本發(fā)明屬于自動電壓控制系統(tǒng)技術領域，特別是涉及一種基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)。
背景技術：
自動電壓控制是現(xiàn)代電力系統(tǒng)調度不可或缺的基本功能。自動電壓控制的主流模式按照控制層次可以劃分為3種：
第一種是二級控制，最優(yōu)潮流(opf)的優(yōu)化計算結果直接發(fā)到各電廠的一級電壓控制器進行控制，典型的代表是德國rwe電力公司。該控制模式的主要缺點是avc完全依賴
opf，對全網(wǎng)數(shù)據(jù)要求極高，另外avc的響應速度不夠，動態(tài)控制效果不好。第二種是基于硬分區(qū)的三級電壓控制，每個控制區(qū)設置二級電壓控制，協(xié)調該區(qū)域內(nèi)的多個一級控制器的控制行為，各區(qū)域的二級電壓控制由1個總的三級電壓控制，其典型代表是法國edf公司。
這是國際最先進的自動電壓控制系統(tǒng)，得到了廣泛的應用，其缺點在于二級區(qū)域的劃分是一成不變的，即硬分區(qū)，難以適應快速發(fā)展下的電力系統(tǒng)。
第三種是清華大學提出的基于軟分區(qū)的三級電壓控制。該模式充分吸收了edf控制模式的優(yōu)勢，以軟件方式實現(xiàn)了控制的時空解耦，克服了edf三級控制與生俱來的硬分區(qū)缺陷，根據(jù)電網(wǎng)的運行方式及時調整分區(qū)，確保了分區(qū)的有效性。這種控制模式與快速發(fā)展的中國電網(wǎng)相適，因此在中國得到了廣泛的應用。另外，在北美pjm中也得到了應用。結合山東電網(wǎng)發(fā)展的實際情況，山東電網(wǎng)avc采用第三種控制模式，取得了很好的效果。該研究介紹該控制系統(tǒng)的基本原理和相關模型，并對其在山東電網(wǎng)的實際應用進行了系統(tǒng)分析，根據(jù)其結果，重點討論了廠廠協(xié)調和廠站協(xié)調方法及其應用，并通過電網(wǎng)實際運行情況分析驗證山東avc系統(tǒng)的應用效果，尋找其規(guī)律。
現(xiàn)在國內(nèi)所使用的avc系統(tǒng)已經(jīng)是相對成熟的技術，研究的對象是傳統(tǒng)能源和靜態(tài)潮流。微網(wǎng)是未來發(fā)展的一個方向，它能提高自然能源的利用率，在現(xiàn)在化石能源或許在不久將會枯竭的將來，充分利用地球上的可再生能源的重要性越來越凸顯。然而微網(wǎng)屬于分布式的能源和負荷，其運行方式與傳統(tǒng)集中式能源有很大區(qū)別；微網(wǎng)又有發(fā)電隨機性的特點。因此本文放眼未來，研究考慮微網(wǎng)后的協(xié)調自動電壓控制系統(tǒng)。
法國edf提出的三級電壓控制模式在歐洲得到了廣泛的應用，取得了比較理想的控制效果。但這種模式下控制區(qū)域的劃分是以參數(shù)形式固化在硬件控制器中的，難以適應電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和實時運行工況的大幅度變化，尤其對于國內(nèi)電網(wǎng)建設速度快，網(wǎng)架結構經(jīng)常處于變化之中，這種“硬分區(qū)”控制模式的應用更是受到限制。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提出一種基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有三級電壓控制模式控制區(qū)域的劃分是以參數(shù)形式固化在硬件控制器中的，難以適應電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和實時運行工況的大幅度變化的問題。
一種基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)，包括三級控制系統(tǒng)、二級控制系統(tǒng)、一級控制系統(tǒng)，所述三級控制系統(tǒng)與二級控制系統(tǒng)相連并控制二級控制系統(tǒng)，所述二級控制系統(tǒng)與一級控制系統(tǒng)相連并控制一級控制系統(tǒng)。
進一步地，所述三級控制系統(tǒng)包括上級avc系統(tǒng)、全局無功電壓優(yōu)化模塊、分區(qū)模塊，所述上級avc系統(tǒng)與全局無功電壓優(yōu)化模塊相連，所述全局無功電壓優(yōu)化模塊與分區(qū)模塊相連。
進一步地，所述分區(qū)模塊設置有數(shù)個分區(qū)小模塊，每個分區(qū)小模塊并聯(lián)于全局無功電壓優(yōu)化模塊。
進一步地，所述二級控制系統(tǒng)由發(fā)電廠電壓控制模塊、變電站電壓控制模塊和下級協(xié)調控制模塊組成，所述發(fā)電廠電壓控制模塊、變電站電壓控制模塊和下級協(xié)調控制模塊并聯(lián)于分區(qū)模塊。
進一步地，所述發(fā)電廠電壓控制模塊與所述變電站電壓控制模塊連接并形成協(xié)調控制。
進一步地，所述發(fā)電廠電壓控制模塊包括電廠母線電壓控制模塊。
進一步地，所述變電站電壓控制模塊包括變電站設備控制模塊。
進一步地，所述下級協(xié)調控制模塊包括關口無功電壓控制模塊。
進一步地，所述關口無功電壓控制模塊控制下級avc系統(tǒng)。
進一步地，所述一級控制系統(tǒng)包括電廠子站系統(tǒng)、變電站綜合自動化控制模塊、集控中心/變電站子站系統(tǒng)，所述電廠子站系統(tǒng)與所述電廠母線電壓控制模塊連接，所述變電站綜合自動化控制模塊與集控中心/變電站子站系統(tǒng)并聯(lián)于變電站設備控制模塊。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果包括：
(1)本發(fā)明的基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)解決了現(xiàn)有三級電壓控制模式控制區(qū)域的劃分是以參數(shù)形式固化在硬件控制器中的，難以適應電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和實時運行工況的大幅度變化的問題；
(2)本發(fā)明的基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，使用壽命長，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示：一種基于軟分區(qū)的三級電壓控制系統(tǒng)，包括三級控制系統(tǒng)1、二級控制系統(tǒng)2、一級控制系統(tǒng)3，所述三級控制系統(tǒng)1與二級控制系統(tǒng)2相連并控制二級控制系統(tǒng)2，所述二級控制系統(tǒng)2與一級控制系統(tǒng)3相連并控制一級控制系統(tǒng)3。
所述三級控制系統(tǒng)1包括上級avc系統(tǒng)11、全局無功電壓優(yōu)化模塊12、分區(qū)模塊13，所述上級avc系統(tǒng)11與全局無功電壓優(yōu)化模塊12相連，所述全局無功電壓優(yōu)化模塊12與分區(qū)模塊13相連。
所述分區(qū)模塊13設置有數(shù)個分區(qū)小模塊，每個分區(qū)小模塊并聯(lián)于全局無功電壓優(yōu)化模塊。
所述二級控制系統(tǒng)2由發(fā)電廠電壓控制模塊21、變電站電壓控制模塊22和下級協(xié)調控制模塊23組成，所述發(fā)電廠電壓控制模塊21、變電站電壓控制模塊22和下級協(xié)調控制模塊23并聯(lián)于分區(qū)模塊12。
所述發(fā)電廠電壓控制模塊21與所述變電站電壓控制模塊22連接并形成協(xié)調控制。
所述發(fā)電廠電壓控制模塊21包括電廠母線電壓控制模塊211。
所述變電站電壓控制模塊22包括變電站設備控制模塊221。
所述下級協(xié)調控制模塊23包括關口無功電壓控制模塊231。
所述關口無功電壓控制模塊231控制下級avc系統(tǒng)2311。
所述一級控制系統(tǒng)3包括電廠子站系統(tǒng)31、變電站綜合自動化控制模塊32、集控中心/變電站子站系統(tǒng)33，所述電廠子站系統(tǒng)31與所述電廠母線電壓控制模塊32連接，所述變電站綜合自動化控制模塊32與集控中心/變電站子站系統(tǒng)33并聯(lián)于變電站設備控制模塊221。
圖1中控制流程說明如下：
三級控制系統(tǒng)
三級控制系統(tǒng)基于全局電壓無功優(yōu)化計算，根據(jù)目前全網(wǎng)無功的分布，綜合考慮電廠、變電站和地調關口的無功出力和備用情況，在考慮電壓合格、潮流不越限等安全約束的條件下，以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標進行優(yōu)化計算，給出全網(wǎng)最優(yōu)的無功電壓優(yōu)化目標值。
由于電網(wǎng)無功具有分布性和區(qū)域性的特點，avc系統(tǒng)根據(jù)無功電壓控制的特性將電網(wǎng)自動分為若干區(qū)域，每個區(qū)域選擇主要的關鍵母線作為中樞母線，中樞母線的電壓控制目標采用全局無功優(yōu)化給定的目標。同一個區(qū)域內(nèi)的設備在無功電壓控制特性上具有強耦合性，區(qū)域間的設備則具備松耦合性，這種分區(qū)控制的思路符合電網(wǎng)無功分層分區(qū)控制的原則，同時這種分區(qū)時由系統(tǒng)在線自動完成的，是“軟分區(qū)”，能適應電網(wǎng)的發(fā)展變化。
二級控制系統(tǒng)
二級控制系統(tǒng)由發(fā)電廠電壓控制模塊、變電站電壓控制模塊和下級協(xié)調控制模塊組成。
發(fā)電廠電壓控制模塊
發(fā)電廠電壓控制模塊主要的控制對象是500kv和220kv的電廠，系統(tǒng)根據(jù)三級控制給出的區(qū)域中樞母線電壓的控制值，采用靈敏度算法求出與此中樞母線相關的電廠的高壓母線控制目標值，結合電廠子站上送的調節(jié)能力，綜合計算電廠高壓母線的控制電壓，并下發(fā)給電廠子站。
變電站電壓控制模塊
變電站電壓控制模塊主要的控制對象是調度管轄的500kv/220kv變電站，系統(tǒng)根據(jù)三級控制給出的區(qū)域中樞母線電壓的控制值，采用靈敏度算法求出與此區(qū)域內(nèi)所有的變電站的母線控制目標值。但是這個目標值不能直接用于控制，這與發(fā)電廠電壓控制模塊有所不同。一方面，由于變電站電壓控制模塊的設備是離散設備，變電站的電壓控制是非連續(xù)的，具有階躍性；另一方面，變電站內(nèi)需要綜合考慮高、中、低三側的母線電壓的安全約束和調節(jié)目標的要求，因此在變電站的二級電壓控制中，系統(tǒng)需要根據(jù)變電站的設備運行情況，結合三級控制給出的母線電壓控制目標進行綜合分析計算，對當前可用的離散設備的控制結果進行預估，才能確定是否可控并生成具體設備的控制策略，下發(fā)給集控站或變電站的自動化系統(tǒng)執(zhí)行。
電廠變電站協(xié)調控制
在二級控制中，對于同一分區(qū)內(nèi)既有電廠、也有變電站的情況，要求實現(xiàn)對連續(xù)調節(jié)手段(發(fā)電機、調相機、svc)和離散調節(jié)手段(電容、電抗、oltc)控制的配合，因此需要實現(xiàn)電廠控制和變電站控制的協(xié)調控制。
下級協(xié)調控制模塊
地調協(xié)調控制模塊的控制對象是各個下級電網(wǎng)調度中心的avc系統(tǒng)，上級avc系統(tǒng)根據(jù)三級控制給出的區(qū)域中樞母線電壓的控制目標值，結合下級avc上送的無功調節(jié)能力，計算給出協(xié)調關口的無功電壓調節(jié)要求，并以發(fā)送給下級avc系統(tǒng)。下級avc系統(tǒng)通過控制管轄的電廠、變電站內(nèi)的無功設備來追隨avc上級avc下發(fā)的控制目標。
一級控制系統(tǒng)
電廠控制
電廠當?shù)乜刂瓶梢杂蓪ｉT的電廠子站完成，也可以由電廠的dcs系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)完成。avc主站根據(jù)二級控制的計算結果，向電廠發(fā)送電廠高壓的電壓控制目標指令或機組無功控制指令。電廠子站收到高壓母線的電壓控制指令或機組無功控制指令后，根據(jù)電廠內(nèi)的各種子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，計算生成各臺運行的發(fā)電機的勵磁調節(jié)指令，使得無功或電壓追隨網(wǎng)調avc下發(fā)的指令。
變電站控制
變電站控制可以由變電站監(jiān)控系統(tǒng)完成，也可以由變電站內(nèi)設置的avc子站完成，即可以采用主站集中控制方式和變電站子站分散控制方式2種方式。
主站集中控制方式：avc主站直接向變電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送電容器、電抗器開關、分接頭的遙控遙調指令，完成電容器、電抗器的投切和分頭調節(jié)。
變電站子站分散控制方式：變電站avc子站向avc主站實時傳送主變低壓側可以增加和減少的無功容量，avc主站向變電站子站發(fā)送每臺主變的無功控制的指令，變電站子站收到無功指令后，自行選擇電容器和電抗器進行投切控制。分頭控制通過主站向變電站子站發(fā)送遙調指令實現(xiàn)。
本領域技術人員將認識到，對以上描述做出眾多變通是可能的，所以實施例和附圖僅是用來描述特定實施方式。
盡管已經(jīng)描述和敘述了被看作本發(fā)明的示范實施例，本領域技術人員將會明白，可以對其作出各種改變和替換，而不會脫離本發(fā)明的精神。另外，可以做出許多修改以將特定情況適配到本發(fā)明的教義，而不會脫離在此描述的本發(fā)明中心概念。所以，本發(fā)明不受限于在此披露的特定實施例，但本發(fā)明可能還包括屬于本發(fā)明范圍的所有實施例及其等同物。