CN104868484B - 220/110kV变电站上下协调无功控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供220/110 kV变电站上下协调无功控制方法，包括如下步骤：（1）获取地区电网的电网参数；（2）计算上下协调限值；（3）根据滞回特性确定上下协调状态；（4）通过上下协调状态选择相应的上下协调控制策略。本发明提出了一种220 kV/110 kV电网上下协调无功控制方法，可用于地区电网内110 kV变电站对220 kV变电站的无功支援，可以有效地利用地区电网中剩余的无功补偿设备，使地区电网220 kV变电站的关口无功功率更好地适应上层电网的要求。

Description

220/110kV变电站上下协调无功控制方法

技术领域

本发明涉及电力***的无功运行方法，特别涉及一种基于滞回特性的110kV变电站协调220kV变电站的无功控制方法。

背景技术

在交流电网中，无功功率对电网的安全性和经济性起到十分关键的作用。无功功率在电网中的流动，会造成电压降落和有功功率损耗。为了保证运行电压水平和减少有功功率损耗，无功控制是电网公司的一项重要任务。

省级电网调度部门为了省级电网的无功控制效果，一般会对地区电网调度部门管辖范围内的220kV变电站提出关口无功功率控制要求，即给出220kV变电站的关口无功功率允许范围。

目前，地区电网一般采用就地控制的方法，即220kV变电站的无功需求由220kV变电站自身的无功补偿设备来满足。这种就地控制的方法虽然简单易行，但是当220kV变电站无功补偿设备用尽时，不能有效地利用110kV变电站剩余的无功补偿设备。现在已有一些AVC***开始引入协调的策略，但这些策略往往是独立于就地控制的另一套策略，因此容易与现有的就地控制策略发生冲突，造成无功补偿设备反复投切的问题。

综上所述，现有的协调无功控制方法还需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于解决现有无功优化控制方法无法相互协调的问题，旨在提供一种实用的实时上下协调无功控制方法。

本发明提出一种220/110kV变电站上下协调无功控制方法，包括以下步骤：

(1)获取地区电网参数；所述地区电网包含一个220kV变电站及其所带的110kV变电站；所述地区电网参数包括：每个变电站名称、每个变电站内的无功补偿设备单组容量和数量、每个变电站内的变压器档位上限和下限、每个变电站的关口无功功率允许范围和低压母线电压允许范围；创建数组CORD，用于存放对220kV变电站进行无功协调的110kV变电站站名，CORD的初始值为空数组；

(2)计算上下协调限值Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2：

(3)获取地区电网的无功电压控制情况；所述无功电压控制情况包括：110kV变电站和220kV变电站的关口无功功率、低压母线电压、变压器当前档位和无功补偿设备投入组数，其中220kV变电站的关口无功功率用Q₂₂₀表示；

(4)判断Q₂₂₀与Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2的大小关系，根据滞回特性确定上下协调状态；上下协调状态是用来选择上下协调控制策略的条件，包含启动、不动作、解除三种状态；若上下协调状态为启动，则进入步骤(5)；若上下协调状态为解除，则进入步骤(6)；若上下协调状态为不动作，则进入步骤(7)；

(5)若Q₂₂₀>Q_cord.max1，则将步骤(1)获取到的所有110kV变电站除去已存放在CORD中的站名对应的110kV变电站，从剩余的110kV变电站中选出关口无功功率合格且站内未切除的电抗器和未投入的电容器总容量最大的变电站，将该110kV变电站的关口无功功率允许范围中的上限和下限都减少Q_110.com.max，驱使该110kV变电站投入电容器或切除电抗器以补偿220kV变电站的一部分无功功率，Q_110.com.max表示地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量，并将该110kV变电站站名增加到CORD的最后，进入步骤(7)；若Q₂₂₀<Q_cord.min1，则将步骤(1)获取到的所有110kV变电站除去已存放在CORD中的站名对应的110kV变电站，从剩余的110kV变电站中选出关口无功功率合格且站内未切除的电容器和未投入的电抗器总容量最大的变电站，将该站的关口无功功率允许范围中的上限和下限都增加Q_110.com.max，驱使该110kV变电站投入电抗器或切除电容器以补偿220kV变电站的一部分无功功率，并将该110kV变电站站名增加到CORD的最后，进入步骤(7)；

(6)若CORD为空数组，则进入步骤(7)；若CORD不为空数组，查询CORD最后一个元素，将该元素代表的110kV变电站的关口无功功率允许范围设置为步骤(1)中获得的该110kV变电站的关口无功功率允许范围，并删除CORD最后一个元素；

(7)按照当前AVC常用的九区图策略对110kV变电站、220kV变电站进行控制；

(8)结束本周期上下协调无功控制；等待设定时间，返回步骤(3)。

上述的220/110kV变电站上下协调无功控制方法中，所述上下协调控制，是指利用110kV变电站的无功补偿设备，协调补偿220kV变电站的无功需求的一种控制。

上述的220/110kV变电站上下协调无功控制方法中，所述关口是指区域性电网之间电力设备资产和经营管理范围的分界处，一般以变电站高压侧母线处作为关口。

上述的220/110kV变电站上下协调无功控制方法中，所述上下协调限值，是指用来判断上下协调状态的条件，上下协调限值Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2由式(1)获得：

Q_cord.max1＝Q_220.max+Q_110.com.max

Q_cord.max2＝Q_220.max-Q_110.com.max (1)

Q_cord.min1＝Q_220.min-Q_110.com.max

Q_cord.min2＝Q_220.min+Q_110.com.max

式(1)包含变量：220kV变电站关口无功功率允许范围上限Q_220.max和下限Q_220.min；地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量Q_110.com.max。

上述的220/110kV变电站上下协调无功控制方法中，所述滞回特性是指220kV变电站关口无功功率与上下协调状态形成的关系，220kV变电站关口无功功率与上下协调状态的关系具体如下：

(1)当Q₂₂₀>Q_cord.max1，且220kV变电站内没有未切除的电抗器和未投入的电容器时，将上下协调状态设置为开启；

(2)当Q₂₂₀<Q_cord.min1，且220kV变电站内没有未切除的电容器和未投入的电抗器时，将上下协调状态设置为开启；

(3)当Q_cord.min2<Q₂₂₀<Q_cord.max2时，将上下协调状态设置为解除；

(4)不符合(1)～(3)的条件时，将上下协调状态设置为不动作。

上述的220/110kV变电站上下协调无功控制方法中，所述九区图策略，是一种常用的利用实时监测的变电站低压母线电压和关口无功功率对变电站档位和无功补偿设备进行控制的策略，其判断依据是基于低压母线电压和关口无功功率的上下限所构成的9个控制区，当低压母线电压超出允许范围[U_min,U_max]或关口无功功率超出允许范围[Q_min,Q_max]时，控制***根据预定的指令进行调整，各区动作方案如下：

1区：低压母线电压大于U_max，关口无功功率小于Q_min，切除电容器或投入电抗器，当电容器全部切除且电抗器全部投入后，低压母线电压仍大于U_max时，降低变压器分接头档位；

2区：低压母线电压大于U_max，关口无功功率合格，降低变压器分接头档位，当分接头档位已调至最低档后，低压母线电压仍大于U_max时，切除电容器或投入电抗器；

3区：低压母线电压大于U_max，关口无功功率大于Q_max，降低变压器分接头档位，当分接头档位已调至最低档后，低压母线电压仍大于U_max时，切除电容器或投入电抗器；

4区：低压母线电压合格，关口无功功率小于Q_min，切除电容器或投入电抗器，当电容器全部切除且电抗器全部投入后，运行点仍在该区，则维持该运行点；

5区：低压母线电压合格，关口无功功率合格，维持该运行点；

6区：低压母线电压合格，关口无功功率大于Q_max，投入电容器或切除电抗器，当电容器全部投入且电抗器全部切除后，运行点仍在该区，则维持该运行点；

7区：低压母线电压小于U_min，关口无功功率小于Q_min，升高变压器分接头档位，当分接头档位已调至最高档后，低压母线电压仍小于U_min时，投入电容器或切除电抗器；

8区：低压母线电压小于U_min，无功合格，升高变压器分接头档位，当分接头档位已调至最高档后，投入电容器或切除电抗器；

9区：低压母线电压小于U_min，关口无功功率大于Q_max，投入电容器或切除电抗器，当电容器全部投入且电抗器全部切除后，低压母线电压仍小于U_min时，升高变压器分接头档位。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)调动110kV变电站的无功补偿设备，协调补偿220kV变电站的无功需求，可以有效地利用地区电网中剩余的无功补偿设备；

(2)协调控制策略简单明确，在就地控制策略的基础上进行改进，不会造成策略冲突从而导致设备反复投切的问题。

附图说明

图1是本发明提供的基于滞回特性的220kV/110kV变电站上下协调无功控制方法的流程示意图。

图2是上下协调状态-上下协调定值的滞回特性曲线。

图3是某地区电网示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明。

图1反映了基于滞回特性的220kV/110kV变电站上下协调无功控制方法的具体流程。具体包括：

(1)获取地区电网参数；所述地区电网包含一个220kV变电站及其所带的110kV变电站；所述地区电网参数包括：每个变电站的名称、每个变电站内的无功补偿设备单组容量和数量、每个变电站内的变压器档位上限和下限、每个变电站的关口无功功率允许范围和低压母线电压允许范围；创建数组CORD，用于存放对220kV变电站进行无功协调的110kV变电站站名，CORD的初始值为空数组；

(2)计算上下协调限值Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2；

Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2由式(1)获得：

Q_cord.max1＝Q_220.max+Q_110.com.max

Q_cord.max2＝Q_220.max-Q_110.com.max (1)

Q_cord.min1＝Q_220.min-Q_110.com.max

Q_cord.min2＝Q_220.min+Q_110.com.max

式(1)包含变量：220kV变电站关口无功功率允许范围上限Q_220.max和下限Q_220.min；地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量Q_110.com.max；

(3)获取地区电网的无功电压控制情况；所述无功电压控制情况包括：110kV变电站和220kV变电站的关口无功功率、低压母线电压、变压器当前档位和无功补偿设备投入组数，其中220kV变电站的关口无功功率用Q₂₂₀表示；

(4)判断Q₂₂₀与Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2的大小关系，根据滞回特性确定上下协调状态；上下协调状态是用来选择上下协调控制策略的条件，包含启动、不动作、解除三种状态；若上下协调状态为启动，则进入步骤(5)；若上下协调状态为解除，则进入步骤(6)；若上下协调状态为不动作，则进入步骤(7)；

上下协调状态的确定方法如下：

a.当Q₂₂₀>Q_cord.max1，且220kV变电站内没有未切除的电抗器和未投入的电容器时，将上下协调状态设置为开启；

b.当Q₂₂₀<Q_cord.min1，且220kV变电站内没有未切除的电容器和未投入的电抗器时，将上下协调状态设置为开启；

c.当Q_cord.min2<Q₂₂₀<Q_cord.max2时，将上下协调状态设置为解除；

d.不符合a、b、c的条件时，将上下协调状态设置为不动作；

上下协调状态与上下协调定值形成一种滞回特性的关系，图2给出了上下协调状态-上下协调定值的滞回特性曲线；

(5)若Q₂₂₀>Q_cord.max1，则将步骤(1)获取到的所有110kV变电站除去已存放在CORD中的站名对应的110kV变电站，从剩余的110kV变电站中，选出关口无功功率合格且站内未切除的电抗器和未投入的电容器总容量最大的变电站，将该110kV变电站的关口无功功率允许范围中的上限和下限都减少Q_110.com.max，Q_110.com.max表示地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量，并将该110kV变电站站名增加到CORD的最后，进入步骤(7)；若Q₂₂₀<Q_cord.min1，则将步骤(1)获取到的所有110kV变电站除去已存放在CORD中的站名对应的110kV变电站，从剩余的110kV变电站中，选出关口无功功率合格且站内未切除的电容器和未投入的电抗器总容量最大的变电站，将该站的关口无功功率允许范围中的上限和下限都增加Q_110.com.max，并将该110kV变电站站名增加到CORD的最后，进入步骤(7)；

(6)若CORD为空数组，则进入步骤(7)；若CORD不为空数组，查询CORD最后一个元素，将该元素代表的110kV变电站的关口无功功率允许范围设置为步骤(1)中获得的该110kV变电站的关口无功功率允许范围，并删除CORD最后一个元素；

(7)按照当前AVC常用的九区图策略对110kV变电站、220kV变电站进行控制；

(8)结束本周期上下协调无功控制；等待下一控制周期(如15分钟)，返回步骤(3)。

以下是本发明方法的一个实例，以某地区电网为例进行仿真，图3显示了该电网的拓扑结构，图中A表示220kV变电站名称，B1、B2、B3、B4、B5分别表示110kV变电站的名称。

(1)由图3知，该地区电网有1个220kV变电站A，变电站A带有5个110kV变电站，名称分别为B1、B2、B3、B4、B5；该地区电网没有配置电抗器，电容器的单组容量和数量如表1所示；

表1电容器的单组容量和数量

每个变电站内的变压器档位上限和下限如表2所示；

表2变压器档位上限和下限

变电站	档位上限	档位下限	变电站	档位上限	档位下限
						A	5	1	B3	17	1
B1	17	1	B4	17	1
						B2	17	1	B5	17	1

每个变电站的关口无功功率允许范围和低压母线电压允许范围如表3所示；

表3关口无功功率允许范围和低压母线电压允许范围

建立一个空数组CORD；

(2)计算上下协调限值Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2；

Q_cord.max1＝Q_220.max+Q_110.com.max＝8+4Mvar＝12Mvar

Q_cord.max2＝Q_220.max-Q_110.com.max＝8-4Mvar＝4Mvar

Q_cord.min1＝Q_220.min-Q_110.com.max＝-8-4Mvar＝-12Mvar

Q_cord.min2＝Q_220.min+Q_110.com.max＝-8+4Mvar＝-4Mvar

上式中，Q_220.max、Q_220.min分别为220kV变电站关口无功功率允许范围上限、下限；Q_110.com.max为地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量。

(3)在某一控制周期，获得110kV变电站和220kV变电站的关口无功功率、低压母线电压、变压器当前档位和无功补偿设备投入组数如表4所示；在此实施例中，无功补偿设备指电容器；

表4无功电压控制情况

由表知Q₂₂₀＝12.38Mvar；

(4)判断得Q₂₂₀>Q_cord.max1，且220kV变电站内没有未投入的电容器(该地区电网没有配置电抗器)，因此将上下协调状态设置为启动；

(5)判断得Q₂₂₀>Q_cord.max1，且此时CORD为空，在所有110kV变电站中挑选得变电站B2关口无功功率合格且未投入的电容器总容量最大(该地区电网没有配置电抗器)，剩3组4Mvar的电容器未投入，因此将变电站B2的关口无功功率允许范围上限和下限都减少Q_110.com.max(即减少4Mvar)，并将变电站B5站名增加到CORD中；

本步骤完成后，变电站B2的关口无功功率允许范围为[-8,0]Mvar，CORD＝{B2}；

按照当前AVC常用的九区图策略对110kV变电站、220kV变电站进行控制，控制结果为110kV变电站B2多投入一组电容器，其他变电站不动作。

其他控制周期的上下协调无功控制可根据本发明提出的方法进行，此处不再赘述。

经过上下协调无功控制之后，相比于不进行上下协调的就地无功控制，110kV变电站B2多投入了一组4Mvar的电容器，表5给出了两种无功控制方法下220kV变电站A的关口无功功率对比。

表5两种无功控制方法下220kV变电站A的关口无功功率对比

	就地无功控制	上下协调无功控制
			关口无功功率	12.38Mvar	8.22Mvar

由表5可知，采用独立无功控制方法时，110kV变电站的无功补偿设备无法对220kV变电站进行支援，220kV变电站的关口无功功率偏离允许范围较远；而当采用本发明的上下协调无功控制方法时，110kV变电站的无功补偿设备可以对220kV变电站进行支援，补偿220kV变电站部分下送的无功功率，使220kV变电站的关口无功功率更靠近允许范围。而且，从表中的数据还可以看出，在上下协调无功控制方法中，110kV变电站对220kV变电站进行支援之后，220kV变电站的关口无功功率使上下协调状态处于不动作的区间，从而避免了反复控制的情况。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.220/110kV变电站上下协调无功控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)获取地区电网参数；所述地区电网包含一个220kV变电站及其所带的110kV变电站；所述地区电网参数包括：每个变电站的名称、每个变电站内的无功补偿设备单组容量和数量、每个变电站内的变压器档位上限和下限、每个变电站的关口无功功率允许范围和低压母线电压允许范围；创建数组CORD，用于存放对220kV变电站进行无功协调的110kV变电站站名，CORD的初始值为空数组；

(2)计算上下协调限值Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2；所述上下协调限值，是指用来判断上下协调状态的条件，上下协调限值Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2由式(1)获得：

$\begin{array}{c}{Q}_{cord.\max 1}=Q_{220.\max }+Q_{110.com.\max }\\ Q_{cord.\max 2}=Q_{220.\max }-Q_{110.com.\max }\\ Q_{cord.\min 1}=Q_{220.\min }-Q_{110.com.\max }\\ Q_{cord.\min 2}=Q_{220.\min }+Q_{110.com.\max }\end{array}---\left(1\right)$

式(1)包含变量：220kV变电站关口无功功率允许范围上限Q_220.max和下限Q_220.min；地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量Q_110.com.max；

(3)获取地区电网的无功电压控制情况；所述无功电压控制情况包括：110kV变电站和220kV变电站的关口无功功率、低压母线电压、变压器当前档位和无功补偿设备投入组数，其中220kV变电站的关口无功功率用Q₂₂₀表示；

(4)判断Q₂₂₀与Q_cord.max1、Q_cord.max2、Q_cord.min1和Q_cord.min2的大小关系，根据滞回特性确定上下协调状态；上下协调状态是用来选择上下协调控制策略的条件，包含启动、不动作、解除三种状态；若上下协调状态为启动，则进入步骤(5)；若上下协调状态为解除，则进入步骤(6)；若上下协调状态为不动作，则进入步骤(7)；所述滞回特性是指220kV变电站关口无功功率与上下协调状态形成的关系，220kV变电站关口无功功率与上下协调状态的关系具体如下：

(3.1)当Q₂₂₀>Q_cord.max1，且220kV变电站内没有未切除的电抗器和未投入的电容器时，将上下协调状态设置为开启；

(3.2)当Q₂₂₀<Q_cord.min1，且220kV变电站内没有未切除的电容器和未投入的电抗器时，将上下协调状态设置为开启；

(3.3)当Q_cord.min2<Q₂₂₀<Q_cord.max2时，将上下协调状态设置为解除；

(3.4)不符合(3.1)～(3.3)的条件时，将上下协调状态设置为不动作；

(5)若Q₂₂₀>Q_cord.max1，则将步骤(1)获取到的所有110kV变电站除去已存放在CORD中的站名对应的110kV变电站，从剩余的110kV变电站中选出关口无功功率合格且站内未切除的电抗器和未投入的电容器总容量最大的变电站，将该110kV变电站的关口无功功率允许范围中的上限和下限都减少Q_110.com.max，Q_110.com.max表示地区电网中110kV变电站无功补偿设备最大单组容量，并将该110kV变电站站名增加到CORD的最后，进入步骤(7)；若Q₂₂₀<Q_cord.min1，则将步骤(1)获取到的所有110kV变电站除去已存放在CORD中的站名对应的110kV变电站，从剩余的110kV变电站中选出关口无功功率合格且站内未切除的电容器和未投入的电抗器总容量最大的变电站，将该站的关口无功功率允许范围中的上限和下限都增加Q_110.com.max，并将该110kV变电站站名增加到CORD的最后，进入步骤(7)；

(6)若CORD为空数组，则进入步骤(7)；若CORD不为空数组，查询CORD最后一个元素，将该元素代表的110kV变电站的关口无功功率允许范围设置为步骤(1)中获得的该110kV变电站的关口无功功率允许范围，并删除CORD最后一个元素；

(7)按照当前自动电压控制常用的九区图策略对110kV变电站、220kV变电站进行控制；所述九区图策略是一种利用实时监测的变电站低压母线电压和关口无功功率对变电站档位和无功补偿设备进行控制的策略；

(8)结束本周期上下协调无功控制；等待设定时间，返回步骤(3)。