-2-1)；
(4-3)利用牛顿拉夫逊法潮流计算方法，对步骤(3)的电网模型
Figure BDA0002351046900000093
进行潮流计算，得到500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000094
在未来
Figure BDA0002351046900000095
时刻的电压幅值：
{VP,l,x＝Vl,flow,l＝1,...,L}
其中，Vl,flow为当前潮流计算结果中500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV 母线l的电压幅值；
(4-4)使计算时标x递增1，即x＝x+1，对x*Tg进行判断，若满足x*Tg≥Tf，则计算完成未来Tf分钟电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000096
电压预测值结果，进行步骤(5)，若满足x*Tg＜Tf，则返回步骤(4-2)；
(5)以当前自动电压控制时刻t0为起点，根据步骤(4)的电压预测值VP,l，计算电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000097
电压安全域，记为：
Figure BDA0002351046900000098
其中，
Figure BDA0002351046900000099
分别为500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA00023510469000000910
的电压安全域上限、电压安全域下限,
Figure BDA00023510469000000911
的物理意义是：在未来Tf分钟内，当500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA00023510469000000912
的电压处于安全域限值范围内，即不会因为500-220kV区域电网内下级各220kV变电站的超短期负荷变化造成电压不合格。
本步骤的流程框图如图4所示，包括以下步骤：
(5-1)定义计算时标t表示从当前自动电压控制时刻t0为起点的未来分钟数，t＝1，…， Tf，Tf为未来预测分钟的总数,计算从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l和从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,设定母线编号l＝1，计算步骤如下：
(5-1-1)计算t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l，置入初始值,ΔVmax,inc,l＝0,t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.inc,l,ΔVt.inc,l＝0,设置计算时标t＝1，计算步骤如下：
(5-1-1-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到电网模型中全部500-220kV 区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000101
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l 的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算得到电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-1-2)对ΔVP,l,a进行判断,若ΔVP,l,a＞0，则使ΔVt.inc,l＝ΔVt.inc,,l+ΔVP,l,x,若ΔVP,l,a≤0，则使ΔVt.inc,l＝0；
(5-1-1-3)对ΔVt.inc,l进行判断,若ΔVmax,inc,l＜ΔVt.inc,l,则使ΔVmax,inc,l＝ΔVt.inc,l；
(5-1-1-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若t≥Tf，则得到从t开始到未来预测分钟Tf母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l,进入步骤(5-1-2),若t＜Tf，则返回(5-1-1-1)；
(5-1-2)计算从t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l，置入初始值,ΔVmax,dec,l＝0,从t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.dec,l,置入初始值ΔVt.dec,l＝0,设置计算时标t＝1,计算步骤如下：
(5-1-2-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到的电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000102
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-2-2)对ΔVP,l,a进行判断,如果满足ΔVP,l,a＜0，则ΔVt.dec,l＝ΔVt.dec,l+ΔVP,l,x,若满足ΔVP,l,a≥0则ΔVt.dec,l＝0；
(5-1-2-3)对ΔVmax,dec,l与ΔVt.dec,l的绝对值进行比较,若ΔVmax,dec,l＜|ΔVt.dec,l|,则使ΔVmax,dec,l＝|ΔVt.dec,l|，若ΔVmax,dec,l≥|ΔVt.dec,l|，则进入步骤(5-1-2-4)；
(5-1-2-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若满足t≥Tf则计算完成从 t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,进入步骤 (5-2),若满足t＜Tf，则进入步骤(5-1-2-1)；
(5-2)从自动电压控制系统获取母线l的电压计划限值的
Figure BDA0002351046900000111
即电压运行合格的上限值和下限值，计算得到母线l的安全域上限
Figure BDA0002351046900000112
和母线l的安全域下限
Figure BDA0002351046900000113
(5-3)使母线编号l递增，即l＝l+1,对l进行判断，若满足l≥L，则计算完成电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000114
电压安全域上限VS,max和电压安全域下限VS,min，执行步骤(6)，若满足l＜L,则返回步骤(5-1)；
(6)将步骤(5)得到的VS,max,VS,min输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块判断500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000115
的电压是否出现越电压安全域上限
Figure BDA0002351046900000116
或电压安全域下限
Figure BDA0002351046900000117
若出现越限，则电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块计算生成消除母线电压越限的控制参数，并下发500-220kV区域电网中的电厂和变电站执行，实现500-220kV区域电网自动电压控制。
以下介绍本发明方法的一个实施例：
(1)设定自动电压控制周期为Tc，本实施例取值Tc＝300秒(Tc可取值范围为30-3000 秒，通常设为300秒)；
(2)在每个自动电压控制周期到来时，记到来时刻为t0＝1574781510，从电网调度中心监控系统中获取220kV变电站母线等值负荷未来Tf分钟的负荷有功功率和无功功率预测值Spq,m，其中m＝1...M，其中M为负荷预测值的序号,本发明方法的计算实例中Tf取30 分钟，M取6；
下表只列出t0＝1574781510开始时刻后，未来30分钟内电网模型中6条220kV变电站 220kV母线等值负荷有功预测6个数据值；
Figure BDA0002351046900000118
Figure BDA0002351046900000121
表1 500-200区域220kV母线等值负荷数据
(3)从电网调度中心监控系统中获取电网网络结构数据，构造一个500-220kV区域电网模型，记为
Figure BDA0002351046900000122
Figure BDA0002351046900000123
其中，
Figure BDA0002351046900000124
表示500kV变电站内的500kV主变压器，500kV主变压器总计N台；
Figure BDA0002351046900000125
表示与500kV变电站内500kV主变压器所连接的高压侧500kV母线，高压侧500kV母线总计K条；
Figure BDA0002351046900000126
表示500kV变电站内与500kV主变压器所连接的中压侧220kV母线，中压侧 220kV母线总计L条；
Figure BDA0002351046900000127
表示与500kV变电站的中压侧相连接的下级220kV变电站的高压侧母线和220kV电厂的高压侧母线，总计J条；
(4)以当前自动电压控制时刻t0＝157478150为起点，分别计算步骤(3)的电网模型
Figure BDA0002351046900000128
中500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV全部母线
Figure BDA0002351046900000129
在未来Tf分钟的电压预测值VP,l：
VP,l＝{VP,l,t,t＝1,...,Tf},l＝1,...,L
其中，t表示从t0为起点的未来分钟数，VP,l,t表示计算得到的未来t0+t时刻第l条500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线的电压幅值；
包括以下步骤：
(4-1)在当前自动电压控制时刻t0，从电网调度中心监控系统中获取自动电压控制时刻t0的电网潮流计算模型，设定当前计算时标x＝1，设定未来电压趋势计算间隔为Tg；
(4-2)从上述步骤(2)的{Spq,m,m＝1,...,M}中读取500-220kV区域电网下级各220kV 变电站母线
Figure BDA0002351046900000131
的等值负荷在未来
Figure BDA0002351046900000132
时刻的负荷预测数据，设置母线编号j＝1，设置预测数据编号b＝x,x为计算时标，包括以下步骤：
(4-2-1)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure BDA0002351046900000133
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000134
上的等值负荷有功功率预测值Pj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-2)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure BDA0002351046900000135
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000136
上的等值负有功功率预测值Qj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-3)使母线编号j递增，即j＝j+1,对j进行判断，若满足j≥J，则读取完成电网模型中全部500-220kV区域电网下级各220kV变电站母线
Figure BDA0002351046900000137
等值负荷的
Figure BDA0002351046900000138
时刻的负荷预测数据，执行步骤(4-3)，若满足j＜J，则返回步骤(4-2-1)；
(4-3)利用牛顿拉夫逊法潮流计算方法，对步骤(3)的电网模型
Figure BDA0002351046900000139
进行潮流计算，得到500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA00023510469000001310
在未来
Figure BDA00023510469000001311
时刻的电压幅值：
{VP,l,x＝Vl,flow,l＝1,...,L}
其中，Vl,flow为当前潮流计算结果中500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV 母线l的电压幅值；
(4-4)使计算时标x递增1，即x＝x+1，对x*Tg进行判断，若满足x*Tg≥Tf，则计算完成未来Tf分钟电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA00023510469000001312
电压预测值结果，进行步骤(5)，若满足x*Tg＜Tf，则返回步骤(4-2)；
下表列出以t0＝1574781510时刻为起点，未来30分钟内，电网模型中1条500-220kV 区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线电压预测值；
Figure BDA0002351046900000141
表2 500-200区域500kV变电站220kV母线电压预测数据
(5)以当前自动电压控制时刻t0为起点，根据步骤(4)的电压预测值VP,l，计算电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000142
电压安全域，记为：
Figure BDA0002351046900000143
其中，
Figure BDA0002351046900000144
分别为500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000145
的电压安全域上限、电压安全域下限,包括以下步骤：
(5-1)定义计算时标t表示从当前自动电压控制时刻t0为起点的未来分钟数，t＝1，…， Tf，Tf为未来预测分钟的总数,计算从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l和从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,设定母线编号l＝1，计算步骤如下：
(5-1-1)计算t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l，置入初始值,ΔVmax,inc,l＝0,t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.inc,l,ΔVt.inc,l＝0,设置计算时标t＝1，计算步骤如下：
(5-1-1-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到电网模型中全部500-220kV 区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000151
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l 的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算得到电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-1-2)对ΔVP,l,a进行判断,若ΔVP,l,a＞0，则使ΔVt.inc,l＝ΔVt.inc,,l+ΔVP,l,x,若ΔVP,l,a≤0，则使ΔVt.inc,l＝0；
(5-1-1-3)对ΔVt.inc,l进行判断,若ΔVmax,inc,l＜ΔVt.inc,l,则使ΔVmax,inc,l＝ΔVt.inc,l；
(5-1-1-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若t≥Tf，则得到从t开始到未来预测分钟Tf母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l,进入步骤(5-1-2),若t＜Tf，则返回(5-1-1-1)；
(5-1-2)计算从t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l，置入初始值,ΔVmax,dec,l＝0,从t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.dec,l,置入初始值ΔVt.dec,l＝0,设置计算时标t＝1,计算步骤如下：
(5-1-2-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到的电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000152
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-2-2)对ΔVP,l,a进行判断,如果满足ΔVP,l,a＜0，则ΔVt.dec,l＝ΔVt.dec,l+ΔVP,l,x,若满足ΔVP,l,a≥0则ΔVt.dec,l＝0；
(5-1-2-3)对ΔVmax,dec,l和ΔVt.dec,l的绝对值|ΔVt.dec,l|进行比较,若满足ΔVmax,dec,l＜|ΔVt.dec,l|, 则使ΔVmax,dec,l＝|ΔVt.dec,l|，若满足ΔVmax,dec,l≥|ΔVt.dec,l|，则进入步骤(5-1-2-4)；
(5-1-2-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若满足t≥Tf则计算完成从 t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,进入步骤(5-2),若满足t＜Tf，则进入步骤(5-1-2-1)；
(5-2)从自动电压控制系统获取母线l的电压计划限值的
Figure BDA0002351046900000161
即电压运行合格的上限值和下限值，计算得到母线l的安全域上限
Figure BDA0002351046900000162
和母线l的安全域下限
Figure BDA0002351046900000163
(5-3)使母线编号l递增，即l＝l+1,对l进行判断，若满足l≥L，则计算完成电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000164
电压安全域上限VS,max和电压安全域下限VS,min，执行步骤(6)，若满足l＜L,则返回步骤(5-1)；
(6)将步骤(5)得到的VS,max,VS,min输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块判断500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure BDA0002351046900000165
的电压是否出现越电压安全域上限
Figure BDA0002351046900000166
或电压安全域下限
Figure BDA0002351046900000167
若出现越限，则电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块计算生成消除母线电压越限的控制参数，并下发500-220kV区域电网中的电厂和变电站执行，实现500-220kV区域电网自动电压控制。
下表列出t0＝1574781510时刻为起点未来30分钟内，电网模型中1条500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线电压连续增加变化量电压安全域上限值和电压安全域上限值；
Figure BDA0002351046900000168
表3 500-200区域500kV变电站220kV母线电压安全域数据。

Claims (1)

1.一种基于电压趋势预测的500-220kV区域电网自动电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)设定自动电压控制周期为Tc；
(2)在每个自动电压控制周期到来时，从电网调度中心监控系统中获取220kV变电站母线等值负荷未来Tf分钟的负荷有功功率和无功功率预测值Spq,m，其中m＝1...M，其中M为负荷预测值的序号；
(3)从电网调度中心监控系统中获取电网网络结构数据，构造一个500-220kV区域电网模型，记为
Figure FDA0004014477660000011
Figure FDA0004014477660000012
其中，
Figure FDA0004014477660000013
表示500kV变电站内的500kV主变压器，500kV主变压器总计N台；
Figure FDA0004014477660000014
表示与500kV变电站内500kV主变压器所连接的高压侧500kV母线，高压侧500kV母线总计K条；
Figure FDA0004014477660000015
表示500kV变电站内与500kV主变压器所连接的中压侧220kV母线，中压侧220kV母线总计L条；
Figure FDA0004014477660000016
表示与500kV变电站的中压侧相连接的下级220kV变电站的高压侧母线和220kV电厂的高压侧母线，总计J条；
(4)以当前自动电压控制时刻t0为起点，分别计算步骤(3)的电网模型
Figure FDA0004014477660000017
中500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV全部母线
Figure FDA0004014477660000018
在未来Tf分钟的电压预测值VP,l：
VP,l＝{VP,l,t,t＝1,...,Tf},l＝1,...,L
其中，t表示从t0为起点的未来分钟数，VP,l,t表示计算得到的未来t0+t时刻第l条500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线的电压幅值；
包括以下步骤：
(4-1)在当前自动电压控制时刻t0，从电网调度中心监控系统中获取自动电压控制时刻t0的电网潮流计算模型，设定当前计算时标x＝1，设定未来电压趋势计算间隔为Tg；
(4-2)从上述步骤(2)的{Spq,m,m＝1,...,M}中读取500-220kV区域电网下级各220kV变电站母线
Figure FDA0004014477660000021
的等值负荷在未来
Figure FDA0004014477660000022
时刻的负荷预测数据，设置母线编号j＝1，设置预测数据编号b＝x,x为计算时标，包括以下步骤：
(4-2-1)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure FDA0004014477660000023
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure FDA0004014477660000024
上的等值负荷有功功率预测值Pj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-2)从数组{Spq,m,m＝1,...,M}中读取第b个未来
Figure FDA0004014477660000025
时刻500-220kV电网区域下级各220kV变电站母线
Figure FDA0004014477660000026
上的等值负有功功率预测值Qj-b，并将该值输入到电网潮流计算模型中；
(4-2-3)使母线编号j递增，即j＝j+1,对j进行判断，若满足j≥J，则读取完成电网模型中全部500-220kV区域电网下级各220kV变电站母线
Figure FDA0004014477660000027
等值负荷的
Figure FDA0004014477660000028
时刻的负荷预测数据，执行步骤(4-3)，若满足j<J，则返回步骤(4-2-1)；
(4-3)利用牛顿拉夫逊法潮流计算方法，对步骤(3)的电网模型
Figure FDA0004014477660000029
进行潮流计算，得到500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA00040144776600000210
在未来
Figure FDA00040144776600000211
时刻的电压幅值：
{VP,l,x＝Vl,flow,l＝1,...,L}
其中，Vl,flow为当前潮流计算结果中500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线l的电压幅值；
(4-4)使计算时标x递增1，即x＝x+1，对x*Tg进行判断，若满足x*Tg≥Tf，则计算完成未来Tf分钟电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA00040144776600000212
电压预测值结果，进行步骤(5)，若满足x*Tg<Tf，则返回步骤(4-2)；
(5)以当前自动电压控制时刻t0为起点，根据步骤(4)的电压预测值VP,l，计算电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA00040144776600000213
电压安全域，记为：
Figure FDA00040144776600000214
其中，
Figure FDA0004014477660000031
分别为500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA0004014477660000032
的电压安全域上限、电压安全域下限；
包括以下步骤：
(5-1)定义计算时标t表示从当前自动电压控制时刻t0为起点的未来分钟数，t＝1，…，Tf，Tf为未来预测分钟的总数,计算从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l和从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,设定母线编号l＝1，计算步骤如下：
(5-1-1)计算t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l，置入初始值,ΔVmax,inc,l＝0,t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.inc,l,ΔVt.inc,l＝0,设置计算时标t＝1，计算步骤如下：
(5-1-1-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA0004014477660000033
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算得到电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-1-2)对ΔVP,l,a进行判断,若ΔVP,l,a>0，则使ΔVt,inc,l＝ΔVt,inc,l+ΔVp,inc,x,若ΔVP,l,a≤0，则使ΔVt.inc,l＝0；
(5-1-1-3)对ΔVt.inc,l进行判断,若ΔVmax,inc,l<ΔVt.inc,l,则使ΔVmax,inc,l＝ΔVt.inc,l；
(5-1-1-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若t≥Tf，则得到从t开始到未来预测分钟Tf母线l电压发生连续增加的最大增加幅值ΔVmax,inc,l,进入步骤(5-1-2),若t<Tf，则返回(5-1-1-1)；
(5-1-2)计算从t开始到未来预测分钟Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l，置入初始值,ΔVmax,dec,l＝0,从t开始到未来预测分钟数Tf母线l电压发生连续增加的总增加幅值记为ΔVt.dec,l,置入初始值ΔVt.dec,l＝0,设置计算时标t＝1,计算步骤如下：
(5-1-2-1)设置循环变量a＝t+1,从上述步骤(4)计算得到的电网模型中全部500-220kV区域电网的500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA0004014477660000041
未来Tf分钟电压预测值结果中读取母线l的第a个电压预测值VP,l,a和第a-1个电压预测值VP,l,a-1,并计算电压变化量为ΔVP,l,x＝VP,l,x-VP,l,x-1
(5-1-2-2)对ΔVP,l,a进行判断,如果满足ΔVP,l,a<0，则ΔVt.dec,l＝ΔVt.dec,l+ΔVP,l,x,若满足ΔVP,l,a≥0则ΔVt.dec,l＝0；
(5-1-2-3)对ΔVmax,dec,l与ΔVt.dec,l的绝对值进行比较,若ΔVmax,dec,l<|ΔVt.dec,l|,则使ΔVmax,dec,l＝|ΔVt.dec,l|，若ΔVmax,dec,l≥|ΔVt.dec,l|，则进入步骤(5-1-2-4)；
(5-1-2-4)使计算时标t递增1，即t＝t+1，对t进行判断，若满足t≥Tf则计算完成从t开始到未来预测分钟数Tf，母线l电压发生连续减少的最大减少幅值ΔVmax.dec,l,进入步骤(5-2),若满足t<Tf，则进入步骤(5-1-2-1)；
(5-2)从自动电压控制系统获取母线l的电压计划限值的
Figure FDA0004014477660000042
即电压运行合格的上限值和下限值，计算得到母线l的安全域上限
Figure FDA0004014477660000043
和母线l的安全域下限
Figure FDA0004014477660000044
(5-3)使母线编号l递增，即l＝l+1,对l进行判断，若满足l≥L，则计算完成电网模型中全部500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA0004014477660000045
电压安全域上限VS,max和电压安全域下限VS,min，执行步骤(6)，若满足l<L,则返回步骤(5-1)；
(6)将步骤(5)得到的VS,max,VS,min输入到电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块判断500-220kV区域电网中500kV变电站中压侧220kV母线
Figure FDA0004014477660000046
的电压是否出现越电压安全域上限
Figure FDA0004014477660000047
或电压安全域下限
Figure FDA0004014477660000048
若出现越限，则电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块计算生成消除母线电压越限的控制参数，并下发500-220kV区域电网中的电厂和变电站执行，实现500-220kV区域电网自动电压控制。
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