CN113285466B - 一种无功电压的协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无功电压的协调控制方法，包括，通过配电变压器监测终端采集台区侧无功电压设备的运行信息，并将运行信息上传至配电网自动化四区主站；通过馈线自动电压无功控制装置采集馈线侧无功电压设备的运行信息，并将运行信息上传至配电网自动化四区主站；基于运行信息计算母线电压的优化值；基于馈线台区的数据，并结合负荷预测和馈线下方台区的综合合格率计算馈线的无功电压优化目标值；根据优化值和无功电压优化目标值设计协调控制器，实现了对无功电压的协调控制；本发明通过结合无功电压设备和自动电压无功控制技术，设计了功电压协调控制器，使得电压质量得到了有效改善，减少了无功传输，增加了电压稳裕度。

Description

一种无功电压的协调控制方法
技术领域
本发明涉及电压优化控制的技术领域，尤其涉及一种无功电压的协调控制方法。
背景技术
随着电网规模的扩大和调度自动化水平的提高，单纯依靠人工控制已经难以满足驾驭电网的要求，在各控制中心内建设自动控制系统来实施一系列的自动控制已成共识。以自动电压控制(Automatic Voltage control，AVC)为例，AVC系统以控制中心内电网为控制对象，考虑控制中心内电网的运行约束，以控制中心内无功电压调节设备为控制手段。
然而现有自动控制系统大多数是对电压和无功进行孤立的调节，没有把电压与无功的调节有机地结合起来，而且电压无功调节设备动作次数过于频繁，频繁的调节导致了变压器经常发生故障，严重影响了供电质量和稳定性，从而使电压无功自动控制不能在实际工作中得到广泛的应用和推广。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种无功电压的协调控制，能够改善电压无功调节的效果，消除电网间不合理的无功流动。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，通过配电变压器监测终端采集台区侧无功电压设备的运行信息Q，并将所述运行信息通过移动公网通道上传至配电网自动化四区主站；通过馈线自动电压无功控制装置采集馈线侧无功电压设备的运行信息P，并将所述运行信息P通过所述移动公网通道上传至所述配电网自动化四区主站；基于所述运行信息Q和运行信息P计算变电站母线电压的优化值；基于馈线下方所有台区的数据，并结合负荷预测和馈线下方台区的综合合格率计算馈线的无功电压优化目标值；根据所述优化值和所述无功电压优化目标值设计协调控制器，根据所述协调控制器对无功电压进行协调控制。
作为本发明所述的无功电压的协调控制方法的一种优选方案，其中：采集所述运行信息Q包括，所述配电变压器监测终端通过双绞线并以DLT645通讯规约采集所述台区侧无功电压设备的运行信息Q。
作为本发明所述的无功电压的协调控制方法的一种优选方案，其中：采集所述运行信息P包括，所述馈线自动电压无功控制装置通过所述双绞线采集所述台区侧无功电压设备的运行信息P。
计算所述变电站母线电压的优化值包括，基于四区主站的配电网数据，结合负荷预测与配网电压合格率，计算变电站母线电压的优化值U：
Figure BDA0003042176160000021
其中，Uj为母线节点j的实际电压，Ua为所述配网点电压合格率，Ujmax为最大允许偏差，n为节点数。
作为本发明所述的无功电压的协调控制方法的一种优选方案，其中：计算所述馈线的无功电压优化目标值包括，基于馈线下方所有台区的数据，并结合所述负荷预测和馈线下方台区电压综合合格率，计算馈线的无功电压优化目标值V：
Figure BDA0003042176160000022
其中，为所述馈线下方台区电压综合合格率，s为转折频率，Q为无功功率。
作为本发明所述的无功电压的协调控制方法的一种优选方案，其中：上传运行信息包括，通过安全加密芯片对所述运行信息进行加密，而后根据IEC-104标准通讯规约并通过所述移动公网通道将所述运行信息进行上传。
作为本发明所述的无功电压的协调控制方法的一种优选方案，其中：设计所述协调控制器包括，
Figure BDA0003042176160000023
其中，S(A,x)为所述协调控制器，A为块矩阵，R为正定矩阵，x为输入电压，t为无功电压监测总时间，T为转置符号。
作为本发明所述的无功电压的协调控制方法的一种优选方案，其中：还包括，所述协调控制器满足下式：
S(A,x)≤xTQx。
本发明的有益效果：本发明通过结合无功电压设备和自动电压无功控制技术对无功电压，设计无功电压协调控制器，使得电压质量得到了有效改善，减少了无功传输，增加了电压稳裕度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的一种无功电压的协调控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种无功电压的协调控制方法，包括：
S1：通过配电变压器监测终端采集台区侧无功电压设备的运行信息Q，并将运行信息通过移动公网通道上传至配电网自动化四区主站。
需要说明的是，配电变压器监测终端(distribution Transformer supervisoryTerminal Unit，TTU)在电力供配电系统中用于对配电变压器的信息采集和控制。
配电变压器监测终端通过双绞线(RS485/RS232)并以DLT645/Modbus通讯规约采集台区侧无功电压设备(有载调压分接头、无功补偿装置等)的运行信息Q。
其中，RS485总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于2个逻辑状态的定义：正电平在+2V～+6V之间，表示一个逻辑状态；负电平在-2V～-6V之间，则表示另一个逻辑状态；数字信号采用差分传输方式，能够有效减少噪声信号的干扰。RS232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道(称为主通道)和第二通道(称为副通道)；利用RS232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少；在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线(接收线、发送线和信号地)能实现简单的全双工通信过程。
进一步的，通过中国电科院统一部署的安全加密芯片对运行信息进行加密，而后根据IEC-104标准通讯规约并通过移动公网IP通道将台区侧无功电压设备的运行信息Q进行上传。
S2：通过馈线自动电压无功控制装置采集馈线侧无功电压设备的运行信息P，并将运行信息P通过移动公网通道上传至配电网自动化四区主站。
馈线自动电压无功控制装置(Automatic Voltage Quality Control，AVQC)通过双绞线采集台区侧无功电压设备(线路调压器、线路无功补偿装置等)的运行信息P。
进一步的，通过中国电科院统一部署的安全加密芯片对运行信息进行加密，而后根据IEC-104标准通讯规约并通过移动公网通道将馈线侧无功电压设备的运行信息P进行上传。
S3：基于运行信息Q和运行信息P计算变电站母线电压的优化值。
基于四区主站的配电网数据，结合负荷预测与配网电压合格率，计算变电站母线电压的优化值U：
Figure BDA0003042176160000051
其中需要说明的是，本实施例基于SVM(Support Vector Machine，支持向量机)对电力系统进行负荷预测；SVM是通过一个非线性映射p，把样本空间映射到一个高维乃至无穷维的特征空间中(Hilbert空间)，使得在原来的样本空间中非线性可分的问题转化为在特征空间中的线性可分的问题。
本实施例选择二层神经网络核函数生成SVM，二层神经网络核函数的表达式如下：
K(x,y)＝tanh(a(x·y)+b)
通过如下代码实现电力系统的负荷预测：
Figure BDA0003042176160000052
Figure BDA0003042176160000061
通过下式计算配网电压合格率为：
Figure BDA0003042176160000071
其中，Uj为母线节点j的实际电压，Ua为配网点电压合格率，Ujmax为最大允许偏差，tm为月电压监测总时间，为月电压超限总时间，n为节点数。
进一步的，将将变电站母线电压的优化值U发送给主网AVC(Automatic VoltageControl，自动电压控制)。
S4：基于馈线下方所有台区的数据，并结合负荷预测和馈线下方台区的综合合格率计算馈线的无功电压优化目标值。
基于馈线下方所有台区的数据，并结合负荷预测和馈线下方台区电压综合合格率，计算馈线的无功电压优化目标值V：
Figure BDA0003042176160000072
其中，为馈线下方台区电压综合合格率，s为转折频率，Q为无功功率。
S5：根据优化值和无功电压优化目标值设计协调控制器，根据协调控制器对无功电压进行协调控制。
根据优化值和无功电压优化目标值，并结合潮流约束条件设计协调控制器，协调控制器S(A,x)的表达式如下：
Figure BDA0003042176160000073
且协调控制器满足下式：
S(A,x)≤xTQx。
其中，A为块矩阵，R为m阶的正定矩阵，x为输入电压，t为无功电压监测总时间，T为转置符号。
块矩阵A的表达式如下：
Figure BDA0003042176160000074
潮流约束条件如下：
Figure BDA0003042176160000081
Figure BDA0003042176160000082
其中，V为节点电压，Ω(i)为与节点i相连的节点集合，
Figure BDA0003042176160000083
为t时刻节点i处的有功功率，
Figure BDA0003042176160000084
为t时刻节点i处的无功功率，Pi DG.t为t时刻节点i的分布式电源的有功功率，Pi D.t为t时刻节点i的分布式电源负荷消耗的有功功率，Pi DR.t为t时刻节点i的分布式电源需要参与电压无功优化的有功功率，
Figure BDA0003042176160000085
为t时刻节点i的分布式电源的无功功率，
Figure BDA0003042176160000086
为t时刻节点i的分布式电源负荷消耗的无功功率，
Figure BDA0003042176160000087
为t时刻节点i的分布式电源需要参与电压无功优化的无功功率，Pi SVG.t为t时刻节点i的分布式电源的SVG无功补偿功率，Pi CB.t为t时刻节点i的电容器组无功补偿功率。
分布式电源的有功功率和无功功率应满足的约束条件为：
Figure BDA0003042176160000088
其中，Pi DG.t为t时刻节点i的分布式电源的实际有功出力，
Figure BDA0003042176160000089
为t时刻节点i的分布式电源的实际无功出力，
Figure BDA00030421761600000810
为t时刻节点i的分布式电源的最大有功出力。
SVG(static VaR generator，静止无功发生器)在配电网运行调度的过程中作为连续型决策变量，应满足的运行约束条件为：
Figure BDA00030421761600000811
其中，
Figure BDA00030421761600000812
为t时刻节点i中静止无功发生器的无功功率，
Figure BDA00030421761600000813
为节点i中静止无功发生器的无功功率的最大值，
Figure BDA00030421761600000814
为节点i中静止无功发生器的无功功率的最小值。
电容器组在配电网运行调度的过程中作为离散型决策变量，在一个调度周期内电容器组的操作次数有严格限制，且每一次投切都是成组操作，电容器组的运行应该满足如下约束条件：
Figure BDA0003042176160000091
其中，
Figure BDA0003042176160000092
为t时刻节点i的电容器组的无功功率，
Figure BDA0003042176160000093
为电容器组的无功补偿功率，
Figure BDA0003042176160000094
为t时刻节点i中的电容器组的投运组数，
Figure BDA0003042176160000095
为电容器组的最大投运组数。
实施例2
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择的独立控制方法和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
独立的控制方法对无功电压的控制较为平衡，但联络线无功传输次数比较频繁，虽降低了系统网损，但效果不明显。
为验证本方法相对独立的控制方法对无功电压具有更好的优化效果，本实施例中将采用独立的控制方法和本方法分别对发电机无功电压进行仿真控制对比。
本实施例首先以单个现场数据断面为例，分别采用独立的控制方法和本方法，通过连续闭环控制对比分析各种控制条件下的控制效果；实验中，BJ站500kV母线的上限为528kV，通过独立的控制方法，BJ站500kV母线由基态的电压越限(529.0)恢复到限值范围之内(527，0)；通过本方法，BJ站500kV母线由基态的电压越限(529.0)恢复到限值范围之内(513，0)；系统网损情况如下表所示。
表1：系统平均网损对比表。
系统网损 全部/MW 低谷时段/MW 高峰时段/MW
控制前 892 634 942
独立的控制方法 864 613 926
本方法 836 602 883
可以看出，经过本方法控制后，系统网损明显下降，且效果优于独立的控制方法。
在增加控制中心间的互动协调优化控制后，减少了联络线无功传输，具体情况如下表所示。
表2：联络线无功情况对比表。
联络线无功 全部/Mvar 低谷时段/Mvar 高峰时段/Mvar
控制前 126 169 96
独立的控制方法 113 150 90
本方法 86 103 57
由表二可以看出，经两种方法控制后，虽然全网联络线无功有所降低，但独立的控制方法的降低量并不大；通过本方法控制后，各控制中心AVC系统的控制目标保持一致和控制过程保持同步，使得控制中心间的无功交换有了显著的降低。
表3：电压稳裕度情况对比表。
电压稳裕度 全部/MW 低谷时段/MW 高峰时段/MW
控制前 16972 19276 14394
独立的控制方法 17212 19780 15463
本方法 18641 20971 16964
由上表可以看出，经过本方法的控制后，电压稳裕度明显增加，提高了电网系统的安全性。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种无功电压的协调控制方法，其特征在于：包括，
通过配电变压器监测终端采集台区侧无功电压设备的运行信息Q，并将所述运行信息通过移动公网通道上传至配电网自动化四区主站；
通过馈线自动电压无功控制装置采集馈线侧无功电压设备的运行信息P，并将所述运行信息P通过所述移动公网通道上传至所述配电网自动化四区主站；
基于所述运行信息Q和运行信息P计算变电站母线电压的优化值；
基于馈线下方所有台区的数据，并结合负荷预测和馈线下方台区的综合合格率计算馈线的无功电压优化目标值V：
Figure FDA0003686621440000011
其中，β为所述馈线下方台区电压综合合格率，s为转折频率，Q为无功功率；
根据所述优化值和所述无功电压优化目标值设计协调控制器
Figure FDA0003686621440000012
其中，S(A,x)为所述协调控制器，A为块矩阵，R为正定矩阵，x为输入电压，t为无功电压监测总时间，T为转置符号，Ua为配网电压合格率；所述协调控制器满足S(A,x)≤xTQx；根据所述协调控制器对无功电压进行协调控制。
2.如权利要求1所述的无功电压的协调控制方法，其特征在于：采集所述运行信息Q包括，
所述配电变压器监测终端通过双绞线并以DLT645通讯规约采集所述台区侧无功电压设备的运行信息Q。
3.如权利要求2所述的无功电压的协调控制方法，其特征在于：采集所述运行信息P包括，
所述馈线自动电压无功控制装置通过所述双绞线采集所述台区侧无功电压设备的运行信息P。
4.如权利要求2或3所述的无功电压的协调控制方法，其特征在于：计算所述变电站母线电压的优化值包括，
基于四区主站的配电网数据，结合负荷预测与配网电压合格率，计算变电站母线电压的优化值U：
Figure FDA0003686621440000021
其中，Uj为母线节点j的实际电压，Ua为所述配网电压合格率，Ujmax为最大允许偏差，n为节点数。
5.如权利要求1或3所述的无功电压的协调控制方法，其特征在于：上传运行信息包括，
通过安全加密芯片对所述运行信息进行加密，而后根据IEC-104标准通讯规约并通过所述移动公网通道将所述运行信息进行上传。
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