大电网电压无功自动控制关键问题研究

发布时间：2020-09-03 09:23

　　电网的安全经济运行一直是电网运行调度关注的重点,自动电压无功控制系统也在各国电网中得到越来越广泛的应用。当前影响电压无功控制功能实用性的主要问题有以下几点:一是基础数据的准确性,这是一切后续分析和优化的基础;二是电网不确定性所造成的电网断面相对于静态优化断面的偏离,对此不作处理,优化结果也可能不适宜实际控制执行;三是各地新能源场站的陆续接入对电网的运行控制挑战,一方面新能源场站的接入对原有的无功分区产生影响,另一方面,区域电网原先的调节手段主要以变压器挡位、容抗器投切等离散控制为主,当前则需要考虑它们与新能源场站无功连续量调节的协调;四是工程实践环节的处理,要保证电压无功控制系统的模型能时刻和电网物理实际保持一致,不能因为维护的错误和新模型的发布造成控制的软件运行的中断。只有解决了上述问题,电压无功控制系统才能真正成为可实际运行的可靠系统,为电网的安全经济运行保驾护航,让其成为电网调度运行的可信赖的控制手段和工具。针对以上影响电压无功优化控制实用化的关键问题,本文分别从数据准确性处理、考虑不确定因素的优化潮流、无功分区、协调新能源厂站的区域电网电压无功控制、更新的电网模型即插即用和软件不间断运行等几个方面进行了深入研究:研究提升断面基础数据准确性的方法。采用基于WAMS数据相关性识别的量测时差补偿混合状态估计和基于AGC镜像系统的调度员潮流计算方法,来获取与真实系统更为一致的基础数据断面。对采集周期中SCADA数据和WAMS数据的相关性进行计算,以相关性最大的WAMS数据时标作为电网断面时间,依据相关性将SCADA量测节点安装有PMU节点的数据进行分区,同分区的采集数据用相同的时差补偿,可以有效处理混合数据的同时性问题;此外,设计了镜像AGC系统,可以真实体现发电机的一次调频和二次调频的实际影响,在潮流计算中考虑系统的频率调整效应,尤其是AGC二次调频对潮流的影响,可以在扰动情况下计算出更符合实际物理断面的潮流分布;这两方面的工作为获取电网准确的潮流断面打下了坚实的基础,让电压无功控制有一个更准确的数据断面。研究基于不确定性理论的三级电压优化控制算法。由于电网始终处于动态变化中,即使是采用了相对准确的电网数据断面进行优化计算,由于计算结束后电网的运行断面已经偏离了之前优化时刻的断面,优化结果也可能不适宜实际控制执行。因此,本文基于负荷无功和PV节点电压幅值的不确定性建模,采用场景分析法来描述电网实际状态相对基础断面的随机性,利用正态分布计算各典型场景发生的概率,并建立全场景下以网损最小和电压调节方向偏差最小为目标函数的无功优化模型;通过引入模糊集理论来模糊化确定性问题,之后采用最大满意度法把多目标模型转化成单目标模型,并使用改进了的粒子群优化算法进行问题的求解。研究电压无功实时动态分区方法。从实际系统运行需求出发,在最短路径算法的基础上进行了研究,并提出了基于图论的电压无功控制实时动态分区算法,对新能源场站的等效外特性进行了分析,将其作为一个无功调节控制的常规调节源考虑,与电网调度中对其定位保持一致,从而可以继续沿用相关的电气距离求解算法,再通过实时分析参与控制的电源点无功特性对电压的影响进行分区,更能体现无功控制源对分区的作用。本文的广度优先搜索算法时间复杂度为O(n),成功地把搜索单源结点的最短路径时间复杂度从O(n2),缩小到O(n)量级,显著地提高了计算效率;此外,对边界节点按灵敏度进行校核和分区调整,可以避免纯图论算法不考虑潮流分布影响的缺陷,使得分区结果和传统理论更具可比性,也更合理。研究协调新能源场站的地区电网电压无功控制系统。在预测风光输出特性和负荷量的基础上,提出了一种采用模糊逻辑算法的地区电网电压无功协调控制方法,分别设计了离散量和逻辑量的模糊控制逻辑和规则,将综合电网运行经验的控制策略转换成一种层次型模糊推理,既可以对离散量进行控制也可以对新能源厂站的连续量进行控制,同时,设计了离散量和连续量的协调层,可以在实际运行中对两者进行协调控制。该控制系统既可以处理挡位调节、容抗器投切等离散量,也可以对新能源场站的无功出力连续量进行调节,有着很好的实用价值。从计算机内存管理和模型维护两个维度研究控制软件的不间断运行问题。大型控制软件在实际运行中需要解决模型的在线更新问题,要求电网模型改变时重要的控制进程不能中断运行。本文提出源端维护技术来解决变电站模型变化后新模型的“即插即用”难题,通过扩展了二次设备的全景模型,可以实现IEC61850模型到CIM模型的唯一转换,此外还定义了主站和子站源端维护的完整流程,并扩展了IEC60870-5-104协议来传输交换文件,使得该技术具备使用价值。本文还在计算机内存管理技术的基础上给出了在线装库的原理,通过计算机进程的指针切换来访问新的电网模型,达到运行不中断的目的。离线维护、在线装库从计算机操作系统调度角度解决软件的不间断运行问题,通过这两方面的工作,可以使得无功电压控制软件在实际系统中真正做到不间断运行,有着重要的工程价值。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM732
【部分图文】：

示意图,二级电压控制,示意图,控制区域

[4]也采用了相似的模式开展了电压控制。法国电力公司所提出的二级电压控制模型如图1-1：图 1-1 法国电力公司提出的二级电压控制示意图在电网结构分析方面，为了描述不同电网节点在电气角度的相对远近，有学者在灵敏度矩阵的基础上定义了“电气距离”的概念[2,5]从信息论角度分析电气距离的定义与条件熵之间的等价性。在此基础上，利用凝聚的层次聚类方法对电网进行控制分区，并从中选取处于中心位置的节点作为中枢母线。法国电力公司于二十世纪 80 年代中期开始协调二级电压控制(CSVC，Coordinated Secondary Voltage Control)方法的相关研究。和二级电压控制(SVC,Secondary Voltage Control)相比，CSVC 有以下不同[6-9]：CSVC 所控制的电网范围更大。单一 CSVC 控制区域包含了之前的多个 SVC控制区域。对于 SVC，单个控制区域仅设有一个中枢母线；而对于 CSVC，单个区域控制器无功控制AVR区域控制中心Vp给定值(Vpset)Vp无功功率 Q发电机单元电力网络发电机(i)发电机(i+1)发电机(i+2)设定值 U0参与因子关键节点机端电压 V

曲线,变量定义,费用,数据

( )如图3-1所示:图 3-1 约束费用变量定义一组数据( )，j = 0…n，和 = , j = 1…n (3.2)其中，。引入辅助变量： ≥ ( ) , j = 1…n (3.3)由上式可见，变量的分段线性特性已经被辅助变量的约束代替，将其增广至原有方程之中即可。2)可调度负荷对于可调度负荷，或者说对价格因素敏感的负荷，可以认为是一台有功出力为负的机组。下图是一个价格敏感负荷的边际效益曲线：

曲线,边际收益,总收益函数,函数

边际收益函数将其转换为费用曲线如图3-3：

【参考文献】