CN113078651A - 一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法 - Google Patents

一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法 Download PDF

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CN113078651A CN202110239264.2A CN202110239264A CN113078651A CN 113078651 A CN113078651 A CN 113078651A CN 202110239264 A CN202110239264 A CN 202110239264A CN 113078651 A CN113078651 A CN 113078651A
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Abstract

本发明提出了一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法，获取输、配电网模型和实时数据构建输配一体电网模型；对变电站的各10kV母线下所带馈线的所有负荷节点电压，分别判断各负荷节点电压是否越限，计算馈线下负荷节点电压接近或越上限率、负荷节点电压接近或越下限率；若某馈线下负荷节点电压接近或越上限率大于接近或越上限率门槛值，则更新对应10kV母线的电压上限；若某馈线下负荷节点电压接近或越下限率大于接近或越下限率门槛值，则更新对应10kV母线电压下限；若10kV母线电压越上限，则选择其所在变电站的分接头降档或容抗器投切；若10kV母线电压越下限，则选择其所在变电站的分接头升档或容抗器投切。

Description

一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法
技术领域
本发明涉及电力领域，特别是涉及一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法。
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。其中变电站的自动电压控制能力与效果直接影响了电力系统自动电压控制的整体控制结果。变电站配有一定容量的离散无功设备(电容器，电抗器)，电容器和电抗器的投切主要用于消除母线电压越限，同时也用于提高变电站的电压水平以降低系统的网损。
在电力系统中，配电网处于整个系统的末端，其电压质量直接关系到用户电气设备能否稳定运行，当系统提供电压低于用户电气设备的额定电压时，用户电气设备将不能正常运行，反之，当系统提供电压高于用户电气设备额定电压时，将会造成用户电气设备的使用寿命缩短，甚至造成电气设备损坏。配电网电压问题原因主要有线路截面积小、供电半径大、无功补偿配置容量不足、设备老化等，而调压方法是在线路上加装单台无功补偿设备，设备间无通讯，不能统一控制且成本高，电压治理效果不明显。
发明内容
基于此，有必要在配电网自身调压能力普遍不足、调压效果不明显的现实情况下，利用输电网调压能力，针对自动电压控制提出考虑配电网调压需求的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提出的一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法，包括如下步骤：
(1)获取输电网模型、母线电压量测、开关刀闸状态、以及变压器的有功功率和无功功率；
(2)获取配电网设备信息、设备状态以及量测数据，并结合所述输电网模型构建输配一体电网模型；
(3)对变电站的各10kV母线下所带馈线的所有负荷节点电压，分别判断各负荷节点电压是否越限，计算馈线下负荷节点电压接近或越上限率、负荷节点电压接近或越下限率；若某馈线下负荷节点电压接近或越上限率大于接近或越上限率门槛值，则更新对应10kV 母线的电压上限；若某馈线下负荷节点电压接近或越下限率大于接近或越下限率门槛值，则更新对应10kV母线电压下限；
(4)判定10kV母线电压是否越限，若10kV母线电压越上限，则选择其所在变电站的分接头降档或容抗器投切；若10kV母线电压越下限，则选择其所在变电站的分接头升档或容抗器投切。
本发明方法的特点及有益效果在于：
本发明利用输电网调压能力，在配电网自身调压能力不足、调压效果不明显的情况下，通过获取输、配电网模型、量测数据，构建输配一体电网模型，充分考虑输、配电网电压运行状况，调节配电网的10kV母线电压，解决配电网电压越限问题，实现用户电气设备安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明实施例的对一个110kV变电站S1及其连接配电网的自动电压控制示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明提出的一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法，包括如下步骤：
(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Tc到来时，从能量管理系统(EMS)获得输电网模型、母线电压量测、开关刀闸状态、以及变压器的有功功率和无功功率，读取输电网变电站中第m条母线Bm的当前电压
Figure BDA0002961503980000021
电压上限
Figure BDA0002961503980000022
和电压下限
Figure BDA0002961503980000023
其中m∈[1，M]，M为输电网变电站母线总数；
(3)从配网自动化系统读取配电网设备信息、设备状态以及量测数据，并结合输电网模型构建输配一体电网模型用
Figure BDA0002961503980000024
表示，其中
Figure BDA0002961503980000025
表示110kV或35kV变电站的1条10kV母线；Fi表示母线
Figure BDA0002961503980000026
连接配电网的馈线，共计Ih条，i∈[1，Ih]；Lp表示母线
Figure BDA0002961503980000031
连接馈线Fi下配电网负荷，共计Ph个，p∈[1，Ph]；Tk表示母线
Figure BDA0002961503980000032
连接馈线Fi下配电网台变，共计Kh个，k∈[1，Kh]；
(4)在当前自动电压控制时刻t0，统计计算馈线Fi的电压情况，包括：最高节点电压
Figure BDA0002961503980000033
最低节点电压
Figure BDA0002961503980000034
越电压上限节点数
Figure BDA0002961503980000035
越电压下限节点数
Figure BDA0002961503980000036
接近电压上限节点数
Figure BDA0002961503980000037
接近电压下限节点数
Figure BDA0002961503980000038
接近或越上限率fi RateH、接近或越下限率 fi RateH、无效量测节点数
Figure BDA0002961503980000039
期望电压上限
Figure BDA00029615039800000310
和期望电压下限
Figure BDA00029615039800000311
步骤如下：
(4-1)初始化馈线Fi的最高节点电压
Figure BDA00029615039800000312
最低节点电压
Figure BDA00029615039800000313
越电压上限节点数
Figure BDA00029615039800000314
越电压下限节点数
Figure BDA00029615039800000315
接近电压上限节点数
Figure BDA00029615039800000316
接近电压下限节点数
Figure BDA00029615039800000317
无效量测节点数
Figure BDA00029615039800000318
期望电压上限
Figure BDA00029615039800000319
期望电压下限
Figure BDA00029615039800000320
电压量测误差为fi Err(fi Err＞0)、电压偏高阈值为
Figure BDA00029615039800000321
Figure BDA00029615039800000322
和电压偏低阈值为
Figure BDA00029615039800000323
VVdMin为电压有效范围最小值，VVdMax为电压有效范围最大值，VHigh为电压运行上限，VLow为电压运行下限；
(4-2)对馈线Fi的负荷节点Lj进行校验，j∈[1，Ji]，Ji为馈线Fi连接负荷节点总数，包括：
(4-2-1)初始化负荷节点Lj的电压有效上限
Figure BDA00029615039800000324
有效电压下限
Figure BDA00029615039800000325
(4-2-2)若负荷节点Lj的量测状态Sj＝1，则进入步骤(4-2-3)；若负荷节点Lj的量测状态Sj＝0，则令
Figure BDA00029615039800000326
进入步骤(4-3)；
(4-2-3)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA00029615039800000327
则进入步骤(4-2-4)，否则令
Figure BDA00029615039800000328
进入步骤(4-3)；
(4-2-4)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA00029615039800000329
则令
Figure BDA00029615039800000330
若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA00029615039800000331
则令
Figure BDA00029615039800000332
进入步骤(4-2-5)；
(4-2-5)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA00029615039800000333
则令
Figure BDA00029615039800000334
若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA00029615039800000335
则令
Figure BDA00029615039800000336
进入步骤(4-2-6)；
(4-2-6)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA0002961503980000041
则令
Figure BDA0002961503980000042
若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure BDA0002961503980000043
Figure BDA0002961503980000044
则令
Figure BDA0002961503980000045
(4-3)令j＝j+1，重新返回步骤(4-2)，继续校验下一个负荷节点，直至馈线Fi的所有负荷节点全部校验完成；
(4-4)计算馈线Fi的接近或越上限率
Figure BDA0002961503980000046
计算馈线Fi的接近或越下限率
Figure BDA0002961503980000047
(4-5)若馈线Fi的接近或越上限率fi RateH≥fH，fH为接近或越上限率门槛值，且馈线Fi的最低节点电压
Figure BDA0002961503980000048
则更新馈线Fi的期望电压上限，令
Figure BDA0002961503980000049
若馈线Fi的接近或越上限率fi RateH≥fL，fL为接近或越下限率门槛值，且馈线Fi的最高节点电压
Figure BDA00029615039800000410
则更新馈线Fi的期望电压下限，令
Figure BDA00029615039800000411
(4-6)校验馈线Fi所连母线
Figure BDA00029615039800000412
的电压上限
Figure BDA00029615039800000413
若
Figure BDA00029615039800000414
则令
Figure BDA00029615039800000415
校验馈线Fi所连母线
Figure BDA00029615039800000416
的电压下限
Figure BDA00029615039800000417
若
Figure BDA00029615039800000418
则令
Figure BDA00029615039800000419
(4-7)令i＝i+1，返回步骤(4-1)，继续校验下一个馈线，直至母线
Figure BDA00029615039800000423
连接配电网的所有馈线Fi全部校验完成；
(4-8)重新返回步骤(3)，继续校验下一条10kV母线，直至所有10kV母线全部校验完成；
(5)判断变电站母线当前电压
Figure BDA00029615039800000420
是否越限，若
Figure BDA00029615039800000421
则选择其所在变电站的分接头降档或容抗器投切(电容器切除、电抗器投入)，以解决其所带配电网馈线节点越上限问题；若
Figure BDA00029615039800000422
则选择其所在变电站的分接头升档或容抗器投切(电抗器切除、电容器投入)，以解决其所带配电网馈线节点越下限问题。
以下为本发明实施例：
参见图1，本实施例为对一个110kV变电站S1及其连接配电网的自动电压控制，S1的高中低压侧电压等级分别为110kV、35kV、10kV，10kV母线连接3条配电网馈线F1、F2、F3。
本实施例的方法包括以下步骤：
(1)设定控制周期为5分钟；
(2)控制周期到来时，读取输电网模型数据，读取变电站S1高中低压侧电压当前值分别为
Figure BDA0002961503980000051
电压上限分别为
Figure BDA0002961503980000052
Figure BDA0002961503980000053
电压下限分别为
Figure BDA0002961503980000054
Figure BDA0002961503980000055
(3)读取配电网设备信息、设备状态以及量测数据，并结合输电网模型构造输配一体电网模型
Figure BDA0002961503980000056
表示，其中
Figure BDA0002961503980000057
表示变电站S1的10kV母线；Fi表示
Figure BDA0002961503980000058
连接配电网馈线，共计3条；Lp表示
Figure BDA0002961503980000059
连接馈线下配电网负荷，共5个；Tk表示
Figure BDA00029615039800000510
连接馈线下配电网台变，共5个；
(4)统计计算配电网馈线F1的电压情况，包括：最高节点电压
Figure BDA00029615039800000511
最低节点电压
Figure BDA00029615039800000512
越电压上限节点数
Figure BDA00029615039800000513
越电压下限节点数
Figure BDA00029615039800000514
接近电压上限节点数
Figure BDA00029615039800000515
接近电压下限节点数
Figure BDA00029615039800000516
接近或越上限率
Figure BDA00029615039800000517
接近或越下限率
Figure BDA00029615039800000518
无效量测节点数
Figure BDA00029615039800000519
期望电压上限
Figure BDA00029615039800000520
期望电压步骤如下：
(4-1)初始化母线
Figure BDA00029615039800000521
连接配电网馈线F1的电压上限
Figure BDA00029615039800000522
电压下限
Figure BDA00029615039800000523
电压量测误差
Figure BDA00029615039800000524
电压偏高阈值
Figure BDA00029615039800000525
电压偏低阈值
Figure BDA00029615039800000526
初始化馈线F1的最高节点电压
Figure BDA00029615039800000527
最低节点电压
Figure BDA00029615039800000528
越电压上限节点数
Figure BDA00029615039800000529
越电压下限节点数
Figure BDA00029615039800000530
接近电压上限节点数
Figure BDA00029615039800000531
接近电压下限节点数
Figure BDA00029615039800000532
无效量测节点数
Figure BDA00029615039800000533
期望电压上限
Figure BDA00029615039800000534
期望电压下限
Figure BDA00029615039800000535
(4-2)对馈线F1的负荷节点L1进行校验，包括：
(4-2-1)初始化节点L1电压有效上限
Figure BDA00029615039800000536
有效电压下限
Figure BDA00029615039800000537
(4-2-2)节点L1的量测状态
Figure BDA00029615039800000538
进入步骤(4-2-3)；
(4-2-3)节点L1的电压
Figure BDA00029615039800000539
满足
Figure BDA00029615039800000540
进入步骤(4-2-4)；
(4-2-4)节点L1电压
Figure BDA0002961503980000061
令
Figure BDA0002961503980000062
节点L1电压
Figure BDA0002961503980000063
满足
Figure BDA0002961503980000064
令
Figure BDA0002961503980000065
(4-2-5)节点L1电压
Figure BDA0002961503980000066
满足
Figure BDA0002961503980000067
则
Figure BDA0002961503980000068
(4-3)重新返回步骤(4-1)，继续校验下一个负荷节点，直至馈线Fi的所有负荷节点全部校验完成；
(4-4)计算馈线F1的接近或越上限率
Figure BDA0002961503980000069
计算馈线F1的接近或越下限率
Figure BDA00029615039800000610
(4-5)
Figure BDA00029615039800000611
且
Figure BDA00029615039800000612
更新馈线Fi的期望电压下限，令
Figure BDA00029615039800000613
(4-6)此时
Figure BDA00029615039800000614
满足
Figure BDA00029615039800000615
令
Figure BDA00029615039800000616
(4-7)重新返回步骤(4-1)，继续校验下一个馈线，直至母线
Figure BDA00029615039800000617
连接所有馈线全部校验完成；
(4-8)重新返回步骤(2)，继续校验下一条10kV母线，直至所有10kV母线全部校验完成；
(5)判断变电站S1各母线电压是否越限，
Figure BDA00029615039800000618
Figure BDA00029615039800000619
即10kV母线电压越下限，生成所在变电站的升压策略并执行，以解决其所带配电网馈线节点越下限问题。

Claims (3)

1.一种考虑配电网调压需求的输配协同自动电压控制方法，其特征在于，包括：
(1)获取输电网模型、母线电压量测、开关刀闸状态、以及变压器的有功功率和无功功率；
(2)获取配电网设备信息、设备状态以及量测数据，并结合所述输电网模型构建输配一体电网模型；
(3)对变电站的各10kV母线下所带馈线的所有负荷节点电压，分别判断各负荷节点电压是否越限，计算馈线下负荷节点电压接近或越上限率、负荷节点电压接近或越下限率；若某馈线下负荷节点电压接近或越上限率大于接近或越上限率门槛值，则更新对应10kV母线的电压上限；若某馈线下负荷节点电压接近或越下限率大于接近或越下限率门槛值，则更新对应10kV母线电压下限；
(4)判定10kV母线电压是否越限，若10kV母线电压越上限，则选择其所在变电站的分接头降档或容抗器投切；若10kV母线电压越下限，则选择其所在变电站的分接头升档或容抗器投切。
2.根据权利要求1所述的输配协同自动电压控制方法，其特征在于，步骤(2)中构建的所述输配一体电网模型，记为
Figure FDA0002961503970000011
其中
Figure FDA0002961503970000012
表示110kV或35kV变电站的1条10kV母线；Fi表示母线
Figure FDA0002961503970000013
连接配电网的馈线，共计Ih条，i∈[1，Ih]；Lp表示母线
Figure FDA0002961503970000014
连接馈线Fi下配电网负荷，共计Ph个，p∈[1，Ph]；Tk表示母线
Figure FDA0002961503970000015
连接馈线Fi下配电网台变，共计Kh个，k∈[1，Kh]。
3.根据权利要求2所述的输配协同自动电压控制方法，其特征在于，步骤(3)具体包括以下步骤：
(3-1)初始化馈线Fi的最高节点电压
Figure FDA0002961503970000016
最低节点电压
Figure FDA0002961503970000017
越电压上限节点数
Figure FDA0002961503970000018
越电压下限节点数
Figure FDA0002961503970000019
接近电压上限节点数
Figure FDA00029615039700000110
接近电压下限节点数
Figure FDA00029615039700000111
无效量测节点数
Figure FDA00029615039700000112
期望电压上限
Figure FDA00029615039700000113
和期望电压下限
Figure FDA00029615039700000114
电压量测误差为fi Err、电压偏高阈值为
Figure FDA00029615039700000115
和电压偏低阈值为
Figure FDA00029615039700000116
VVdMin为电压有效范围最小值，VVdMax为电压有效范围最大值，VHigh为电压运行上限，VLow为电压运行下限；
(3-2)对馈线Fi的负荷节点Lj进行校验，j∈[1，Ji]，Ji为馈线Fi连接负荷节点总数，具体包括：
(3-2-1)初始化负荷节点Lj的电压有效上限
Figure FDA0002961503970000021
有效电压下限
Figure FDA0002961503970000022
(3-2-2)若负荷节点Lj的量测状态Sj＝1，则进入步骤(3-2-3)；若负荷节点Lj的量测状态Sj＝0，则令
Figure FDA0002961503970000023
进入步骤(3-3)；
(3-2-3)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA0002961503970000024
则进入步骤(3-2-4)，否则令
Figure FDA0002961503970000025
进入步骤(3-3)；
(3-2-4)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA0002961503970000026
则令
Figure FDA0002961503970000027
若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA0002961503970000028
则令
Figure FDA0002961503970000029
(3-2-5)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA00029615039700000210
则令
Figure FDA00029615039700000211
若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA00029615039700000212
则令
Figure FDA00029615039700000213
(3-2-6)若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA00029615039700000214
则令
Figure FDA00029615039700000215
若负荷节点Lj的电压Vj满足：
Figure FDA00029615039700000216
Figure FDA00029615039700000217
则令
Figure FDA00029615039700000218
(3-3)令j＝j+1，返回步骤(3-2)，继续校验下一个负荷节点，直至馈线Fi的所有负荷节点全部校验完成；
(3-4)计算馈线Fi的接近或越上限率
Figure FDA00029615039700000219
计算馈线Fi的接近或越下限率
Figure FDA00029615039700000220
(3-5)若馈线Fi的接近或越上限率fi RateH≥fH，fH为接近或越上限率门槛值，且馈线Fi的最低节点电压
Figure FDA00029615039700000221
则更新馈线Fi的期望电压上限，令
Figure FDA00029615039700000222
若馈线Fi的接近或越上限率fi RateL≥fL，fL为接近或越下限率门槛值，且馈线Fi的最高节点电压
Figure FDA00029615039700000223
则更新馈线Fi的期望电压下限，令
Figure FDA00029615039700000224
(3-6)校验馈线Fi所连母线
Figure FDA0002961503970000031
的电压上限
Figure FDA0002961503970000032
若
Figure FDA0002961503970000033
则令
Figure FDA0002961503970000034
校验馈线Fi所连母线
Figure FDA0002961503970000035
的电压下限
Figure FDA0002961503970000036
若
Figure FDA0002961503970000037
则令
Figure FDA0002961503970000038
(3-7)令i＝i+1，返回步骤(3-1)，继续校验下一个馈线，直至母线
Figure FDA0002961503970000039
连接配电网的所有馈线Fi全部校验完成；
(3-8)重新返回步骤(2)，继续校验下一条10kV母线，直至所有10kV母线全部校验完成。
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