基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法，其包括大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)從存儲(chǔ)有多組案例的智能檢測(cè)庫中選取的實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息發(fā)送給自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)；若潮流斷面信息中存在電壓或功率越限，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)則生成相應(yīng)的控制策略并發(fā)送至大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，對(duì)仿真系統(tǒng)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)控操作，使其電氣參量回復(fù)到正常范圍內(nèi)；對(duì)同一運(yùn)行方式，將潮流斷面信息發(fā)送到評(píng)估系統(tǒng)，由評(píng)估系統(tǒng)生成相應(yīng)的控制策略，并計(jì)算相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)，對(duì)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化效果、控制效率和可操作性進(jìn)行評(píng)估。
【專利說明】
基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真技術(shù)，具體涉及基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和能源結(jié)構(gòu)的改變，電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，自 動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（automatic voltage control，AVC)是當(dāng)前電壓無功控制發(fā)展的最高手 段，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，是調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化的高級(jí)體現(xiàn)，并且在國(guó)內(nèi)外取得了廣泛的 應(yīng)用。在實(shí)際運(yùn)行操作中，有相當(dāng)一部分無功控制系統(tǒng)為了得到滿意的控制效果，往往需要 運(yùn)行人員反復(fù)多次調(diào)整參數(shù)，有時(shí)耗費(fèi)大量時(shí)間精力也很難得到滿意的優(yōu)化結(jié)果。
[0003] 而某些投運(yùn)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)在運(yùn)行中也出現(xiàn)了不少的問題，如當(dāng)負(fù) 荷變化劇烈地時(shí)候，如果自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)給出的控制策略不合理，可能會(huì)導(dǎo)致在負(fù)荷突 然增加或是減少的時(shí)候電容器或者電抗器頻繁的動(dòng)作來維持電壓穩(wěn)定性，這對(duì)于電容器/ 電抗器的壽命是不利的；當(dāng)電網(wǎng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)電壓越限、無功缺乏或者無功返送，自動(dòng) 電壓控制系統(tǒng)會(huì)給出一些控制策略來使得系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)正常，不合理的無功策略會(huì)對(duì)系統(tǒng) 元件甚至網(wǎng)絡(luò)造成影響。
[0004] 到目前為止，還沒有一種很好的大電網(wǎng)無功控制設(shè)備檢測(cè)平臺(tái)及檢測(cè)手段，因此 開展基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的AVC閉環(huán)檢測(cè)試驗(yàn)研究，對(duì)控制地區(qū)電網(wǎng)母線電壓及區(qū)域無功 功率平衡進(jìn)行評(píng)估具有現(xiàn)實(shí)意義，不僅為自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的運(yùn)行及電網(wǎng)無功設(shè)備規(guī)劃提 供科學(xué)依據(jù)，而且為加速智能自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的構(gòu)建提供了可靠的技術(shù)支持。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控 制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法能夠?qū)ψ詣?dòng)電壓控制系統(tǒng)給出的控制策略的優(yōu)化效果、控制效 率和可操作性進(jìn)行評(píng)估。
[0006] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 提供一種基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法，包括 以下步驟：
[0008] 大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)從存儲(chǔ)有多組案例的智能檢測(cè)庫中選取任一實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮 流斷面信息，并將所述潮流斷面信息通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)；
[0009] 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)判斷潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的電壓或功率因數(shù)是否 超出設(shè)定限值；
[0010]若超出設(shè)定限值，則自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)生成相應(yīng)的控制策略，并通過中間通信數(shù) 據(jù)接口模塊將控制策略發(fā)送給大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)；
[0011] 大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)根據(jù)控制策略對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)控操作，更新潮流斷面信息 為新潮流斷面信息，并通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)；
[0012] 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)判斷新潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的電壓或功率因數(shù)是 否超出設(shè)定限值；
[0013] 就同一種運(yùn)行方式下，大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)將潮流斷面信息發(fā)送給評(píng)估系統(tǒng)；
[0014] 評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)采用數(shù)值優(yōu)化算法生成評(píng)估控制策略，并根據(jù)其生成 的評(píng)估控制策略從電網(wǎng)指標(biāo)、站內(nèi)指標(biāo)、AVC運(yùn)行指標(biāo)和策略評(píng)估指標(biāo)對(duì)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng) 生成的控制策略的優(yōu)化效果、控制效率和可操作性進(jìn)行評(píng)估。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為:本方法采用任一實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息作為仿真對(duì) 象，當(dāng)潮流斷面信息實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中所對(duì)應(yīng)電氣設(shè)備的電壓或功率出現(xiàn)越限時(shí)，通過自動(dòng) 電壓控制系統(tǒng)給出使電網(wǎng)達(dá)到正常的運(yùn)行狀態(tài)的控制策略；
[0016]之后采用評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)同一實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息給出使電網(wǎng)達(dá)到正常 的運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估控制策略，并采用評(píng)估控制策略去對(duì)控制策略的優(yōu)化效果、控制效率和 可操作性進(jìn)行評(píng)估；
[0017] 本方法應(yīng)用到實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行中，調(diào)度人員可以通過評(píng)估結(jié)果選擇通過少量調(diào)控 操作就能使電網(wǎng)達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)的控制策略，從而提高了電網(wǎng)中元器件的使用壽命，同 時(shí)還能有助于提高地區(qū)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)對(duì)電壓的控制效果，幫助調(diào)度人員對(duì)現(xiàn)有的 AVC控制策略進(jìn)行合理性與可實(shí)施行的評(píng)估。
【附圖說明】
[0018] 圖1基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法的流程圖。
[0019] 圖2為任一地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖3為自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化算法和控制算法與評(píng)估系統(tǒng)中數(shù)值優(yōu)化算法就某 一運(yùn)行方式下動(dòng)作后的區(qū)域電壓圖。
[0021] 圖4為自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化算法和控制算法與評(píng)估系統(tǒng)中數(shù)值優(yōu)化算法就某 一運(yùn)行方式下動(dòng)作后的關(guān)口功率因數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā) 明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講， 只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易 見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
[0023] 參考圖1，圖1示出了基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估 方法的流程圖，如圖1所示，該方法100包括步驟101至步驟107:
[0024] 在步驟101中，大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)從存儲(chǔ)有多組案例的智能檢測(cè)庫中選取任一實(shí)際 地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息，，并將所述潮流斷面信息通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給自 動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。
[0025] 上述提及的大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)包括系統(tǒng)配置模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模 塊和計(jì)算模塊；
[0026] 其中，系統(tǒng)配置模塊用于智能檢測(cè)庫中的案例的登錄管理和;基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊用 于存放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括線路參數(shù)、系統(tǒng)元件參數(shù)、系統(tǒng)分區(qū)信息等)完成電力系統(tǒng) 的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、功率分布情況的潮流計(jì)算，并將潮流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行存放。
[0027] 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊用于存放配電網(wǎng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo) 入、導(dǎo)出以及實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)差異，并將存放的AVC系統(tǒng)給出的動(dòng)作策 略里的變位信息（變位信息為電容器投切檔位操作或是變壓器變檔位操作)發(fā)送給計(jì)算模 塊進(jìn)行拓?fù)浞治龊蛣?dòng)態(tài)并行計(jì)算；以及
[0028] 計(jì)算模塊用于完成動(dòng)態(tài)并行計(jì)算，建立智能檢測(cè)庫和負(fù)荷波動(dòng)案例庫，模擬各種 電網(wǎng)運(yùn)行方式或擾動(dòng)方式。這里的擾動(dòng)是指電力負(fù)荷擾動(dòng)，比如沖擊負(fù)荷等，并行就是傳輸 數(shù)據(jù)采用并行方式。
[0029] 在首次進(jìn)行閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法之前，需要在大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中構(gòu)建包含多組案 例的智能檢測(cè)庫，其中的實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息來自于智能檢測(cè)庫中的一個(gè)案例， 而智能檢測(cè)庫是采用以下方式進(jìn)行構(gòu)建的：
[0030] 首先導(dǎo)入基于CIM格式的實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息（導(dǎo)入的信息是從實(shí)際現(xiàn) 場(chǎng)采集的信息，其包括各種系統(tǒng)參數(shù)有設(shè)備參數(shù)，如線路、變壓器等，運(yùn)行參數(shù)如電壓、電 流、有功、無功等）；
[0031] 通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊后解析成大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)能夠識(shí)別和實(shí)時(shí)分析運(yùn)算的pro 工程文件(導(dǎo)入的數(shù)據(jù)要在ADPSS即電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真仿真裝置形成可用的文件格式，SP pro形式的文件格式，主要是按照pro工程文件格式對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理）；
[0032]模擬實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)、非正常以及故障運(yùn)行狀態(tài)（具體根 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行仿真模擬，在大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn) 行合理的調(diào)整，得到了多種系統(tǒng)運(yùn)行方式，有正常狀態(tài)、非正常狀態(tài)以及故障狀態(tài)等，構(gòu)建 了包含多組運(yùn)行狀態(tài)的智能檢測(cè)庫)形成含多組案例的智能檢測(cè)庫。
[0033] 在步驟102中，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)判斷潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中所對(duì)應(yīng)電 氣設(shè)備的電壓或功率因數(shù)是否超出設(shè)定限值。
[0034] 在實(shí)施時(shí)，中間通信數(shù)據(jù)接口模塊將潮流斷面信息中的多路輸出模擬量與開關(guān)位 置信號(hào)通過數(shù)據(jù)通信協(xié)議IEC104規(guī)約轉(zhuǎn)換成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)能夠識(shí)別的遙測(cè)和遙信信息； 實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)能夠識(shí)別的遙測(cè)和遙信信息。其中的設(shè)定閥值為期望達(dá)到 的電壓和功率因數(shù)限值。
[0035] 在步驟103中，若實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的電壓或功率因數(shù)超出設(shè)定限值，則自動(dòng)電壓控 制系統(tǒng)生成相應(yīng)的控制策略，并通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊將控制策略發(fā)送給大電網(wǎng)仿真 系統(tǒng)。
[0036] 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在判斷潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)時(shí)，其運(yùn)行界面能夠顯示 各變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、閉鎖信息、母線電壓、關(guān)口力率以及針對(duì)當(dāng)前實(shí)際電網(wǎng)的控制策略 信息等。同時(shí)其運(yùn)行界面還能夠顯示當(dāng)前實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行信息，運(yùn)行信息包括運(yùn)行參數(shù)、模 型維護(hù)、遙信預(yù)處理信息、運(yùn)行信息、廠站信息、母線狀態(tài)、容抗器狀態(tài)和變壓器狀態(tài)，便于 維護(hù)AVC控制模型，核對(duì)各類運(yùn)行參數(shù)、廠站、母線、設(shè)備狀態(tài)，全面了解電網(wǎng)狀態(tài)。
[0037] 在步驟104中，大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)根據(jù)控制策略對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)控操作，更新 潮流斷面信息為新潮流斷面信息，并通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給自動(dòng)電壓控制系 統(tǒng)。
[0038] 中間通信數(shù)據(jù)接口模塊在對(duì)新潮流斷面信息進(jìn)行發(fā)送時(shí)，其也是將新潮流斷面信 息中的多路輸出模擬量與開關(guān)位置信號(hào)通過數(shù)據(jù)通信協(xié)議IEC104規(guī)約轉(zhuǎn)換成調(diào)度自動(dòng)化 系統(tǒng)能夠識(shí)別的遙測(cè)和遙信信息。
[0039] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，若實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中所對(duì)應(yīng)電氣設(shè)備的電壓或功率因數(shù) 超出設(shè)定限值，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)根據(jù)遙測(cè)和遙信信息采用AVC控制算法或AVC優(yōu)化算法 (由于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是目前電網(wǎng)調(diào)度中常用到的一個(gè)系統(tǒng)，其中的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的 AVC控制算法和AVC優(yōu)化算法也是系統(tǒng)本身具有，本方案是如何采用AVC控制算法和AVC優(yōu)化 算法生成控制策略屬于常識(shí)，關(guān)于如何生成就不再此處贅述)生成相應(yīng)的變壓器支路和變 壓器開關(guān)的控制策略。
[0040] 中間通信數(shù)據(jù)接口模塊通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信規(guī)約IEC61970將控制策略轉(zhuǎn)化成大電 網(wǎng)仿真系統(tǒng)能夠識(shí)別的遙控和遙調(diào)信息。
[0041] 大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)根據(jù)遙控和遙調(diào)信息對(duì)相應(yīng)電容器支路進(jìn)行分閘和合閘操作，對(duì) 變壓器檔位進(jìn)行升檔和降檔操作；調(diào)控操作完成之后，并更新潮流斷面信息為新潮流斷面 fg息。
[0042] 在步驟105中，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)判斷新潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的電壓 或功率因數(shù)是否超出設(shè)定限值。步驟101至步驟105使大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)與自動(dòng)電壓控制系統(tǒng) 構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)檢測(cè)。
[0043] 由于自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在步驟105中僅判斷通過控制策略進(jìn)行調(diào)控后的實(shí)際運(yùn)行 參數(shù)是否超出設(shè)定限值，若是出現(xiàn)部分實(shí)際運(yùn)行參數(shù)超出設(shè)置值的情況，其也不會(huì)再次生 成控制策略，其只進(jìn)行警示以提醒調(diào)度進(jìn)行人為調(diào)節(jié)，控制電網(wǎng)的正常工作。所以此時(shí)，并 不能夠確定自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)生成控制策略優(yōu)化效果、控制效率和可操作性是否經(jīng)濟(jì)合理 的，于是在步驟106和步驟107中需要對(duì)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)生成的控制策略進(jìn)行評(píng)估，以確 定該控制策略是否是最合理的供調(diào)度人員進(jìn)行參考。
[0044] 在步驟106中，在同一運(yùn)行方式下，大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)將潮流斷面信息發(fā)送給評(píng)估系 統(tǒng)。
[0045] 在步驟107中，評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)采用數(shù)值優(yōu)化算法生成評(píng)估控制策略， 并根據(jù)其生成的評(píng)估控制策略從電網(wǎng)指標(biāo)、站內(nèi)指標(biāo)、AVC運(yùn)行指標(biāo)和策略評(píng)估指標(biāo)對(duì)自動(dòng) 電壓控制系統(tǒng)生成的控制策略的優(yōu)化效果、控制效率和可操作性進(jìn)行評(píng)估。
[0046] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)采用數(shù)值優(yōu)化算法生成 評(píng)估控制策略主要是通過構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，下面對(duì)數(shù)值優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行 說明：
[0047] min F = P,,^ = V G,{U; +Lr~ - 11JIJt cos)
[0048] 其中，Gij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的互導(dǎo)納;Ui、Uj為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值；0ij為節(jié)點(diǎn)i、 j之間的相角差，9ij = 9i_9j。
[0049] 本方法中的數(shù)值優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)的約束條件包括等式約束和不等式約束，等 式約束主要考慮潮流平衡方程；
[0050] 不等式約束由控制變量約束和狀態(tài)變量約束組成，其中控制變量包括除平衡節(jié)點(diǎn) 外其余發(fā)電機(jī)出端電壓向量、可調(diào)變壓器變比和可投電容器構(gòu)成的向量;狀態(tài)變量包括各 節(jié)點(diǎn)電壓幅值、發(fā)電機(jī)無功出力和關(guān)口功率因數(shù)。
[0051 ] 其中，等式約束為： >=",Z",(qcos^+Asin 慫）
[0052] { _ , ( .Qi = Ui Z6'/ (G-/ sin °<，~ Bu cos )
[0053]其中，Pi、Qi為節(jié)點(diǎn)i的注入功率;Uj為節(jié)點(diǎn)電壓幅值;0ij為節(jié)點(diǎn)i、j的相角差。
[0054] 控制變量約束為： ^Gunin - UGj < UGinmx JeNG
[0055] ' Qamia - Qa - Qa-mn ' ^ G ^C TKnmii^TKi<TKiinaxJeN T
[0056] 其中，UG min、UG maA發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的上下限;QC min、Qc maxS現(xiàn)有并聯(lián)電容器無功 上下限;Tk min、TK max為變壓器檔位的上下限。
[0057] 狀態(tài)變量約束：省調(diào)中心通常給地調(diào)中心下達(dá)一定的關(guān)口功率因數(shù)范圍 (哪d)So^=P r/辦3+込2引），一|趙地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行中不允許無功倒送，所以爐腿>〇;在給定的有 功調(diào)度方式下，可以得出關(guān)口主變高壓側(cè)的無功功率限制，G _ MW 并且關(guān)口主變壓器構(gòu)成的集合為NTCK。因此，狀態(tài)變量約束如下： 'QGil- & Qa ^ Qg一 Ua
[0058] < U_ 么 U;切& {N-NG\ Qnmax - Ql'i - 0j'/max ?G ^TGK
[0059] 其中，QG min、QG max為發(fā)電機(jī)無功出力的上下限；Umin、Umax為節(jié)點(diǎn)電壓上下限； QTi min、QTi max為關(guān)口變壓器高壓側(cè)無功功率的上下限。
[0060] 下面結(jié)合具體的實(shí)際電網(wǎng)對(duì)評(píng)估系統(tǒng)給出的評(píng)估控制策略對(duì)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng) 生成的控制策略的優(yōu)化效果、控制效率和可操作性進(jìn)行評(píng)估：
[0061 ]本實(shí)施例的被檢測(cè)對(duì)象是0PEN3000嵌入式自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng) 與0PEN3000監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從FES獲取靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型， 由PAS建模程序生成控制模型，以220kV變電站為中心，根據(jù)實(shí)時(shí)信息確定所轄下級(jí)110kV變 電站，完成自動(dòng)分區(qū)，通過控制全區(qū)域范圍內(nèi)的有載主變分接頭、電容器或者電抗器的投 切，達(dá)到控制范圍內(nèi)電壓合格率較高，同時(shí)全網(wǎng)有功損耗較小的目標(biāo)。
[0062]選取某地區(qū)電網(wǎng)作為測(cè)試系統(tǒng)，該電網(wǎng)分為4個(gè)電氣島、母線數(shù)目共141個(gè)，廠站數(shù) 目37個(gè)，其中220kV變電站8個(gè)，110kV變電站29個(gè)，包含兩繞組變壓器43臺(tái)，三繞組變壓器32 臺(tái)、輸電線路68條、負(fù)荷516個(gè)、電抗器147臺(tái)，其系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖見附圖2。
[0063 ]自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在多種運(yùn)行方式下給出的控制策略
[0064] 針對(duì)目前已投運(yùn)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題，如變電 站電容電抗頻繁調(diào)節(jié)、系統(tǒng)控制策略不合理、缺乏全網(wǎng)優(yōu)化算法等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)實(shí)際存在的問題進(jìn)行案例仿真，改變系統(tǒng)運(yùn)行方式，分為正常、非正常以及故障運(yùn)行狀 態(tài)，分別對(duì)上述不同的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試并形成一定規(guī)模的案例庫，主要開展有AVC狀態(tài)估 計(jì)、越限告警和閉鎖信息、控制策略實(shí)現(xiàn)、控制與優(yōu)化算法對(duì)比檢測(cè)等測(cè)試內(nèi)容，并從控制 策略合理性、動(dòng)作次數(shù)以及經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估。
[0065] 以"區(qū)域電壓策略"為例，閉環(huán)檢測(cè)方法為調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行方式，使得所研究區(qū)域的 電壓普遍偏高或偏低，區(qū)域內(nèi)部分110kV和10kV母線電壓越限，形成一個(gè)仿真案例，保存在 大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)指定目錄下，運(yùn)行大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，進(jìn)行大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)與0PEN3000系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)交互，在狀態(tài)估計(jì)值達(dá)到100%的情況下設(shè)置自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)為控制算法，生成相 應(yīng)的控制策略并下達(dá)給大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，在對(duì)變壓器及電容器進(jìn)行調(diào)節(jié)后，觀察是否達(dá)到 了滿意的調(diào)控效果，實(shí)現(xiàn)了在大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)控制算法下的閉環(huán)測(cè)試。此次閉環(huán)測(cè)試結(jié)束 后，再對(duì)此案例進(jìn)行大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)優(yōu)化算法閉環(huán)測(cè)試，測(cè)試過程同上述過程相同，只需設(shè) 置不同的算法即可。表1給出了部分運(yùn)行方式下大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的調(diào)控效果。
[0066] 表 1
[0068] 以"單站無功策略"為例，閉環(huán)檢測(cè)方法為調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行方式，使得所研究區(qū)域或 單個(gè)變電站出現(xiàn)無功欠補(bǔ)或過補(bǔ)，變壓器無功越限，分析自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)給出的控制策 略，表2給出了部分運(yùn)行方式下大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的調(diào)控效果。
[0069] 表2
[0071] 從表中可以看出，在某些運(yùn)行方式下，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)仍存在一些問題，可能在 某些情況下沒有相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施，沒有達(dá)到控制目標(biāo)。因此現(xiàn)場(chǎng)中運(yùn)行的自動(dòng)電壓控制系 統(tǒng)還有待進(jìn)一步改進(jìn)。
[0072] 評(píng)估系統(tǒng)給出的評(píng)估策略與自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)給出的控制策略對(duì)比
[0073]對(duì)被檢測(cè)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行評(píng)估，引入評(píng)估系統(tǒng)中的數(shù)值優(yōu)化算 法作為參考，對(duì)比在同一運(yùn)行方式下被檢測(cè)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)與優(yōu)化算法所給出的控制策 略。此時(shí)設(shè)置0PEN3000系統(tǒng)的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)為非控制狀態(tài)，將中間通信數(shù)據(jù)接口切換 到大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)與評(píng)估系統(tǒng)，運(yùn)行仿真案例，啟動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)，選擇基于數(shù)值優(yōu)化算法進(jìn)行 計(jì)算并得出相應(yīng)的評(píng)估控制策略。表3給出了"城區(qū)區(qū)域負(fù)荷過重"這一運(yùn)行方式下被檢測(cè) 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的控制算法、優(yōu)化算法與評(píng)估系統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化算法得出的控制策略對(duì) 比。
[0074]表 3
[0076] 從動(dòng)作次數(shù)來看，AVC控制算法動(dòng)作次數(shù)為15次;AVC優(yōu)化算法動(dòng)作次數(shù)為11次;數(shù) 值優(yōu)化算法的動(dòng)作次數(shù)為8次;從網(wǎng)損來看，數(shù)值優(yōu)化算法得出的網(wǎng)損最低，且相比AVC控制 算法得出的網(wǎng)損降低了 1MW;從電壓偏移率來看，數(shù)值優(yōu)化算法動(dòng)作后的電壓偏移率較AVC 控制算法得到的電壓偏移率降低0.443023%。從以上三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比來看，數(shù)值優(yōu)化算 法都體現(xiàn)了較為良好的控制效果。
[0077] 考核三種策略對(duì)城區(qū)區(qū)域電壓的控制效果，其區(qū)域電壓對(duì)比如圖3所示。由圖3可 以看出，AVC控制算法、優(yōu)化算法及數(shù)值優(yōu)化算法對(duì)于整個(gè)城區(qū)區(qū)域的電壓都有較好的改善 效果，其中數(shù)值優(yōu)化算法的改善效果最好，可以使整個(gè)區(qū)域的電壓運(yùn)行水平更加接近額定 電壓。
[0078]在運(yùn)行中關(guān)口功率因數(shù)也是一項(xiàng)重要考核目標(biāo)，通過比較三種不同控制策略下得 到的關(guān)口功率因數(shù)來進(jìn)行考核，具體內(nèi)容見圖4。由圖4可見，數(shù)值優(yōu)化算法可以將城區(qū)的關(guān) 口功率因數(shù)控制到0.95以上，AVC控制算法與優(yōu)化算法對(duì)于區(qū)域關(guān)口功率因數(shù)也有較為明 顯的改善。
[0079]從以上對(duì)比結(jié)果來看，評(píng)估系統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化算法不論是從動(dòng)作次數(shù)、網(wǎng)損還是對(duì) 于區(qū)域電壓以及關(guān)口功率因數(shù)的調(diào)控，都顯示了良好的控制特性。因此可以看出目前的自 動(dòng)電壓控制系統(tǒng)給出的控制策略并不是最合理的。
[0080] 評(píng)估指標(biāo)
[0081] 從全網(wǎng)指標(biāo)、站內(nèi)指標(biāo)、AVC運(yùn)行指標(biāo)和策略評(píng)估指標(biāo)等四個(gè)方面對(duì)自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)進(jìn)行全方位，全過程的評(píng)價(jià)，對(duì)控制策略優(yōu)化效果、控制效率、可操作性等各方面進(jìn)行 評(píng)估。在"全網(wǎng)負(fù)荷偏高"的運(yùn)行方式下對(duì)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的策略進(jìn)行評(píng)估，先計(jì)算并記 錄初始潮流結(jié)果，經(jīng)過自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的控制策略調(diào)整后，再統(tǒng)計(jì)調(diào)整后的潮流結(jié)果，并 對(duì)兩次結(jié)果分別進(jìn)行評(píng)估，得出控制策略的評(píng)價(jià)結(jié)果和對(duì)比分析。
[0082] ?11、？12、？13、？14、？15、？ 16、？17分別代表控制策略執(zhí)行前的電壓越限(超出設(shè)定限值） 調(diào)整率、關(guān)口功率因數(shù)合格率、全網(wǎng)電壓合格率、全網(wǎng)網(wǎng)損率、設(shè)備重復(fù)動(dòng)作率、單站有功損 耗、單站電壓越限率7個(gè)單策略評(píng)估指標(biāo)，？21、？22、？23、？24、？25、？26、卩27則分別表不策略執(zhí)行后 的指標(biāo)。
[0083] 首先，需對(duì)評(píng)估所須指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。通過大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)計(jì)算得出初始潮流結(jié)果， 并根據(jù)結(jié)果計(jì)算其指標(biāo)如下：
[0084] 表 4
[0086] 記錄自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)采用控制算法給出的控制策略如下：
[0087] 表 5
[0089] 計(jì)算控制策略執(zhí)行后潮流結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果計(jì)算各指標(biāo)的值，羅列如下：
[0090] 表 6
I〇〇92]^由計(jì)算結(jié)果可以看出，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)動(dòng)作前后的各項(xiàng)指標(biāo)很明顯的得到了提 升，尤其是電壓與關(guān)口功率因數(shù)的額合格率都得到了明顯的提高。
[0093] 記錄評(píng)估系統(tǒng)采用數(shù)值優(yōu)化算法給出的評(píng)估控制策略如下：
[0094] 表 7
[0096] 計(jì)算評(píng)估控制策略執(zhí)行后潮流結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果計(jì)算各指標(biāo)的值，羅列如下：
[0097] 表 8
[0099]由計(jì)算結(jié)果可以看出，數(shù)值優(yōu)化算法動(dòng)作前后的各項(xiàng)指標(biāo)很明顯的得到了提升， 從計(jì)算得到的各項(xiàng)指標(biāo)可以看出，數(shù)值優(yōu)化算法給出的評(píng)估控制策略相較于自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)給出的控制策略控制效果較好，提高了關(guān)口功率因數(shù)合格率，也降低了全網(wǎng)和單站的 網(wǎng)損率。因此從全網(wǎng)指標(biāo)、站內(nèi)指標(biāo)、AVC運(yùn)行指標(biāo)和策略評(píng)估指標(biāo)等方面對(duì)自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估是較為合理的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估方法，其特征在于，包 括以下步驟： 大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)從存儲(chǔ)有多組案例的智能檢測(cè)庫中選取任一實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷 面信息，并將所述潮流斷面信息通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng) 電壓控制系統(tǒng)； 所述自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)判斷所述潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的電壓或功率因數(shù) 是否超出設(shè)定限值； 若超出設(shè)定限值，則所述自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)生成相應(yīng)的控制策略，并通過所述中間通 信數(shù)據(jù)接口模塊將所述控制策略發(fā)送給所述大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)； 所述大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)根據(jù)所述控制策略對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)控操作，更新所述潮流 斷面信息為新潮流斷面信息，并通過中間通信數(shù)據(jù)接口模塊發(fā)送給自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)； 所述自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)判斷新潮流斷面信息的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的電壓或功率因數(shù)是 否超出設(shè)定限值； 就同一種運(yùn)行方式下，大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)將所述潮流斷面信息發(fā)送給評(píng)估系統(tǒng)； 所述評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)所述實(shí)際運(yùn)行參數(shù)采用數(shù)值優(yōu)化算法生成評(píng)估控制策略，并根據(jù)其 生成的評(píng)估控制策略從電網(wǎng)指標(biāo)、站內(nèi)指標(biāo)、AVC運(yùn)行指標(biāo)和策略評(píng)估指標(biāo)對(duì)自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)生成的控制策略的優(yōu)化效果、控制效率和可操作性進(jìn)行評(píng)估。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估 方法，其特征在于，所述數(shù)值優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)為：其中，Gij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的互導(dǎo)納;Ui、Uj為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值；Qij為節(jié)點(diǎn)i、j之 間的相角差，9ij = 9i_9j。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估 方法，其特征在于，所述數(shù)值優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)的約束條件包括等式約束和不等式約束， 等式約束主要考慮潮流平衡方程； 不等式約束由控制變量約束和狀態(tài)變量約束組成，其中控制變量包括除平衡節(jié)點(diǎn)外其 余發(fā)電機(jī)出端電壓向量、可調(diào)變壓器變比和可投電容器構(gòu)成的向量;狀態(tài)變量包括各節(jié)點(diǎn) 電壓幅值、發(fā)電機(jī)無功出力和關(guān)口功率因數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè) 及評(píng)估方法，其特征在于，所述中間通信數(shù)據(jù)接口模塊將所述潮流斷面信息中的多路輸出 模擬量與開關(guān)位置信號(hào)通過數(shù)據(jù)通信協(xié)議IEC104規(guī)約轉(zhuǎn)換成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)能夠識(shí)別的 遙測(cè)和遙信信息;所述實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)能夠識(shí)別的遙測(cè)和遙信信息。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估 方法，其特征在于，若實(shí)際運(yùn)行參數(shù)超出設(shè)定限值，所述自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)根據(jù)所述遙測(cè)和 遙信信息采用AVC控制算法或AVC優(yōu)化算法生成相應(yīng)的變壓器支路和變壓器開關(guān)的控制策 略； 所述中間通信數(shù)據(jù)接口模塊通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信規(guī)約IEC61970將控制策略轉(zhuǎn)化成所述 大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)能夠識(shí)別的遙控和遙調(diào)信息； 所述大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)根據(jù)所述遙控和遙調(diào)信息對(duì)相應(yīng)電容器支路進(jìn)行分閘和合閘操 作，對(duì)變壓器檔位進(jìn)行升檔和降檔操作;調(diào)控操作完成之后，并更新所述潮流斷面信息為新 潮流斷面信息。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢 測(cè)及評(píng)估方法，其特征在于，所述設(shè)定限值為期望達(dá)到的電壓和功率因數(shù)限值。7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢 測(cè)及評(píng)估方法，其特征在于，所述大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)包括： 系統(tǒng)配置模塊，用于智能檢測(cè)庫中的案例的登錄管理； 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊，用于存放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完成電力系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、功率分布情況 的潮流計(jì)算，并將潮流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行存放； 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊，用于存放配電網(wǎng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、 導(dǎo)出以及實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)差異，并將存放的AVC系統(tǒng)給出的動(dòng)作策略 里的變位信息發(fā)送給計(jì)算模塊進(jìn)行拓?fù)浞治龊蛣?dòng)態(tài)并行計(jì)算；以及 計(jì)算模塊，用于完成動(dòng)態(tài)并行計(jì)算，建立智能檢測(cè)庫和負(fù)荷波動(dòng)案例庫，模擬各種電網(wǎng) 運(yùn)行方式或擾動(dòng)方式。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)下的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)及評(píng)估 方法，其特征在于，所述智能檢測(cè)庫的構(gòu)建方法為： 導(dǎo)入基于CIM格式的實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)的潮流斷面信息； 采用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊將所述潮流斷面信息解析成大電網(wǎng)仿真系統(tǒng)能夠識(shí)別和實(shí)時(shí) 分析運(yùn)算的pro工程文件； 模擬實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)、非正常以及故障運(yùn)行狀態(tài)形成包含多組 案例的智能檢測(cè)庫。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105893714SQ201610340787
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】唐永紅, 李旻, 尹琪, 徐琳, 姜振超, 藤予非, 常政威, 蒲維, 丁瑞
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院, 四川大學(xué)