專利名稱：電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法及其實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電力系統(tǒng)中不同區(qū)域和不 同層次電網(wǎng)的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法及其實(shí)施方法。
背景技術(shù)：
自動(dòng)電壓控制(Automatic Voltage Control，AVC)系統(tǒng)已在國內(nèi)外區(qū)域電網(wǎng)中廣 泛應(yīng)用，在優(yōu)化電壓質(zhì)量、提高系統(tǒng)安全水平、減小網(wǎng)損、減輕調(diào)度員勞動(dòng)強(qiáng)度方面取得了 理想的效果。目前實(shí)施的AVC系統(tǒng)往往針對(duì)所管轄的區(qū)域獨(dú)立控制，設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為相鄰區(qū)域 或不同等級(jí)電網(wǎng)無功耦合較弱，沒有考慮AVC系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)。但是，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各區(qū)域之間的聯(lián)絡(luò)線逐漸增多。而且，按當(dāng)前電網(wǎng)行 政管理體制劃分的控制分區(qū)與實(shí)際控制分區(qū)并不一致，區(qū)域邊界處的耦合可能較大。這使 得原來在設(shè)計(jì)二級(jí)電壓控制、三級(jí)電壓控制時(shí)無功分區(qū)之間的弱耦合假設(shè)難以得到保證。 如果不進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，可能發(fā)生控制振蕩，甚至引起振蕩失穩(wěn)。而且，無協(xié)調(diào)時(shí)各區(qū)域的 動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備不合理，這一方面會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)損增加，另一方面會(huì)使某些區(qū)域發(fā)電機(jī)組過早達(dá) 到限值，喪失電壓調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定水平。為了克服區(qū)域間耦合加強(qiáng)帶來的問題，20世紀(jì)80年代中期法國EDF及一些學(xué) 者開始協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制的研究，實(shí)際是在更大范圍的區(qū)域內(nèi)通過求解優(yōu)化問題，統(tǒng)一調(diào) 度發(fā)電機(jī)的無功出力。但這在國內(nèi)分層分區(qū)調(diào)度體制下難以實(shí)施。ILIC M D，LIU X和 LEUNG G 在"Improved secondary and new tertiary voltage control，，(IEEE Trans on Power Systems, 1995,10 (4) : 1851-1862)以及盛戈，涂光瑜和羅毅等在《考慮控制區(qū)域間 影響的二級(jí)電壓控制》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26(15) 27-32)為了消除聯(lián)絡(luò)線潮流變化 對(duì)原有二級(jí)電壓控制的效果，提出在二級(jí)電壓控制器上附加聯(lián)絡(luò)線無功潮流變化量的反饋 信號(hào)。這要求聯(lián)絡(luò)線無功潮流變化必須是單調(diào)且可預(yù)測(cè)的，否則效果不理想。SANCHA J L， FERNANDEZ J L禾口 CORTES A 等在"Secondary voltage control analysis, solutions and simulation results for the Spanish transmission system" (IEEE Trans on Power Systems, 1996,11 (2) 630-638)中提出2種方案一是讓與相鄰區(qū)域耦合較強(qiáng)的機(jī)組不參 與AVC調(diào)節(jié)，在減小區(qū)域間相互影響的同時(shí)也減小了本區(qū)域的可調(diào)能力；二是使本區(qū)域AVC 在計(jì)算控制指令時(shí)，先近似計(jì)算相鄰區(qū)域AVC的控制響應(yīng)，這需要完整地獲取相鄰區(qū)域的 控制算法、計(jì)算模型和實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)施比較困難。針對(duì)國內(nèi)多級(jí)調(diào)度的體制，孫宏斌，郭慶來和張伯明在《大電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制技術(shù) 的研究與發(fā)展》(電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22(1) 7-12)以及郭慶來，王蓓和寧文元等在 《華北電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制與靜態(tài)電壓穩(wěn)定預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(5) 95-98，107)中提出了一個(gè)實(shí)施方案由上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心通過協(xié)調(diào)變量來指導(dǎo)和考核各 下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心。下級(jí)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)除了滿足本級(jí)電網(wǎng)的控制目標(biāo)外，還需要實(shí)時(shí)跟蹤 由上級(jí)電網(wǎng)給出的協(xié)調(diào)變量的設(shè)定值。上述方案通過協(xié)調(diào)變量對(duì)不同區(qū)域、不同等級(jí)AVC的控制責(zé)任進(jìn)行劃分，交換信息量少，不涉及各AVC系統(tǒng)的具體控制邏輯，工程上是可行的。由于協(xié)調(diào)效果須通過協(xié)調(diào)變量的給定、追蹤、考核來實(shí)現(xiàn)，因此協(xié)調(diào)變量的選取很 關(guān)鍵。協(xié)調(diào)變量往往選取關(guān)口電壓或關(guān)口聯(lián)絡(luò)線無功(功率因數(shù))。然而，問題是關(guān)口電壓或關(guān)口無功并非單獨(dú)由某個(gè)區(qū)域的負(fù)荷波動(dòng)和控制來決 定，而是多個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的行為共同決定的。用多個(gè)區(qū)域共同影響的變量來指導(dǎo)并考核單個(gè) 區(qū)域是不公平、不合理的。采用關(guān)口電壓或關(guān)口無功作為協(xié)調(diào)變量仍有控制振蕩和無功儲(chǔ) 備不均衡的問題，因此需要一種指標(biāo)區(qū)分無功擾動(dòng)發(fā)生在本區(qū)域還是相鄰區(qū)域，并衡量本 區(qū)域控制動(dòng)作對(duì)相鄰區(qū)域無功影響的方向和大小。如無功擾動(dòng)發(fā)生在相鄰區(qū)域，則本區(qū)域 應(yīng)盡量保持不動(dòng)作，通過相鄰區(qū)域的控制調(diào)節(jié)消除無功擾動(dòng)的影響，由此達(dá)到明確區(qū)域控 制責(zé)任、減小耦合的目的。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何設(shè)計(jì)一種多層多區(qū)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的協(xié) 調(diào)量，通過該協(xié)調(diào)量判斷無功擾動(dòng)是發(fā)生在區(qū)域內(nèi)還是區(qū)域外，并衡量本區(qū)域控制動(dòng)作對(duì) 相鄰區(qū)域無功影響的方向和大小，每個(gè)控制區(qū)只負(fù)責(zé)控制本區(qū)域內(nèi)的無功擾動(dòng)，使考核公 平，由此明確區(qū)域控制責(zé)任、減小耦合，達(dá)到協(xié)調(diào)控制的目的。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì) 方法，按如下步驟設(shè)計(jì)電壓區(qū)域控制偏差VACE，所述VACE為不同區(qū)域、不同層次的自動(dòng)電 壓控制系統(tǒng)間的由邊界節(jié)點(diǎn)電壓和外區(qū)域注入本區(qū)域無功的加權(quán)和構(gòu)成的協(xié)調(diào)量Si、對(duì)于一電壓控制區(qū)域S，列出電壓對(duì)無功功率的靈敏度方程；S2、根據(jù)所述靈敏度方程形成支路串聯(lián)電納矩陣(各支路的串聯(lián)電納組成的矩 陣)PeW ，支路并聯(lián)電納矩陣(各支路的并聯(lián)電納組成的矩陣)妒e R ％和邊界節(jié)點(diǎn) 并聯(lián)電納矩陣(邊界節(jié)點(diǎn)間的并聯(lián)電納組成的矩陣)PeR ；R表示實(shí)數(shù)矩陣，其上標(biāo) NB、Ns分別表示行數(shù)和列數(shù)；化。
53、根據(jù)步驟Sl和S2的結(jié)果計(jì)算VACE的常數(shù)矩陣；
54、步驟Si、S2和S3的結(jié)果計(jì)算VACE；
55、計(jì)算VACE對(duì)區(qū)域S內(nèi)發(fā)電機(jī)電壓的靈敏度；
56、將VACE控制約束條件加入本區(qū)域無功電壓優(yōu)化模型，以進(jìn)行本區(qū)域的目標(biāo)優(yōu) 其中，所述步驟Sl中的靈敏度方程為
權(quán)利要求
一種電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法，其特征在于，按如下步驟設(shè)計(jì)電壓區(qū)域控制偏差VACE，所述VACE為不同區(qū)域、不同層次的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的由邊界節(jié)點(diǎn)電壓和外區(qū)域注入本區(qū)域無功的加權(quán)和構(gòu)成的協(xié)調(diào)量S1、對(duì)于一電壓控制區(qū)域S，列出電壓對(duì)無功功率的靈敏度方程；S2、根據(jù)所述靈敏度方程形成支路串聯(lián)電納矩陣支路并聯(lián)電納矩陣和邊界節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電納矩陣所述支路串聯(lián)電納矩陣為各支路的串聯(lián)電納組成的矩陣；支路并聯(lián)電納矩陣為各支路的并聯(lián)電納組成的矩陣；邊界節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電納矩陣為邊界節(jié)點(diǎn)間的并聯(lián)電納組成的矩陣；R表示實(shí)數(shù)矩陣，其上標(biāo)NB、NS分別表示行數(shù)和列數(shù)；S3、根據(jù)步驟S1和S2的結(jié)果計(jì)算VACE的常數(shù)矩陣；S4、步驟S1、S2和S3的結(jié)果計(jì)算VACE；S5、計(jì)算VACE對(duì)區(qū)域S內(nèi)發(fā)電機(jī)電壓的靈敏度；S6、將VACE控制約束條件加入本區(qū)域無功電壓優(yōu)化模型，以進(jìn)行本區(qū)域的目標(biāo)優(yōu)化。FSA00000283790200011.tif,FSA00000283790200012.tif,FSA00000283790200013.tif
2.如權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟Sl中的靈敏度方程為DD ^DG ^DBGD GG BgsAVgBD ^BB ^BEAVflAQaΔΥΚ其中，B代表節(jié)點(diǎn)的電納矩陣，AV代表節(jié)點(diǎn)的電壓幅值變化量組成的向量，AQ代表節(jié)點(diǎn)的外區(qū)域注入本區(qū)域無功變化量組成的向量；下標(biāo)B代表區(qū)域S側(cè)的邊界節(jié)點(diǎn)，下標(biāo)E代表區(qū)域S以外網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)；下標(biāo)D代表區(qū)域S內(nèi)除了邊界節(jié)點(diǎn)以外的所有PQ節(jié)點(diǎn)；下標(biāo)G代表代表區(qū)域S內(nèi)除了邊界節(jié)點(diǎn)以外的所有PV節(jié)點(diǎn)和松弛節(jié)點(diǎn)，區(qū)域S的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為Ns，邊界節(jié)點(diǎn)B的數(shù)目為Nb ；Bdd表示D類節(jié)點(diǎn)到D類節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納；BDe表示D類節(jié)點(diǎn)到G類節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納；Bdb、B gd、BGG、BGB、BBD、BBG、BBB、BBE、BEB、^EE 的含義依次類推；所述步驟S2中的3個(gè)矩陣的元素取值由下式(2)至⑷給出[b,連接節(jié)點(diǎn)δ和節(jié)點(diǎn)的支路… w 0 B1h =\/beB,/seS[O其他(2)~r \bc連接節(jié)點(diǎn) 和節(jié)點(diǎn)的支路0 Bch =\VbeB,/seSbs [0其他(3)~7 「氏 i=j Bzii=I 2 J ^hjeBJ Ι i^j(4)其中，h是節(jié)點(diǎn)b所連支路的等效串聯(lián)電納；b。是節(jié)點(diǎn)b所連支路的等效并聯(lián)電納；bz 是邊界節(jié)點(diǎn)所連接的用于進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)無功補(bǔ)償裝置的電納； 所述步驟S3中的VACE的常數(shù)矩陣的計(jì)算公式如下 Kes = BbdBdd-1Bds +B^- ^ag(Bie) — 2diag(Bce) -2BZ(5)其中，e = [l...l...lf eR 的所有元素都是1，δ纟是爐中邊界節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的列組成的矩 陣，diag表示求對(duì)角矩陣；所述步驟S4中的VACE的計(jì)算公式如下
3.如權(quán)利要求2所述的電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步 驟S5中三個(gè)靈敏度矩陣的計(jì)算公式如下
4.如權(quán)利要求2所述的電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步 驟S6中區(qū)域S的無功電壓優(yōu)化模型為
5.一種利用權(quán)利要求1 4所述的協(xié)調(diào)量進(jìn)行多層多區(qū)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間協(xié)調(diào) 的方法，其特征在于，包括以下步驟51、建立下級(jí)電網(wǎng)和上級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的通信連接，并約定通信規(guī)約；52、下級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)向上級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)傳輸本區(qū)域的無功設(shè)備 信息，包括設(shè)備名稱、類型、所連接母線、無功上限、無功下限和當(dāng)前是否可用；53、上級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)執(zhí)行如下操作S3. 1、讀取狀態(tài)估計(jì)后的系統(tǒng)拓?fù)湫畔⒁约熬€路、變壓器參數(shù)；S3. 2、根據(jù)下級(jí)電網(wǎng)的區(qū)域信息，將連接其它區(qū)域的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為邊界節(jié)點(diǎn)B ；S3. 3、將全網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)按照區(qū)域進(jìn)行重新排列；S3. 4、按照重新排列的節(jié)點(diǎn)順序，根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)湫畔ⅰ⒕€路、變壓器參數(shù)形成全網(wǎng)導(dǎo)納陣；S3. 5、根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項(xiàng)所述的式(2) 式(4)，形成支路串聯(lián)電納矩陣 BiSR^ ,支路并聯(lián)電納矩陣護(hù)eR 外和邊界節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電納矩陣； S3. 6、根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項(xiàng)所述的式(5)計(jì)算VACE的常數(shù)矩陣Kqs ；53.7、將Es、Vterf、0Sre/和δ下發(fā)給下級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)，其中，Es = -Kqs ；54、下級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)執(zhí)行如下操作S4. 1、根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項(xiàng)所述的式(6)、(7)計(jì)算VACE和VACE對(duì)區(qū)域S內(nèi)發(fā) 電機(jī)電壓的靈敏度，然后將如下VACE控制約束條件加入本區(qū)域無功電壓優(yōu)化模型，以進(jìn)行 本區(qū)域的目標(biāo)優(yōu)化-δ彡I磁+C薩AVg彡δ(8)S4. 2、下發(fā)優(yōu)化后的無功設(shè)備設(shè)定值給自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的子站；S4. 3、自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的子站根據(jù)指令調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)、電容電抗或有載變壓器的分接頭。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S3. 7中的Vterf，^^和δ由上級(jí)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算得到，優(yōu)化 模型如下min Σ Σ {PGi{k)-PDl{k)) + Σ ( AVgc ㈨ RAVgc(At))V=1,.··，"k=\,-,m^=l,..，wS. t. ^⑷-^⑷-K⑷Σ K㈨㈣C0鳴⑷+ ^si叫⑷)=0 QaXkyQ^kyvXk) X Vj (k)(GtJ cos θ,八 ζ - B0 sine" (k)) = 0Qcmin < Qg (k) ^ Qcmax全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)量設(shè)計(jì)方法及其實(shí)施方法，所述協(xié)調(diào)量為電壓區(qū)域控制偏差，由不同區(qū)域、不同層次的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)間的邊界節(jié)點(diǎn)電壓和外區(qū)域注入本區(qū)域無功的加權(quán)和構(gòu)成。本發(fā)明通過該協(xié)調(diào)量能夠判斷無功擾動(dòng)發(fā)生在區(qū)域內(nèi)還是區(qū)域外，并衡量本區(qū)域控制動(dòng)作對(duì)相鄰區(qū)域無功影響的方向和大小，每個(gè)控制區(qū)只負(fù)責(zé)控制本區(qū)域內(nèi)的無功擾動(dòng)，使考核公平，由此明確區(qū)域控制責(zé)任、減小耦合，達(dá)到協(xié)調(diào)控制的目的。
文檔編號(hào)H02J3/00GK101944743SQ20101029170
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者何光宇, 侯凱元, 劉家慶, 夏德明, 孟令愚, 岳涵, 張雪敏, 彭曉潔, 徐興偉, 李澤宇, 楊寧, 梅生偉, 王鋼, 蘇辛一, 賈偉, 邵廣惠, 郗郅, 陶家琪, 馬新, 高德賓 申請(qǐng)人:東北電網(wǎng)有限公司;清華大學(xué)