CN112952923B - 一种用于avc系统的无功裕度分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于AVC系统的无功裕度分配方法，该方法在AVC调节过程中实时平衡抽蓄电站内机组无功裕度，在调节对象达到目标后无需对站内机组的无功再次分配调节；可在厂内多台机组无功调节速率及无功调节步长存在差异的情况下合理分配调节站内机组的无功；并通过同向判定，避免在电压波动、AVC主站目标值较小时出现反复调节的情况。与现有技术相比，本发明具有在抽蓄电站机组多工况或不同工况并列运行的方式下，均可实现无功的合理分配等优点。

Description

一种用于AVC系统的无功裕度分配方法

技术领域

本发明涉及一种，尤其是涉及一种用于AVC系统的无功裕度分配方法。

背景技术

AVC系统是以在线模式运行的电网电压无功控制系统，通过调度自动化SCADA系统采集各变电站、发电厂的母线电压、母线无功、主变高、低压侧无功测量数据，以及各开关状态数据等实时数据进行在线分析和计算，从电网优化运行的角度调整全网中各种无功控制设备的参数，现有AVC系统具有以下特点：

1)目前在电网AVC技术中，火电厂的AVC系统广泛采用等功率因数分配方法运行，而抽水蓄能电站的AVC子站建设正在进行当中，其中华东电网已有多个抽水蓄能电站AVC子站已完成前期调试工作，但均未正式接入AVC主站闭环运行，尚无针对抽蓄电站特点的无功裕度分配方法。

2)抽蓄电站机组数量较多，除发电工况及抽水工况，还涉及发电调相工况和抽水调相工况，以及多工况并列运行，抽水工况和抽水调相工况并列运行较为常见，那么火电厂AVC系统广泛应用的等功率因数分配方法无法满足抽蓄电站AVC系统调节适应多工况的要求。

3)在电压目标下，AVC系统采用预估计算得到所需的无功功率。由于母线或出线电压和无功功率在电网系统中不具有稳定的数学对应关系，如果将电压目标和计算所得无功目标以同一优先级判定是否达到调节要求，存在出现超调和反复调节的情况，在特定情况下甚至会引起跳机事故。华东电网调分中心〔2018〕171号《华东电网调管发电厂AVC子站技术规范》技术规范已有明确要求，其中5.6节电压维持有明确规定：在一次连续调节过程中，当调节对象数值与目标数值之间的偏差值小于调节死区，AVC子站应停止调节。所以，当母线电压达到目标后不可进行无功的再次分配，AVC系统使用的分配方法必须在调节过程中就完成厂内机组无功协调分配的任务。

因此，现有等无功裕度分配方法，只是简单的将计算得到的无功增量按照每台机组当前的无功裕度比例分配下去。然而在实际应用中发现，每台机组的无功调节响应速率和无功调节步长不可能完全一致，在每一次调节过程中，响应快或步长大的机组无功升高(或降低)的速率都大于响应慢或步长小的机组。由于在电压达到目标后不可进行无功的再次分配，在响应快或步长大的机组达到无功限值，或剩余的无功裕度小于一个调节步长之前，厂内机组之间的无功裕度差距会越来越大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于AVC系统的无功裕度分配方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于AVC系统的无功裕度分配方法，该方法在AVC调节过程中实时平衡抽蓄电站内机组无功裕度，在调节对象达到目标后无需对站内机组的无功再次分配调节；可在厂内多台机组无功调节速率及无功调节步长存在差异的情况下合理分配调节站内机组的无功；并通过同向判定，避免在电压波动、AVC主站目标值较小时出现反复调节的情况。

优选地，该方法具体包括以下步骤：

步骤1)电网侧的AVC主站下发电压或无功调节指令给抽蓄电站AVC子站；

步骤2)抽蓄电站侧的AVC子站接收电网侧AVC主站所下发的电压或无功调节指令；

步骤3)AVC子站系统计算每次调节所需的总无功增量ΔQ_all；

步骤4)计算抽蓄电站各台机组的无功增量；

步骤5)判定ΔQ_all的正负；

步骤6)将计算所得的各台机组无功增量与ΔQ_all进行同向判定；

步骤7)获取AVC调节后的电压或无功；

步骤8)判断AVC调节后的电压或无功是否小于电压死区值U_deadband或无功死区值Q_deadband。

优选地，所述的步骤4)计算抽蓄电站各台机组的无功增量具体如下：

其中

其中，N表示机组数量；ΔQ_all为AVC子站系统根据AVC主站指令计算所得站内所需总无功增量；α、β表示机组编号；Q_α、Q_β表示对应机组当前无功数值；ΔQ_α、ΔQ_β表示对应机组所分配的无功增量；Q_αLimit、Q_βLimit表示对应机组无功限值；Q_ψ、Q_λ表示对应机组AVC调节后的无功数值；

经整理得

其中

优选地，所述的步骤6)中的同向判定为将计算得到的ΔQ_α，ΔQ_β与ΔQ_all进行同向判定。

优选地，所述的将计算得到的ΔQ_α，ΔQ_β与ΔQ_all进行同向判定具体过程为：

(61)若ΔQ_all＞0，将ΔQ_α、ΔQ_β中大于零的数值作为无功调节目标分配至对应机组，舍弃ΔQ_α、ΔQ_β中小于零的数值；

(62)若ΔQ_all＜0，将ΔQ_α、ΔQ_β中小于零的数值作为无功调节目标分配至对应机组，舍弃ΔQ_α、ΔQ_β中大于零的数值。

优选地，所述的步骤8)中，若AVC调节后的电压或无功大于电压死区值U_deadband或无功死区值Q_deadband，则返回第三步重新计算抽蓄电站所需的总无功增量ΔQ_all。

优选地，所述的步骤8)中，若AVC调节后的电压或无功小于电压死区值U_deadband或无功死区值Q_deadband，则实现AVC电压或无功调节目标，AVC电压或无功调节结束。

优选地，该方法能够在抽蓄电站内多台机组无功调节响应速率及无功调节步长存在差异的情况下，合理分配调节站内机组的无功。

优选地，该方法能够使站内各台机组无功增量方向一致，避免反复调节。

优选地，该方法对参与分配的抽蓄机组数量无限制，可自适应调整站内机组无功裕度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在抽蓄电站机组多工况或不同工况并列运行的方式下，均可实现无功的合理分配。

(2)本发明在正常调节周期内完成站内无功裕度平衡，无需在主站电压/无功指令达到目标后对站内机组无功进行再次分配，避免了超调现象。

(3)本发明能够在抽蓄电站内多台机组无功调节响应速率及无功调节步长存在差异的情况下，平衡各台机组无功裕度。

(4)本发明通过同向判定统一站内各台机组的无功调节方向，避免在系统电压波动、电压目标较小时可能出现的“此消彼长”式的反复调节。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种抽蓄电站AVC系统等无功裕度分配方法，具体步骤如下：

第一步：电网侧的AVC主站下发电压/无功调节指令给抽蓄电站AVC子站；

A1：本实施例电网侧AVC主站每间隔5分钟下发电压/无功调节指令给抽蓄电站AVC子站；

第二步：抽蓄电站侧的AVC子站接收电网侧AVC主站所下发的电压/无功调节指令；

B1：抽蓄电站侧的AVC子站接收电网侧AVC主站所下发的电压/无功调节指令，并实时将抽蓄电站侧并网机组数量N、机组的运行方式M/G(M表示机组处于电动机方向，G表示机组处于发电机方向)、可调总无功裕度ΔQ_margin等信息上传至电网侧AVC主站系统。

第三步：AVC子站系统计算所需的总无功增量ΔQ_all；

C1：AVC子站接收到电压/无功指令后，通过预估计算得到每次调节所需的总无功增量ΔQ_all。

第四步：计算抽蓄电站各台机组的无功增量；

D1：结合第三步得到的ΔQ_all，建立如下ΔQ_α、ΔQ_β与ΔQ_all的数学模型公式

其中

其中，N表示机组数量；ΔQ_all为AVC子站系统根据AVC主站指令计算所得站内所需总无功增量；α、β表示机组编号；Q_α、Q_β表示对应机组当前无功数值；ΔQ_α、ΔQ_β表示对应机组所分配的无功增量；Q_αLimit、Q_βLimit表示对应机组无功限值；Q_ψ、Q_λ表示对应机组AVC调节后的无功数值。

D2：计算ΔQ_α、ΔQ_β

其中

其具体运行机理为：

站内任意机组的ΔQ都符合上述公式。在机组数量N和站内所需总无功增量ΔQ_all已知的情况下，每台机组对应的ΔQ_α或ΔQ_β有且仅有唯一解，并且对参加分配的机组数量无限制；

若假设α机组无功调节响应速率及无功调节步长大于β机组，即便在计算得到的ΔQ_α＜ΔQ_β时，Q_ψ在实际调节过程中增加(或减少)的速率仍然会大于Q_λ，而在下一次调节中参与计算的Q_α增加(或减少)的速率也会大于Q_β，α机组的无功裕度(Q_αLimit-Q_α)与β机组的无功裕度(Q_βLimit-Q_β)差异会逐步变大，当到达临界值

此时ΔQ_α＝0，α机组将不再分配无功目标，由β机组继续调节，确保在α、β机组之间存在无功调节响应速率及无功调节步长差异时保持无功裕度平衡。

第五步：判定ΔQ_all的正负；

E1：判定ΔQ_all大于零或ΔQ_all小于零，并执行下一步。

第六步：将计算所得的各台机组无功增量与ΔQ_all进行同向判定；

同向判定具体过程，将计算得到的ΔQ_α，ΔQ_β与ΔQ_all进行同向判定：

(1)若ΔQ_all＞0，将ΔQ_α、ΔQ_β中大于零的数值作为无功调节目标分配至对应机组，舍弃ΔQ_α、ΔQ_β中小于零的数值；

(2)若ΔQ_all＜0，将ΔQ_α、ΔQ_β中小于零的数值作为无功调节目标分配至对应机组，舍弃ΔQ_α、ΔQ_β中大于零的数值。

F1：现场实际应用中发现，在母线电压波动较大、指令目标较小的情况下，会出现各台机组分配的ΔQ不同向的情况，再加上采样延迟的影响，将导致“此消彼长”式的反复调节，进行同向判定后，各台机组的无功变化方向与站内总目标一致，避免出现反复调节的情况。

第七步：获取AVC调节后的电压/无功；

G1：AVC系统对母线电压和站内无功进行实时采样。

第八步：判断AVC调节后的电压/无功是否小于无功死区值U_deadband/Q_deadband；

若AVC调节后的电压/无功大于死区值U_deadband/Q_deadband，则返回第三步重新计算抽蓄电站所需的总无功增量ΔQ_all，

若AVC调节后的电压/无功小于等于死区值U_deadband/Q_deadband，则达到本实施例抽蓄电站的AVC电压/无功调节目标，AVC电压/无功调节结束。

H1：若调节后的电压/无功在死区范围之内，则立即停止调节，不对站内机组的无功进行再次分配；

H2：若调节后的电压/无功在死区范围之外，则返回执行第三步至第八步，本实施例每20s完成一次第三步至第八步的循环。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，鉴于考虑到算法的可移植性，凡是其他火电厂、核电厂、燃气轮机电厂、光伏电站、风力电站采用本发明的算法逻辑及其流程图结构，均应列入本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于AVC系统的无功裕度分配方法，其特征在于，该方法在AVC调节过程中实时平衡抽蓄电站内机组无功裕度，在调节对象达到目标后无需对站内机组的无功再次分配调节；并通过同向判定，避免在电压波动、AVC主站目标值较小时出现反复调节的情况；

该方法具体包括以下步骤：

步骤1)电网侧的AVC主站下发电压或无功调节指令给抽蓄电站AVC子站；

步骤2)抽蓄电站侧的AVC子站接收电网侧AVC主站所下发的电压或无功调节指令；

步骤3)AVC子站系统计算每次调节所需的总无功增量ΔQ_all；

步骤4)计算抽蓄电站各台机组的无功增量；

步骤5)判定ΔQ_all的正负；

步骤6)将计算所得的各台机组无功增量与ΔQ_all进行同向判定；

步骤7)获取AVC调节后的电压或无功；

步骤8)判断AVC调节后的电压或无功是否小于电压死区值U_deadband或无功死区值Q_deadband；

所述的步骤6)中的同向判定为将计算得到的ΔQ_α，ΔQ_β与ΔQ_all进行同向判定，其中；α、β表示机组编号，ΔQ_α、ΔQ_β表示对应机组所分配的无功增量；

所述的将计算得到的ΔQ_α，ΔQ_β与ΔQ_all进行同向判定具体过程为：

(61)若ΔQ_all＞0，将ΔQ_α、ΔQ_β中大于零的数值作为无功调节目标分配至对应机组，舍弃ΔQ_α、ΔQ_β中小于零的数值；

(62)若ΔQ_all＜0，将ΔQ_α、ΔQ_β中小于零的数值作为无功调节目标分配至对应机组，舍弃ΔQ_α、ΔQ_β中大于零的数值。

2.根据权利要求1所述的一种用于AVC系统的无功裕度分配方法，其特征在于，所述的步骤4)计算抽蓄电站各台机组的无功增量具体如下：

其中

其中，N表示机组数量；ΔQ_all为AVC子站系统根据AVC主站指令计算所得站内所需总无功增量；α、β表示机组编号；Q_α、Q_β表示对应机组当前无功数值；ΔQ_α、ΔQ_β表示对应机组所分配的无功增量；Q_αLimit、Q_βLimit表示对应机组无功限值；Q_ψ、Q_λ表示对应机组AVC调节后的无功数值；

经整理得

其中

。

3.根据权利要求1所述的一种用于AVC系统的无功裕度分配方法，其特征在于，所述的步骤8)中，若AVC调节后的电压或无功大于电压死区值U_deadband或无功死区值Q_deadband，则返回第三步重新计算抽蓄电站所需的总无功增量ΔQ_all。

4.根据权利要求2所述的一种用于AVC系统的无功裕度分配方法，其特征在于，所述的步骤8)中，若AVC调节后的电压或无功小于电压死区值U_deadband或无功死区值Q_deadband，则实现AVC电压或无功调节目标，AVC电压或无功调节结束。

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