本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電網(wǎng)自動電壓控制(avc)技術(shù)，具體涉及一種電網(wǎng)自動電壓優(yōu)化控制方法，在傳統(tǒng)自動化電壓控制(avc)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的考慮降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)的離散、連續(xù)無功資源協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。

背景技術(shù)：

自動電壓控制(automaticvoltagecontrol，avc)系統(tǒng)是現(xiàn)代電網(wǎng)電壓、無功控制的主要系統(tǒng)，通過對電網(wǎng)無功資源的自動調(diào)控，提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損，保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行?，F(xiàn)代電網(wǎng)無功電壓資源包括電源側(cè)的各類并網(wǎng)機(jī)組和電網(wǎng)側(cè)的動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備、并聯(lián)電容\電抗器、變壓器分接頭等。從控制特性上，可分為連續(xù)無功資源(并網(wǎng)機(jī)組和電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備)與離散無功資源(并聯(lián)電容\電抗器和變壓器變比)兩大類。

早期的avc系統(tǒng)只能單獨(dú)對其中一類資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，電網(wǎng)側(cè)動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備(如svc、svg、statcom、調(diào)相機(jī)等)不斷增加，要求新一代avc系統(tǒng)能對全網(wǎng)無功資源開展統(tǒng)一控制。avc系統(tǒng)面臨離散、連續(xù)無功源協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題。

從控制設(shè)備類型上，連續(xù)無功資源和離散無功資源也是不同的，連續(xù)無功資源的控制設(shè)備均為電子類設(shè)備，期望值調(diào)整對其損耗很小，調(diào)整次數(shù)對設(shè)備壽命的影響基本可忽略不計；離散無功資源的控制設(shè)備均為斷路器、變壓器分接頭等開關(guān)類設(shè)備，期望值調(diào)整對其損耗較大，動作次數(shù)直接影響設(shè)備壽命。故，從設(shè)備使用成本考慮，應(yīng)盡量減小離散無功資源期望值的調(diào)整次數(shù)。

傳統(tǒng)avc系統(tǒng)中目前最主流的控制模式為三級控制模式，即整個控制系統(tǒng)分為三個層次：三級、二級電壓控制為各級電網(wǎng)調(diào)控中心主站集中控制，控制時間常數(shù)一般是分鐘級；三級電壓控制根據(jù)狀態(tài)估計結(jié)果，按全網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，計算得到各區(qū)域中樞母線電壓期望值；二級電壓控制將電網(wǎng)分為若干區(qū)域，根據(jù)scada實時采樣數(shù)據(jù)，按中樞母線電壓實時值與期望值偏離最小為目標(biāo)，計算得到各無功資源的狀態(tài)期望值；一級電壓控制為無功資源就地控制，控制無功或母線電壓跟蹤期望值。這種模式優(yōu)點(diǎn)是控制層級清晰、優(yōu)化目標(biāo)明確、技術(shù)成熟，最大的不足是沒有考慮對離散無功資源的控制。

傳統(tǒng)avc系統(tǒng)中對離散無功資源的控制一般依靠所在變電站九區(qū)圖控制模式及地區(qū)電網(wǎng)類九區(qū)圖控制模式，根據(jù)目標(biāo)電壓和無功的缺、盈，控制離散無功資源調(diào)整。當(dāng)某個離散無功資源調(diào)整次數(shù)過多、過密時，閉鎖相應(yīng)的控制設(shè)備，以限制調(diào)整次數(shù)。這種模式優(yōu)點(diǎn)是控制方法簡單，最大的不足是優(yōu)化效果較差，無減低網(wǎng)損的功能。

因此，亟需一種在傳統(tǒng)自動化電壓控制(avc)基礎(chǔ)上考慮降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)的離散、連續(xù)無功資源協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法?，F(xiàn)有涉及電網(wǎng)自動電壓控制的方法不少，但沒有考慮降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)的離散、連續(xù)無功資源協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。如申請?zhí)枮?01310111454.1的中國專利文獻(xiàn)公開了一種基于avc系統(tǒng)的無功電壓優(yōu)化方法及裝置，采用原對偶內(nèi)點(diǎn)法、分支界定法及電壓校正控制模型法來處理離散、連續(xù)無功源協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，未考慮降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)；如申請?zhí)枮?01410057500.9的中國專利文獻(xiàn)公開了一種地區(qū)電網(wǎng)avc控制方法，考慮歷史經(jīng)驗和未來變化趨勢，閉鎖調(diào)整過多的離散無功資源控制設(shè)備，限制單個離散無功資源期望值調(diào)整次數(shù)，未涉及離散、連續(xù)無功源協(xié)調(diào)控制，也未考慮減低網(wǎng)損等優(yōu)化目標(biāo)；如申請?zhí)枮?01510079849.7的中國專利文獻(xiàn)公開了一種avc系統(tǒng)的控制方法，將連續(xù)無功資源離散化后作為離散無功資源參與優(yōu)化控制，未考慮降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)，也未發(fā)揮連續(xù)無功資源連續(xù)可調(diào)的特性優(yōu)勢。

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，提供一種在傳統(tǒng)自動化電壓控制(avc)系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)離散、連續(xù)無功源的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，在滿足電網(wǎng)電壓、無功控制目標(biāo)的基礎(chǔ)上降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)、降低網(wǎng)損，實現(xiàn)電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的電網(wǎng)自動電壓優(yōu)化控制方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種電網(wǎng)自動電壓優(yōu)化控制方法，實施步驟包括：

1)獲取電網(wǎng)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和狀態(tài)估計結(jié)果；

2)將全部離散無功資源按當(dāng)前狀態(tài)固定不變，進(jìn)行第一次三級電壓控制求解；所述全部離散無功資源包括并聯(lián)電容、電抗器以及變壓器變比，當(dāng)前狀態(tài)包括投/切狀態(tài)以及分接頭位置；

3)若第一次三級電壓控制有可行解，且第一次三級電壓控制求解得到最優(yōu)解一所對應(yīng)的網(wǎng)損率比小于預(yù)設(shè)門檻值，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5)；

4)保持各離散無功資源的期望值不變，本計算周期內(nèi)各離散無功資源狀態(tài)不變，將最優(yōu)解一中各區(qū)域的中樞母線電壓值作為期望值，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟8)；

5)將全部離散無功資源的期望值連續(xù)化，與連續(xù)無功資源一起，進(jìn)行第二次三級電壓控制求解，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟6)；

6)第二次三級電壓控制求解得到最優(yōu)解二，將最優(yōu)解二中離散無功資源的連續(xù)化的期望值取整，作為離散無功資源的期望值，本計算周期內(nèi)并各離散無功資源的狀態(tài)將按期望值進(jìn)行調(diào)整，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟7)；

7)確定離散無功資源的期望值后，再進(jìn)行第三次三級電壓控制求解，得到最優(yōu)解三，將最優(yōu)解三中各區(qū)域中樞母線電壓值作為期望值，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟8)；

8)根據(jù)各區(qū)域的中樞母線電壓期望值，進(jìn)行二級電壓控制求解，得到各連續(xù)無功資源的期望值。

優(yōu)選地，步驟3)中網(wǎng)損率的計算函數(shù)表達(dá)式如式(1)所示；

lossrate＝(pin-pout)/pin×100％(1)

式(1)中，lossrate為網(wǎng)損率，pin為電網(wǎng)各電源有功出力，pout為電網(wǎng)總負(fù)荷。

優(yōu)選地，步驟2)中的全部離散無功資源包括并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗器以及有載調(diào)壓變壓器變比，所述當(dāng)前狀態(tài)包括投/切狀態(tài)以及分接頭位置；步驟5)中將全部離散無功資源的期望值連續(xù)化時，并聯(lián)電容的期望值連續(xù)化為[-qr，0]，其中qr為電容器額定無功功率；并聯(lián)電抗器的期望值連續(xù)化為[0，ql]，其中ql為電抗器額定無功功率；有載調(diào)壓變壓器變比的期望值連續(xù)化為[tr1，tr2]，其中tr0、tr1、tr2分別為變壓器分接頭在當(dāng)前位置、上調(diào)1檔和下調(diào)1檔對應(yīng)的變比值，tr1≥最小變比，tr2≤最大變比。

優(yōu)選地，步驟6)中將最優(yōu)解二中離散無功資源的連續(xù)化的期望值取整時，對于并聯(lián)電容，若其連續(xù)期望值|qr|≥qr/2,取-qr為期望值，即該并聯(lián)電容器投，否則取0為期望值，即該并聯(lián)電容器切；對于并聯(lián)電抗器，若其連續(xù)期望值|ql|≥ql/2,取ql為期望值，即該并聯(lián)電抗器投，否則取0為期望值，即該并聯(lián)電抗器切；對于有載調(diào)壓變壓器變比，若其連續(xù)期望值tr≥(tr2+tr0)/2，取tr2為期望值，即變壓器分接頭上調(diào)1檔，tr≤(tr0+tr1)/2，取tr1為期望值，即變壓器分接頭下調(diào)1檔，否則取tr0為期望值，即變壓器分接頭檔位不變。

優(yōu)選地，步驟2)、步驟5)和步驟7)中的三級電壓控制求解具體是指為以全局網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，以電網(wǎng)功率平衡、電壓上下限、有功/無功出力上下限為邊界條件，以連續(xù)量形式的無功資源期望值為控制變量，按照預(yù)設(shè)的在線優(yōu)化算法，開展電網(wǎng)最優(yōu)潮流計算，得到連續(xù)量形式的無功資源期望值。

優(yōu)選地，步驟2)和步驟7)中的三級電壓控制求解過程中連續(xù)量形式的無功資源期望值只包括連續(xù)無功資源期望值，步驟5)中的三級電壓控制求解過程中連續(xù)量形式的無功資源期望值包括連續(xù)無功資源期望值和連續(xù)化的離散無功資源期望值。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的在線優(yōu)化算法的數(shù)學(xué)模型如式(2)和(3)所示；

minf(x)(2)

式(2)和(3)中，x為作為控制變量的連續(xù)量形式的無功資源期望值；f(x)為目標(biāo)函數(shù)，采用全局網(wǎng)損最?。籫(x)為等式邊界條件，采用電網(wǎng)有功/無功功率平衡；h(x)為不等式邊界條件，采用母線電壓上下限h^min、無功出力上下限h^max。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的在線優(yōu)化算法采用原對偶內(nèi)點(diǎn)法或牛頓拉夫遜方法。

優(yōu)選地，步驟8)中進(jìn)行二級電壓控制求解具體是指：以母線電壓實時值與期望值偏差量最小為控制目標(biāo)，以各連續(xù)無功資源期望值本周期內(nèi)可達(dá)到上下限為邊界條件，按各連續(xù)無功資源與母線電壓的靈敏度，開展預(yù)設(shè)的母線電壓優(yōu)化控制方法，得到各連續(xù)無功資源期望值。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的母線電壓優(yōu)化控制方法的數(shù)學(xué)模型如式(4)和(5)所示；

式(4)和(5)中，vp和vp^ref分別為中樞母線實時電壓和目標(biāo)電壓，cpg為連續(xù)無功資源對中樞母線的靈敏度系數(shù)矩陣，δqg為連續(xù)無功資源無功調(diào)整期望值，r和h為權(quán)重系數(shù)，θ為無功協(xié)調(diào)向量；qg、qg^max、qg^min分別為連續(xù)無功資源當(dāng)前無功出力、無功上限和下限，vc、vc^max、vc^min分別為關(guān)鍵母線當(dāng)前電壓、電壓上限和下限，ccg為連續(xù)無功資源對關(guān)鍵母線的靈敏度系數(shù)矩陣，cvg為連續(xù)無功資源對控制母線的靈敏度系數(shù)矩陣，δvh^max為每次控制母線電壓最大調(diào)節(jié)量。

本發(fā)明的電網(wǎng)自動電壓優(yōu)化控制方法具有下述優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明首先考慮在不調(diào)整離散無功資源期望值，即開關(guān)類設(shè)備不動作情況，僅調(diào)整連續(xù)無功資源，進(jìn)行第一次三級電壓控制，實現(xiàn)電網(wǎng)電壓與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等控制目標(biāo)；若無可行解或網(wǎng)損率過大，則先將離散無功資源期望值連續(xù)化，與連續(xù)無功資源一起，進(jìn)行第二次三級電壓控制；優(yōu)化后，固定離散無功資源期望值，對連續(xù)無功資源再進(jìn)行第三次三級電壓控制；二次優(yōu)化后，得到各區(qū)域中樞母線電壓期望值，再進(jìn)行二級電壓控制，最終，得到各連續(xù)無功資源期望值。本發(fā)明實現(xiàn)了離散、連續(xù)無功資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)優(yōu)化控制；優(yōu)先考慮調(diào)整連續(xù)無功資源，以達(dá)到自動電壓控制和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等目標(biāo)，有效降低了開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)；控制方法建立在傳統(tǒng)avc系統(tǒng)基礎(chǔ)上，無需增加新的系統(tǒng)與硬件，也沒有改變傳統(tǒng)avc控制模式，便于實施。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例電網(wǎng)自動電壓優(yōu)化控制方法的實施步驟包括：

1)獲取電網(wǎng)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和狀態(tài)估計結(jié)果；

2)將全部離散無功資源按當(dāng)前狀態(tài)固定不變，進(jìn)行第一次三級電壓控制求解；全部離散無功資源包括并聯(lián)電容、電抗器以及變壓器變比，當(dāng)前狀態(tài)包括投/切狀態(tài)以及分接頭位置；

3)若第一次三級電壓控制有可行解，且第一次三級電壓控制求解得到最優(yōu)解一所對應(yīng)的網(wǎng)損率比小于預(yù)設(shè)門檻值，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5)；

4)保持各離散無功資源的期望值不變，本計算周期內(nèi)各離散無功資源狀態(tài)不變，將最優(yōu)解一中各區(qū)域的中樞母線電壓值作為期望值，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟8)；

5)將全部離散無功資源的期望值連續(xù)化，與連續(xù)無功資源一起，進(jìn)行第二次三級電壓控制求解，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟6)；

6)第二次三級電壓控制求解得到最優(yōu)解二，將最優(yōu)解二中離散無功資源的連續(xù)化的期望值取整，作為離散無功資源的期望值，本計算周期內(nèi)并各離散無功資源的狀態(tài)將按期望值進(jìn)行調(diào)整，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟7)；

7)確定離散無功資源的期望值后，再進(jìn)行第三次三級電壓控制求解，得到最優(yōu)解三，將最優(yōu)解三中各區(qū)域中樞母線電壓值作為期望值，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟8)；

8)根據(jù)各區(qū)域的中樞母線電壓期望值，進(jìn)行二級電壓控制求解，得到各連續(xù)無功資源的期望值。

本實施例中，步驟3)中網(wǎng)損率的計算函數(shù)表達(dá)式如式(1)所示；

lossrate＝(pin-pout)/pin×100％(1)

式(1)中，lossrate為網(wǎng)損率，pin為電網(wǎng)各電源有功出力，pout為電網(wǎng)總負(fù)荷。網(wǎng)損率的預(yù)設(shè)門檻值可根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況調(diào)整，一般設(shè)為5％。

本實施例中，步驟2)中的全部離散無功資源包括并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗器以及有載調(diào)壓變壓器變比，當(dāng)前狀態(tài)包括投/切狀態(tài)以及分接頭位置；步驟5)中將全部離散無功資源的期望值連續(xù)化時，并聯(lián)電容的期望值連續(xù)化為[-qr，0]，其中qr為電容器額定無功功率；并聯(lián)電抗器的期望值連續(xù)化為[0，ql]，其中ql為電抗器額定無功功率；有載調(diào)壓變壓器變比的期望值連續(xù)化為[tr1，tr2]，其中tr0、tr1、tr2分別為變壓器分接頭在當(dāng)前位置、上調(diào)1檔和下調(diào)1檔對應(yīng)的變比值，tr1≥最小變比，tr2≤最大變比。

本實施例中，步驟6)中將最優(yōu)解二中離散無功資源的連續(xù)化的期望值取整時，對于并聯(lián)電容，若其連續(xù)期望值|qr|≥qr/2,取-qr為期望值，即該并聯(lián)電容器投，否則取0為期望值，即該并聯(lián)電容器切；對于并聯(lián)電抗器，若其連續(xù)期望值|ql|≥ql/2,取ql為期望值，即該并聯(lián)電抗器投，否則取0為期望值，即該并聯(lián)電抗器切；對于有載調(diào)壓變壓器變比，若其連續(xù)期望值tr≥(tr2+tr0)/2，取tr2為期望值，即變壓器分接頭上調(diào)1檔，tr≤(tr0+tr1)/2，取tr1為期望值，即變壓器分接頭下調(diào)1檔，否則取tr0為期望值，即變壓器分接頭檔位不變。

本實施例中，步驟2)、步驟5)和步驟7)中的三級電壓控制求解具體是指為以全局網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，以電網(wǎng)功率平衡、電壓上下限、有功/無功出力上下限為邊界條件，以連續(xù)量形式的無功資源期望值為控制變量，按照預(yù)設(shè)的在線優(yōu)化算法，開展電網(wǎng)最優(yōu)潮流計算，得到連續(xù)量形式的無功資源期望值。

本實施例中，步驟2)和步驟7)中的三級電壓控制求解過程中連續(xù)量形式的無功資源期望值只包括連續(xù)無功資源期望值，步驟5)中的三級電壓控制求解過程中連續(xù)量形式的無功資源期望值包括連續(xù)無功資源期望值和連續(xù)化的離散無功資源期望值。本實施例中，預(yù)設(shè)的在線優(yōu)化算法的數(shù)學(xué)模型如式(2)和(3)所示；

minf(x)(2)

式(2)和(3)中，x為作為控制變量的連續(xù)量形式的無功資源期望值；f(x)為目標(biāo)函數(shù)，采用全局網(wǎng)損最小；g(x)為等式邊界條件，采用電網(wǎng)有功/無功功率平衡；h(x)為不等式邊界條件，采用母線電壓上下限h^min、無功出力上下限h^max。本實施例中，三級電壓控制求解過程中預(yù)設(shè)的在線優(yōu)化算法采用原對偶內(nèi)點(diǎn)法或牛頓拉夫遜方法。

本實施例中，步驟8)中進(jìn)行二級電壓控制求解具體是指：以母線電壓實時值與期望值偏差量最小為控制目標(biāo)，以各連續(xù)無功資源期望值本周期內(nèi)可達(dá)到上下限為邊界條件，按各連續(xù)無功資源與母線電壓的靈敏度，開展預(yù)設(shè)的母線電壓優(yōu)化控制方法，得到各連續(xù)無功資源期望值。本實施例中，預(yù)設(shè)的母線電壓優(yōu)化控制方法的數(shù)學(xué)模型如式(4)和(5)所示；

式(4)和(5)中，vp和vp^ref分別為中樞母線實時電壓和目標(biāo)電壓，cpg為連續(xù)無功資源對中樞母線的靈敏度系數(shù)矩陣，δqg為連續(xù)無功資源無功調(diào)整期望值，r和h為權(quán)重系數(shù)，θ為無功協(xié)調(diào)向量；qg、qg^max、qg^min分別為連續(xù)無功資源當(dāng)前無功出力、無功上限和下限，vc、vc^max、vc^min分別為關(guān)鍵母線當(dāng)前電壓、電壓上限和下限，ccg為連續(xù)無功資源對關(guān)鍵母線的靈敏度系數(shù)矩陣，cvg為連續(xù)無功資源對控制母線的靈敏度系數(shù)矩陣，δvh^max為每次控制母線電壓最大調(diào)節(jié)量。

綜上所述，本實施例電網(wǎng)自動電壓優(yōu)化控制方法在傳統(tǒng)自動化電壓控制(avc)系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)離散、連續(xù)無功源的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，在滿足電網(wǎng)電壓、無功控制目標(biāo)的基礎(chǔ)上降低開關(guān)類設(shè)備動作次數(shù)、降低網(wǎng)損，實現(xiàn)電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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(hù)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(hù)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。