本發明涉及一種全網無功電壓優化分層控制方法及系統。
背景技術：
隨著國民經濟的高速發展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質量提出了更高的要求。電力系統無功分布是否合理，不僅關系到電力系統向用戶提供電能質量的優劣，而且還直接影響電網自身運行的安全性和經濟性。無功優化的目的正是為了改善無功分布不合理的情況，從而提高電壓質量。
現有的無功優化控制通常通過當值調度員根據電網運行狀況，發出無功電壓控制指令，實現電容器投切和主變分接頭開關的調節，或者通過變電站安裝的VQC裝置根據本變電站無功電壓運行狀況，控制本變電站無功補償設備和調壓設備動作，這兩種方法均存在一定的缺陷，調度員調整需要投入相當的人力，控制精度低，且控制水平受限于調度員的技術理論水平，VQC調整不能從全網考慮無功補償設備的投切和主變分接頭開關檔位的調整，未動態預算無功補償設備投入后母線電壓值的變化，易造成投切振蕩。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種全網無功電壓優化分層控制方法及系統，從全網考慮電網中電容器組的投切和主變分接頭開關檔位的調整，并通過各集控站控制相應電容器組的投切和主變分接頭開關檔位的自動調整，節省人力，控制精度高。
本發明通過以下技術方案實現：
一種全網無功電壓優化分層控制方法，包括以下步驟：
A、從調度SCADA系統采集電網各電壓等級節點實時運行數據；
B、以全網電能損耗最小為第一目標函數、以設備動作次數最少為第二目標函數建立無功電壓優化的數學模型，所述設備包括主變分接頭開關和電容器組；
C、根據本級電壓等級電網各節點的實時運行數據，以電壓不越限、無功不倒送為約束條件，結合潮流計算、負荷預測、專家系統和數值分析對第一目標函數進行快速求解，獲得第一目標函數的多個解，包括第一最優解和多個次優解；
D、根據第一目標函數的多個解，以主變分接頭開關動作次數合格、電容器組投切順序和次數合格為約束條件，對第二目標函數進行求解，獲得多個分別對應于第一目標函數的多個解的主變分接頭開關動作次數與電容器組投切動作順序和次數，并將主變分接頭開關及電容器組動作次數最小時對應的第一目標函數的解確定為最優解，最優解包括主變分接頭開關最佳檔位數、電容器最佳投入容量和電網最優運行電壓；
E、根據上級潮流計算結果，結合預測本級負荷趨勢求解本級電壓等級電網的無功潮流，無功潮流計算用于保證電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調整時，供電電源關口功率因數合格；
F、根據無功潮流計算結果、預測本級負荷趨勢和專家系統，對最優解所對應的各個變電站的電容器組投切和主變分接頭開關動作對電網各節點電壓及全網電能損耗的影響進行靈敏度校驗，當靈敏度校驗結果符合規定的要求時，向各集控站發送控制指令，各集控站根據控制指令執行電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調節的動作。
進一步的，所述步驟F中的靈敏度校驗包括：
調節主變分接頭開關檔位對本級支路電壓影響最大，對下級支路電壓影響較大，而對上級支路或同層支路影響不大；
無功補償對補償節點電壓影響最大，對上級支路節點影響次之，對同層支路節點電壓影響較小；
調節上級主變分接頭開關檔位對電能損耗影響最大，而調節同層主變分接頭開關檔位的影響大小取決于各支路負荷的大小和線路參數的影響；
調節最末端變電站的無功補償對電能損耗影響最大，而同層節點無功補償對電能損耗的影響主要取決于各自線路所帶負荷的大小和線路參數，當線路所帶負荷較重時，在該線路上補償無功對線損的影響較大，反之亦然；
各節點無功補償對全網各節點電壓及電能損耗都有影響。
進一步的，所述專家系統為把主變分接頭開關檔位調節、電容器投切及經驗用式規則表示，式規則為表示具有因果關系的知識。
進一步的，所述第一目標函數為第二目標函數為其中，Ui＝f2(K1ΛKi,Q1ΛQi)，Ui為電網中第i個變電站的母線電壓，Ki為電網中第i個變電站主變分接頭開關應處檔位數，Qi為電網中第i個變電站應投電容器容量，KT為電網中第i個變電站主變當前分接開關檔位數，Qc為電網中第i個變電站所配電容器容量，n為電網中變電站的個數。
本發明還可通過以下技術方案實現：
一種全網無功電壓優化分層控制系統，包括：
用于從調度SCADA系統采集電網各電壓等級各節點實時運行數據的裝置；
用于以全網電能損耗最小為第一目標函數、以設備動作次數最少為第二目標函數建立無功電壓優化的數學模型，所述設備包括主變分接頭開關和電容器組的裝置；
用于根據本級電壓等級電網各節點的實時運行數據，以電壓不越限、無功不倒送為約束條件，結合潮流計算、負荷預測、專家系統和數值分析對第一目標函數進行快速求解，獲得第一目標函數的多個解的裝置，所述多個解包括第一最優解和多個次優解；
用于根據第一目標函數的多個解，以主變分接頭開關動作次數合格、電容器組投切順序和次數合格為約束條件，對第二目標函數進行求解，獲得多個分別對應于第一目標函數的多個解的主變分接頭開關動作次數與電容器組投切動作順序和次數，并將主變分接頭開關及電容器組動作次數最小時對應的第一目標函數的解確定為最優解的裝置，所述最優解包括主變分接頭開關最佳檔位數、電容器最佳投入容量和電網最優運行電壓；
用于根據上級潮流計算結果，結合預測本級負荷趨勢求解本級電壓等級電網的無功潮流的裝置，潮流計算用于保證電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調整時，供電電源關口功率因數合格；
用于根據無功潮流計算結果、預測本級負荷趨勢和專家系統，對最優解所對應的各個變電站的電容器組投切和主變分接頭開關動作對電網各節點電壓及全網電能損耗的影響進行靈敏度校驗，當靈敏度校驗結果符合規定的要求時，向各集控站發送控制指令，各集控站根據控制指令執行電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調節的動作的裝置。
本發明具有如下有益效果：
本發明以全網電能損耗最小和設備動作次數最少為目標函數，求解最優解，獲得主變分接頭開關最佳檔位數、電容器最佳投入容量和電網最優運行電壓，并根據上級電壓等級電網的潮流計算結果結合預測本級負荷趨勢、計算本級電壓等級電網的無功潮流，根據無功潮流計算結果和專家系統對各個變電站的電容器組投切及主變分接頭開關動作對電網各節點電壓及全網電能損耗的影響進行靈敏度校驗，靈敏度校驗結果符合規定的要求時向本級電壓等級電網的各集控站發送控制指令，各集控站根據控制指令執行電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調節的動作，實現分層控制，且無需人力對電網進行監控，節省人力成本，減少工作量，提高無功優化效率，根據電網實時變化來調整無功投入，控制精度高，避免造成主變分接頭開關調節振蕩和電容器組投切振蕩。
附圖說明
下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
圖1為本發明流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，全網無功電壓優化分層控制方法包括以下步驟：
A、從調度SCADA系統采集電網各電壓等級各節點實時運行數據，實時運行數據包括各變電站的母線電壓、無功功率、有功功率等；
B、以全網電能損耗最小為第一目標函數、以設備動作次數最少為第二目標函數建立無功電壓優化的數學模型，所述設備包括主變分接頭開關和電容器組，第一目標函數為第二目標函數為其中，Ui＝f2(K1ΛKi,Q1ΛQi)，Ui為電網中第i個變電站的母線電壓，Ki為電網中第i個變電站主變分接頭開關應處檔位數，Qi為電網中第i個變電站應投電容器容量，KT為電網中第i個變電站主變當前分接開關檔位數，Qc為電網中第i個變電站所配電容器容量，n為電網中變電站的個數；
C、根據本級電壓等級電網各節點的實時運行數據，以電壓不越限、無功不倒送為約束條件，結合潮流計算、負荷預測、專家系統和數值分析對第一目標函數進行快速求解，獲得第一目標函數的多個解，包括第一最優解和多個次優解，每個解均包括主變分接頭開關的檔位數、電容器投入容量和電網運行電壓，第一最優解對應于全網電能損耗為最小ΔPmin時，多個次優解分別對應于電能損耗為K*ΔPmin時，其中，K＝1.1、1.2、1.3...；
D、根據第一目標函數的多個解，以主變分接頭開關動作次數合格、電容器組投切順序和次數合格為約束條件，對第二目標函數進行求解，獲得多個分別對應于第一目標函數的多個解的主變分接頭開關動作次數與電容器組投切動作順序和次數，并將主變分接頭開關及電容器組動作次數最小時對應的第一目標函數的解確定為最優解，最優解包括主變分接頭開關最佳檔位數、電容器最佳投入容量和電網最優運行電壓；
E、根據上級潮流計算結果，結合預測本級負荷趨勢，求解本級電壓等級電網的無功潮流，無功潮流計算用于保證電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調整時，供電電源關口功率因數合格；
F、根據無功潮流計算結果和專家系統，對最優解所對應的各個變電站的電容器組投切和主變分接頭開關動作對電網各節點電壓及全網電能損耗的影響進行靈敏度校驗，當靈敏度校驗結果符合規定的要求時，向各集控站發送控制指令，各集控站根據控制指令執行電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調節的動作，靈敏度校驗包括：
調節主變分接頭開關檔位對本級支路電壓影響最大，對下級支路電壓影響較大，而對上級支路或同層支路影響不大；
無功補償對補償節點電壓影響最大，對上級支路節點影響次之，對同層支路節點電壓影響較小；
調節上級主變分接頭開關檔位對電能損耗影響最大，而調節同層主變分接頭開關檔位的影響大小取決于各支路負荷的大小和線路參數的影響；
調節最末端變電站的無功補償對電能損耗影響最大，而同層節點無功補償對電能損耗的影響主要取決于各自線路所帶負荷的大小和線路參數，當線路所帶負荷較重時，在該線路上補償無功對線損的影響較大，反之亦然；
各節點無功補償對全網各節點電壓及電能損耗都有影響。
其中，專家系統為把主變分接頭開關檔位調節、電容器投切及經驗用式規則表示，式規則為表示具有因果關系的知識，其基本形式如下：
IF P THEN Q
其中，P代表一組前提或狀態，Q代表若干結論或動作，其含義是如果前提P得以滿足，即為“真”，則可得出結論Q或Q所規定的動作，以如下例子來進行說明：
(1)前提：實施全網優化調節電壓，獲得以最少的變壓器分接開關調節次數，達到了最大范圍地提高電壓合格率，避免了多變電所多主變同時調節主變分接開關引起的分接開關調節振蕩。
狀態：當無功功率流向合理，某變電所低壓側母線電壓偏離合格范圍時；
結論：分析同電源同電壓級變電所和上級變電所電壓情況，自行決定是調節本變電所主變分接開關檔位還是調節上級電源變電所主變分接開關檔位。
(2)前提：實現全網調節無功補償，最大限度地實現無功功率分層平衡和就地平衡。
狀態：當地區電力網內各級變電所電壓處在合格范圍之內,
結論：在不向上一級電壓等級電網倒送無功的前提下，實現本級電力網內無功流向合理，允許并實現無功功率就地平衡。
(3)前提：實現無功電壓綜合控制，確保電容器最大容量投入。
狀態：當變電所母線電壓偏高時，
動作：先調低主變分接開關檔位，達不到要求時，再切電容器組；
狀態：當變電所母線電壓偏低時，
動作：先投電容器組，再調升主變分接開關檔位。
全網無功電壓優化分層控制系統包括：
用于從調度SCADA系統采集電網各電壓等級各節點實時運行數據的裝置；
用于以全網電能損耗最小為第一目標函數、以設備動作次數最少為第二目標函數建立無功電壓優化的數學模型，所述設備包括主變分接頭開關和電容器組的裝置；
用于根據本級電壓等級電網各節點的實時運行數據，以電壓不越限、無功不倒送為約束條件，結合潮流計算、負荷預測、專家系統和數值分析對第一目標函數進行快速求解，獲得第一目標函數的多個解的裝置，所述多個解包括第一最優解和多個次優解；
用于根據第一目標函數的多個解，以主變分接頭開關動作次數合格、電容器組投切順序和次數合格為約束條件，對第二目標函數進行求解，獲得多個分別對應于第一目標函數的多個解的主變分接頭開關動作次數與電容器組投切動作順序和次數，并將主變分接頭開關及電容器組動作次數最小時對應的第一目標函數的解確定為最優解的裝置，所述最優解包括主變分接頭開關最佳檔位數、電容器最佳投入容量和電網最優運行電壓；
用于根據上級潮流計算結果，結合預測本級負荷趨勢求解本級電壓等級電網的無功潮流的裝置，潮流計算用于保證電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調整時，供電電源關口功率因數合格；
用于根據無功潮流計算結果、預測本級負荷趨勢和專家系統，對最優解所對應的各個變電站的電容器組投切和主變分接頭開關動作對電網各節點電壓及全網電能損耗的影響進行靈敏度校驗，當靈敏度校驗結果符合規定的要求時，向各集控站發送控制指令，各集控站根據控制指令執行電容器組投切或者主變分接頭開關檔位調節的動作的裝置。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，故不能以此限定本發明實施的范圍，即依本發明申請專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。