對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統和方法
2023-04-30 13:42:11
對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統和方法，利用數據採集和篩選模塊、BPA數據解析模塊、BPA數據潮流校驗模塊、BPA數據網絡等值模塊、CIM模型解析模塊、參數設置模塊、無功電壓優化模塊、結果展示輸出模塊以及資料庫模塊進行實時數據的採集、解析、無功電壓優化計算和結果輸出對比，通過分別導出實時的BPA數據與CIM模型數據，對兩種類型的潮流數據進行解析，採用基於互補約束的內點法進行無功優化計算，求得電網變壓器檔位優化整定、電容電抗器組的優化投切策略，給出電網無功補償的優化配置方，能夠實現全網的無功功率的協調控制，改善全網電壓質量，提高電壓安全性和降低電網運行有功損耗的效果。
【專利說明】對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電網無功分析及優化控制【技術領域】，具體是一種針對電力系統實時狀 態進行無功電壓優化控制的系統和方法。
【背景技術】
[0002] 制定合理的電力系統無功運行方式是一項技術含量高，內容複雜，關係到電網能 否安全、穩定運行的十分重要的工作，同時也是各級電網的日常工作。隨著電力系統的日益 擴大，新能源的接入，交直流系統的互聯，水火電力調度的協調，制定電網的運行方式已經 日益複雜，需要考慮的問題也越來越多。與此同時，由於負責制定電網無功運行方式的人員 工作經驗的不同，考慮問題方式各異，加之受到制定運行方式特有的完成時間的制約，使得 不同的人員制定出的無功運行方式均有差異，有時甚至耗費大量的時間和精力都很難找到 滿意的結果。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於，提供一種基於電網實時數據的電力系統實時無功電壓優化的 控制系統和方法，為電力系統運行的實時電壓控制提供調整策略。
[0004] 為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
[0005] -種對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統，其特徵在於，包括數據 採集和篩選模塊、BPA數據解析模塊、BPA數據潮流校驗模塊、BPA數據網絡等值模塊、CIM 模型解析模塊、參數設置模塊、無功電壓優化模塊、結果展示輸出模塊以及資料庫模塊；
[0006] 數據採集和篩選模塊的作用是採用數據採集接口從電網0PEN3000系統以及 SCADA系統上分別採集CM模型數據和BPA數據獲取當前系統運行的網架數據以及運行數 據，並根據導出的數據類型選擇進入與該數據類型對應的計算流程；
[0007] BPA數據潮流校驗模塊的作用是根據導出的BPA數據文件進行潮流計算，判斷該 數據文件描述的電力系統潮流的收斂性；
[0008] BPA數據解析模塊的作用是根據BPA數據文件中的卡片類型以及數據結構，解析 出電力系統各元件的基本參數以及對應的運行參數，將其轉換為自定義的數據格式，包含 系統總體參數、平衡節點參數、輸電線路才成年樹、接地支路參數、變壓器信息、可調電容電 抗參數、節點功率參數、有功出力參數、無功出力參數、電壓參數、電流參數，對節點進行重 新編號，並生成與BPA數據當中節點名相對應的節點編號對照表；
[0009] BPA數據網絡等值模塊的作用是根據BPA數據的潮流計算結果，把全網數據採用 等值發電機原理把需要進行無功電壓控制區域以外的系統等值成為發電機，縮小所需計算 的網絡規模；
[0010] CIM模型解析模塊的作用是根據XML文件中CIM模型中以類為單位存儲的電力系 統設備，通過分析其拓撲關係，生成電力系統的網架數據；通過對應的設備名稱，將DT文件 當中的運行數據與生成的網架數據結合，從而得到自定義的數據格式，包含系統總體參數、 平衡節點參數、輸電線路才成年樹、接地支路參數、變壓器信息、可調電容電抗參數、節點功 率參數、有功出力參數、無功出力參數、電壓參數、電流參數；
[0011] 系統設置模塊的作用是在進行無功優化之前，形成優化參數的約束條件並確定參 與優化的控制變量，包括設置系統的控制參數、約束參數以及系統的控制策略參數，把優化 參數加入到自定義數據當中，形成最終用於無功優化計算的計算數據；
[0012] 無功電壓優化模塊的作用是對電力系統的發電機出力、有載調壓變壓器分接頭檔 位、電容電抗器組的投切進行調整，從而使得系統的各母線處的電壓滿足各個電壓等級的 安全約束要求，並且優化系統的網絡損耗。
[0013] 資料庫模塊的作用是管理計算所需的數據，以數據表的格式進行存儲；採用的數 據庫為ACCESS資料庫；
[0014] 結果展示輸出模塊的作用是對無功優化計算後的控制變量以及狀態變量進行展 示以及比較，針對BPA數據格式的計算結果則需要將計算結果回寫到BPA數據文件當中，輸 出最終的結果文件。
[0015] 一種與上述對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統相適應的控制方 法，針對0PEN3000導出的CIM模型數據文件以及SCADA系統導出的BPA格式數據文件所描 述的電力系統進行無功優化計算；具體包括以下步驟：
[0016] 步驟一，獲取數據文件：
[0017] 通過數據接口從SCADA系統中獲取電力系統運行的DAT格式實時BPA數據文件， 從0PEN3000系統中獲取的CM模型文件，包括CM格式文件中的XML格式網架數據文件以 及DT格式運行數據文件；
[0018] 步驟二，根據數據文件的類型進行潮流計算或者數據解析：
[0019] 對於BPA數據文件按照以下步驟進行潮流計算：
[0020] (1)採用PSD-BPA電力系統分析軟體對BPA數據文件執行潮流計算程序，校驗運行 方式是否合理；通過潮流計算PF0結果文件判斷潮流計算收斂情況，如潮流計算收斂，則進 行下一步驟的計算；如果潮流計算不收斂，則需要檢查並修改BPA數據文件，完成後再次執 行潮流計算，滿足潮流計算收斂的條件才能進入無功優化計算；
[0021] (2)根據BPA數據格式中各卡片所描述的電力系統網架以及運行數據信息，將BPA 格式解析並轉化為自定義的數據格式，包含電廠的有功與無功出力、負載的有功和無功出 力、負載處母線電壓、電容電抗器組的投切狀況和有載調壓變壓器分接頭的檔位值，對節點 進行重新編號，並生成與BPA數據當中節點名相對應的節點編號對照表；
[0022] (3)採用自定義等值方法，通過把所需等值區域外的系統等值成為恆定發電機出 力，將BPA格式數據等值為需要進行實時無功電壓優化控制地區的相關區域；對等值區域 有針對性的進行無功優化，同時縮小系統的計算規模，加快計算速度，以滿足實時控制優化 的要求；
[0023] 對於CIM數據文件按照以下步驟進行數據解析：
[0024] (1)根據XML文件中CIM模型中以類為單位存儲的電力系統設備，分析其拓撲關 系，生成電力系統的網架數據；通過對應設備名稱，將DT文件當中的運行數據與生成的網 架數據結合，從而得到自定義的數據格式，包含電廠的有功與無功出力、負載的有功和無功 出力、負載處母線電壓、電容電抗器組的投切狀況和有載調壓變壓器分接頭的檔位值；
[0025] (2)選擇系統中的一臺發電機作為平衡機，在優化計算中作為系統的平衡節點；
[0026] 步驟三，設置優化參數：
[0027] 設置系統的控制參數、系統約束參數、系統控制策略以及系統總體參數；控制參數 包括參與無功優化的控制量，包括哪些變壓器以及電容電抗器參與無功優化調整；系統約 束包括系統狀態變量上下限的限制值，包括電壓上下限；系統控制策略為控制變量的基本 參數，包括變壓器以及電容電抗器的相關基本參數；系統總體參數包括目標函數的選擇和 迭代次數的設置；然後，將設置好的參數寫入自定義數據當中，作為無功優化的計算數據；
[0028] 步驟四，優化計算：
[0029] 電力系統無功優化是一個包含連續以及離散變量非線性混合整數規劃問題，因此 採用基於互補理論的現代內點理論進行無功優化計算；如果無功優化計算收斂，則輸出計 算結果；如果計算不收斂，則需要重新調整系統控制參數、約束參數以及控制策略後再次執 行無功優化計算；最後得到滿足電力系統安全穩定運行的無功電壓優化控制策略；
[0030] 步驟五，生成控制變量以及狀態變量相關的結果表格，對優化前後的系統的母線 電壓、發電機出力、變壓器分接頭檔位和補償設備的投切情況進行對比分析；至此，CM數 據文件所描述的電力系統的無功優化計算結束；BPA數據文件所描述的電力系統的無功優 化進入步驟六；
[0031] 步驟六，把優化計算後的結果回寫到BPA數據文件當中，並採用PSD-BPA電力系統 分析軟體對其進行潮流驗證；如潮流計算收斂，輸出回寫後的系統潮流結果；如不收斂則 需要調整優化過程當中的約束設置以及控制變量設置，然後再次執行步驟四。
[0032] 本方法可以達到如下的效果：
[0033] (1)通過數據接口可以對電力系統中0PEN3000以及SCADA系統實時獲取電力系統 的運行方式數據，並對獲取的網架數據和運行數據進行解析。對所需求解的電力系統進行 無功優化，快速得到滿足電力系統安全穩定要求的變壓器分接頭、無功補償裝置投切、發電 機有功無功出力等控制量的調整策略，為實時無功電壓優化控制提供理論依據以及參考。
[0034] (2)與傳統的實時無功電壓控制手段AVC相比，本方法採用現代內點算法進行全 網優化，求得在該系統運行約束下得到的最優控制策略，可以整體提高電力系統的無功電 壓水平。
[0035] (3)與傳統的無功優化方法相比，該方法通過設計接口獲取電力系統運行的實時 數據，解析得到自定義的數據格式並進行優化計算，使得無功優化方法成功的運用到了電 力系統的實時控制當中。
[0036] (4)根據獲取的數據，可以進行電力系統在線以及離線的計算。獲取的數據為實時 數據時，進行實時的優化計算即為在線計算。如導入的是規劃設計以及制定的運行方式數 據，則可以校驗系統規劃設計是否合理或者制定的運行方式是否滿足系統運行的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發明所述的針對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的方法流程 圖。
【具體實施方式】
[0038] 測試算例一：
[0039] 以某地區電網為例，對其2013年豐大方式下的BPA數據進行實時無功電壓優化控 制。
[0040] 步驟一：通過數據接口獲取2013年豐大方式下的BPA數據。
[0041] 步驟二：潮流校驗結果顯示，該實時BPA數據潮流計算收斂。
[0042] 步驟三：從包含該地區電網的區域電網BPA數據當中，找出與該地區電網相關的 系統信息，並將地區外的電力系統進行等值。等值前系統包含10567個節點，7680條輸電線 路。經過自定義等值，等值系統包含2175個節點，1683條輸電線路。大幅縮小了所需優化 的系統規模。
[0043] 步驟四：設置系統優化參數。
[0044] (1)控制變量參數設置
[0045] 控制變量包括：有功出力、無功出力、變壓器抽頭、電容電抗器投切組數。其中：
[0046] 無功出力：該電網的BQ節點等；
[0047] 變壓器抽頭：該電網各電壓等級的可調變電站變壓器抽頭；
[0048] 電容電抗器容量：該電網各變電站的電容器配置容量、電抗器配置容量。
[0049] (2)約束條件參數設置
[0050] 約束參數包括：聯絡線無功功率約束、節點電壓；
[0051] 節點電壓：電壓限制包括該電網5001^、2201^、1101^、351^及351^以下的母線電 壓，發電機端電壓；
[0052] 限制範圍如下表：
[0053] 表1-1節點電壓限制範圍
[0054]
【權利要求】
1. 一種對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統，其特徵在於，包括數據採 集和篩選模塊、BPA數據解析模塊、BPA數據潮流校驗模塊、BPA數據網絡等值模塊、CIM模 型解析模塊、參數設置模塊、無功電壓優化模塊、結果展示輸出模塊以及資料庫模塊； 數據採集和篩選模塊的作用是採用數據採集接口從電網0PEN3000系統以及SCADA系 統上分別採集CM模型數據和BPA數據獲取當前系統運行的網架數據以及運行數據，並根 據導出的數據類型選擇進入與該數據類型對應的計算流程； BPA數據潮流校驗模塊的作用是根據導出的BPA數據文件進行潮流計算，判斷該數據 文件描述的電力系統潮流的收斂性； BPA數據解析模塊的作用是根據BPA數據文件中的卡片類型以及數據結構，解析出電 力系統各元件的基本參數以及對應的運行參數，將其轉換為自定義的數據格式，包含系統 總體參數、平衡節點參數、輸電線路才成年樹、接地支路參數、變壓器信息、可調電容電抗參 數、節點功率參數、有功出力參數、無功出力參數、電壓參數、電流參數，對節點進行重新編 號，並生成與BPA數據當中節點名相對應的節點編號對照表； BPA數據網絡等值模塊的作用是根據BPA數據的潮流計算結果，把全網數據採用等值 發電機原理把需要進行無功電壓控制區域以外的系統等值成為發電機，縮小所需計算的網 絡規模； CIM模型解析模塊的作用是根據XML文件中CIM模型中以類為單位存儲的電力系統設 備，通過分析其拓撲關係，生成電力系統的網架數據；通過對應的設備名稱，將DT文件當中 的運行數據與生成的網架數據結合，從而得到自定義的數據格式，包含系統總體參數、平衡 節點參數、輸電線路才成年樹、接地支路參數、變壓器信息、可調電容電抗參數、節點功率參 數、有功出力參數、無功出力參數、電壓參數、電流參數； 系統設置模塊的作用是在進行無功優化之前，形成優化參數的約束條件並確定參與優 化的控制變量，包括設置系統的控制參數、約束參數以及系統的控制策略參數，把優化參數 加入到自定義數據當中，形成最終用於無功優化計算的計算數據； 無功電壓優化模塊的作用是對電力系統的發電機出力、有載調壓變壓器分接頭檔位、 電容電抗器組的投切進行調整，從而使得系統的各母線處的電壓滿足各個電壓等級的安全 約束要求，並且優化系統的網絡損耗； 資料庫模塊的作用是管理計算所需的數據，以數據表的格式進行存儲； 結果展示輸出模塊的作用是對無功優化計算後的控制變量以及狀態變量進行展示以 及比較，針對BPA數據格式的計算結果則需要將計算結果回寫到BPA數據文件當中，輸出最 終的結果文件。
2. 根據權利要求1所述的對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統，其特徵 在於，所述的資料庫模塊採用的資料庫為ACCESS資料庫。
3. -種與權利要求1或2所述的對電力系統實時狀態進行無功電壓優化控制的系統相 適應的控制方法，針對0PEN3000導出的CM模型數據文件以及SCADA系統導出的BPA格式 數據文件所描述的電力系統進行無功優化計算；其特徵在於，具體包括以下步驟： 步驟一，獲取數據文件： 通過數據接口從SCADA系統中獲取電力系統運行的DAT格式實時BPA數據文件，從 0PEN3000系統中獲取的CM模型文件，包括CIM格式文件中的XML格式網架數據文件以及 DT格式運行數據文件； 步驟二，根據數據文件的類型進行潮流計算或者數據解析： 對於BPA數據文件按照以下步驟進行潮流計算： (1) 採用PSD-BPA電力系統分析軟體對BPA數據文件執行潮流計算程序，校驗運行方式 是否合理；通過潮流計算PFO結果文件判斷潮流計算收斂情況，如潮流計算收斂，則進行下 一步驟的計算；如果潮流計算不收斂，則需要檢查並修改BPA數據文件，完成後再次執行潮 流計算，滿足潮流計算收斂的條件才能進入無功優化計算； (2) 根據BPA數據格式中各卡片所描述的電力系統網架以及運行數據信息，將BPA格式 解析並轉化為自定義的數據格式，包含電廠的有功與無功出力、負載的有功和無功出力、負 載處母線電壓、電容電抗器組的投切狀況和有載調壓變壓器分接頭的檔位值，對節點進行 重新編號，並生成與BPA數據當中節點名相對應的節點編號對照表； (3) 採用自定義等值方法，通過把所需等值區域外的系統等值成為恆定發電機出力， 將BPA格式數據等值為需要進行實時無功電壓優化控制地區的相關區域；對等值區域有針 對性的進行無功優化，同時縮小系統的計算規模，加快計算速度，以滿足實時控制優化的要 求； 對於CIM數據文件按照以下步驟進行數據解析： (1) 根據XML文件中CIM模型中以類為單位存儲的電力系統設備，分析其拓撲關係，生 成電力系統的網架數據；通過對應設備名稱，將DT文件當中的運行數據與生成的網架數據 結合，從而得到自定義的數據格式，包含電廠的有功與無功出力、負載的有功和無功出力、 負載處母線電壓、電容電抗器組的投切狀況和有載調壓變壓器分接頭的檔位值； (2) 選擇系統中的一臺發電機作為平衡機，在優化計算中作為系統的平衡節點； 步驟三，設置優化參數： 設置系統的控制參數、系統約束參數、系統控制策略以及系統總體參數；控制參數包括 參與無功優化的控制量，包括哪些變壓器以及電容電抗器參與無功優化調整；系統約束包 括系統狀態變量上下限的限制值，包括電壓上下限；系統控制策略為控制變量的基本參數， 包括變壓器及電容電抗器的相關基本參數；系統總體參數包括目標函數的選擇和迭代次數 的設置；然後，將設置好的參數寫入自定義數據當中，作為無功電壓優化的計算數據； 步驟四，優化計算： 電力系統無功優化是一個包含連續以及離散變量非線性混合整數規劃問題，因此採用 基於互補理論的現代內點理論進行無功優化計算；如果無功優化計算收斂，則輸出計算結 果；如果計算不收斂，則需要重新調整系統控制參數、約束參數以及控制策略後再次執行無 功優化計算；最後得到滿足電力系統安全穩定運行的無功電壓優化控制策略； 步驟五，生成控制變量以及狀態變量相關的結果表格，對優化前後的系統的母線電壓、 發電機出力、變壓器分接頭檔位和補償設備的投切情況進行對比分析；至此，CIM數據文件 所描述的電力系統的無功優化計算結束；BPA數據文件所描述的電力系統的無功優化進入 步驟六； 步驟六，把優化計算後的結果回寫到BPA數據文件當中，並採用PSD-BPA電力系統分析 軟體對其進行潮流驗證；如潮流計算收斂，輸出回寫後的系統潮流結果；如不收斂則需要 調整優化過程當中的約束設置以及控制變量設置，然後再次執行步驟四。
【文檔編號】H02J3/12GK104158199SQ201410382529
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2014年8月5日
【發明者】蘇維波, 陽育德, 紀尚昆, 馮彥維, 劉中文, 龔利武 申請人:廣西電網有限責任公司欽州供電局, 廣西大學