CN102170136B - 电厂电压无功主辅双指令控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂电压无功主辅双指令控制方法，包括下列步骤：1）主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行状态数据；2）主站AVC进行运行工况决策，自动选择参与计算和控制的电厂与母线；3）刷新区域电压控制二次规划模型；4）通过二次规划算法求解，主站AVC通过SCADA远动通道下发对电厂的双指令控制策略，主指令为各段高压母线电压控制目标，辅指令为挂接机组无功控制总上/下限；5）电厂子站AVC响应主站通过双指令下发的控制策略，在跟踪电压指令同时满足无功限值约束，实现执行环节的无功协调控制。本发明可实现主站AVC计算环节与子站AVC执行环节目标/约束一致，使得实际运行中调节速度快的机组无功可以得到抑制，保证执行环节无功协调控制。

Description

电厂电压无功主辅双指令控制方法

技术领域

本发明属电力***控制领域，更准确地说本发明涉及一种主站对电厂调控的电压无功主辅双指令控制方法。

背景技术

自动电压控制(AVC)***对电网无功电压进行自动监视和控制，通过调节发电机无功出力、变压器分接头和无功补偿设备，实现电网无功电压优化分布，满足安全、优质和经济运行。

AVC***基于“电压全局优化、区域无功均衡”的分层分区控制模式实现。在对全网进行动态分区基础上，通过协调二级电压控制(CSVC)方法对控制分区内发电机等无功设备的闭环控制，实现对中枢母线电压优化设定值进行跟踪控制，同时实现无功均衡分布。CSVC方法是一个二次规划模型，以数学模型表达如下：

1)目标函数：其中r和h为权重系数，θ为无功协调向量(即参与因子)，其意义是利用发电机数目大于中枢母线数目、具有一定自由度的特点，实现对无功潮流均衡分布的调整。在本发明中令

表示无功参与因子与该机组无功调节容量成反比，此时无功协调向量实际上考虑的是从当前运行点出发，无功调整量最小，在调节容量相同的前提下，灵敏度较大的机组应承担较大的无功调整量；

2)约束条件：包括发电机无功上下限约束关键母线电压上下限约束控制母线电压步长约束

CSVC在调度主站AVC中实现，并对电厂下发电压无功控制策略。电厂发电机无功是电网无功电压调控的重要手段，电厂AVC是全网无功电压控制***的执行端，对调度主站AVC指令进行跟踪控制。目前，主站AVC对电厂调控方法主要分为电厂机组单机无功和高压侧母线电压两种模式。

文献一《安徽电网自动电压控制(AVC)***设计及实现》提出了一种主站AVC对电厂的控制方案，电厂当地AVC功能接收调度中心AVC***下发的各台机组无功指令，然后转发到各台机组的无功调节装置，调节装置通过比较机组实际无功和指令的差别，调节机组机端电压给定值，从而使机组AVR调节励磁电流直至机组无功达到指令要求。无功调节装置还可以按照220kV及以上母线电压曲线自动调节调节发电机励磁***。文献一方案的主要特点是主站完成机组无功分配，实现对机组无功出力的直接控制。

文献二《江苏电网AVC主站***的研究和实现》提出了一种主站AVC对电厂的无功电压控制方案，以机组无功为控制变量进行计算，但下发控制发电机所挂接的高压侧母线电压设定值到电厂AVC，而不是机端电压或者发电机无功出力，这样做主要是为子使主站和子站之间界面分割清晰，保证即使与主站之间的通道出现问题，子站仍能根据预置曲线独立完成本地控制，从而提高控制的可靠性。文献二方案的主要特点是主站给出电压目标，再由子站实现机组之间无功分配。

上述文献分别按不同方式实现了主站AVC对电厂发电机无功出力的在线调控，文献一主站直控机组无功，机组无功分配计算和执行一致，协调效果明显；文献二主站设定母线电压，与子站安全责任清晰，更易为现场工程师接受。但在实际控制中，电网内电厂间调节速度存在差异，在设定母线电压模式下，调节速度快的电厂抢发无功，导致出现电压满足要求但无功调节失衡问题。

因此，如何考虑实际控制中电厂调节速度差异，防止出现执行环节无功调节失衡，是主站AVC对电厂无功电压进行闭环控制尚待解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是：

在主站对子站安全调控前提下，考虑主站AVC机组无功计算与实际控制中电厂调节速度差异，实现主站AVC计算环节与子站AVC执行环节目标/约束一致，防止区域电网内机组无功调节失衡。

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种主站对电厂调控的电压无功主辅双指令控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行状态数据，包括母线电压、机组无功、机组有功、开关刀闸状态等，以及相关闭锁信号；

2)主站AVC根据母线和电厂机组的实时运行状态及闭锁信号，进行运行工况决策，自动选择参与计算和控制的电厂与母线；

3)刷新区域电压控制二次规划模型，控制变量为发电机组无功，目标函数为中枢母线电压偏差最小，并计及机组无功出力均衡；

4)通过二次规划算法求解，获得控制变量机组无功增量最优解，主站通过双指令下发对电厂的控制策略，主指令指高压侧母线电压设定值，辅指令指挂接机组无功控制总上限，挂接机组无功控制总下限；即在下发电厂控制指令时，除下发电压期望值外，同时下发机组无功实时控制上/下限值，当给定区域内多电厂多个机组同时启动调节时，在实际控制中可防止调节速度快但控制灵敏度低的机组抢发无功而造成无功调节失衡现象；

5)电厂子站AVC响应主站通过双指令下发的控制策略，在跟踪电压指令同时满足无功限值约束，使得实际运行中调节速度快的机组无功可以得到抑制，而调节速度慢的机组无功有充分的响应容量，实现执行环节的无功协调控制。

本发明所达到的有益效果：主站AVC对电厂无功电压控制策略采用电压无功主辅双指令下发，实现主站AVC计算环节与子站AVC执行环节目标/约束一致，当给定区域内多电厂多个机组同时启动调节时，在实际控制中可防止调节速度快但控制灵敏度低的机组抢发无功而造成无功调节失衡现象，主站AVC无功协调在子站得到有效执行，在跟踪电压设定值同时保证无功实时协调控制效果。

附图说明

附图1两机区域电压控制示意图；

附图2电厂子站AVC控制示意图。

具体实施方式

本发明提出的主站对电厂调控的电压无功主辅双指令控制方法结合附图及实施例详细说明如下：

附图1为两机区域电压控制示意图，具有典型性。图中控制区域包括2条发电厂母线(BUS1/BUS2)、1条中枢母线(BUS3)以及两台发电机(G1/G3)。本发明提出的控制方法将以计及无功均衡的中枢母线电压偏差最小为目标计算各发电机无功出力，并同时向电厂AVC子站下发母线电压设定值和无功上下限，电厂子站AVC在跟踪母线电压设定值同时满足无功限值约束。具体包括以下步骤：

1)主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行状态数据，包括、机组无功、机组有功、开关刀闸状态等，以及相关闭锁信号，其中母线电压V＝[V₁，V₂，V₃]^T，机组无功出力Q＝[Q₁，Q₂，Q₃]^T；

2)主站AVC根据母线和电厂机组的实时运行状态及闭锁信号，进行运行工况决策，自动选择参与计算和控制的电厂机组及母线，其中根据开关刀闸状态进行实时拓扑，并结合量测数据综合判断机组、母线是否处于带电运行状态，根据闭锁信号判断运行是否正常，根据运行状态选择参与计算和控制的设备，所述闭锁信号包括机组增磁闭锁/减磁闭锁/调节异常；

3)刷新区域电压控制二次规划模型，控制变量为发电机组无功，目标函数为中枢母线电压偏差最小，并计及机组无功出力均衡，具体数学模型见背景技术中CSVC相关阐述。

4)通过二次规划算法求解，获得控制变量机组无功增量最优解

再转化为主站对电厂的控制策略，如附图2，具体控制指令包括高压侧母线电压设定值

挂接机组无功控制总上限

挂接机组无功控制总下限其中各指令分量计算方法如下：

a)高压侧母线电压设定值：

b)挂接机组无功控制总上限

若机组无功增量

则

若机组无功增量

则

c)挂接机组无功控制总下限

若机组无功增量

则

若机组无功增量

则

其中：V_H是高压侧母线当前电压，C_vg是机组无功对母线电压的灵敏度，

是求解出的机组无功调节增量，Q_g是机组当前无功。

5)电厂子站AVC向应主站通过双指令下发的控制策略，在跟踪电压指令同时满足无功限值约束，使得实际运行中调节速度快的机组无功可以得到抑制，而调节速度慢的机组无功有充分的响应容量，实现执行环节的无功协调控制。

在本实施例中，电压无功及其灵敏度通过标幺值表示，选择Bus3为中枢母线，当前电压为1.0，目标电压为1.1，控制死区为0.01；发电机G1、G2调节容量相同且当前无功均为0.3，对母线Bus3的控制灵敏度均为0.1，发电机G1对Bus1的控制灵敏度为0.12、对Bus2的控制灵敏度为0.05，发电机G2对Bus2的控制灵敏度为0.12、对Bus1的控制灵敏度为0.05，Bus1和Bus2的控制步长为0.1，控制死区为0.01，当前电压为1.02，上下限区间均为[0.85，1.15]。主站AVC求解二次规划问题，机组G1、G2无功优化增量均为0.4975，Bus1、Bus2调节量均为0.0846。

如果主站对电厂调控时仅下发Bus1、Bus2的母线电压设定值1.2046，实际控制中发电机G2调节速度较快，无功调节增量达到0.6，则发电机G1无功调节增量将相应为0.396，此时中枢母线电压偏差为0.0005，已满足主站AVC要求的控制死区，与此同时Bus2调节后母线电压增量为0.0918，与设定值相差0.0042，也满足控制死区。但此时已出现无功调节失衡。

从以上分析可见，下发Bus1、Bus2母线电压设定值时，将无功上下限区间[0.3，0.7975]同时下发，当调节速度较快的发电机G2无功出力抵达上限时将会停止调节，调节速度较慢的发电机G1将会有充分的响应容量，实现执行环节的无功协调控制。

主站对电厂调控的电压无功主辅双指令方法使主站和子站电压目标和无功约束上下一致，在实际控制中保证了执行环节对计算环节的充分响应和实时无功协调控制。

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电厂电压无功主辅双指令控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行状态数据，包括母线电压、发电机组无功、机组有功、开关刀闸状态以及相关闭锁信号；

2）主站AVC根据母线和电厂机组的实时运行状态及闭锁信号，进行运行工况决策，自动选择参与计算和控制的电厂与母线；

3）刷新区域电压控制二次规划模型，控制变量为发电机组无功，目标函数为中枢母线电压偏差最小，并计及发电机组无功出力均衡；

4）通过二次规划算法求解，获得控制变量机组无功增量最优解，主站通过双指令下发对电厂的控制策略，主指令指高压侧母线电压设定值，辅指令指挂接发电机组无功控制总上限，挂接发电机组无功控制总下限；

5）电厂子站AVC响应主站通过双指令下发的控制策略，在跟踪电压指令同时满足无功限值约束，使得实际运行中调节速度快的发电机组无功可以得到抑制，而调节速度慢的发电机组无功有充分的响应容量，实现执行环节的无功协调控制。

2.根据权利要求1所述的电厂电压无功主辅双指令控制方法，其特征在于，步骤4）中主站对电厂的控制策略包括高压侧母线电压设定值、挂接发电机组无功控制总上限，挂接发电机组无功控制总下限，各指令分量计算方法为：

a）高压侧母线电压设定值：

b）挂接发电机组无功控制总上限

若发电机组无功增量

则 $Q_{\mathrm{\Σ}}^{\max }=\mathrm{\Σ}(Q_g+{\mathrm{\ΔQ}}_g^{\mathrm{opt}});$ 若发电机组无功增量则

c）挂接发电机组无功控制总下限

若发电机组无功增量

则

若发电机组无功增量

则 $Q_{\mathrm{\Σ}}^{\min }=\mathrm{\Σ}(Q_g+{\mathrm{\ΔQ}}_g^{\mathrm{opt}}),$

其中：V_H是高压侧母线当前电压，C_vg是发电机组无功对母线电压的灵敏度，是求解出的发电机组无功调节增量，Q_g是机组当前无功。

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