地縣一體化自動電壓控制中協調控制區的自動生成方法

2023-04-30 16:01:31 3

地縣一體化自動電壓控制中協調控制區的自動生成方法
【專利摘要】本發明涉及地縣一體化自動電壓控制中協調控制區的自動生成方法，屬於電力系統自動電壓控制【技術領域】。該方法包括：生成地區電網220kV變壓器所連接的110kV電網的模型，並生成協調控制區；將地區電網220kV變壓器低壓側繞組所連接的35kV變電站加入到已經生成的協調控制區中；生成地區電網110kV變壓器所連接的縣級35kV電網的模型，並產生110kV協調子控制區；將產生的110kV協調子控制區加入已經生成的協調控制區中。本發明方法能夠快速、自動形成用於地縣一體化自動電壓控制的協調控制區，滿足地縣電網上下級變電站協調無功電壓控制的要求。
【專利說明】地縣一體化自動電壓控制中協調控制區的自動生成方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力系統自動電壓控制【技術領域】，給出了地縣一體化自動電壓控制 中，通過對電網進行多級拓撲分析自動生成協調控制區的方法。

【背景技術】
[0002] 自動電壓控制（以下簡稱AVC，AutomaticVoltageControl)系統是實現電網安 全（提高電壓穩定裕度）、經濟（降低網絡損耗）、優質（提高電壓合格率）運行的重要手 段，其基本原理是通過協調控制發電機無功出力、變壓器分接頭和無功補償設備，實現電網 內無功電壓的合理分布。
[0003] AVC系統的主站部分是在電力系統控制中心基於軟體程序實現的，這要求其必須 與電力系統本身的調度管理體制保持一致。中國互聯電網規模十分龐大，其運行由分層分 區的多級調度機構來負責管理，省（市）級電網調度控制中心、（以下簡稱省調）和地區電 網調度控制中心（以下簡稱地調）、縣（區）級電網調度控制中心（以下簡稱縣調）是其中 比較有代表性的三個調度級別。通常情況下，省調負責管理省內500/220kV電網，地調負責 管理地區內110電網，縣調負責管理縣級35kV電網。
[0004] 在縣級35kV電網中，對35kV變電站母線電壓控制在傳統上主要依靠35kV變電站 值班員手工完成，工作繁複，操作量大。同時由於缺乏與上級地調AVC的協調控制，經常造 成無功補償設備和變壓器分接頭的頻繁動作，以及地區電網和縣級電網之間無功的不合理 流動。隨著電網調度自動化技術的發展，目前在地區電網中已經開始建設地縣一體化調度 自動化系統。王玉琴在《地縣一體化調度自動化技術研究與實現》（山東大學碩士論文，2013 年）中詳細說明了地縣一體化調度自動化系統的主要技術方案和實現方式，吳濤在《地縣 一體化的調度自動化系統的研究與設計》（浙江大學碩士論文，2012年）中詳細說明了地縣 一體化調度自動化系統的廣域信息採集和數據共享的關鍵技術。在目前已經建設的地縣一 體化調度自動化系統中，地調側的電網監控系統中已經具備了縣級35kV電網的模型和運 行狀態；同時，隨著縣級電網自動化水平的逐步提高，縣級電網的35kV變電站已經具備了 對變壓器分接頭和無功補償設備進行遠程自動控制的條件。在地調建設地縣一體化的自動 電壓無功控制系統的技術條件已經具備。
[0005] 地縣一體化自動電壓無功控制系統的控制模型包含了地區電網和地區內的縣級 電網，以地、縣電網整體的的安全經濟優質為控制目標，可以充分考慮地區電網和縣級電網 緊密的電氣聯繫，充分考慮縣級電網的無功控制手段，進行包括縣級電網在內的地區電網 全局的優化決策，從而實現地、縣電網無功電壓的整體協調控制。在保證電壓合格的基礎 上，優化無功流動，顯著降低設備動作次數，提高電網的無功裕度和電壓穩定性，降低網損。 這種方法即實現了地、縣電網無功電壓控制的協調，又避免了在縣調建設獨立AVC系統造 成的重複投資，具有巨大的社會經濟效益。
[0006] 地縣一體化自動電壓控制系統在硬體結構上包括在地調配置的AVC伺服器、維護 工作站和監控工作站，以及在各個縣調配置的遠程監控維護工作站。AVC的控制策略由地調 AVC伺服器集中計算並直接下發到220kV、llOkV和35kV的各變電站，由變電站監控系統執 行。由於地縣一體化AVC系統的控制對象包括了地調調度的220kV、110kV站內的調壓設備， 以及縣調調度的35kV站內的調壓設備，而這些變電站在電氣上是上下級互相聯繫的，對相 互之間響應顯著，因此在計算控制策略時需要對地縣電網所包含的各級變電站進行統一考 慮，實現上下級無功電壓協調控制。
[0007] 目前在我國的電力系統運行中，地區和縣級電網均採用輻射方式運行，對地區電 網而言，其220kV變電站之間具有線路互相連接，而llOkV變電站僅與上級220kV變電站連 接，llOkV變電站之間沒有線路互相連接；對縣級電網，35kV變電站僅與上級llOkV變電站 連接，35kV變電站之間沒有線路互相連接。這種運行方式下，從220kV變電站高壓側母線出 發，形成了含220kV-110kV-35kV各電壓等級變電站的輻射運行分區區域。
[0008] 圖1給出了一個典型的地、縣電網的運行方式。圖中，一個輻射運行區域的根節點 是省調電網的220kV變壓器高壓側繞組所連接的220kV母線，其通過中壓側繞組（llOkV) 和低壓側繞組（35kV)連接下級地調電網：中壓側繞組連接的llOkV母線引出若干llOkV線 路，連接到下級llOkV變電站；低壓側繞組連接的35kV母線上接有電容器和電抗器（圖中 未示出），在有些情況下，35kV母線也可以引出若干35kV線路，連接到下級縣調電網的35kV 變電站，這些35kV變電站的內的低壓10kV母線接有無功設備。220kV變壓器均配置有載調 壓分接頭（圖中未示出）。
[0009] 在220kV主變中壓側llOkV母線通過llOkV線路所連接的下級llOkV變電站中， 一般情況下變電站配置三繞組變壓器，各繞組電壓等級為110kV/35kV/10kV，變壓器低壓側 繞組連接的10kV母線接有電容器、電抗器等無功設備，變壓器中壓側繞組連接的35kV母線 引出若干35kV線路，連接到下級35kV變電站，在這些35kV變電站內的低壓10kV母線連接 有電容器、電抗器等無功設備。llOkV變電站和縣級35kV變電站內的變壓器均配置有載調 壓分接頭。
[0010] 從上述分析可以看到，從220kV根母線出發，形成了跨220kv-l10kV-35kV三個電 壓等級的整體輻射狀運行區域。在該區域中，每個電壓等級的變電站均具有無功電壓調節 設備，包括變壓器有載調壓分接頭和低壓側電容器、電抗器。在無功電壓控制中，上級變電 站的電壓調節對下級變電站母線電壓具有顯著的影響，而下級變電站的無功調節對上級變 電站的無功具有顯著的影響，在進行地縣一體化自動電壓控制中，需要將這樣的區域作為 電壓控制的對象進行整體考慮，考慮區域內上下級變電站的協調控制。
[0011] 將上述地縣一體化電網模型中，從220kV母線出發，所包含的下級110kV、35kV變 電站的完整區域，定義為地縣一體化協調控制區。為了表述方便，將協調控制區Z,22°表示為 如式⑴的形式：

【權利要求】
1. 一種地縣一體化自動電壓控制中協調控制區的自動生成方法，其特徵在於，該方法 事先確定控制周期，具體步驟如下： 1) 當控制周期到來時，生成地縣電網220kV變壓器所連接的llOkV電網的模型，並產生 220kV協調控制區，具體包括如下子步驟： 1. a)從地縣一體化調度自動化系統獲取完整的地縣一體化電網模型； 1. b)對完整的電網模型進行處理，刪除llOkV電壓等級以外的全部輸電線路；刪除 llOkV電壓等級以外的全部隔離開關和斷路器；刪除llOkV電壓等級內全部處於分狀態的 隔離開關和斷路器模型後，形成llOkV電網的模型； 1. c)對llOkV電網模型進行拓撲著色編碼，形成若干拓撲島，每個拓撲島包括了若干 在電氣上連接在一起的導電設備； 1. d)依次檢查全部拓撲島，如某拓撲島i中含有220kV變壓器和llOkV變電站，則將 對應於該拓撲島i建立一個220kV協調控制區，記為Z/2*1，Z/2* 1表示含有220kV和llOkV電 壓等級的拓撲島i所形成的有電氣聯繫的220kV協調控制區域； 1. e)對處於拓撲島i上的220kV變壓器進行處理：將220kV變壓器記為7：2M， 為拓撲島i所形成的220kV協調控制區域中n個220kV變壓器，將1：22°加入到Z,22°中；將 220kV變壓器7：22°高壓側繞組通過閉合的母聯開關所連接的通過閉合的母聯開關並列運行 的母線合併為一條，記為Sf1，盡f°表示220kV變壓器高壓側220kV電壓等級的h條邏輯母 線，將Bf*加入到22中；將220kV變壓器中壓側繞組所連接的通過閉合的母聯開關並列運 行的母線合併為一條，記為，戌廣表示220kV變壓器中壓側110kV電壓等級的m條邏輯 母線，將式加入到422°中；將220kV變壓器低壓側繞組所連接的通過閉合的母聯開關並列 運行的母線合併為一條，記為礦5，表示220kV變壓器中壓側35kV電壓等級的m條邏輯 母線，將馬35加入到；22°中； 1. f)對處於拓撲島i上的llOkV變電站進行處理：將llOkV變電站高壓側母線記為 表示llOkV變壓器高壓側llOkV電壓等級的j條母線，將加入到中； 2) 將地縣電網220kV變壓器低壓側繞組所連接的35kV變電站加入到已經生成的協調 控制區中，具體包括如下子步驟： 2. a)再次從地縣一體化調度自動化系統獲取完整的地縣一體化電網模型； 2 -b)對完整的電網模型進行處理，刪除35kV電壓等級以外的全部輸電線路；刪除 35kV電壓等級以外的全部隔離開關和斷路器；刪除35kV電壓等級內全部處於分狀態的隔 離開關和斷路器後，形成35kV電網的模型； 2-c)對35kV電網的模型進行拓撲著色編碼，形成若干拓撲島，每個拓撲島包括了若干 在電氣上連接在一起的導電設備； 2. d)依次檢查全部拓撲島，如某拓撲島中含有220kV變壓器和35kV變電站，記該 220kV變壓器為？；22t)，°表示含有220kV和35kV電壓等級的拓撲島中的x個變壓器，檢 查在步驟1)中已經產生全部220kV協調控制區，如果找到某220kV協調控制區Z;22°滿足： 7廠° e Z;22\則將該拓撲島內的35kV變電站高壓側母線通過閉合的母聯開關並列運行的母 線合併為一條，記為表示含有220kV變壓器低壓側35kV電壓等級的p條邏輯母線， 將加入到f中； 3) 生成地區電網llOkV變壓器所連接的縣級35kV電網的模型，並產生llOkV協調子控 制區，具體包括如下子步驟： 3. a)再次從地縣一體化調度自動化系統獲取完整的地縣一體化電網模型； 3 -b)對完整的電網模型進行處理，刪除35kV電壓等級以外的全部輸電線路；刪除 35kV電壓等級以外的全部隔離開關和斷路器；刪除35kV電壓等級內全部處於分狀態的隔 離開關和斷路器後，形成35kV電網的模型； 3 -c)對35kV電網的模型進行拓撲著色編碼，形成若干拓撲島，每個拓撲島包括了若干 在電氣上連接在一起的導電設備； 3. d)依次檢查全部拓撲島，如某拓撲島k中含有llOkV變壓器和35kV變電站，則將 對應於該拓撲島k建立一個llOkV子協調控制區，記為z丨1(1，zf表示llOkV變電站中含有 llOkV和35kV電壓等級的拓撲島所形成的有電氣聯繫的子協調控制區； 3. e)對處於拓撲島k上的liokv變壓器進行處理，將liokv變壓器記為r"u°，r" u° 表示拓撲島k所形成的llOkV協調控制區域中n個llOkV變壓器，將7：u°加入到n中，將 llOkV變壓器高壓側繞組所連接母線通過閉合的母聯開關並列運行的母線合併為一條，記 為或1(1，將武1Q加入到zf1中；將llOkV變壓器中壓側繞組所連接母線通過閉合的母聯開關 並列運行的母線合併為一條，記為C，疋5表示含有llOkV變壓器中壓側35kV電壓等級的 m條邏輯母線，將疋5加入到壙中； 3. f)對處於拓撲島k上的35kV變電站進行處理，將35kV變電站高壓側母線通過閉 合的母聯開關並列運行的母線合併為一條，記為^^表示35kV變電站中高壓側邏輯母 線，將f加入到〇 ; 4) 將步驟3)中生成的llOkV協調子控制區加入到步驟1)中生成的220kV協調控制 區，具體方法是：依次檢查步驟3)中生成的全部llOkV協調子控制區:對中的杈1(1， 如果能夠找到某個Z,22°中的同時滿足： (成，則將壚加入到Z/2°中； 5) 在下個控制周期到來時，返回步驟1)開始下一輪協調控制區的自動生成。
【文檔編號】H02J3/18GK104348158SQ201410659765
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】於磊, 湯磊, 王雙, 韓宇龍, 谷文旗, 常曉慧, 謝旭, 王陽, 王祖光, 付啟, 穆亮, 李雲, 王磊, 郭慶來 申請人:國家電網公司, 國網冀北電力有限公司張家口供電公司, 北京清大高科系統控制有限公司