CN110808583A - 一种面向多目标的变电站优化控制方法 - Google Patents

一种面向多目标的变电站优化控制方法 Download PDF

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CN110808583A CN201911077247.2A CN201911077247A CN110808583A CN 110808583 A CN110808583 A CN 110808583A CN 201911077247 A CN201911077247 A CN 201911077247A CN 110808583 A CN110808583 A CN 110808583A
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周运斌
董楠
董晋阳
王卫
郭继芳
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Abstract

本发明公开了一种面向多目标的变电站优化控制方法，包括以下步骤：1)获取变电站各母线的优先级，根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格；2)校正控制主变电站高压侧关口的无功及功率因素，使得主变电站高压侧无功合格，且主变电站高压侧关口的功率因素在预设的限值范围内；3)对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化，完成面向多目标的变电站优化控制，该方法能够实现复杂电网中变电站的优化控制。

Description

一种面向多目标的变电站优化控制方法
技术领域
本发明涉及一种变电站优化控制方法，具体涉及一种面向多目标的变电站优化控制方法。
背景技术
目前国内网省调自动电压控制(AVC)主站对220kV变电站的控制，从控制模式上分析，可以有如下2种方式：直控模式及站端子站模式，其中，直控模式属于集中控制模式，站端子站模式属于分散控制模式。这两种控制模式的优缺点如下：
AVC主站直控方式
优点：直控方式最大的优点是不需要变电站AVC子站***，其带来的优点包括：a)变电站改造量小，变电站监控软件不需要改动，仅需要增加定义若干遥信点，进行传动实验即可，对运行的变电站影响小；b)节省投资：新增变电站也不需要投资AVC子站功能。
缺点：主站AVC维护模型比较复杂，需要建立完整的无功设备模型，需要关联并维护开关的遥控点。依赖于人工维护的准确性，否则可能造成误控的情况。
变电站AVC子站控制方式
优点:子站方式的优点是简化了主站控制和维护的复杂度，包括：a)主站只下发无功指令，具体的开关遥控由子站完成，主站侧不需要维护所有开关的遥控点号，显著降低了AVC应用的风险；b)主站不需要维护完整的无功设备模型，简化了维护的工作量。主站与变电站通信中断后，子站可以转为当地自动控制。能适应无人值班站的要求。
从对比可见，子站模式能够大幅降低调度中心进行大量遥控所带来的安全风险，并且可以显著降低调度中心对AVC模型维护的工作量。随着智能变电站的建设，如果将AVC子站纳入到智能变电站建设的计划中，则可以降低实施AVC子站的投资和成本。可见，采用子站控制模式是未来技术发展的方向。
目前变电站的AVC控制只针对电压一个目标，以电压不超过上限和下限为控制目标，随着电网结构的复杂，变电站仅仅控制无功电压已经不能满足电网的需求，因此需设计一种方法，满足复杂电网的变电站优化控制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种面向多目标的变电站优化控制方法，该方法能够实现复杂电网中变电站的优化控制。
为达到上述目的，本发明所述的面向多目标的变电站优化控制方法包括以下步骤：
1)获取变电站各母线的优先级，根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格；
2)校正控制主变电站高压侧关口的无功及功率因素，使得主变电站高压侧无功合格，且主变电站高压侧关口的功率因素在预设的限值范围内；
3)对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化，完成面向多目标的变电站优化控制。
对于10kV不带负荷出线的厂站，220kV母线、110kV母线及10kV母线的优先级依次降低。
对于10kV带负荷出线的厂站，10kV母线、220kV母线及110kV母线的优先级依次降低。
步骤1)中根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格的具体操作为：
当高压侧母线电压越限时，则通过调节主变低压侧无功来消除高压侧母线电压越限情况，具体操作为：当在调节主变低压侧无功后，其他高优先级的母线不出现电压越限时，则可以直接调节主变低压侧无功，以消除高压侧母线电压越限情况；当调节主变低压侧无功后，其他高优先级的母线出现电压越限的情况，则先调节主变分头，当中低压侧母线电压调节后，再调节主变低压侧无功，以确保高优先级的母线不出现电压越限的情况；
当中低压侧母线电压越限时，则采用以下规则进行控制，具体为：当变电站中低压侧与变电站高压侧调压方向一致时，则优先调节主变电站低压侧无功，当主变低压侧无功无调节量时，则调节分头，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站中低压侧与变电站高压侧调压方向不一致时，则判断变电站高压侧关口无功情况，当变电站高压侧无功合理时，则优先调节分头，当分头不可调时，再调节主变电站的低压侧无功，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站高压侧无功不合理，且变电站无功的调节方向与中低压侧电压一致时，则优先调节主变电站低压侧无功，当主变电站低压侧无功无调节量时，则调节分头，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站高压侧无功不合理，且变电站无功的调节方向与中低压侧电压不一致时，则优先调节分头，当分头不可调时，则调节主变电站的低压侧无功，以消除中低压侧母线电压越限的情况。
当中低压侧电压超过其上限值且高压侧电压超过其上限值时，或者中低压侧电压低于其下限值且高压侧电压低于其下限时，则说明中低压侧与高压侧调压方向一致；
当中低压侧电压高于其上限值且高压侧无功倒送或功率因数高于其上限值时，或者中低压侧电压低于其下限且高压侧功率因素低于其下限时，则说明高压侧无功的调节方向与中低压侧电压调节方向一致。
步骤3)的具体操作为：
当高压侧母线电压高于优化设定值，且高压侧母线电压相对于优化设定值的偏差超过电压优化死区时，则调节主变电站低压侧无功，实现对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化；
当高压侧母线电压低于优化设定值，且高压侧母线电压相对于优化设定值的偏差超过电压优化死区时，则调节主变电站低压侧无功，实现对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化。
电压优化死区的获取过程为：
31)在当前时刻t0,从负荷预测应用获取未来T0时段内的变电站母线负荷预测数据，其中，对于110kV变电站，所述母线负荷预测数据包括低压侧10kV母线的负荷预测数据L10.i以及中压侧35kV母线负荷预测数据L35.i，i＝1,2,...,T0；
32)设置变量LI及LD的初始值为0，并计算中间变量ΔLi，其中，中间变量ΔLi为：
Figure BDA0002262865600000051
33)当ΔL1>0且ΔL0>L1时，则使新的LI＝LI+1；当ΔL1<0且ΔL0<L2时，则使得新的LD＝LD+1；
34)当i<T0，则更新i，使得i+1作为更新后的i，再转至步骤32)，直至i＝T0，然后转至步骤35)，其中，T0为时间参数；
35)根据最终的LI及LD设定变电站的电压优化死区。
步骤35)的具体操作过程为：
当LI>T1时，则认为变电站将进入负荷上升期，此时设定变电站母线优化控制死区ΔVopt=V1 opt；
当LD>T2时，则认为变电站将进入负荷下降期，此时设定变电站的母线优化控制死区
Figure BDA0002262865600000053
当LI≤T1或者LD≤T2时，则设定变电站的母线优化控制死区
Figure BDA0002262865600000054
其中，T1及T2为时间参数，为变电站母线逆调压死区参数，完成基于预测数据的母线电压优化控制。
T0＝60，T1＝30，T2＝30；对于110kV变电站，L1＝1.0,L2＝1.0，
Figure BDA0002262865600000056
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的面向多目标的变电站优化控制方法在具体操作时，综合考虑各母线的电压、主变电站高压侧无功的合理性、主变电站高压侧关口的功率因素以及主变电站高压侧110kV母线电压，实现多目标的变电站优化控制，避免传统单一控制带来的各种问题，以适应当前复杂的电网环境。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都应当属于本发明保护的范围。
参考图1，本发明所述的面向多目标的变电站优化控制方法包括以下步骤：
1)获取变电站各母线的优先级，根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格；
对于10kV不带负荷出线的厂站，220kV母线、110kV母线及10kV母线的优先级依次降低；对于10kV带负荷出线的厂站，10kV母线、220kV母线及110kV母线的优先级依次降低。在充分利用所有控制手段的前提下，为了保证高优先级的母线电压合格，允许低优先级的母线电压不合格,其中，母线电压不合格是指电压当前量测值超过给定的当前电压上限或下限。
步骤1)中根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格的具体操作为：
当高压侧母线电压越限时，则通过调节主变低压侧无功来消除高压侧母线电压越限情况，具体操作为：当在调节主变低压侧无功后，其他高优先级的母线不出现电压越限时，则可以直接调节主变低压侧无功，以消除高压侧母线电压越限情况；当调节主变低压侧无功后，其他高优先级的母线出现电压越限的情况，则先调节主变分头，当中低压侧母线电压调节后，再调节主变低压侧无功，以确保高优先级的母线不出现电压越限的情况；
当中低压侧母线电压越限时，则采用以下规则进行控制，具体为：当变电站中低压侧与变电站高压侧调压方向一致时，则优先调节主变电站低压侧无功，当主变低压侧无功无调节量时，则调节分头，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站中低压侧与变电站高压侧调压方向不一致时，则判断变电站高压侧关口无功情况，当变电站高压侧无功合理时，则优先调节分头，当分头不可调时，再调节主变电站的低压侧无功，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站高压侧无功不合理，且变电站无功的调节方向与中低压侧电压一致时，则优先调节主变电站低压侧无功，当主变电站低压侧无功无调节量时，则调节分头，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站高压侧无功不合理，且变电站无功的调节方向与中低压侧电压不一致时，则优先调节分头，当分头不可调时，则调节主变电站的低压侧无功，以消除中低压侧母线电压越限的情况。
其中，当中低压侧电压超过其上限值且高压侧电压超过其上限值时，或者中低压侧电压低于其下限值且高压侧电压低于其下限时，则说明中低压侧与高压侧调压方向一致；
当中低压侧电压高于其上限值且高压侧无功倒送或功率因数高于其上限值时，或者中低压侧电压低于其下限且高压侧功率因素低于其下限时，则说明高压侧无功的调节方向与中低压侧电压调节方向一致。
2)校正控制主变电站高压侧关口的无功及功率因素，使得主变电站高压侧无功合格，且主变电站高压侧关口的功率因素在预设的限值范围内；
在电压合格的情况下，考虑主变高压侧无功是否合格，目前仅考虑高压侧无功或功率因数是否越限，策略为：
当高压侧无功越限倒送：则调节主变低压侧无功进行校正，其中，消除无功倒送的控制，不能导致任意一侧母线电压的越限，因此需要对策略进行校验，如果策略执行后可能造成母线电压越限，一般情况下就不能执行该策略。
在省地AVC协调控制的应用下，地调AVC为了保证省地协调关口的功率因数或无功合格，此时需要尽量投入110kV变电站内无功设备。如果通过策略校验，发现直接投入无功设备会导致变电站内35kV、10kV母线越限，则需要考虑组合策略，即先调节主变分头，将35kV或10kV母线电压调节到合适的水平，然后再投入无功设备，以满足关口无功或功率因数控制的要求。
3)对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化，完成面向多目标的变电站优化控制。
步骤3)的具体操作为：
在电压合格和无功合格的情况下，考虑高压侧110kV母线的电压优化策略，高压侧的优化电压设定值采用市调AVC三级控制给出的全局无功优化电压设定值，由市调AVC实时计算并下发，下发周期一般为10～30分钟。
由于影响高压侧母线电压的控制手段主要为电容器电抗器，因此控制策略为：
当高压侧母线电压高于优化设定值，且高压侧母线电压相对于优化设定值的偏差超过电压优化死区时，则调节主变电站低压侧无功，实现对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化；
当高压侧母线电压低于优化设定值，且高压侧母线电压相对于优化设定值的偏差超过电压优化死区时，则调节主变电站低压侧无功，实现对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化。
在上述母线电压优化控制中，是否需要进行优化控制主要根据母线电压量测值与优化控制目标值的偏差是否大于优化控制死区参数ΔVopt来判定，该参数影响了电压优化策略的执行效果，主要体现在如下二个方面：
11)当该死区参数设置较小，则变电站母线电压可以较好地追随优化目标，但是由于母线电压优化目标值是以降低网损和无功就地补偿为目标计算给出的，在高峰时段其多接近母线的电压上限值，因此当母线优优化控制死区较小时，母线电压可能距离上限值较近，由于负荷波动等容易出现母线电压越上限值，从而造成无功设备的频繁调节；
12)当该死区参数设置较大，则虽然可以避免上述的设备频繁调节问题，但是当***电压发生变化时，AVC***不能及时响应***电压调节的要求，可能导致母线电压偏低，无功补偿不及时。
目前该参数大多采用人工设置的方式，当设置不合理时，容易出现上述的问题，影响AVC控制的品质和地区电网无功电压与运行的水平。本发明为例解决该问题，创新地提出了基于母线未来负荷预测数据的母线电压优化控制方法，该方法详细说明如下。
电压优化死区的获取过程为：
31)在当前时刻t0,从负荷预测应用获取未来T0时段内的变电站母线负荷预测数据，其中，对于110kV变电站，所述母线负荷预测数据包括低压侧10kV母线的负荷预测数据L10.i以及中压侧35kV母线负荷预测数据L35.i，i＝1,2,...,T0；
32)设置变量LI及LD的初始值为0，并计算中间变量ΔLi，其中，中间变量ΔLi为：
Figure BDA0002262865600000101
33)当ΔL1>0且ΔL0>L1时，则使新的LI＝LI+1；当ΔL1<0且ΔL0<L2时，则使得新的LD＝LD+1；
34)当i<T0，则更新i，使得i+1作为更新后的i，再转至步骤32)，直至i＝T0，然后转至步骤35)，其中，T0为时间参数；
35)根据最终的LI及LD设定变电站的电压优化死区。
步骤35)的具体操作过程为：
当LI>T1时，则认为变电站将进入负荷上升期，此时设定变电站母线优化控制死区ΔVopt=V1 opt；
当LD>T2时，则认为变电站将进入负荷下降期，此时设定变电站的母线优化控制死区
Figure BDA0002262865600000111
当LI≤T1或者LD≤T2时，则设定变电站的母线优化控制死区
其中，T1及T2为时间参数，
Figure BDA0002262865600000113
为变电站母线逆调压死区参数，完成基于预测数据的母线电压优化控制。
T0＝60，T1＝30，T2＝30；对于110kV变电站，L1＝1.0,L2＝1.0，
Figure BDA0002262865600000114
当通过对变电站母线负荷预测数据的检查，判定未来一段时间变电站负荷将进入快速连续上升阶段时，即变电站负荷处于从低谷向高峰转换时段，则此时将高压侧母线电压的优化控制死区参数设置为较小值(1.0kV)，一方面可以及时响应负荷变化造成的电压变化，及时投入无功补偿以追随优化目标值，避免母线电压跌落；另一方面由于未来时段负荷连续增加，一般也不会出现由于负荷波动造成的电压越限。
当通过对变电站母线负荷预测数据的检查，判定未来一段时间变电站负荷将进入快速连续下降阶段时，即变电站负荷进入从高峰向平峰低谷时段转换，则设置高压侧母线电压的优化控制死区参数设置为中间值(1.5kV)，这样随着负荷的降低，可以及时退出无功补偿，避免电压越限。
当通过对变电站母线负荷预测数据的检查，判定不属于上述二种情况时，则说明此时变电站负荷处于平稳阶段，此时将高压侧母线电压的优化控制死区参数设置为较大值(2.0kV)，避免由于负荷的短时间波动导致的电压波动触发优化控制，从而减少无功设备的频繁投切。
在实际应用中采用应用本发明时，当不能获取变电站母线负荷预测数据，也可以采用前日或类似历史日的历史负荷数据，作为判定的依据。
本发明通过对未来负荷的预测，设定优化控制死区的数值，避免人工设置不合理时，容易出现的频繁调整或无功补偿不及时的问题，本发明已在北京市调的D5000***的AVC模块中运行，运行良好。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取变电站各母线的优先级，根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格；
2)校正控制主变电站高压侧关口的无功及功率因素，使得主变电站高压侧无功合格，且主变电站高压侧关口的功率因素在预设的限值范围内；
3)对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化，完成面向多目标的变电站优化控制。
2.根据权利要求1所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，对于10kV不带负荷出线的厂站，220kV母线、110kV母线及10kV母线的优先级依次降低。
3.根据权利要求1所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，对于10kV带负荷出线的厂站，10kV母线、220kV母线及110kV母线的优先级依次降低。
4.根据权利要求1所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，步骤1)中根据各母线的优先级依次对各母线的电压进行调整，使得各母线的电压合格的具体操作为：
当高压侧母线电压越限时，则通过调节主变低压侧无功来消除高压侧母线电压越限情况，具体操作为：当在调节主变低压侧无功后，其他高优先级的母线不出现电压越限时，则可以直接调节主变低压侧无功，以消除高压侧母线电压越限情况；当调节主变低压侧无功后，其他高优先级的母线出现电压越限的情况，则先调节主变分头，当中低压侧母线电压调节后，再调节主变低压侧无功，以确保高优先级的母线不出现电压越限的情况；
当中低压侧母线电压越限时，则采用以下规则进行控制，具体为：当变电站中低压侧与变电站高压侧调压方向一致时，则优先调节主变电站低压侧无功，当主变低压侧无功无调节量时，则调节分头，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站中低压侧与变电站高压侧调压方向不一致时，则判断变电站高压侧关口无功情况，当变电站高压侧无功合理时，则优先调节分头，当分头不可调时，再调节主变电站的低压侧无功，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站高压侧无功不合理，且变电站无功的调节方向与中低压侧电压一致时，则优先调节主变电站低压侧无功，当主变电站低压侧无功无调节量时，则调节分头，以消除中低压侧母线电压越限的情况；当变电站高压侧无功不合理，且变电站无功的调节方向与中低压侧电压不一致时，则优先调节分头，当分头不可调时，则调节主变电站的低压侧无功，以消除中低压侧母线电压越限的情况。
5.根据权利要求4所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，当中低压侧电压超过其上限值且高压侧电压超过其上限值时，或者中低压侧电压低于其下限值且高压侧电压低于其下限时，则说明中低压侧与高压侧调压方向一致。
6.根据权利要求4所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，当中低压侧电压高于其上限值且高压侧无功倒送或功率因数高于其上限值时，或者中低压侧电压低于其下限且高压侧功率因素低于其下限时，则说明高压侧无功的调节方向与中低压侧电压调节方向一致。
7.根据权利要求1所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：
当高压侧母线电压高于优化设定值，且高压侧母线电压相对于优化设定值的偏差超过电压优化死区时，则调节主变电站低压侧无功，实现对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化；
当高压侧母线电压低于优化设定值，且高压侧母线电压相对于优化设定值的偏差超过电压优化死区时，则调节主变电站低压侧无功，实现对主变电站高压侧110kV母线进行电压优化。
8.根据权利要求7所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，电压优化死区的获取过程为：
31)在当前时刻t0,从负荷预测应用获取未来T0时段内的变电站母线负荷预测数据，其中，对于110kV变电站，所述母线负荷预测数据包括低压侧10kV母线的负荷预测数据L10.i以及中压侧35kV母线负荷预测数据L35.i，i＝1,2,...,T0；
32)设置变量LI及LD的初始值为0，并计算中间变量ΔLi，其中，中间变量ΔLi为：
Figure FDA0002262865590000031
33)当ΔL1>0且ΔL0>L1时，则使新的LI＝LI+1；当ΔL1<0且ΔL0<L2时，则使得新的LD＝LD+1；
34)当i<T0，则更新i，使得i+1作为更新后的i，再转至步骤32)，直至i＝T0，然后转至步骤35)，其中，T0为时间参数；
35)根据最终的LI及LD设定变电站的电压优化死区。
9.根据权利要求8所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，步骤35)的具体操作过程为：
当LI>T1时，则认为变电站将进入负荷上升期，此时设定变电站母线优化控制死区ΔVopt＝V1 opt；
当LD>T2时，则认为变电站将进入负荷下降期，此时设定变电站的母线优化控制死区
Figure FDA0002262865590000041
当LI≤T1或者LD≤T2时，则设定变电站的母线优化控制死区
Figure FDA0002262865590000042
其中，T1及T2为时间参数，
Figure FDA0002262865590000043
V1 opt，为变电站母线逆调压死区参数，完成基于预测数据的母线电压优化控制。
10.根据权利要求8所述的面向多目标的变电站优化控制方法，其特征在于，T0＝60，T1＝30，T2＝30；对于110kV变电站，L1＝1.0,L2＝1.0，
Figure FDA0002262865590000045
V1 opt＝1.0，
Figure FDA0002262865590000046
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