一種基于分區(qū)優(yōu)化的省地協(xié)同電壓控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術領域，具體涉及一種基于分區(qū)優(yōu)化的省地協(xié)同電壓 控制方法。
【背景技術】
[0002] 基于無功分層（電壓層）分區(qū)（供電區(qū)）特點，無功電壓控制一般采取分層分區(qū) 控制體系。省級電網(wǎng)調(diào)度機構（簡稱省調(diào)）負責220kV層級電網(wǎng)電壓控制，各地區(qū)電網(wǎng)調(diào) 度機構（簡稱地調(diào)）負責110kV及以下層級電網(wǎng)電壓控制，省地兩級電網(wǎng)在調(diào)度邊界處實 現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。目前國內(nèi)省級電網(wǎng)以及地區(qū)電網(wǎng)具有信息局部性，地調(diào)輻射狀電網(wǎng)節(jié)點多、 電壓等級低，在省調(diào)側(cè)一般不關心其內(nèi)部細節(jié)，比較常見的省調(diào)電網(wǎng)模型一般建模到220kV 變電站高壓側(cè)，并在220kV主變高壓側(cè)處等值為負荷，忽略了 110kV及其以下電網(wǎng)的具體細 節(jié)。同理，地調(diào)側(cè)也無法獲知省調(diào)220kV電網(wǎng)的詳細結(jié)構，一般只建立與輻射電網(wǎng)關系密切 的幾個220kV變電站詳細模型，而其他220kV電網(wǎng)進行必要等值。
[0003] 根據(jù)省級電網(wǎng)和地區(qū)電網(wǎng)信息局部性特點，在省地協(xié)調(diào)電壓控制相關的研究文獻 中，《大電網(wǎng)省地協(xié)調(diào)自動電壓控制的研究》（鄒根華、郭玉金、姚諸香等，華中電力，2008年， 第21卷第3期，9~11頁）以220kV主變高壓側(cè)為關口，提出地調(diào)上傳控制能力、省調(diào)通 過全網(wǎng)優(yōu)化計算協(xié)調(diào)策略的方法；《雙向互動的省地協(xié)調(diào)電壓控制》（王彬、郭慶來、孫宏斌 等，電力系統(tǒng)自動化，第34卷第12期，53~57頁）提出雙向互動的省地協(xié)調(diào)模式，選擇 220kV變電站變壓器高壓側(cè)無功作為省調(diào)對地調(diào)的協(xié)調(diào)變量，選擇220kV側(cè)母線作為省地 協(xié)調(diào)母線，引入省地協(xié)調(diào)控制代理，構造分布式協(xié)調(diào)電壓控制多智能體架構。協(xié)調(diào)代理綜合 考慮各代理提出的控制能力約束和控制需求約束，生成協(xié)調(diào)控制策略，供省、地各級代理執(zhí) 行。
[0004] 由于省級電網(wǎng)和地區(qū)電網(wǎng)建模的局限性，上述文獻均以220kV變壓器高壓側(cè)為協(xié) 調(diào)關口，省調(diào)無法直接對220kV變電站低壓側(cè)電容器/電抗器進行控制決策計算。同時，對 于負荷密集型區(qū)域電網(wǎng)以及風電/光伏等新能源接入比例較大的地區(qū)電網(wǎng)，電壓波動大且 變化速度快，需要快速調(diào)節(jié)方法對電壓波動性進行補償和平抑。
[0005] 隨著計算機通信技術以及智能電網(wǎng)調(diào)度控制技術的發(fā)展，電網(wǎng)模型云技術的研究 及應用實現(xiàn)了多級電網(wǎng)模型的統(tǒng)一建模和管理，并可根據(jù)應用需求進行電網(wǎng)模型的裁剪， 為本發(fā)明提供了基礎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是適應新能源接入以及負荷密集型城市電網(wǎng)對控制速度的要求，基 于云技術提供的省地一體化電網(wǎng)模型，提出一種基于分區(qū)優(yōu)化的省地協(xié)同電壓控制方法。 該方法建立基于分區(qū)的省、地調(diào)"緊耦合"控制模型，通過二次規(guī)劃模型直接求解省調(diào)側(cè)發(fā) 電機、地調(diào)側(cè)電容器/電抗器以及中壓側(cè)協(xié)調(diào)控制策略，從而提高省地聯(lián)合控制的調(diào)節(jié)速 度。
[0007] 本發(fā)明提出的一種基于分區(qū)優(yōu)化的省地協(xié)同電壓控制方法，該方法首先進行離線 的協(xié)同控制建模，協(xié)同控制建模具體步驟包括：
[0008] 1)在省調(diào)建立220kV變電站詳細模型；
[0009] 與傳統(tǒng)的在220kV變電站主變高壓側(cè)關口處等值處理不同，本文模型包括變壓器 高/中/低三側(cè)繞組、低壓側(cè)電容器/電抗器以及高/中/低三側(cè)母線；
[0010] 2)在地調(diào)建立220kV變電站、110kV及以下電網(wǎng)詳細模型；
[0011] 其中110kV及以下電網(wǎng)在下文中簡稱為110kV子網(wǎng)；
[0012] 3)省調(diào)將220kV主變中壓側(cè)繞組定義為110kV廣義機組，該廣義機組表征地調(diào) 110kV子網(wǎng)的無功電壓綜合調(diào)節(jié)效果；
[0013] 4)將電氣距離相近的省調(diào)側(cè)發(fā)電廠、220kV變電站劃分為相同的控制分區(qū)。
[0014] 本發(fā)明提出的一種基于分區(qū)優(yōu)化的省地協(xié)同電壓控制方法，完成省地協(xié)同控制模 型離線建模及驗證后，啟動周期性的實時協(xié)同控制。
[0015] 實時協(xié)同控制相關的時間周期包括執(zhí)行周期Ts、電廠控制周期Tg、電容器控制周 期T。、協(xié)調(diào)控制周期Td，Tg、T。、Td都是Ts的整數(shù)倍。
[0016] 實時協(xié)同控制包括低壓側(cè)直控和中壓側(cè)協(xié)調(diào)控制，具體地，省調(diào)對220kV變電站 低壓側(cè)電容器/電抗器無功出力進行直控，對220kV變電站中壓側(cè)關口無功電壓與地調(diào)進 行協(xié)調(diào)控制。
[0017] 進一步地，每個執(zhí)行周期Ts具體步驟如下：
[0018] 1)在第η次執(zhí)行周期開始時，省調(diào)AVC、地調(diào)AVC從實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)控（SCADA)獲 取發(fā)電廠、變電站實時電網(wǎng)潮流狀態(tài)；
[0019] 2)地調(diào)AVC計算110kV子網(wǎng)內(nèi)無功調(diào)節(jié)設備對協(xié)調(diào)關口的可增無功、可減無功，以 及中壓側(cè)電壓期望上限、期望下限后，通過省地廣域通信網(wǎng)絡上傳到省調(diào)；
[0020] 3)省調(diào)AVC接收地調(diào)無功調(diào)節(jié)能力和電壓需求后，更新廣義機組無功約束和電壓 約束；廣義機組無功約束上限:βΓ=β/ +βΓ，無功約束下限=& -W·
[0021] 4)省調(diào)AVC構造基于控制分區(qū)的二次規(guī)劃模型：
[0022]
[0023] 上述優(yōu)化模型中：
[0024] 控制變量為220kV電廠發(fā)電機無功Qg、220kV變電站低壓側(cè)電容器/電抗器無功 Q。、110kV子網(wǎng)廣義機組無功Qd;
[0025] 控制目標包括中樞母線當前電壓與目標值偏差最小，以及各節(jié)點無功出力最??；
[0026] 約束條件包括中樞母線電壓Vp、電廠高壓側(cè)母線電壓Vh、變電站母線電壓V。滿足 電壓上下限約束，電廠高壓側(cè)母線電壓\單次調(diào)節(jié)量小于控制步長約束，發(fā)電機無功Qg、電 容器/電抗器無功Q。、廣義機組無功％滿足出力上下限約束；
[0027]Cpg為發(fā)電機無功出力對中樞母線電壓的控制靈敏度，Cp。為電容器無功出力對中 樞母線電壓的控制靈敏度，Cpd為廣義機組無功出力對中樞母線電壓的控制靈敏度；Chg為發(fā) 電機無功出力對電廠高壓側(cè)母線電壓的控制靈敏度，Ch。為電容器無功出力對電廠高壓側(cè)母 線電壓的控制靈敏度，Chd為廣義機組無功出力對電廠高壓側(cè)母線電壓的控制靈敏度；C。,為 發(fā)電機無功出力對變電站高壓側(cè)電壓的控制靈敏度，為電容器無功出力對變電站高壓側(cè) 電壓的控制靈敏度，(^為廣義機組無功出力對變電站高壓側(cè)電壓的控制靈敏度；Cdg為發(fā)電 機無功出力對廣義機組機端電壓的控制靈敏度，Cd。為電容器無功出力對廣義機組機端電壓 的控制靈敏度，Cdd為廣義機組無功出力對廣義機組機端電壓的控制靈敏度；
[0028] 求解上述二次規(guī)劃模型，得到發(fā)電機無功調(diào)節(jié)量△Qg、電容器/電抗器無功調(diào)節(jié)量 AQ。、廣義機組無功調(diào)節(jié)量AQd。
[0029] 5)計算優(yōu)化后的控制指令，其中電廠高壓側(cè)母線電壓指令C ，電 容器/電抗器無功指令=α+廣義機組無功指令βΓ=a+Δα;
[0030] 6)判斷是否發(fā)令周期；
[0031] 省調(diào)通過電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡將控制指令下發(fā)到電廠、變電站及地調(diào)：如果電廠發(fā) 令周期1；到，則下發(fā)電廠控制指令；如果變電站電容器/電抗器控制周期Τ。到，則發(fā)送電容 器/電抗器控制指令；如果廣義機組控制周期1到，則發(fā)送廣義機組控制指令；
[0032] 7)電廠控制指令由省調(diào)AVC以遙調(diào)設定值方式直接下發(fā)，電廠側(cè)接收省調(diào)控制指 令以1并跟蹤執(zhí)行；
[0033]8)電容器指令根據(jù)變電站遙控配置情況下發(fā)，分為如下情形：
[0034] 省調(diào)可對變電站直接遙控：省調(diào)AVC對優(yōu)化后電容器無功調(diào)節(jié)量和電容器額 定容量cr"進行比較，如果或則下發(fā)遙控指令投切電容器；
[0035] 省調(diào)不能對變電站直接遙控：省調(diào)AVC將電容器無功調(diào)節(jié)量Δρ#轉(zhuǎn)發(fā)到地 調(diào)，由地調(diào)AVC對優(yōu)化后電容器無功調(diào)節(jié)量Agf和電容器額定容量Of進行比較，如果 Δβ# > 或，則由地調(diào)下發(fā)遙控指令投切電容器；
[0036] 9)協(xié)調(diào)控制指令由省調(diào)AVC轉(zhuǎn)發(fā)到地調(diào)AVC，地調(diào)AVC接收到省調(diào)AVC指令 后，判斷中壓側(cè)無功％與的偏差是否大于控制死區(qū)，如果大于控制死區(qū)，則對本地區(qū)進 行無功電壓控制。
[0037] 本發(fā)明的特點和效果：
[0038] 本發(fā)明的主要特點是建立220kV變電站的省地協(xié)同控制模型，并將電氣距離相近 的省調(diào)側(cè)發(fā)電廠、220kV變電站劃分為相同的控制分區(qū)，省調(diào)對220kV變電站低壓側(cè)電容器 /電抗器無功出力進行直控，與地調(diào)聯(lián)合對220kV變電站中壓側(cè)關口無功進行協(xié)調(diào)控制。通 過求解發(fā)電機組、電容器/電抗器以及中壓側(cè)廣義機組構成的分區(qū)優(yōu)化模型，直接對省地 兩級電網(wǎng)無功源進行優(yōu)化分配，提高了控制策略計算的準確性和低壓側(cè)電容器/電抗器的 響應速度，可更好地滿足負荷密集型區(qū)域電網(wǎng)以及新能源接入地區(qū)電網(wǎng)對控制速度的要求
【附圖說明】
[0039] 圖1是省地協(xié)同控制模型及電網(wǎng)接線圖。
[0040] 圖2是省地協(xié)同控制流程圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0042] 本方法事先確定控制時間常數(shù)，包括執(zhí)行周期Ts、電廠控制周期Tg、電容器控制周 期T。、協(xié)調(diào)控制周期Td。執(zhí)行周期指省調(diào)AVC、地調(diào)AVC周期性進行數(shù)據(jù)采樣、分析決策的 時間間隔，一般設定為10秒。電廠控制周期Tg指省調(diào)AVC周期性對電廠發(fā)出控制指令的時 間間隔，電容器控制周期T。指省調(diào)AVC周期性對變電站發(fā)出控制指令的時間間隔，協(xié)調(diào)控 制周期指省調(diào)AVC周期性對地調(diào)AVC發(fā)出協(xié)調(diào)控制指令的時間間隔。Tg、I；、Td都是Ts的整 數(shù)倍，根據(jù)實際設備響應情況和運行需求，電廠控制周期一般設定為不大于5分鐘，電容器 /電抗器控制周期一般設定為不大于2分鐘，協(xié)調(diào)控制周期一般設定為5分鐘~15分鐘。
[0043] 本方法首先建立省地協(xié)同控制模型。如附圖1所示，將電氣距離相近的省調(diào)側(cè)發(fā) 電廠、220kV變電站劃分為相同的控制分區(qū)，控制變量包括發(fā)電機組無功Qg，220kV變電站低 壓側(cè)電容器/電抗器無功Q。，中壓側(cè)廣義機組無功Qd。
[0044] 完成省地協(xié)同控制模型離線建模及驗證后，本方法進入周期控制。如附圖2所示， 在每個執(zhí)行周期，本方法包括以下步驟：
[0045] 1)在第η次執(zhí)行周期開始時，省調(diào)AVC、地調(diào)AVC從實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)控（SCADA)獲 取發(fā)電廠、變電站實時電網(wǎng)潮流狀態(tài)。
[0046] 省調(diào)AVC獲取數(shù)據(jù)包括中樞母線電壓Vp，電廠高壓側(cè)母線電壓Vh、發(fā)電機無功Qg、 220kV變電站高壓側(cè)母線電壓V。、中壓側(cè)母線電壓V"、中壓側(cè)繞組無功％、低壓側(cè)電容器無 功。
[0047] 地調(diào)AVC獲取數(shù)據(jù)包括220kV變電站高壓側(cè)母線電壓V。、中壓側(cè)母線電壓Vd、中 壓側(cè)繞組無功Qd、低壓側(cè)電容器無功以及110kV子網(wǎng)內(nèi)各