本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)在線等值的110千伏風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)電壓控制方法，屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
近年來，受全球氣候變暖及能源危機(jī)的影響，清潔能源的重要性日益凸顯，其中風(fēng)力發(fā)電由于其巨大的開發(fā)潛力以及相對(duì)成熟的開發(fā)技術(shù)，受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，并以一種前所未有的速度迅猛發(fā)展起來。截止2014年底我國(guó)投產(chǎn)風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)超過1億千瓦。目前我國(guó)對(duì)風(fēng)電資源采取的是大規(guī)模集中式的開發(fā)模式，由于風(fēng)力發(fā)電固有的間歇性特點(diǎn)，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度帶來了極大的挑戰(zhàn)。又因?yàn)轱L(fēng)電并網(wǎng)區(qū)域往往缺乏本地負(fù)荷，風(fēng)力發(fā)出的電能需要經(jīng)過高電壓等級(jí)，長(zhǎng)輸電線路，送至遠(yuǎn)方的負(fù)荷中心，而這些風(fēng)電輸送通道往往缺乏常規(guī)水火電廠進(jìn)行有功、無功的支撐，系統(tǒng)短路容量較小，這都導(dǎo)致風(fēng)電出力的變化會(huì)引發(fā)較大的電壓波動(dòng)。隨著風(fēng)電并網(wǎng)的快速發(fā)展，電壓?jiǎn)栴}已成為阻礙風(fēng)電正常并網(wǎng)運(yùn)行的主要障礙之一，風(fēng)電接入?yún)^(qū)域需要充分利用本地?zé)o功資源，維持風(fēng)電并網(wǎng)電壓安全穩(wěn)定，為風(fēng)機(jī)長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)性保障。為了解決此問題，一方面在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)建設(shè)自動(dòng)電壓控制(AVC，AutomaticVoltageControl)子站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等特性各異無功資源的協(xié)調(diào)控制，抑制電壓波動(dòng)；另一方，需要在電網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)面向大規(guī)模風(fēng)電匯聚區(qū)域的自動(dòng)電壓控制。電網(wǎng)調(diào)度中心的AVC主站系統(tǒng)是基于軟件實(shí)現(xiàn)的，其對(duì)輸電網(wǎng)的電壓控制策略主要有對(duì)電廠的無功電壓控制以及對(duì)變電站的無功設(shè)備控制2類。其中對(duì)電廠的無功電壓控制采用的主要方式是：調(diào)度中心的AVC主站系統(tǒng)通過無功優(yōu)化計(jì)算得到電廠高壓側(cè)母線的電壓設(shè)定目標(biāo)值，將該值通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電廠的AVC子站系統(tǒng)，電廠的AVC子站根據(jù)當(dāng)前電廠內(nèi)各臺(tái)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，采用步進(jìn)方式調(diào)整發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率，直到電廠高壓側(cè)母線電壓達(dá)到AVC主站下發(fā)的目標(biāo)值。對(duì)變電站的控制策略為對(duì)站內(nèi)電容器、電抗器等無功設(shè)備的投切指令，當(dāng)投入電容器或切除電抗器時(shí)，母線電壓升高；當(dāng)切除電容器或投入電抗器時(shí)，母線電壓降低。AVC主站下發(fā)投入或切除無功設(shè)備的指令，變電站內(nèi)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)接收的指令，找到無功設(shè)備所連接的斷路器并合上或斷開斷路器，以完成無功設(shè)備的投入或切除。目前在省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心的AVC主站系統(tǒng)，主要采用了清華大學(xué)電機(jī)系調(diào)度自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室提出的基于“軟分區(qū)”的三級(jí)電壓控制模式，孫宏斌、張伯明、郭慶來在《基于軟分區(qū)的全局電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003年4月，V27N8，pp.16-20)對(duì)該模式進(jìn)行了說明。在該模式下，調(diào)度中心的AVC應(yīng)用軟件由三級(jí)控制模塊、二級(jí)控制模塊組成。三級(jí)控制為全局無功優(yōu)化的最優(yōu)潮流(OPF)，給出全網(wǎng)協(xié)調(diào)的電壓優(yōu)化控制目標(biāo)；二級(jí)控制為分區(qū)解耦的控制策略計(jì)算：首先通過在線軟分區(qū)軟件將電網(wǎng)劃分為若干個(gè)二級(jí)控制區(qū)域，并在各分區(qū)中選擇負(fù)荷中心的樞紐母線作為中樞母線；其次以三級(jí)電壓控制給出的分區(qū)中樞母線的優(yōu)化目標(biāo)為輸入，計(jì)算分區(qū)包含的電廠的高壓側(cè)母線電壓設(shè)定目標(biāo)值。廠站端的AVC子站裝置完成一級(jí)控制，接收調(diào)度主站下發(fā)的控制指令并執(zhí)行。由于我國(guó)對(duì)風(fēng)電資源多采用大規(guī)模集中式的開發(fā)模式，因此往往有大量的風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)的某個(gè)區(qū)域。調(diào)度中心考慮對(duì)風(fēng)電集中匯集區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)電壓控制時(shí)，在三級(jí)控制層面將各風(fēng)電場(chǎng)納入到全局無功優(yōu)化的計(jì)算模型中，給出風(fēng)電匯集區(qū)域整體的電壓優(yōu)化目標(biāo)；在二級(jí)控制層面，對(duì)大規(guī)模風(fēng)電匯集區(qū)建立對(duì)應(yīng)的二級(jí)控制分區(qū)，選擇區(qū)域內(nèi)風(fēng)電匯集的變電站的高壓側(cè)母線作為中樞母線，同時(shí)在風(fēng)場(chǎng)低壓側(cè)建立無功控制的等值發(fā)電機(jī)模型，并計(jì)算各風(fēng)場(chǎng)高壓側(cè)并網(wǎng)母線的電壓設(shè)定值。郭慶來、孫宏斌、張伯明在《協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制的研究》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005年12月，V29N23，pp.19-24)中提出了一種面向常規(guī)的水電、火電的協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制(CSVC)模型，該模型也可以應(yīng)用于風(fēng)電匯集區(qū)域。該模型所涉及到的各個(gè)變量的具體物理含義可以從附圖1中直觀看出。其中，Qg表示風(fēng)電場(chǎng)低壓側(cè)(一般為35kV)等值發(fā)電機(jī)的無功總注入，包括風(fēng)機(jī)和SVC的總無功；Vg表示低壓側(cè)35kV母線當(dāng)前電壓，Vp表示區(qū)域內(nèi)220kV中樞母線(風(fēng)電區(qū)域的匯集站的樞紐母線,PCC點(diǎn))當(dāng)前電壓，VH表示風(fēng)電場(chǎng)高壓側(cè)220kV母線的當(dāng)前電壓。Cg和Cvg為靈敏度矩陣，滿足：ΔVp＝CgΔQg(1)ΔVH＝CvgΔQg(2)風(fēng)場(chǎng)低壓側(cè)總無功出力調(diào)整量ΔQg作為優(yōu)化變量，風(fēng)場(chǎng)高壓側(cè)母線電壓VH在控制系統(tǒng)中作為主站與子站的交互變量存在。與傳統(tǒng)電廠不同，風(fēng)電場(chǎng)在低壓側(cè)35kV母線上接有大量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，調(diào)度中心的AVC中并不逐一建立這些風(fēng)機(jī)的模型，而是在風(fēng)場(chǎng)低壓側(cè)35kV母線上建立一臺(tái)等值發(fā)電機(jī)模型，并由風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的AVC子站實(shí)時(shí)上送該等值發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)有功、無功值，以及當(dāng)前的有功、無功的調(diào)節(jié)能力。調(diào)度中心的AVC采用了二次規(guī)劃模型來完成風(fēng)場(chǎng)電壓控制策略的計(jì)算，二次規(guī)劃計(jì)算采用的優(yōu)化目標(biāo)為：其中，ΔQg作為優(yōu)化變量，表示控制風(fēng)電場(chǎng)等值機(jī)無功出力的調(diào)節(jié)量；Qg、和分別表示風(fēng)電場(chǎng)等值機(jī)當(dāng)前無功、無功下限和無功上限，風(fēng)電場(chǎng)等值機(jī)當(dāng)前無功上下限由風(fēng)場(chǎng)AVC子站實(shí)時(shí)計(jì)算并上送；Vp和表示區(qū)域中樞母線當(dāng)前電壓和設(shè)定電壓,其設(shè)定值來自三級(jí)控制的全局無功優(yōu)化；該最小化目標(biāo)函數(shù)的第一部分的物理意義，就是通過調(diào)整風(fēng)電場(chǎng)無功，使得區(qū)域中樞母線電壓Vp盡量接近目標(biāo)值同時(shí)，為了增大各風(fēng)場(chǎng)無功裕度，并使各風(fēng)場(chǎng)之出力更加均衡的目的，定義無功裕度向量Θg，其第i個(gè)分量為將||Θg||2引入到二次規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)中，可以一方面增加各風(fēng)場(chǎng)的無功裕度，另一方面促使各風(fēng)場(chǎng)無功出力向更加均衡的方向發(fā)展。式(4)中Qg、和分別表示風(fēng)場(chǎng)等值機(jī)當(dāng)前無功、無功下限和無功上限，通過引入Θg，式(4)的最小化目標(biāo)體現(xiàn)了在達(dá)到控制目標(biāo)的同時(shí)，盡量保證各風(fēng)場(chǎng)無功出力的均衡性，即實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)之間無功的協(xié)調(diào)控制。完整的CSVC模型要求在滿足安全約束條件的情況下來求解式(3)的極小化問題，這些約束包括：Vp、和分別表示風(fēng)電區(qū)域的中樞母線當(dāng)前電壓、中樞母線電壓下限和中樞母線電壓上限；Qg、和分別表示風(fēng)電場(chǎng)等值機(jī)當(dāng)前無功、無功下限和無功上限，由風(fēng)場(chǎng)AVC子站實(shí)時(shí)計(jì)算并上送；VH、和分別表示風(fēng)電場(chǎng)高壓側(cè)母線的當(dāng)前電壓、電壓下限、電壓上限和允許的單步最大調(diào)整量。利用起作用集算法(activesetmethod)來求解這個(gè)二次規(guī)劃問題，得到ΔQg后再利用式(2)中的靈敏度矩陣換Cvg算成風(fēng)電場(chǎng)高壓側(cè)母線電壓設(shè)定值的調(diào)整量ΔVH，作為控制策略下發(fā)。上述內(nèi)容涉及到無功電壓靈敏度矩陣Cg和Cvg的計(jì)算。孫宏斌，張伯明，相年德在《準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度分析方法》(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1999年4月V19N4，pp.9-13)中提出了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)靈敏度方法。該方法基于電力系統(tǒng)的PQ解耦模型，當(dāng)發(fā)電機(jī)安裝有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)時(shí)，可認(rèn)為該發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)為PV節(jié)點(diǎn)；而當(dāng)發(fā)電機(jī)裝有自動(dòng)無功功率調(diào)節(jié)(AQR)或自動(dòng)功率因數(shù)調(diào)節(jié)(APFR)時(shí)，可認(rèn)為該發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)與普通負(fù)荷節(jié)點(diǎn)相同均為PQ節(jié)點(diǎn)。此外，將負(fù)荷電壓靜特性考慮成節(jié)點(diǎn)電壓的一次或二次曲線。這樣所建立的潮流模型就自然地將這些準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的物理響應(yīng)加以考慮，從而基于潮流模型計(jì)算出的靈敏度即為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度。前述AVC中，Cg和Cvg均采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度。我國(guó)目前的風(fēng)電場(chǎng)主要通過220kV和110kV升壓變電站接入電網(wǎng)，可以分別稱為220kV風(fēng)電場(chǎng)和110kV風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)電的快速發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)度管理體系提出了新的要求：一方面，我國(guó)對(duì)電網(wǎng)采集分級(jí)調(diào)度控制的方式，220kV電網(wǎng)由省級(jí)調(diào)度中心(省調(diào))進(jìn)行監(jiān)控和管轄，110kV電網(wǎng)由地區(qū)調(diào)度中心(地調(diào))進(jìn)行監(jiān)控和管轄，同時(shí)，由于風(fēng)電場(chǎng)具有電源特點(diǎn)，因此風(fēng)電場(chǎng)均由省調(diào)進(jìn)行調(diào)度控制；另一方面，由于110kV風(fēng)場(chǎng)通過110kV線路接入地區(qū)電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，即使省調(diào)AVC系統(tǒng)可以建立110kV風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的設(shè)備模型并采集110kV風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，但是因?yàn)槭≌{(diào)電網(wǎng)模型中沒有地調(diào)管轄110kV風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)線路的詳細(xì)模型，因此無法計(jì)算110kV風(fēng)場(chǎng)無功出力對(duì)匯集區(qū)中樞母線的電壓靈敏度Cg以及對(duì)風(fēng)場(chǎng)高壓側(cè)母線的電壓靈敏度Cvg，也就無法計(jì)算110kV風(fēng)電場(chǎng)的母線電壓控制目標(biāo)。這種對(duì)風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度管轄劃分和并網(wǎng)電壓等級(jí)之間的矛盾導(dǎo)致無法對(duì)110kV風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制。綜上所述，隨著風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模的快速發(fā)展，需要對(duì)風(fēng)電匯集區(qū)域電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制。但是由于調(diào)度管轄范圍劃分和并網(wǎng)電壓等級(jí)之間的矛盾，無法將110kV并網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)計(jì)入到省調(diào)AVC的計(jì)算中，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)110kV風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)電壓控制。從目前已公開的文獻(xiàn)來看，還沒有更好的方法能夠解決該問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種基于實(shí)時(shí)在線等值的110千伏風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)電壓控制方，該方法由地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心(地調(diào))的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)根據(jù)地區(qū)110kV電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，在線確定110kV風(fēng)電場(chǎng)高壓側(cè)母線所連接的上級(jí)220kV變電站內(nèi)的110kV母線，并通過電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)等值計(jì)算得到二母線之間的等值電阻和等值電抗，計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)上送到省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心(省調(diào))；省調(diào)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)根據(jù)地調(diào)上送的數(shù)據(jù)自動(dòng)建立110kV風(fēng)電場(chǎng)高壓側(cè)母線和其連接的上級(jí)220kV變電站內(nèi)110kV母線之間的并網(wǎng)等值線路，從而可以計(jì)算對(duì)110kV風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)電壓控制指令。本發(fā)明提出的基于實(shí)時(shí)在線等值的110千伏風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)電壓控制方法，預(yù)先設(shè)定自動(dòng)電壓控制周期，當(dāng)控制周期來臨時(shí)，進(jìn)行以下步驟：(1)在地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)中，將全部接入地區(qū)電網(wǎng)的110kV風(fēng)電場(chǎng)，記為110kV風(fēng)電場(chǎng)集合W110＝{Wi110,i＝1...n}，110kV風(fēng)電場(chǎng)高壓側(cè)110kV母線記為風(fēng)電場(chǎng)母線集合其中n為110kV風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)集合W110中的每個(gè)110kV風(fēng)電場(chǎng)，依次執(zhí)行如下步驟：(1-1)從地區(qū)電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)(EMS)中獲取地區(qū)電網(wǎng)的完整電網(wǎng)模型和當(dāng)前全部斷路器和刀閘的分合狀態(tài)；(1-2)從上述地區(qū)電網(wǎng)的完整電網(wǎng)模型中，刪除110kV電壓等級(jí)以外的全部電網(wǎng)設(shè)備，刪除110kV電壓等級(jí)內(nèi)全部處于分狀態(tài)的斷路器和刀閘設(shè)備，保留運(yùn)行的110kV線路，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型；(1-3)以風(fēng)電場(chǎng)Wi110的高壓側(cè)的110kV母線為為起點(diǎn)，采用深度優(yōu)先法對(duì)步驟(1-2)的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行搜索，得到與母線相連接的220kV變電站內(nèi)的110kV母線，記為并將加入到220kV變電站母線集合中，n為110kV風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量；(2)在地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)中，根據(jù)步驟(1-1)中的地區(qū)電網(wǎng)完整電網(wǎng)模型和當(dāng)前電網(wǎng)潮流計(jì)算的結(jié)果，在計(jì)算結(jié)果中指定風(fēng)電場(chǎng)母線集合B110的母線和220kV變電站母線集合C110的母線為邊界系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集，地區(qū)電網(wǎng)完整模型內(nèi)的其他110kV變電站母線為外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集，地區(qū)電網(wǎng)完整模型內(nèi)的220kV變電站內(nèi)母線和500kV變電站內(nèi)母線為內(nèi)部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集，對(duì)地區(qū)電網(wǎng)模型進(jìn)行外部網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)等值計(jì)算，得到各和母線之間的等值阻抗其中為各和母線之間的等值電阻，為各和母線之間的等值電抗，將加入等值線路阻抗集合其中n為110kV風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量；(3)通過地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心和省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心之間的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)將風(fēng)電場(chǎng)母線集合B110、220kV變電站母線集合C110...