專利名稱：一種電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的建模方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行的重要任務(wù)之一，隨著互聯(lián)電網(wǎng)的建成以及用電負荷的增長，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個重要方面，越來越受到重視。自動電壓控制(automatic voltage control, AVC)系統(tǒng)在20世紀70年代提出，并在法國電網(wǎng)中得到較好應(yīng)用。為了提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，各國越來越多的使用自動電壓控制系統(tǒng)。通過對自動電壓控制系統(tǒng)在實際電網(wǎng)中的運行效果進行檢測，其對提高電力系統(tǒng)中長期動態(tài)電壓穩(wěn)定和靜態(tài)電壓穩(wěn)定方面具有很好的控制效果。對自動電壓控制系 統(tǒng)的仿真，并研究其對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響就顯得非常必要。電力系統(tǒng)穩(wěn)定是一個典型的動態(tài)發(fā)展過程，時域仿真法是研究電力系統(tǒng)動態(tài)特性的最為基礎(chǔ)而重要的研究方法。通過對系統(tǒng)各部分元件進行建模，考慮AVC控制體系，設(shè)定各種可能的故障類型，并對系統(tǒng)在假定擾動下的發(fā)展軌跡進行模擬，分析其對電壓穩(wěn)定的控制效果，從而建立AVC體系下電壓穩(wěn)定仿真分析，評價AVC對電壓穩(wěn)定的控制效果，具有十分重要的意義。全過程仿真程序可以對機電暫態(tài)和中長期動態(tài)具有很好的仿真效果，既可以反應(yīng)電網(wǎng)的暫態(tài)特性，又能反應(yīng)電網(wǎng)的中長期動態(tài)和靜態(tài)特性。在全過程仿真程序中對自動電壓控制系統(tǒng)進行詳細建模，既可以反應(yīng)其對暫態(tài)電壓的影響，又能反應(yīng)其對中長期電壓的影響，建模工作具有很大的意義。自動電壓控制系統(tǒng)根據(jù)實際情況的控制模式不盡相同，但其基本構(gòu)建方式是遵循高電壓水平下無功分層分區(qū)平衡優(yōu)化原則，在分層、分區(qū)空間解耦基礎(chǔ)上，構(gòu)建不同的AVC控制方式，并根據(jù)不同控制周期實現(xiàn)時間上的解耦，形成各環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制。目前普遍使用典型的AVC控制系統(tǒng)包括三次電壓控制、二次電壓控制和一次電壓控制供三個層次，其中 一次電壓控制作為發(fā)電機的一種控制手段，已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，而二次電壓控制和三次電壓控制則是AVC主站系統(tǒng)的主要工作，其主要目的是如何通過三次、二次電壓控制來協(xié)調(diào)一次電壓控制，使得無功分布優(yōu)化。一次電壓控制為本地控制，只用到本地的信息。控制器由本區(qū)域內(nèi)控制發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器AVR、有載調(diào)壓分接頭OLTC及可投切的電容器組成，控制時間常數(shù)一般為幾秒鐘。在這級控制中，控制設(shè)備通過保持輸出變量盡可能的接近設(shè)定值來補償電壓快速的和隨機的變化。二次電壓控制的時間常數(shù)約為十幾秒鐘到分鐘級，控制的主要目的是保證中樞母線電壓等于設(shè)定值，如果中樞母線的電壓賦值產(chǎn)生偏差，二次電壓控制器則按照預(yù)定的控制規(guī)則改變一次電壓控制器的設(shè)定參考值，二次電壓控制是一種區(qū)域控制，只用到本區(qū)域內(nèi)的信息。
三次電壓控制是自動電壓控制的最高層，它以全系統(tǒng)的經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標，并考慮安全性指標，最后給出中樞母線電壓幅值的設(shè)定參考值，供二次電壓控制使用。在三次電壓控制中要充分考慮到協(xié)調(diào)的因素，利用了整個系統(tǒng)的信息來進行優(yōu)化計算，一般來說它的時間常數(shù)在十幾分鐘到小時級。在以往的模型研究中，AVC的一次電壓控制(發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器AVR、有載調(diào)壓分接頭0LTC、可投切的電容器等)模型研究較多，同時仿真建模方法比較成熟。本發(fā)明主要對二次電壓控制模型進行詳細建模，同時建立二次電壓控制與一次電壓控制之間的接口，同時預(yù)留三次電壓控制的接口，本發(fā)明對研究AVC對電壓穩(wěn)定的影響非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的建模方法，可以方便的考慮中長期動態(tài)中的影響，又模擬了緊急電壓控制模式，適用于電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真。同時，還考慮了二次電壓控制與一次電壓控制之間的接口。 本發(fā)明提供的一種電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的建模方法，對自動電壓控制系統(tǒng)的二次電壓控制進行建模，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟(I):采樣點路采樣母線電SVp ；(2):判斷所述電壓Vp與電壓目標值V/ef差值A(chǔ) V是否小于死區(qū)電壓值，若是則返回(1)，否則進入步驟(3)；(3)判斷所述電壓Vp是否越限，若不越限則進入正常電壓控制模式，若發(fā)生越限則切換到緊急電壓控制模式；(4):確認進入正常電壓控制模式還是緊急電壓控制模式，判斷所述電力系統(tǒng)執(zhí)行時間是否超過控制時間間隔，并計算各發(fā)電機無功功率的目標值；(5):計算各發(fā)電節(jié)點的靈敏度Spg和Svg，且計算AVp=SpgAQjP AVg=SvgAQg^中A Vp為主導(dǎo)節(jié)點電壓的變化；AQg為每臺機組的無功出力變化；A Vg為發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的變化；\8為每臺機組的無功出力對區(qū)域主導(dǎo)節(jié)點電壓幅值的靈敏度；\8為每臺機組的無功出力對發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的靈敏度；(6):根據(jù)所述靈敏度Svg，計算發(fā)電機節(jié)點高壓側(cè)母線的電壓目標值；(7):模擬二級電壓控制信號的計算時間和通信延時時間，判斷是否超過控制時間間隔，如果小于控制時間間隔，則進入(8);如果大于等于控制時間間隔，則利用發(fā)電機與發(fā)電機高壓側(cè)母線之間的等效阻抗，計算發(fā)電機節(jié)點高壓側(cè)母線的電壓目標值，進行一次電壓控制；(8):返回步驟(I)進行下一次采樣。其中，所述進入正常電壓控制模式包括如下步驟①計算當前時刻與上一次控制時刻之間的時間，若小于正?？刂颇Ｊ较碌乃隹刂茣r間間隔，則跳過該采樣點返回步驟(I);若大于等于正?？刂颇Ｊ较碌目刂茣r間間隔，則進行步驟②；②構(gòu)造中樞節(jié)點電壓偏差最小為目標的二次模型，保證中樞母線電壓等于設(shè)定值，求解得到各發(fā)電機無功功率的目標值。其中，進入緊急電壓控制模式包括如下步驟
〈I〉計算當前時刻與上一次控制時刻之間的時間，若小于緊急控制模式下的控制時間間隔，則跳過該采樣點返回步驟(I);若大于等于緊急控制模式下的控制時間間隔，則進行步驟〈2> ；<2> :構(gòu)造中樞節(jié)點電壓偏差最小為目標的二次規(guī)劃模型，保證中樞母線電壓不超過越限值，求解得到各發(fā)電機無功功率的目標值。其中，所述步驟(7)利用發(fā)電機端與發(fā)電機高壓側(cè)母線之間的等效阻抗，計算得到發(fā)電機端電壓和發(fā)電機高壓側(cè)母線電壓之間的關(guān)系，實現(xiàn)二次電壓控制與一次電壓控制之間的接口。其中，所述靈敏度Spg和靈敏度Svg的計算通過對PQ分解法潮流計算中的B "矩陣進行求逆得到。其中，所述控制時間間隔是指所述電力系統(tǒng)的每條控制指令之間的時間間隔。 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為考慮了自動電壓控制中的控制模式，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定仿真的算法特點，提出了電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的實現(xiàn)方法。該模型可以正常模擬二次電壓控制中的正常模式和緊急模式；實現(xiàn)了兩種模式之間的切換過程，使得該模型可以分析自動電壓控制在機電暫態(tài)和中長期動態(tài)中的影響。同時，該模型還可以模擬二次電壓控制與一次電壓控制之間的接口；適于電力系統(tǒng)機電暫態(tài)及中長期動態(tài)的全過程仿真要求。


圖I為自動電壓控制AVC模型二次電壓控制的示意圖；圖2為模型中死區(qū)的傳遞函數(shù)框圖；圖3為發(fā)電機端電壓和發(fā)電機高壓側(cè)母線電壓計算電路圖；圖4為本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的實現(xiàn)方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。本發(fā)明提出了模擬自動電壓控制(AVC)系統(tǒng)模型，主要包含二次電壓控制模型，以及與一次電壓控制的接口部分，如附圖I。該模型結(jié)構(gòu)合理，具有較好的可操作性和適應(yīng)性，可以正確模擬正常電壓控制和緊急電壓控制，以及兩者的切換。附圖I為本發(fā)明的電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的傳遞函數(shù)框圖。自動電壓控制(AVC)系統(tǒng)的二次電壓控制主要兩種控制模式正常控制模式和緊急控制模式。正常控制模式的主要目的是保證中樞母線電壓等于設(shè)定值；緊急控制模式是在電壓越限情況發(fā)生時，主要目的是將電壓拉回到限值之內(nèi)。仿真模型包含死區(qū)環(huán)節(jié)、正?？刂颇Ｊ?、緊急控制模式、模式切換、與一次電壓控制接口等部分。I)死區(qū)環(huán)節(jié)說明附圖I中存在的死區(qū)環(huán)節(jié)的含義如附圖2所示，計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的建模方法，對自動電壓控制系統(tǒng)的二次電壓控制進行建模，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1):采樣點路采樣母線電壓Vp; (2):判斷所述電壓Vp與電壓目標值差值A(chǔ)V是否小于死區(qū)電壓值，若是則返回(1)，否則進入步驟(3)； (3)判斷所述電壓Vp是否越限，若不越限則進入正常電壓控制模式，若發(fā)生越限則切換到緊急電壓控制模式； (4):確認進入正常電壓控制模式還是緊急電壓控制模式，判斷所述電力系統(tǒng)執(zhí)行時間是否超過控制時間間隔，并計算各發(fā)電機無功功率的目標值； (5):計算各發(fā)電節(jié)點的靈敏度Spg和Svg，且計算AVp=SpgAQjPAVg=SvgAQg;其中AVp為主導(dǎo)節(jié)點電壓的變化；AQg為每臺機組的無功出力變化；A Vg為發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的變化；\8為每臺機組的無功出力對區(qū)域主導(dǎo)節(jié)點電壓幅值的靈敏度；SvgS每臺機組的無功出力對發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的靈敏度； (6):根據(jù)所述靈敏度Svg，計算發(fā)電機節(jié)點高壓側(cè)母線的電壓目標值； (7):模擬二級電壓控制信號的計算時間和通信延時時間，判斷是否超過控制時間間隔，如果小于控制時間間隔，則進入(8);如果大于等于控制時間間隔，則利用發(fā)電機與發(fā)電機高壓側(cè)母線之間的等效阻抗，計算發(fā)電機節(jié)點高壓側(cè)母線的電壓目標值，進行一次電壓控制； (8):返回步驟(I)進行下一次采樣。
2.如權(quán)利要求I所述的建模方法，其特征在于，所述進入正常電壓控制模式包括如下步驟 ①計算當前時刻與上一次控制時刻之間的時間，若小于正?？刂颇Ｊ较碌乃隹刂茣r間間隔，則跳過該采樣點返回步驟(I);若大于等于正?？刂颇Ｊ较碌目刂茣r間間隔，則進行步驟②； ②構(gòu)造中樞節(jié)點電壓偏差最小為目標的二次模型，保證中樞母線電壓等于設(shè)定值，求解得到各發(fā)電機無功功率的目標值。
3.如權(quán)利要求I所述的建模方法，其特征在于，進入緊急電壓控制模式包括如下步驟 〈I〉計算當前時刻與上一次控制時刻之間的時間，若小于緊急控制模式下的控制時間間隔，則跳過該采樣點返回步驟(I);若大于等于緊急控制模式下的控制時間間隔，則進行步驟〈2> ； 〈2> :構(gòu)造中樞節(jié)點電壓偏差最小為目標的二次規(guī)劃模型，保證中樞母線電壓不超過越限值，求解得到各發(fā)電機無功功率的目標值。
4.如權(quán)利要求I所述的建模方法，其特征在于，所述步驟(7)利用發(fā)電機端與發(fā)電機高壓側(cè)母線之間的等效阻抗，計算得到發(fā)電機端電壓和發(fā)電機高壓側(cè)母線電壓之間的關(guān)系，實現(xiàn)二次電壓控制與一次電壓控制之間的接口。
5.如權(quán)利要求I所述的建模方法，其特征在于，所述靈敏度Spg和靈敏度Svg的計算通過對PQ分解法潮流計算中的B"矩陣進行求逆得到。
6.如權(quán)利要求I所述的建模方法，其特征在于，所述控制時間間隔是指所述電力系統(tǒng)的每條控制指令之間的時間間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的建模方法，對自動電壓控制系統(tǒng)的二次電壓控制進行建模，考慮了自動電壓控制中的控制模式，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定仿真的算法特點，本發(fā)明提出了電力系統(tǒng)仿真中自動電壓控制模型的實現(xiàn)方法。該模型可以正常模擬二次電壓控制中的正常模式和緊急模式；實現(xiàn)了兩種模式之間的切換過程，使得該模型可以分析自動電壓控制在機電暫態(tài)和中長期動態(tài)中的影響。同時，該模型還可以模擬二次電壓控制與一次電壓控制之間的接口；適于電力系統(tǒng)機電暫態(tài)及中長期動態(tài)的全過程仿真要求。
文檔編號G06F17/50GK102708261SQ20121018117
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者仲悟之, 劉濤, 葉華, 葉小暉, 吳國旸, 宋新立, 李文鋒, 濮均 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 山東大學(xué)