實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法及系統的製作方法

2023-05-14 14:57:16

專利名稱：實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，同時還涉及一種系統
背景技術：
電壓是電網電能質量的重要指標之一，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、工農業安全生產、產品質量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。而在高壓輸電中電壓與無功有著直接聯繫，無功的大小決定著電壓的高低。而變電站內電壓及無功的控制是一個多目標、多約束的最優化問題，不能完全靠解析的方法來描述，解決的途徑是採用工程實用算法做出控制決策，而在這個過程中，首先從調度控制中心的自動化系統中採集數據，並將其送入電壓分析模塊和無功分析模塊進行綜合分析，形成變電站主變分接頭調節指令、變電站電容器投切指令，選擇投切電容器組的對應開關遮斷容量及分合次數滿足要求，所有的操作指令最終送至調度控制中心控制系統並執行相關操作，循環往復，自動的監視系統的無功和電壓並進行調節。根據上述的控制流程，傳統的調節方式是採用電壓無功限值區間的劃分(動態9區圖)來進行的，見圖4所示，根據該圖在各區內，以最優的控制順序和電壓無功設備組合使運行點進入無功、電壓均滿足要求的第9區，本著電壓越限調分接頭、無功越限投切電容，兩者均越限先投切電容，仍不合格再調分接頭的原則進行控制是基本的電壓無功分區控制策略。由於這種劃分過於簡單，沒有全面考慮電壓無功調節的綜合作用效果，容易引起往復動作現象，一旦出現這種情況，系統只能根據圖3所示的流程圖走循環，不會自動的截止程序，所以必須加以避免。9區域法是根據最基本原理來實現變電站電壓無功自動控制的，該方法存在一些不足。由於這種劃分過於簡單，沒有考慮電壓無功調節間的相互影響。如圖4，如果運行點在8區的點A，根據調節原則，應先降檔位升壓。但是，因為A的無功功率與無功上限比較接近，降檔位後，由於分接頭的線圈匝數減少，變壓器消耗的無功減少，導致系統的無功增加，所以降檔後，電壓和無功都會有所增加，這樣運行點極有可能進入6區。在運行點進入6區後，如沒有電容器可切，只能升檔位。運行點又可能回到8區中原運行點附近，這樣實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法就會反覆的發出降檔位一升檔位一降檔位一升檔位…的操作指令，使運行點不停地在8區和6區之間振蕩。此外，在2、4、6區中同樣存在著類似的運行點。以上的這種情況，增加了分接頭的調節次數，對於變壓器的安全運行十分不利。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的之一是提供一種實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，該方法通過採用模糊邊界算法，可以實現變壓器有載調壓的實時調壓、無功補償，減少操作次數，避免反覆換擋的不足，保證系統的電壓質量；本發明的目的之二是提供一種實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的系統。本發明的目的之一是通過以下技術方案實現的該種實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，包括以下步驟步驟一從調度控制中心採集相關數據；步驟二 進行電壓分析和無功分析；步驟三由前述分析結果，確定實時所處區域，根據各區的調節策略，發出變壓器分接頭調節指令和電容器投切指令； 步驟四由調度控制中心進行執行，進行自動補償，將實時狀態調整至電壓和無功均合格；在步驟二中，所述電壓分析和無功分析包括將電壓無功限值區間劃分為動態九區圖，各區的定義如下I區電壓超下限，無功超下限；2區電壓合格，無功超下限；3區電壓超上限，無功超下限；4區電壓超上限，無功合格；5區電壓超上限，無功超上限；6區電壓合格，無功超上限；7區電壓超下限，無功超上限；8區電壓超下限，無功合格；9區電壓、無功均合格；在步驟三中，各區域的調節策略如下區域9 :無功與電壓均合格，不必調節；區域I :無功越下限，電壓越下限，投電容器組；當電容器組全部投入時，發升壓指令；當有載分接開關處於上限位置時，發強投電容器組指令；區域2 :無功越下限，電壓合格，投電容器組；區域3 :無功越下限，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關已調至下限位置時，發強切電容器組指令；區域4 :無功合格，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關處於下限位置時，發強切電容器組指令；區域5 :無功越上限，電壓越上限，發切電容器組指令；當電容器組全部切除時，發降壓指令；區域6 :無功越上限，電壓合格，發切電容器組指令；區域7 :無功越上限，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關已處於上限位置時，發強投電容器組指令；區域8:無功合格，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關處於上限位置時，發強投電容器組指令。進一步，所述電容器組投入的充要條件如下Ul+ A Ul ^ U ^ Uh- A Uh ；Cos (fi) > TR ；
Cos (f2) Il ；其中， 為欠壓定值，AU1^為欠壓回差，Uh為過壓定值，AUh為過壓回差，TR為投入定值，QC為切除定值，Il為欠流定值，U、I為實際的電壓、電流，C0s^1)為電容投入前的實測功率因數，Cos (f2)為當前負荷情況下投入下一組電容後的功率因數的理論計算值。
進一步，變壓器有載調壓器升壓的判據為80v < u < Ul ；Maxd1, I2) u > uH ；Maxd1, I2) < Id ;I1, I2分別為一、二主變運行電流，Id為調壓閉鎖電流定值。本發明的目的之二是通過以下技術方案實現的該種實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的系統，包括數據採集接口，用於從調度控制中心的自動化系統中採集數據；電壓分析模塊和無功分析模塊，用於對採集的數據進行分析，將實時狀態歸入動態九區中的某一區，根據該區的控制策略，形成變電站主變分接頭調節指令、變電站電容器投切指令；指令輸出接口，用於將指令送至調度控制中心控制系統並執行相關操作；上述各模塊循環往復，自動監視系統的無功和電壓並進行調節；各區域的調節策略如下區域9 :無功與電壓均合格，不必調節；區域I :無功越下限，電壓越下限，投電容器組；當電容器組全部投入時，發升壓指令；當有載分接開關處於上限位置時，發強投電容器組指令；區域2 :無功越下限，電壓合格，投電容器組；區域3 :無功越下限，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關已調至下限位置時，發強切電容器組指令；區域4 :無功合格，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關處於下限位置時，發強切電容器組指令；區域5 :無功越上限，電壓越上限，發切電容器組指令；當電容器組全部切除時，發降壓指令；區域6 :無功越上限，電壓合格，發切電容器組指令；區域7 :無功越上限，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關已處於上限位置時，發強投電容器組指令；區域8 :無功合格，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關處於上限位置時，發強投電容器組指令。本發明的有益效果是本發明通過採用模糊邊界算法，可以實現變壓器有載調壓的實時調壓、無功補償，能夠有效的減少相應的操作次數，避免反覆換擋的不足，可以智能的監視系統的電壓和無功，能夠保證系統的電壓質量；同時給出了模糊邊界算法下各區域內的調節方式及各種調節判據的理論基礎，提出了電容器及其放電線圈的故障監測手段，為進一步的實現變電站無人值守和電網智能化奠定了基礎。本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。


為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進 一步的詳細描述，其中圖I為系統無功功率負荷電壓特性曲線圖；圖2為系統無功功率平衡曲線圖；圖3為無功電壓實時控制圖；圖4為電壓無功區間劃分圖；圖5為電壓無功模糊邊界圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。相關概念綜述I.無功補償原理電力系統的電壓與系統無功有著密切聯繫，無功的平衡直接關係著電壓的穩定性，系統無功平衡的條件為系統中的無功電源可發出的無功功率應大於或等於負荷及電網所需的無功功率之和。電力系統無功功率的平衡關係如式(I)所示Qh = Qgc-Qf-Qs(I)其中Qg。為電源發出的無功功率之和，無功電源主要指發電機和各種無功補償裝置；Qf為無功負荷之和；Qs為網絡中的無功損耗之和；Qh為系統可提供的備用無功功率。無功補償的原則為Qh>0時，系統中無功功率可以平衡而且有一定備用的；當Qh〈0時，系統中無功功率不足，此時，為保證系統的運行電壓的供電質量，就應考慮加設無功補
■術C且O2.無功功率不足時的平衡原則系統無功功率平衡與否是系統電壓質量優劣的前提，無功功率在電能傳輸方面起著十分重要的作用。圖I為系統無功功率負荷的靜態電壓特性曲線圖，正常情況下，系統無功功率電源所提供的無功功率為Qgcn，此時，對應的電壓為額定電壓Un，式(I)中的Qh為零，該電壓對應於系統正常運行的電壓水平。當系統無功功率電源提供的無功功率Qgc小於Qgcn時，系統為了尋找到新的平衡點，電壓會相應的降低，在這種情況下，雖然可以採取某些措施，如改變某臺變壓器的變比來提高局部地區的電壓水平，但整個系統的無功功率仍然不足，系統的電壓質量得不到全面改善。這種系統無功功率不足時達到的平衡，是由於系統的電壓水平下降，無功功率負荷本身具有的電壓調節效應，使全系統的無功功率需求有所下降而達到的。
3.無功功率充足時的平衡原則系統電壓為額定電壓時，如圖2所示，系統無功電源無功功率Q與電壓U的關係為曲線1，負荷的無功功率Q與電壓U之間的關係為曲線2，兩者的交點a確定了負荷節點的額定電壓Ua。當負荷增加時，如曲線2所示，如果系統的無功電源沒有相應增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時曲線I和曲線2'的交點a'就是新無功功率平衡點，並由此決定了負荷點的電壓為Ua'，顯然Ua'〈Ua，說明負荷增加後，系統無功功率電源已不能滿足在電壓Ua下的無功平衡，只能降低電壓運行，以取得較低電壓下的無功功率平衡；但如果系統無功電源比較充足，通過補償，系統電源的無功特性將上移到曲線I'的位置，從而使曲線I'與2,的交點c所確定的負荷節點電壓達到或接近原來的數值Ua。上述可見，通過對系統無功電源的控制可以有效的保證系統的電壓質量。4.無功補償原則國家《電力系統電壓和無功電力技術導則》規定，無功補償與電壓調節應遵循下列原則進行a.總體平衡與局部平衡相結合；b.電力補償與用戶補償相結合；c.分散補償與集中補償相結合；d.降損與調壓相結合，以降損為主。此外，無功補償應儘量分層(按電壓等級)和分區(按地區)補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級 傳輸。基於上述概念，針對傳統九區域法的不足，本發明的實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，包括以下步驟步驟一從調度控制中心採集相關數據；步驟二 進行電壓分析和無功分析；步驟三由前述分析結果，確定實時所處區域，根據各區的調節策略，發出變壓器分接頭調節指令和電容器投切指令，在投電容器組時系統識別電容器組切斷時間要超過5分鐘，防止剩餘電荷引起過電壓；步驟四由調度控制中心進行執行，進行自動補償，將實時狀態調整至電壓和無功均合格；在步驟二中，所述電壓分析和無功分析包括將電壓無功限值區間劃分為動態九區圖，各區的定義如下I區電壓超下限，無功超下限；2區電壓合格，無功超下限；3區電壓超上限，無功超下限；4區電壓超上限，無功合格；5區電壓超上限，無功超上限；6區電壓合格，無功超上限；7區電壓超下限，無功超上限；8區電壓超下限，無功合格；9區電壓、無功均合格；進一步，考慮到無功調節對電壓的影響，將電壓狀態引入無功調節判據，以確保無功調節與電壓調節的協調關係，使無功的調節邊界是受電壓影響並在一定程度上服務於電壓調節的模糊邊界。根據這一思想，建立如下數學模型來作為電容器組的投切判據
權利要求
1.實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟 步驟一從調度控制中心採集相關數據； 步驟二 進行電壓分析和無功分析； 步驟三由前述分析結果，確定實時所處區域，根據各區的調節策略，發出變壓器分接頭調節指令和電容器投切指令； 步驟四由調度控制中心進行執行，進行自動補償，將實時狀態調整至電壓和無功均合格； 在步驟二中，所述電壓分析和無功分析包括將電壓無功限值區間劃分為動態九區圖，各區的定義如下 I區電壓超下限，無功超下限； 2區電壓合格，無功超下限； 3區電壓超上限，無功超下限； 4區電壓超上限，無功合格； 5區電壓超上限，無功超上限； 6區電壓合格，無功超上限； 7區電壓超下限，無功超上限； 8區電壓超下限，無功合格； 9區電壓、無功均合格； 在步驟三中，根據模糊邊界算法，設定各區域的調節策略如下 區域9 :無功與電壓均合格，不必調節； 區域I :無功越下限，電壓越下限，投電容器組；當電容器組全部投入時，發升壓指令；當有載分接開關處於上限位置時，發強投電容器組指令； 區域2 :無功越下限，電壓合格，投電容器組； 區域3 :無功越下限，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關已調至下限位置時，發強切電容器組指令； 區域4 :無功合格，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關處於下限位置時，發強切電容器組指令； 區域5 :無功越上限，電壓越上限，發切電容器組指令；當電容器組全部切除時，發降壓指令； 區域6 :無功越上限，電壓合格，發切電容器組指令； 區域7 :無功越上限，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關已處於上限位置時，發強投電容器組指令； 區域8 :無功合格，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關處於上限位置時，發強投電容器組指令。
2.如權利要求I所述的實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，其特徵在於所述電容器組投入的充要條件如下 Ul+ A Ul ≤ U≤ Uh- A Uh ； Cos (f\) > TR ；Cos (f2) IL; 其中，隊為欠壓定值，為欠壓回差，Uh為過壓定值，AUh為過壓回差，TR為投入定值，QC為切除定值，Il為欠流定值，U、I為實際的電壓、電流，Cosai)為電容投入前的實測功率因數，Cos (f2)為當前負荷情況下投入下一組電容後的功率因數的理論計算值。
3.如權利要求I所述的實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，其特徵在於變壓器有載調壓器升壓的判據為80v < u < uL ；Maxd1, I2) u > uH ；Maxd1, I2) < Id ; I1^ I2分別為一、二主變運行電流，Id為調壓閉鎖電流定值。
4.實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的系統，其特徵在於所述系統包括數據採集接口，用於從調度控制中心的自動化系統中採集數據； 電壓分析模塊和無功分析模塊，用於對採集的數據進行分析，將實時狀態歸入動態九區中的某一區，根據該區的控制策略，形成變電站主變分接頭調節指令、變電站電容器投切指令； 指令輸出接口，用於將指令送至調度控制中心控制系統並執行相關操作； 上述各模塊循環往復，自動監視系統的無功和電壓並進行調節； 各區域的調節策略如下 區域9 :無功與電壓均合格，不必調節； 區域I :無功越下限，電壓越下限，投電容器組；當電容器組全部投入時，發升壓指令；當有載分接開關處於上限位置時，發強投電容器組指令； 區域2 :無功越下限，電壓合格，投電容器組； 區域3 :無功越下限，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關已調至下限位置時，發強切電容器組指令； 區域4 :無功合格，電壓越上限，發降壓指令；當有載開關處於下限位置時，發強切電容器組指令； 區域5 :無功越上限，電壓越上限，發切電容器組指令；當電容器組全部切除時，發降壓指令； 區域6 :無功越上限，電壓合格，發切電容器組指令； 區域7 :無功越上限，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關已處於上限位置時，發強投電容器組指令； 區域8 :無功合格，電壓越下限，發升壓指令；當有載開關處於上限位置時，發強投電容器組指令。
全文摘要
本發明公開了一種實現變電站電壓及無功功率實時自動補償的方法，是根據電網無功功率平衡原理及無功補償原則,分析各種無功補償和電壓優化方法的特點，結合智能電網和操作隊實際情況，提出優於傳統9區動態無功補償算法的新自動補償方式和策略,為智能電網的建設及操作隊、大運行、調控一體化的生產方式的實現奠定基礎。
文檔編號H02J3/16GK102646984SQ20121015618
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者任江波, 席世友, 康鴻飛, 李歷波 申請人:重慶市電力公司綦南供電局