電廠電壓無功主輔雙指令控制方法
2024-02-09 21:30:15 2
專利名稱：電廠電壓無功主輔雙指令控制方法
技術領域：
本發明屬電力系統控制領域，更準確地說本發明涉及一種主站對電廠調控的電壓無功主輔雙指令控制方法。
背景技術：
自動電壓控制(AVC)系統對電網無功電壓進行自動監視和控制，通過調節發電機無功出力、變壓器分接頭和無功補償設備，實現電網無功電壓優化分布，滿足安全、優質和經濟運行。AVC系統基於「電壓全局優化、區域無功均衡」的分層分區控制模式實現。在對全網進行動態分區基礎上，通過協調二級電壓控制(CSVC)方法對控制分區內發電機等無功設備的閉環控制，實現對中樞母線電壓優化設定值進行跟蹤控制，同時實現無功均衡分布。 CSVC方法是一個二次規劃模型，以數學模型表達如下1)目標函數r^n r |(F廠F/)+ C,0g『+叫列2，其中r和h為權重係數，θ為無
功協調向量(即參與因子)，其意義是利用發電機數目大於中樞母線數目、具有一定自由度
AQm
的特點，實現對無功潮流均衡分布的調整。在本發明中令& = 0 ,表示無功參與因子
運 —gi
與該機組無功調節容量成反比，此時無功協調向量實際上考慮的是從當前運行點出發，無功調整量最小，在調節容量相同的前提下，靈敏度較大的機組應承擔較大的無功調整量；2)約束條件包括發電機無功上下限約束0gmm《0g + Δρ^ρ廠,關鍵母線電壓上下限約束乙+QMg <VC ,控制母線電壓步長約束Af CSVC在調度主站AVC 中實現，並對電廠下發電壓無功控制策略。電廠發電機無功是電網無功電壓調控的重要手段，電廠AVC是全網無功電壓控制系統的執行端，對調度主站AVC指令進行跟蹤控制。目前， 主站AVC對電廠調控方法主要分為電廠機組單機無功和高壓側母線電壓兩種模式。文獻一《安徽電網自動電壓控制(AVC)系統設計及實現》提出了一種主站AVC對電廠的控制方案，電廠當地AVC功能接收調度中心AVC系統下發的各臺機組無功指令，然後轉發到各臺機組的無功調節裝置，調節裝置通過比較機組實際無功和指令的差別，調節機組機端電壓給定值，從而使機組AVR調節勵磁電流直至機組無功達到指令要求。無功調節裝置還可以按照220kV及以上母線電壓曲線自動調節調節發電機勵磁系統。文獻一方案的主要特點是主站完成機組無功分配，實現對機組無功出力的直接控制。文獻二《江蘇電網AVC主站系統的研究和實現》提出了一種主站AVC對電廠的無功電壓控制方案，以機組無功為控制變量進行計算，但下發控制發電機所掛接的高壓側母線電壓設定值到電廠AVC，而不是機端電壓或者發電機無功出力，這樣做主要是為子使主站和子站之間界面分割清晰，保證即使與主站之間的通道出現問題，子站仍能根據預置曲線獨立完成本地控制，從而提高控制的可靠性。文獻二方案的主要特點是主站給出電壓目標， 再由子站實現機組之間無功分配。
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上述文獻分別按不同方式實現了主站AVC對電廠發電機無功出力的在線調控，文獻一主站直控機組無功，機組無功分配計算和執行一致，協調效果明顯；文獻二主站設定母線電壓，與子站安全責任清晰，更易為現場工程師接受。但在實際控制中，電網內電廠間調節速度存在差異，在設定母線電壓模式下，調節速度快的電廠搶發無功，導致出現電壓滿足要求但無功調節失衡問題。因此，如何考慮實際控制中電廠調節速度差異，防止出現執行環節無功調節失衡， 是主站AVC對電廠無功電壓進行閉環控制尚待解決的問題。
發明內容
本發明的發明目的是在主站對子站安全調控前提下，考慮主站AVC機組無功計算與實際控制中電廠調節速度差異，實現主站AVC計算環節與子站AVC執行環節目標/約束一致，防止區域電網內機組無功調節失衡。為了實現上述目的，本發明是採取以下的技術方案來實現的一種主站對電廠調控的電壓無功主輔雙指令控制方法，其特徵在於，包括以下步驟1)主站AVC實時掃描SCADA採集的電網運行狀態數據，包括母線電壓、機組無功、 機組有功、開關刀閘狀態等，以及相關閉鎖信號；2)主站AVC根據母線和電廠機組的實時運行狀態及閉鎖信號，進行運行工況決策，自動選擇參與計算和控制的電廠與母線；3)刷新區域電壓控制二次規劃模型，控制變量為發電機組無功，目標函數為中樞母線電壓偏差最小，並計及機組無功出力均衡；4)通過二次規划算法求解，獲得控制變量機組無功增量最優解，主站通過雙指令下發對電廠的控制策略，主指令指高壓側母線電壓設定值，輔指令指掛接機組無功控制總上限，掛接機組無功控制總下限；即在下發電廠控制指令時，除下發電壓期望值外，同時下發機組無功實時控制上/下限值，當給定區域內多電廠多個機組同時啟動調節時，在實際控制中可防止調節速度快但控制靈敏度低的機組搶發無功而造成無功調節失衡現象；5)電廠子站AVC響應主站通過雙指令下發的控制策略，在跟蹤電壓指令同時滿足無功限值約束，使得實際運行中調節速度快的機組無功可以得到抑制，而調節速度慢的機組無功有充分的響應容量，實現執行環節的無功協調控制。本發明所達到的有益效果主站AVC對電廠無功電壓控制策略採用電壓無功主輔雙指令下發，實現主站AVC計算環節與子站AVC執行環節目標/約束一致，當給定區域內多電廠多個機組同時啟動調節時，在實際控制中可防止調節速度快但控制靈敏度低的機組搶發無功而造成無功調節失衡現象，主站AVC無功協調在子站得到有效執行，在跟蹤電壓設定值同時保證無功實時協調控制效果。
附圖1兩機區域電壓控制示意圖；
附圖2電廠子站AVC控制示意圖。
具體實施例方式本發明提出的主站對電廠調控的電壓無功主輔雙指令控制方法結合附圖及實施例詳細說明如下附圖1為兩機區域電壓控制示意圖，具有典型性。圖中控制區域包括2條發電廠母線(BUS1/BUS2)、1條中樞母線(BUS3)以及兩臺發電機(G1/G3)。本發明提出的控制方法將以計及無功均衡的中樞母線電壓偏差最小為目標計算各發電機無功出力，並同時向電廠AVC子站下發母線電壓設定值和無功上下限，電廠子站AVC在跟蹤母線電壓設定值同時滿足無功限值約束。具體包括以下步驟1)主站AVC實時掃描SCADA採集的電網運行狀態數據，包括、機組無功、機組有功、 開關刀閘狀態等，以及相關閉鎖信號，其中母線電壓V= [V1,V2，V3]T，機組無功出力Q= [Q1, Q2'QJt ；2)主站AVC根據母線和電廠機組的實時運行狀態及閉鎖信號，進行運行工況決策，自動選擇參與計算和控制的電廠機組及母線，其中根據開關刀閘狀態進行實時拓撲，並結合量測數據綜合判斷機組、母線是否處於帶電運行狀態，根據閉鎖信號判斷運行是否正常，根據運行狀態選擇參與計算和控制的設備，所述閉鎖信號包括機組增磁閉鎖/減磁閉鎖/調節異常；3)刷新區域電壓控制二次規劃模型，控制變量為發電機組無功，目標函數為中樞母線電壓偏差最小，並計及機組無功出力均衡，具體數學模型見背景技術中CSVC相關闡述。4)通過二次規划算法求解，獲得控制變量機組無功增量最優解Δρ^，再轉化為主站對電廠的控制策略，如附圖2，具體控制指令包括高壓側母線電壓設定值、掛接機組無功控制總上限amax ,掛接機組無功控制總下限0Γ1 ,其中各指令分量計算方法如下a)高壓側母線電壓設定值:Kf =Vh+ Cv^Qlpt ；b)掛接機組無功控制總上限0Γ1 若機組無功增量Δ0= >0 ,則 0Γ = UQg + ^QT)；若機組無功增量Δ0Γ 0，則=Qs ；若機組無功增量< 0 ,則=+ AQf),其中VH是高壓側母線當前電壓，Cvg是機組無功對母線電壓的靈敏度，是求解出的機組無功調節增量，Qg是機組當前無功。5)電廠子站AVC向應主站通過雙指令下發的控制策略，在跟蹤電壓指令同時滿足無功限值約束，使得實際運行中調節速度快的機組無功可以得到抑制，而調節速度慢的機組無功有充分的響應容量，實現執行環節的無功協調控制。在本實施例中，電壓無功及其靈敏度通過標麼值表示，選擇Bus3為中樞母線，當前電壓為1. 0，目標電壓為1. 1，控制死區為0. 01 ；發電機Gl、G2調節容量相同且當前無功均為0. 3，對母線Bus3的控制靈敏度均為0. 1，發電機Gl對Busl的控制靈敏度為0. 12、對 Bus2的控制靈敏度為0. 05，發電機G2對Bus2的控制靈敏度為0. 12、對Busl的控制靈敏度為0. 05，Busl和Bus2的控制步長為0. 1，控制死區為0. 01，當前電壓為1.02，上下限區間均為
。主站AVC求解二次規劃問題，機組Gl、G2無功優化增量均為0.4975， Busl、Bus2 調節量均為 0. 0846。如果主站對電廠調控時僅下發Busl、Bus2的母線電壓設定值1. 2046，實際控制中發電機G2調節速度較快，無功調節增量達到0. 6，則發電機Gl無功調節增量將相應為 0. 396，此時中樞母線電壓偏差為0. 0005,已滿足主站AVC要求的控制死區，與此同時Bus2 調節後母線電壓增量為0. 0918，與設定值相差0. 0042，也滿足控制死區。但此時已出現無功調節失衡。從以上分析可見，下發Busl、Bus2母線電壓設定值時，將無功上下限區間
同時下發，當調節速度較快的發電機G2無功出力抵達上限時將會停止調節，調節速度較慢的發電機Gl將會有充分的響應容量，實現執行環節的無功協調控制。主站對電廠調控的電壓無功主輔雙指令方法使主站和子站電壓目標和無功約束上下一致，在實際控制中保證了執行環節對計算環節的充分響應和實時無功協調控制。本發明按照優選實施例進行了說明，應當理解，但上述實施例不以任何形式限定本發明，凡採用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種電廠電壓無功主輔雙指令控制方法，其特徵在於，包括以下步驟1)主站AVC實時掃描SCADA採集的電網運行狀態數據，包括母線電壓、機組無功、機組有功、開關刀閘狀態以及相關閉鎖信號；2)主站AVC根據母線和電廠機組的實時運行狀態及閉鎖信號，進行運行工況決策，自動選擇參與計算和控制的電廠與母線；3)刷新區域電壓控制二次規劃模型，控制變量為發電機組無功，目標函數為中樞母線電壓偏差最小，並計及機組無功出力均衡；4)通過二次規划算法求解，獲得控制變量機組無功增量最優解，主站通過雙指令下發對電廠的控制策略，主指令指高壓側母線電壓設定值，輔指令指掛接機組無功控制總上限， 掛接機組無功控制總下限；5)電廠子站AVC響應主站通過雙指令下發的控制策略，在跟蹤電壓指令同時滿足無功限值約束，使得實際運行中調節速度快的機組無功可以得到抑制，而調節速度慢的機組無功有充分的響應容量，實現執行環節的無功協調控制。
2.根據權利要求1所述的電廠電壓無功主輔雙指令控制方法，其特徵在於，步驟4)中主站對電廠的控制策略包括高壓側母線電壓設定值、掛接機組無功控制總上限，掛接機組無功控制總下限，各指令分量計算方法為a)高壓側母線電壓設定值=Vh+CvgAQ0/'；b)掛接機組無功控制總上限amax若機組無功增量，則0Γ = Σ(込+ 若機組無功增量Δ0Γ 0，則amm = Qi ；若機組無功增量< 0 ,則0Γη = + AQT),其中VH是高壓側母線當前電壓，Cvg是機組無功對母線電壓的靈敏度，是求解出的機組無功調節增量，Qg是機組當前無功。
全文摘要
本發明公開了一種電廠電壓無功主輔雙指令控制方法，包括下列步驟1)主站AVC實時掃描SCADA採集的電網運行狀態數據；2)主站AVC進行運行工況決策，自動選擇參與計算和控制的電廠與母線；3)刷新區域電壓控制二次規劃模型；4)通過二次規划算法求解，主站AVC通過SCADA遠動通道下發對電廠的雙指令控制策略，主指令為各段高壓母線電壓控制目標，輔指令為掛接機組無功控制總上/下限；5)電廠子站AVC響應主站通過雙指令下發的控制策略，在跟蹤電壓指令同時滿足無功限值約束，實現執行環節的無功協調控制。本發明可實現主站AVC計算環節與子站AVC執行環節目標/約束一致，使得實際運行中調節速度快的機組無功可以得到抑制，保證執行環節無功協調控制。
文檔編號H02J3/18GK102170136SQ20111010350
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者覃海, 鄭偉, 陳建華, 高昌培, 黃華, 黃文偉 申請人:國電南瑞科技股份有限公司, 貴州電力調度通信局