本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電壓無功控制技術(shù)，具體涉及一種用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法及系統(tǒng)，基于動態(tài)無功補償裝置和相鄰變電站的電壓預(yù)估實現(xiàn)區(qū)域電壓無功自動控制。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)的電壓無功調(diào)整對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水平和降低網(wǎng)損有較大的影響。目前電壓無功主要通過兩種方式進行調(diào)節(jié)，一是省調(diào)/地調(diào)AVC系統(tǒng)，對全網(wǎng)或局部的電壓無功進行優(yōu)化計算和控制；二是站內(nèi)的VQC系統(tǒng)，對本站的無功設(shè)備進行投切，以滿足上級調(diào)度要求。

樞紐變電站是電力系統(tǒng)的樞紐點，匯集了多個電源和聯(lián)絡(luò)線，承接了主干線和下級電網(wǎng)，不僅承擔(dān)著電壓無功調(diào)節(jié)的要求，而且必要時需要調(diào)節(jié)本站無功以支撐相鄰變電站的電壓，在系統(tǒng)電壓暫時跌落時需要迅速釋放最大無功以支撐電壓；當(dāng)站內(nèi)裝有可連續(xù)快速調(diào)節(jié)的動態(tài)無功補償設(shè)備(以下簡稱SVG，Static Var Generator)時，需要根據(jù)控制要求對它進行合理的利用。由于控制目標(biāo)和控制要求較多，目前的省調(diào)/地調(diào)AVC系統(tǒng)或站內(nèi)綜自的VQC系統(tǒng)較難滿足調(diào)控要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種對變電站內(nèi)的SVG進行自動控制，實現(xiàn)本變電站電壓調(diào)節(jié)、相鄰變電站的電壓預(yù)估調(diào)節(jié)、線路無功調(diào)節(jié)和暫態(tài)電壓支撐，以滿足樞紐變電站的電壓無功調(diào)節(jié)要求，能夠滿足多重控制目標(biāo)要求，充分發(fā)揮動態(tài)無功補償設(shè)備的優(yōu)勢，提高設(shè)備利用率的用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法及系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法，步驟包括：

1)通過調(diào)節(jié)SVG提供暫態(tài)電壓支撐；

2)檢測本變電站的電壓是否不合格，如果本變電站的電壓不合格，則以本變電站的電壓作為控制目標(biāo)，并通過調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整本變電站的電壓，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)；否則，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3)；

3)檢測相鄰變電站的電壓是否不合格，如果相鄰變電站的電壓不合格，則以相鄰變電站的電壓作為控制目標(biāo)，預(yù)估相鄰變電站的電壓，調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整相鄰變電站的電壓，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)；否則，以線路無功作為控制目標(biāo)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4)；

4)調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整線路的無功水平，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。

優(yōu)選地，所述步驟2)中調(diào)整本變電站的電壓具體是指：將本變電站的電壓有效值U₀和設(shè)定的本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H和調(diào)節(jié)下限U_L進行比較，如果電壓有效值U₀大于調(diào)節(jié)上限U_H，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出，如果電壓有效值U₀小于調(diào)節(jié)上限U_L，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出。

優(yōu)選地，所述步驟3)中預(yù)估相鄰變電站的電壓的計算函數(shù)表達式如式(1)所示；

$U_x=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，U_x為相鄰變電站的電壓預(yù)估值，U₀為本變電站的電壓，R為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，X為相鄰變電站和本變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，P為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的有功，Q為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的無功，有功P以流入本變電站為正、流出本變電站為負(fù)，無功Q以流入本變電站的感性為正、離開本變電站的感性為負(fù)。

優(yōu)選地，所述步驟3)中調(diào)整相鄰變電站的電壓具體是指：將相鄰變電站的電壓預(yù)估值U_x和設(shè)定的本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H和調(diào)節(jié)下限U_L進行比較，如果電壓預(yù)估值U_x大于調(diào)節(jié)上限U_H，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出，如果電壓預(yù)估值U_x小于調(diào)節(jié)上限U_L，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出。

優(yōu)選地，所述步驟4)中調(diào)整線路的無功水平具體是指：將線路的無功水平Q_S和設(shè)定的線路無功允許的無功上限為Q_H和無功下限Q_L進行比較，如果線路的無功水平Q_S大于無功上限為Q_H，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出，如果線路的無功水平Q_S小于無功下限Q_L，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出。

優(yōu)選地，所述步驟1)的詳細步驟包括：

1.1)根據(jù)三相電壓采樣值采用兩點法計算電壓有效值、采用均方根法計算電壓有效值，并計算電壓均方根的下降斜率；

1.2)判斷兩點法計算的電壓有效值低于設(shè)定的電壓暫態(tài)下限U_LL、采用均方根法計算的電壓有效值低于設(shè)定的電壓暫態(tài)下限U_LL、電壓均方根的下降斜率低于設(shè)定門限三個條件中各個條件的成立情況，若前述三個條件中有任意兩個成立，則判定本變電站的系統(tǒng)電壓發(fā)生了跌落，控制SVG直接輸出額定容性無功；

1.3)判斷兩點法計算的電壓有效值高于設(shè)定的電壓暫態(tài)上限U_HH、采用均方根法計算的電壓有效值高于設(shè)定的電壓暫態(tài)上限U_HH、電壓均方根的下降斜率高于設(shè)定門限三個條件中各個條件的成立情況，若前述三個條件中有任意兩個成立，則判定本變電站的系統(tǒng)電壓發(fā)生了越限，控制SVG直接輸出額定感性無功。

本發(fā)明還提供一種用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制系統(tǒng)，包括：

暫態(tài)電壓支撐單元，用于通過調(diào)節(jié)SVG提供暫態(tài)電壓支撐；

本站調(diào)整單元，檢測本變電站的電壓是否不合格，如果本變電站的電壓不合格，則以本變電站的電壓作為控制目標(biāo)，并通過調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整本變電站的電壓，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行本站調(diào)整單元；否則，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行鄰站調(diào)整單元；

鄰站調(diào)整單元，用于檢測相鄰變電站的電壓是否不合格，如果相鄰變電站的電壓不合格，則以相鄰變電站的電壓作為控制目標(biāo)，預(yù)估相鄰變電站的電壓，調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整相鄰變電站的電壓，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行本站調(diào)整單元；否則，以線路無功作為控制目標(biāo)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行線路調(diào)整單元。

優(yōu)選地，所述本站調(diào)整單元調(diào)整本變電站的電壓具體是指：將本變電站的電壓有效值U₀和設(shè)定的本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H和調(diào)節(jié)下限U_L進行比較，如果電壓有效值U₀大于調(diào)節(jié)上限U_H，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出，如果電壓有效值U₀小于調(diào)節(jié)上限U_L，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出。

優(yōu)選地，所述鄰站調(diào)整單元預(yù)估相鄰變電站的電壓的計算函數(shù)表達式如式(1)所示；

$U_x=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，U_x為相鄰變電站的電壓預(yù)估值，U₀為本變電站的電壓，R為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，X為相鄰變電站和本變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，P為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的有功，Q為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的無功，有功P以流入本變電站為正、流出本變電站為負(fù)，無功Q以流入本變電站的感性為正、離開本變電站的感性為負(fù)。

優(yōu)選地，所述鄰站調(diào)整單元調(diào)整相鄰變電站的電壓具體是指：將相鄰變電站的電壓預(yù)估值U_x和設(shè)定的本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H和調(diào)節(jié)下限U_L進行比較，如果電壓預(yù)估值U_x大于調(diào)節(jié)上限U_H，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出，如果電壓預(yù)估值U_x小于調(diào)節(jié)上限U_L，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出。

優(yōu)選地，所述線路調(diào)整單元調(diào)整線路的無功水平具體是指：將線路的無功水平Q_S和設(shè)定的線路無功允許的無功上限為Q_H和無功下限Q_L進行比較，如果線路的無功水平Q_S大于無功上限為Q_H，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出，如果線路的無功水平Q_S小于無功下限Q_L，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出。

優(yōu)選地，所述暫態(tài)電壓支撐單元包括：

特征參數(shù)計算模塊，用于根據(jù)三相電壓采樣值采用兩點法計算電壓有效值、采用均方根法計算電壓有效值，并計算電壓均方根的下降斜率；

跌落判斷模塊，用于判斷兩點法計算的電壓有效值低于設(shè)定的電壓暫態(tài)下限U_LL、采用均方根法計算的電壓有效值低于設(shè)定的電壓暫態(tài)下限U_LL、電壓均方根的下降斜率低于設(shè)定門限三個條件中各個條件的成立情況，若前述三個條件中有任意兩個成立，則判定本變電站的系統(tǒng)電壓發(fā)生了跌落，控制SVG直接輸出額定容性無功；

越限判斷模塊，用于判斷兩點法計算的電壓有效值高于設(shè)定的電壓暫態(tài)上限U_HH、采用均方根法計算的電壓有效值高于設(shè)定的電壓暫態(tài)上限U_HH、電壓均方根的下降斜率高于設(shè)定門限三個條件中各個條件的成立情況，若前述三個條件中有任意兩個成立，則判定本變電站的系統(tǒng)電壓發(fā)生了越限，控制SVG直接輸出額定感性無功。

本發(fā)明用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法具有下述優(yōu)點：

1、本發(fā)明通過步驟1)～3)按優(yōu)先級實現(xiàn)多重控制目標(biāo)，控制層次清晰，既能滿足本站電壓無功的調(diào)控要求，也可以對鄰站電壓進行支撐；

2、本發(fā)明實現(xiàn)了電壓無功穩(wěn)態(tài)控制和暫態(tài)控制的結(jié)合，最大程度地提高了電壓穩(wěn)定性。

3、本發(fā)明在實現(xiàn)多重控制目標(biāo)時，以步進式的控制方式進行調(diào)節(jié)，避免了反復(fù)調(diào)節(jié)振蕩。

4、本發(fā)明通過多重判據(jù)綜合判斷電壓暫態(tài)，在快速判斷的同時提高了判斷的穩(wěn)定性；

本發(fā)明用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制系統(tǒng)為本發(fā)明用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法完全對應(yīng)的系統(tǒng)，因此同樣也具有本發(fā)明用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法的前述優(yōu)點，故在此不再贅述。

附圖說明

圖1為應(yīng)用本發(fā)明實施例方法的SVG主接線示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中的電壓無功門限示意圖。

具體實施方式

下文將以圖1所示的SVG主接線為例，對本發(fā)明用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法進行進一步的詳細說明。

如圖2所示，本實施例用于樞紐變電站的區(qū)域電壓無功自動控制方法的步驟包括：

1)通過調(diào)節(jié)SVG提供暫態(tài)電壓支撐；

2)檢測本變電站的電壓是否不合格，如果本變電站的電壓不合格，則以本變電站的電壓作為控制目標(biāo)，并通過調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整本變電站的電壓，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)；否則，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3)；

3)檢測相鄰變電站的電壓是否不合格，如果相鄰變電站的電壓不合格，則以相鄰變電站的電壓作為控制目標(biāo)，預(yù)估相鄰變電站的電壓，調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整相鄰變電站的電壓，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)；否則，以線路無功作為控制目標(biāo)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4)；

4)調(diào)節(jié)SVG的容性無功或感性無功來調(diào)整線路的無功水平，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。

本實施例中，步驟2)中調(diào)整本變電站的電壓具體是指：將本變電站的電壓有效值U₀和設(shè)定的本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H和調(diào)節(jié)下限U_L進行比較，如果電壓有效值U₀大于調(diào)節(jié)上限U_H，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出，如果電壓有效值U₀小于調(diào)節(jié)上限U_L，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出。參見上述說明可知，當(dāng)U₀>U_H時，SVG增加一定幅度的感性無功輸出，即Q'_SVGx＝Q_SVG+ΔQ，當(dāng)U₀<U_L時，SVG增加一定幅度的容性無功輸出，即Q'_SVGx＝Q_SVG-ΔQ，其中，Q_SVG是上次SVG的無功輸出，Q'_SVGx是本次控制SVG的無功參考，ΔQ為無功增量，可取SVG額定容量的百分比，設(shè)感性為正，容性為負(fù)。調(diào)節(jié)時間間隔和無功增量幅度可設(shè)，本實施例中，調(diào)節(jié)時間間隔設(shè)為1個周波，無功增量幅度設(shè)為SVG額定容量的5％。

本實施例中，所述步驟3)中預(yù)估相鄰變電站的電壓的計算函數(shù)表達式如式(1)所示；

$U_x=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，U_x為相鄰變電站的電壓預(yù)估值，U₀為本變電站的電壓，R為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，X為相鄰變電站和本變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，P為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的有功，Q為本變電站和相鄰變電站之間聯(lián)絡(luò)線上的無功，有功P以流入本變電站為正、流出本變電站為負(fù)，無功Q以流入本變電站的感性為正、離開本變電站的感性為負(fù)。線路阻抗數(shù)據(jù)可事先給定，線路的實時潮流數(shù)據(jù)可來自綜自后臺，通過通信傳輸給SVG控制器。多個鄰站電壓可同時進行預(yù)估和無功需求分析。

本實施例中，步驟3)中調(diào)整相鄰變電站的電壓具體是指：將相鄰變電站的電壓預(yù)估值U_x和設(shè)定的本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H和調(diào)節(jié)下限U_L進行比較，如果電壓預(yù)估值U_x大于調(diào)節(jié)上限U_H，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出，如果電壓預(yù)估值U_x小于調(diào)節(jié)上限U_L，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出。即當(dāng)U_x>U_H時，SVG增加一定幅度的感性無功輸出，即Q'_SVGx＝Q_SVG+ΔQ；當(dāng)U_x<U_L時，SVG增加一定幅度的容性無功輸出，即Q'_SVGx＝Q_SVG-ΔQ，其中，Q_SVG是上次SVG的無功輸出，Q'_SVGx是本次控制SVG的無功參考，ΔQ為無功增量，可取SVG額定容量的百分比，設(shè)感性為正，容性為負(fù)。調(diào)節(jié)時間間隔和無功增量幅度可設(shè)，本實施例中，調(diào)節(jié)時間間隔設(shè)為2個周波，無功增量幅度設(shè)為SVG額定容量的5％。

本實施例中，步驟4)中調(diào)整線路的無功水平具體是指：將線路的無功水平Q_S和設(shè)定的線路無功允許的無功上限為Q_H和無功下限Q_L進行比較，如果線路的無功水平Q_S大于無功上限為Q_H，則控制SVG增加指定幅度的容性無功輸出，如果線路的無功水平Q_S小于無功下限Q_L，則控制SVG增加指定幅度的感性無功輸出。即當(dāng)Q_S>Q_H時，SVG增加一定幅度的容性無功輸出，即Q'_SVGx＝Q_SVG-ΔQ；當(dāng)Q_S<Q_L時，SVG增加一定幅度的感性無功輸出，即Q'_SVGx＝Q_SVG+ΔQ，其中，Q_SVG是上次SVG的無功輸出，Q'_SVGx是本次控制SVG的無功參考，ΔQ為無功增量，可取SVG額定容量的百分比，設(shè)感性為正，容性為負(fù)。調(diào)節(jié)時間間隔和無功增量幅度可設(shè)，本實施例調(diào)節(jié)時間間隔設(shè)為2秒，無功增量幅度設(shè)為SVG額定容量的10％。

本實施例中，步驟1)的詳細步驟包括：

1.1)根據(jù)三相電壓采樣值采用兩點法計算電壓有效值、采用均方根法計算電壓有效值，并計算電壓均方根的下降斜率；

1.2)判斷兩點法計算的電壓有效值低于設(shè)定的電壓暫態(tài)下限U_LL、采用均方根法計算的電壓有效值低于設(shè)定的電壓暫態(tài)下限U_LL、電壓均方根的下降斜率低于設(shè)定門限三個條件中各個條件的成立情況，若前述三個條件中有任意兩個成立，則判定本變電站的系統(tǒng)電壓發(fā)生了跌落，控制SVG直接輸出額定容性無功；

1.3)判斷兩點法計算的電壓有效值高于設(shè)定的電壓暫態(tài)上限U_HH、采用均方根法計算的電壓有效值高于設(shè)定的電壓暫態(tài)上限U_HH、電壓均方根的下降斜率高于設(shè)定門限三個條件中各個條件的成立情況，若前述三個條件中有任意兩個成立，則判定本變電站的系統(tǒng)電壓發(fā)生了越限，控制SVG直接輸出額定感性無功。

上述1.1)～1.3)調(diào)節(jié)SVG提供暫態(tài)電壓支撐在任何條件下優(yōu)先執(zhí)行，能夠以最快速度支撐電壓穩(wěn)定。本實施例中，設(shè)定本變電站的電壓的調(diào)節(jié)上限U_H比電壓暫態(tài)上限U_HH小，設(shè)定本變電站的電壓的調(diào)節(jié)下限U_L比電壓暫態(tài)下限U_LL大，其與線路無功允許的無功上限為Q_H和無功下限Q_L的關(guān)系分別如圖3所示。

綜上所述，本實施例按優(yōu)先級實現(xiàn)多重控制目標(biāo)，本變電站電壓不合格時優(yōu)先控制本站電壓，本站電壓合格時以基于線路潮流和阻抗預(yù)估的鄰站電壓為控制目標(biāo)，本站和鄰站電壓都合格時以線路無功為控制目標(biāo)，本變電站的暫態(tài)電壓控制優(yōu)先于上述任何目標(biāo)，且通過增加SVG的容性無功或降低感性無功以提高電壓，通過增加SVG的感性無功或降低容性無功以降低電壓；采用多重判據(jù)快速判斷跌落以提高暫態(tài)電壓支撐的響應(yīng)速度，本實施例制層次清晰，既能滿足本站電壓和無功的調(diào)控要求，也可以對鄰站電壓進行支撐，并兼顧了電壓無功穩(wěn)態(tài)控制和暫態(tài)控制，實現(xiàn)了動態(tài)無功補償設(shè)備SVG的充分利用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。