（电气工程专业论文）沧州电网电压无功实时控制系统研究与应用.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文 摘要 随 着 用户对电 压质量要求 不断 提高，以 及电 网 无人 值班站的 广泛推广: 地区电 网要时刻调整电压无功，满足中调和地调界面电压无功自 动控制目 标要求，同时确 保地区电网各点电压无功合格合理，以保证电压稳定，提高全网电压合格率、降低 线损。因此，需要实现整个地区电网电压无功实时闭环调节，才能满足上述要求， 将运行人员从繁重的调整工作中解放出来。本文对目前先进的地区电网电压无功实 时闭环调节技术进行了研究，对不同原理进行分析比较，结合沧州地区电网的实际 情况， 对相应的关健技术进行分析研究， 利用现有设备， 通过高级应用软件的应用， 以调度为中心对整个地区电网的电压无功实施闭环调节，提高了电压质量、降低了 线损、减轻了运行人员的工作强度，具备很好的安全性、灵活性和经济性，具有推 广价值。 关键词:电压无功控制，实时，闭环调节，地区电网 abs t r ac t u n c e a s i n g l y e nhanc e s o f th e u s e r toth e v o l t age qua l i tyr e q u i r e m e nt ， a s w e l l a s th e n o b o d y d u t y s ubs t a t i o n s 诫d e s p re adp ro m o t i o n ， the v o l t a g e and r e ac ti v e p o w e r o f th e r e g i o nal e l e ctri c a l g i r dn e e d s r e ai 一 t i m ere g u 1 atio nto s atis fyth eg o a l o f the s u r fa c e c o nt a ct ， s i m u l t a o e o u s l y tog u ar ant e e the vo1 t a g e and re a c ti v e p o w e r qua l i tyinth e l o c al e l e c t ri c a l n e t w o r ka n de nhanc e the e nt i r e g i r d v o l t a g e qua 1 i fi e d r a t e ， andt o r e d u c e t he p o wer l o s e . the r e fo re ， t o s at i s fyth e abo v e r e q u i r e m e nt s ， a u t o m a ti c v o l t a g e and r e a c t i v e p 0 w e rc o ntro i s y s t e m sare n e e d e di nth ere g i o n ale l e c tric alg ri d s . thi st h e s i sh as c o n d u c t e dth er e s e ar c ha n dapp 1 i c at i o no f t h evol ta g eandr e a c t i v ep o wer re a l 一 t i m e c o ni ro l ( r a v c ) s y s t e mi nc a n g z h o ue l e c tric a l g r i d ， th es y s te mi m p r o v e s t h e v o it a g e q u al i ty，r e d u c e s th e p o w e r l o s e a n d th e o p e r a t o r ， s th e w o rk i n g s tr e n g t h ， th e s y s t e mal s o h a s v e ryg o o d s e c u r l t y，尽 e x i b i 1 i t y and e ffic i e n c yiti s wert h b e i n g p o p u l ar i z e d . s unh ai x i n ( e l e ct ri c ale n g i n e e ri n g ) d i r e c t e d b y p r o f.g u x u e p i n g ke y words :v ol t a g ea n dre a c t i v ep o w e rc o n t ro l ， re a l 一 ti m e ， c l o s e d 一 l o o pc o n t r o l ， re g i o n a l p o wer n e t w o rks . 目 旨口 口 万 口明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 沧州电网电 压无功实时控制系统研 究与应用 ， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 选乌赶日 期 :? 刀 ， 7.不了 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保 管、并向 有关部门 送交学位论文的原件与复印 件; 学校可以采用影印、缩印 或其它 复制手段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅:学校可以学 术交流为目 的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发 表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名 导师签名: 日期: 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 ， . 1 课题的提出 对电力系统电 压和无功进行控制是保证供电质量、满足无功功率要求和系统电 压稳定的重要手段，同时也是减少线损、提高电网运行经济性的有效措施，因此一 直受到电力系统运行人员和研究人员的重视。 沧州电网位于河北南部电网东部末端，最高电压等级为 s o o k v ，最大网供负荷 1 8 0 0 姗。 5 0 0 k v 线路4 回， 5 0 o k v 降压变电站2 座， s o 0 k v 主变3 台， 容量为2 2 5 0 m va。 2 2 0 k v 线路3 9 回，2 2 0 k v 降压变电站 1 4 座，2 2 0 k v 主变2 8 台，容量为3 9 6 0 m va。 1 1 0 k v 变电站 7 2座 ( 公司属 1 1 0 k v 变电站 5 3 座) ，1 1 0 k v主变 1 4 6台，总容量为 4480. 1 柳a 。电厂2 座，8 台发电机装机容量为:6 00+98 姗。四个企业自 备小火电7 台发电 机，总装机容量为:39 8 姗。沧州地区电力负荷中农业灌溉负荷比重很大， 受季节和气候影响，负荷波动变化明显，特别是无功负荷变化剧烈，导致无功和电 压调节频繁。随着无人值班站的普及，无功和电压调节的矛盾越来越突出，变电站 配置的v q c 装置由 于 不同 厂家设备， 其性能和原理各不相同，安全性和可靠性都 不 尽人意，而且无法相互协调，出 现振荡调节。目 前中调也在加强主网的电压无功自 动控制系统 ( a v c )建设，将控制目标下发到地调管辖的各 2 2 o k v站，因此需要两 级调度紧密配合，原有的人工调节方式无法满足要求。 电网无功电压的分布具有分散性、 局域性和非线性的特点，我国目 前大多数地 区电网 采用分散调整、就地平衡的方式实施电压无功控制，传统的电 压控制为人工 驱动。随着社会和电网的发展，对电能质量和降损节能的要求越来越高，但是无人 职守站越来越多地投入运行，调度员对各站电压无功的监视调整的任务也越来越 重。 而且，在实际运行中，变电站值班员和调度值班员不可能时时刻刻地对电 压和 无功进行监视，很难做到调整的及时性。随着电网规模不断扩大，电力系统的电压 调节和无功控制变得越来越复杂，无法从全局的角度进行协调和优化。 为了解决上述实际问 题，必须采用新的控制方式，实现整个地区级电网电 压无 功实时闭环调节，随时满足中调和地调界面电压无功自 动控制目 标要求，同时确保 地区电网各点电压无功合格合理， 保证电压稳定， 提高全网电压合格率、 降低线损， 并且可以极大减轻运行值班员的工作强度， 对沧州电网安全优质运行意义重大。因 此，迫切需要设计全面协调的一个地区电网电 压无功实时闭环控制 ( r a v c) 系统， 来解决当前电网运行中面临的无功电压问题。 华北电力大学工程硕士学位论文 ， . 2国内外研究现状 近几年来，全网电压无功优化运行自 动控制越来越引起关注和重视，在全国范 围内已 有一些供电公司正在应用全网电压无功优化运行自 动控制的系统，井且己取 得了相当大的社会和经济效益。 电力系统电压无功优化控制系统( a v c)可以采用两种控制方法:集中控制和分 层控制。目 前，国内有清华大学电机工程与应用电子技术系研制的地区电网无功电 压 优 化 实 时 闭 环 控 制 系 统lj ， 于2 0 0 3 年 推出 ， 2 0 04年 下 半 年 在 江 苏 镇 江 地 调 投 产 运行，该系统采用集中控制理论，利用调度的5 以d a 系统，以调度为中心对整个地 区电网的电压无功实时闭环调节。成都兴宇公司近两年推出的v arcs区域电压无功 优 化 调 控 系 统图 在 江 苏 徐 州 投 产 运 行 ， 该 系 统 采 用 分 层 控 制 理 论 ， 需 要 厂 站 端 增 加 v q c 装置，同时在调度端设置集中计算控制系统. 1 . 2 . 1 分层a v c 控制理论 ayc 分层控制理论采用主站软件+vqc 的控制模式。两层为全网的协调层和各变 电站内的执行层。该模式的主站软件作为全局协调层，通过调度自动化scad人 系统 采集全网各节点遥测、遥信等实时数据进行实时分析和计算，由地调中心根据实时 数据进行以网损最小为目 标的无功优化计算，确定各枢纽结点电压整定值，并下发 到各变电站的v q c 装置，由变电站vqc 根据本站的潮流情况，以及主站下达的控制 目 标，再由v q c 形成该站的控制策略进行调整，调整有载调压变压器抽头和电容器 / 电抗器投切。从而实现无功补偿设备投入合理和无功分层就地平衡与稳定电压， 实现主变分接开关调节次数最少和电 容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损 率最小的综合优化目标。 分层控制a vc系统中，第二层为系统协调控制层，第一层的为变电站设备控制 层。协调控制层根据系统的运行状态， 进行最优潮流计算分析后，确定变电站设备 控制层的设备控制整定值;变电站设备控制层则依据站内电压的动态变化独立地按 整定值进行控制。在区域电网电压无功优化控制系统中，由于系统协调层需要根据 全网 信息进行最优潮流分析与控制，对设备参数和遥信、遥测等数据精度的要求非 常高，必须利用状态估计系统对原始数据进行预处理。就目 前而言，在地区电网实 现可靠的在线状态估计，条件是十分苛刻的:( 1) 网络数学模型元件必须与实际电 网系统一致;( 2 )网络中元件的参数必须要与实际运行电网一致;( 3) 遥测和遥信 量中只允许少量不良数据。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二层控制 ( 调度中心) 确定当 地控制的 整定值 第一层控制 ( 当 地变电 站) 独立控制设备 122 集中a v c 控制理论 控 制 流信息流 图 1 一 1分层控制系统 通过调度中心的调度自 动化s c a d a 系统采集全网各节点遥测、遥信等实时数据 进行在线分析和计算，在确保电网与设备安全运行的前提下，以各节点电压合格、 省网关口 功率因数为约束条件，从全网角度进行电压无功优化控制，实现无功补偿 设备投入合理和无功分层就地平衡与稳定电压，实现主变分接开关调节次数最少和 电 容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目 标. 集中控制 系统最终形成有载调压变压器分接开关调节、无功补偿设备投切控制指令， 借助调 度自 动化系统的“ 四遥”功能，利用计算机技术和网络技术，通过s c a da系统自 动 执行，从而实现对电网内各变电 所的有载调压装置和无功补偿设备的集中监视、集 中管理和集中控制。 调度中 心集中控制系 统 确定当地控制的策略 1:1-;1，:， - - - - - 一 控 制 流信息 流 图 卜2集中 控制系统 华北电力大学工程硕士学位论文 在集中控制系统中，利用调度自 动化系统的“ 四遥” 功能， 直接对各站有载调 压装置和无功补偿设备的集中监视、集中管理和集中控制，在各变电站内不要求设 置专门的v q c 装置，节省了 投资， 具有较好的 经济效益. avc 集中控制理论和a vc分层控制理论最大区别在于控制策略的形成与执行不 同，因此一次设备的配置也不相同。另外即使采用相同的控制理论，不同系统控制 策 略 的 算 法 也 各 不 相同，目 前 有的 采 用 无 功电 压 九区图 原 理” ， 有的 采 用 无功 优 化 最 优 潮 流 方 案 2t3 ， 还 有的 采 用 专 家 系 统 得出 控 制 策 略41 。 电 网 的 实 际 运 行 状 态 是 复杂的和时刻变化的，各种数值计算方法都存在一定的缺陷，因此将电力系统分析 计算和专家系统技术相结合的控制方法在工程中得到广泛的应用。专家系统可以 作 为基于规则的求解器，电力系统数值计算作为线性规划计算模块的求解器，根据电 力系统功况，选择专家系统或电力系统数值计算进行求解，例如当数值算法得不出 解，则选择专家系统规则库进行求解。 1 . 3 本文的主要工作 结合沧州电网的实际情况， 对比分析目 前电压无功自 动调整的先进技术， 确定 系统的模式以 及实现的技术功能，完成沧州ravc系统的设计与开发。本文的主要 工作如下: ( 1) 根据沧州电网的运行需求， 研究确定沧州电网ravc系统的功能要求和性 能指标。 ( 2) 设计沧州电网ravc系统的总体结构， 确定系统的技术路线， 研究系统的 具体实现技术。 ( 3 )进行沧州电网r a vc 系统的实际测试，对系统性能进行分析评估。 ( 4) 研究探讨地区电网电压无功控制的新技术，以改进目前系统的工作性能。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章 沧州电网电压无功控制系统的功能设计和性能要求 2， 沧州电网电压无功控制系统的功能设计 沧州电网r 人 v c系统应具有统一的支撑平台，系统管理、人机界面管理、数据 库管理、计算机网络通信、 报表做图等应用程序应基于支撑平台开发。系统采用面 向对象技术进行系统分析、 设计和编辑， 采用模块化结构， 应具有良 好的可维护性、 扩充性和高可靠性，能对实际应用中的问题进行处理。系统功能设计如下: ( 1)电压无功控制策略的核心计算:拟采用改进遗传算法、灵敏度分析、专 家系统等，不采用传统的 “ 九区图”控制算法。 ( 2)网络拓扑分析功能:自动实现电网运行方式辨别:避免 r a v c系统在电 网改变运行方式时 ( 如变电站倒运方时)需手动去更改电网的拓扑结构做法。 ( 3)电网数据的实时监测:可以在屏幕上监测电网中35kv、1 0kv 母线电压、 有功、无功、变压器分接开关位置及电容器开关状态等信息。 (4 )数据过滤校验:直接采用s c a da遥测遥信数据，要求对噪音数据、不合 理数据、零数据、短时间尖峰数据进行可靠的滤除，数据过滤范围可以人工设置。 ( 6 )可设置调整电压无功限值:沧州电网地调调度管辖变电站中低压母线， 并采用逆调压原则，电压和功率因数可以按照不同时间和季节，分站按照母线进行 调整。 不同变电站可以由 人工设定是否参与计算控制。 (6 )电压越限控制:当变电站母线电压越限时，能够相应的调节有载分接开 关或投切电容器. ( 7)无功潮流控制:当电网无功潮流的流向不合理时，能够投切相关电容器 及调节有载分接开关。 (8)集中自动控制:无需值班人员干预，对于满足 “ 四遥”功能的厂站，变 压器有载开关和电容器的投切指令通过5 以d a 系统的 “ 遥控”功能自动执行。 (9 ) 安全闭锁: 在遇到主变压器以 及变压器分接开关、 电容器设备及其开关、 通信线路及系统中出现各种异常状态不允许执行操作指令时，系统能可靠闭锁，防 止误动。对于保护信号动作，将触发相关设备保护状态，系统不会对该设备发令. 当保护信号复归， ravc系统是否自 动解除相关设备的的保护状态， 可由 人工按不同 保护信号单独设置。 ( 1 0) 语音告普:系统中任何一项操作成功与否，均有语音报告，以提示或通 知值班人员掌握某一变电站主变压器分接开关调节、电容器投切动作情况。 ( 1 1) 潮流断面的保存:可以按照设定的要求，定时保留潮流断面，计算策略 华北电力大学工程硕士学位论文 的结果，以及控制操作记录等，以便事后分析。 ( 1 2) 潮流和线损计算:进行潮流计算，和理论线损计算，将结果自 动保存， 并可以导出到e x c e l 表中，方便进行统计分析。 ( 13) 用户权限设定:系统可以设定不同的使用权限，系统管理员可以 维护使 用，调度员有使用和操作权限，其他人员只有浏览权限。其中，调度员权限要实现 每人一个帐号功能。 ( 14) 记录和报表:具备完整的记录和报表，程序在每一次操作命令发出后， 都有控制操作的记录;自 动统计每月、每日 各变电站主变分接开关、电容器投切次 数;系统的维护、使用都要翔实记录，明确责任。 2 . 2 系统主要性能要求 2 . 2 . 1 系统规模配置 沧州地区电网有 2 2 o k v 变电站 10座，主变 22 台，1 1 o kv 变电站 47 座，主变 8 9台。按照十一五规划，到 2 0 1 0 年，沧州电网将有2 2 o k v 变电站2 2 座，主变45 台，1 1 0 k v 变电 站 1 2 0 座，主变2 4 0 台。 考虑地区电网内的2 2 0 k v 和 1 1 0 k v 输变电 系统，考虑程序内部变量矩阵维数以及实时库内存的限制，最大设计规模值如下: 表2 一 1沧州r a v c 系统设计规模值 序号设备 个数 1 母线6 0 0 0 2 输电线路1 5 0 0 3 变压器6 0 0 0 4 电容器组6 0 0 0 5 变电站3 0 0 6 开关5 0 0 0 0 7 刀闸3 0 d 0 0 8 供电区个数3 0 9 节点4 0 0 0 0 系统配置 硬件:计算机采用 p 4 ，2 . s g h z ;， 5 1 2 m b内存， 8 0 g硬盘， 2 1 双液晶显示器， 该配置满足沧州电网计算主要性能指标的要求 计时，应满足系统功能要求，还应考虑可靠性 系统硬件节点可以扩充.在系统设 可维修性、可扩性.系统和各单元 的逻辑设计应采用校验技术，留有适当逻辑余量。配置的设备其性能需保证系统能 够正常稳定运行。 华北电力大学工程硕士学位论文 软件:配置的软件应与系统的硬件资源相适应，系统的整个软件按层次结构组 织，每层软件均为模块化结构。应具有系统软件、应用软件。数据库应考虑具有在 线修改运行参数、在线修改屏幕显示画面等功能。软件设计亦应遵循模块化和向上 兼容的原则。软件技术规范、汉字编码、点阵、字型等都应符合相应的国家标准。 系统软件 采用服n d 叩 2 0 0 0 及更高的甲 i n d o ， sx p 操作系统;m i c r o s o f to f f i c e2 0 0 0 : m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 数据库管理系统 诊断和监视软件 系统具有对网络节点的运行状态及数据通信的监视诊断功能，并具有完善的进 程管理和监视功能。 应用开发工具和编程语言 采用” i c r o s o f t v l s u a lc + +6 . 0 语言和s q ls e rve r 商用数据库. 应用软件包括: r a v c 系统应用软件 s c a d a 系统接口软件 e m s 系统接口软件 22 . 2 系统技术指标 系统应对事件提供快速响应，实时数据扫描周期 55， r a v c 系统接收s cad a 系统实时数据的周期( 25 ， ravc系统遥调、遥控策略传送给s c a d a 系统的时间(25， 画面实时数据刷新周期为 55， 画面调出时间簇25， 系统计算时间(25， 系统可用率不小于99. 8 % ， 服务器在任意1 05内，c pu平均载率 3 5 % ， 系统主局域网在任意5 耐n 内，平均负载率k 二 k 二 k k 。 k q * 二 qk. 吼 级. q ， 么. 鱿 。 k k 二 9 。 9 9二 不 . 不 不 。 心。 心 心二 洲1.esll - 么 目 标函数中第一项为有功网损: 第二项为节点电压约束; 第三项为由 省网关口 功率因数约束转换而来的无功功率约束;(i为节点个数，j 为省网关口 个数) 。 式中: 凡 9 ， 矶一节点 1处的 注入 有 功， 无 功 和电 压。 马， 凡 ， 乓 一 一 节 点 间 的电 导 ， 电 纳 和 相 角 差。 k 一所有省网关口 节点的集合。 k 二，叱 二一一 节点电 压的上下限。 9 .， 以 二一一 发电 机无功输出的上下限。 不 、 不 ，一 一 变 压 器 变比 的 上 下限 。 玲 二 ， 心 二一 发电 机 机 端电 压 的 上 下限 。 b 、改进遗传算法描述 遗传算法适用于解决混合整数优化问题，本身没有对控制变量的连续性假设 的限制，可以方便的处理离散控制变量 . 遗传算法可以方便的处理多目 标函数，在处理控制变量和约束条件上也比较 灵活，可以根据需要进行定制 。 遗传算法编码方式灵活，而本系统采用的混合编码方案更加符合问题的自然 描述，所以 可以 方便的考虑对控制变量的约束，方便的引入启发式的搜索 . 由 于遗传算法可以从多个初始值开始搜索，所以能够以较大的概率收敛到全 局最优解 . 简单遗传算法速度较慢，容易陷于局部最优，系统中使用了改进遗传算法 c 、遗传算法的工程实用化处理 . 每一次优化方案中变压器分接开关只许调节一档 . 在优化前每个设备必须经过设备动作次数优化模块预处理，筛选后的设备才 允许加入到备选控制变量 ， 并列变压器应该同步调节，在染色体编码时把并列的变压器映射成染色体中 的同一个基因位 为防止优化效益并不明显时造成电 容器和变压器分接开关无谓动作， 所以允 华北电力大学工程硕士学位论文 许人工设置网损减少量限值，如果低于此限值，优化方案不执行 3 . 4 . 3 专家系统 一般来讲， 专家系统是一个具有专门知识与经验的程序系统， 它根据某个领域 的专家提供的知识与经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程，以解决那些需要 专家决策的复杂问题。本控制系统涉及的专家系统是根据系统状态的电压、无功等 数据及电容器投切和有载变压器分接档位信号，实时对电压无功进行优化集中控 制。 本系统采用的知识表示方式是产生式规则，即把主变压器分接开关档位调节、 电容器投切以及运行人员的经验用规则表示出 来，形成调度专家系统知识库，进而 根据电网scada 系统提供的实时信息对知识库进行推理，获得电压无功优化控制的 结论。 产生式规则用于表示具有因果关系的知识，其基本形式如下: i ppt h e nq 其中:p代表一组前提或状态，q代表若千结论或动作。其含义是如果前提 p 得以满足，即为 “ 真” ，则可得出结论q 或q 所规定的动作。 为方便述说， 下面举几个例子， 可以清楚地理解产生式规则记录形式化的原理 和过程。 例如:在系统规则库中有如下规则集: ( 1 )前提及状态:实施全网优化调节电 压，获得以最少的变压器分接开关调 节次数，达到最大范围地提高电压合格率，避免了多变电站多主变同时调节主变分 接开关引起的分接开关调节振荡。 结论: 分析同电源同电压等级变电站和上级变电站电压情况，自 行决定是调节 本变电站主变分接开关档位还是调节上级电源变电站主变分接开关档位。 ( 2 )前提及状态:实现全网调节无功补偿，最大限 度地实现无功功率分层和 就地平衡。 结论: 在确保不向上一电压等级电网倒送无功前提下， 实现本级电力网内 无功 流向合理。 3 . 4 . 4无功潮流计算 根据采集的各变电站负荷数据， 根据可能的控制方式， 采用快速解拐法 ( f ast d ecoup l e d l o a dpi。 贾 ) 进行重新排队的潮流计算，求解全网的潮流和网损，计算 结果供给专家系统根据规则进行优化决策。 华北电力大学工程硕士学位论文 3 . 4 . 5 灵敏度计算分析 灵敏度是指以状态变量表征的系统运行状况对控制变量和扰动变量的变化敏 感程度，灵敏度分析是专家系统辅助决策不可缺少的手段。 ( 1)节点无功变化对系统网损的灵敏度 对于无功优化问题， 必须求得电网中节点无功变化对系统有功网损的灵敏度系 数，选灵敏度较高的节点作为无功补偿的候选投切点，从而尽可能从降低线损的角 度来控制设备动作情况。 系统的总有功网损为: p = 艺 k 艺 称 ( 马co ， 凡十 凡sin凡 ) 理 = ij -l ( 3 一 3 ) 由式( 3 一 3)和潮流方程得节点无功变化对系统网损的灵敏度为 刁 尸 / aq， = ( 日 刁 刁 v) 臼 刁拟 ) 十 ( 即/ a 句 ( 刁 司 呛) ( 3 一 4 ) 式( 3 一 4 ) 中 9一 节点注入无功 犷 一节点电压幅值 占一相角 进行变化得 1 些门 _ 职 御 l 口 刀撇 l 解/ 瑟 呛趣t 州职 1 拟 / 钻jl 卿拟 ( 3 一 5 ) 于是可得 州 朗 1 = rae阳 犷 秘 归 叫 一 粉叫 l 口 1 / 秘 l 解/ 刁 占 刁 9/ 口 占 【 日 尸 / a 占 ( 3 一 6 ) 最后得 腼= 喊 黯) ( 3 一 7 ) 系统第1 个节点，有 州a k = 2 艺从 g ， co s 凡 ( 3 一 8 ) 侧日 戊 = 一 k 艺 称 吼sin凡 阮 为灵敏度矩阵 ( 3 一 9 ) ， 场 中 的 各 元 素 可 由 牛 顿 一 拉 夫 逊 法 潮 流 计 算 中 的 雅 可比 矩 阵求得。 在求得各节点的灵敏度系数后，按灵敏度从高到低依次选取设备进行操作。 l 8 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 2)节点无功变化对节点电压的灵敏度 很显然，在电压无功控制中， 投切电容器、电抗器必将引起电网中各节点电压 的变化，为了控制的正确性，必须知道节点无功变化对电网中节点电压的灵敏度。 由潮流方程: 圈 一 比瓤 刽 ( 3 一 1 0 ) 式 ( 3 一 1 0 ) 为用传统牛顿法求解潮流时所用的雅可比矩阵， 定 ， 即 式 ( 3 一 1 0 ) 中的 p 二 0， 得 。 = j0 ; 一 坛端寿 ; r q 令有功注入保持恒 ( 3 一 1 1 ) 凡 ; 二 队 。 一 场嵘 寿 。 r 厂 = 凡y 姐 ( 3 一 1 2 ) 其 中 凡 二 为q 一 v 灵 敏 度 矩阵 ， 其 元 素 凡表 示pq节 点 ( 3 一 1 3 ) j 处的无功功率注入变化 令则 一个单位时 ， 节点 1 处的电压幅值的变化量。 实 际 上， 考 虑 到 高 压 电 网 的 特 点 ， 凡数 值 上 一 般 在 吼的 数 值 的2 一 3 倍 左 右 所以 可 以 近 似 认 为马 马，凡 ; 可以 简 化 为 如 下 : 际 = 一 b“ 一 ( 3 一 1 4 ) b矩阵为p 一 q 分解法修正方程式中的了矩阵。 灵敏度矩阵5 的分析结论: 若调高分接头位置，那么，其调高一侧的电压提高;而另一侧电压降低， 在任一负荷节点处投入并联电容器， 则将引起所有负荷节点的电压升高， 其中 对无功增量注入点的电压影响最大。 调节最末端变电站的无功补偿对网损影响最大， 而比 较同节点无功注入对网损 的影响主要取决于各自 线路所带负荷的大小或线路参数，当线路所带负荷较重时， 在该线路上补偿无功对线损的影响较大，反则反之. 各节点无功补偿对全网各节点电 压及网损都有影响。 3 . 5系统安全闭锁功能 3 . 5 . 1保护、故障信号的处理 凡是影响设备动作的保护信号、故障信号触发， 则必须对相关设备闭锁， 如变 压器过负荷保护信号动作，此时不能调节变压器有载分接头;电容器在挂牌检修状 华北电力大学工程硕士学位论文 态时，不能合电容器开关。 对于保护信号，为防止设备频繁闭锁，因此设立以下原则: 在系统中为每一个设备定义 “ 保护状态” ，当保护状态置为 “ 保护闭锁”时系 统不对该设备发令; 设备对应保护信号动作，则其保护状态为 “ 保护闭锁，; 每一个设备可能对应多个保护信号。 当某一个保护信号复归时，其对应设备是否解除 “ 保护状态” ，必须参照此设 备对应的其他保护信号状态以及是否需要人工确认。 不妨设立命题如下: p :设备保护状态触发为 “ 保护闭锁” 。 q :设备保护状态解除 “ 保护闭 锁” 。 由定义可知:p 什” q 。 对于单个保护信号，定义: b:保护信号复归 ( 实时遥信值与正常遥信值相同) 。 c : 此保护 信号 复归有效. 刀:需要由 人工确认保护信号复归。 e:人工己 确认。 (b， ( ， 刀v ( d人 e )呻c( 3 一 1 5 ) 简化为: ( b 八 ( ， dv e ) ) 斗c ( 3 一 1 6 ) 设一个设备对应n 个保护信号，则: ， 几v ， b z v v ， 凡 冲p ( 3 一 1 7 ) q， q八 八 q峥q ( 3 一 1 8 ) 由公式 ( 3 一 17) 可知，当预先填入数据库中与设备动作相关的任一故障保护信 号触发，则将此设备的保护状态置为 “ 保护闭锁” :而由式 ( 3 一 1 8 )可知，只有与 设备相关的保护信号全部复归有效才解除“ 保护闭锁” 。 可见， 式 ( 3 一 1 7 ) 和( 3 一 1 8 ) 比较灵活，可以 根据现场需要，将重要的保护信号设置为需要由 人工确认其复归信 号，有效的防止误复归信号所造成的设备解锁;一般来说，电容器投入电网时大都 会触发 “ 弹簧未储能”的保护信号动作，在较短时间内马上复归，对于此类保护信 号， 可以设置信号复归时由电压无功控制系统自 动确认，从而避免设备的频繁保护 闭锁而影响电 压无功控制的使用效果. 同理，s c a da 系统特别定义的一些遥信数据，比如 “ 挂牌” 、 “ 故障检修” 、刀 华北电力大学工程硕士学位论文 闸 信号等遥信数据，都可以当作保护信号来处理。 3 . 5 . 2死数据处理 在电力调度自 动化系统运行期间，有可能由 于设备、rtu 故障，或者软件故障 造成部分数据长时间不刷新，形成死数据。 可采用如下方法判断死数据: 对于遥测数据， 在连续一段时间( 比如5 分钟) 数据没有刷新就确认为死数据， 判断精度可以设到小数点后两三位: 当检测到遥测死数据时， 应当闭锁相关设备并告警.比如:当某母线电压数据 已 为死数据且越限，如果不闭锁本厂站可调的变压器分接头，有可能会造成变压器 分接头不断调节，从而影响电网和设备安全运行。 由此可见，自动电压控制系统实用化的重要原则是宁可少发指令也不能误发指 令，这是符合现场运行情况的。 3 ， 5 . 3 系统接口措施 处理好控制系统与调度自 动化系统的数据采集、控制指令接口问 题，是保证 操作指令可靠地执行，达到实用化运行的重要环节。 数据来源的准确性:s c a da 专为本系统建立了 “ 遥测转发表”与 “ 遥信转发 表” .本系统专门用 “ 遥测库”和 “ 遥信库”来与 scada对应。严格遵守本系统与 s c a d a 系统的接口 通讯协议: 数据来源的可靠性:sca da 有两台服务器负责为本系统刷新数据文本;由本 系统根据设定进行读取，如果读取a 服务器失败，则自 动去读取b 服务器。 实时控制的安全性与准确性: 实时控制前: scada 也为本系统建了一张“ 遥控表” ， 设备必须在此表中注册， 否则本系统无法控制此设备;在本系统中填入已注册设备的厂站号、遥控号，并制 成表格: 实时控制:本系统控制先遥控预置，后根据遥控返校，来决定遥控执行，还 是遥控撤消。 本系统只对正常设备( 参与系统控制、 设备参数齐全、 并无保护动作、 现场控制试验通过)进行实时控制。 保护动作后的处理:本系统会在第一时间，通过语音与文字提示调度员，是 什么设备，什么保护动作;本系统对相应的保护设备进行保护，同时也不再对其进 行控制;保护的设备直至调度员人工确认保护复归后，本系统方对确认保护复归的 设备进行控制;支持用户自 定义故障信号，如挂牌、检修等:对于主变过载、系统 周波越限等故障情况都有相关的闭锁。 华北电力大学工程硕士学位论文 3 . 5 . 4变压器有载调压档位数据突变 在实际运行当中，当两台及两台以上主变并列运行时， 必须确保并列变压器的 档位匹配，否则会引起变压器环流，从而造成事故，因此要注意以下原则: 可靠判断变压器是否并列运行; 计算时考虑主变分接头是否为有载或无载; 并列变压器调档时必须确保档位对应; 联合调档时如果一台变压器档位调档成功， 另一台变压器调档失败， 则必须将 成功调节的变压器档位调回原来位置，闭锁并告普，防止调档成功的变压器档位来 回调节; 当变压器档位不匹配时，应当将变压器档位调节到匹配位置。 由以上可知， 并列变压器档位要时刻确保匹配， 否则会造成变压器环流。 而变 压器档位数据在传送过程中有可能会出错，造成档位数据的突变，此时，系统不能 根据档位数据盲目发出调档指令，当档位数据突变超过两档时必须告普并闭锁对变 压器档位的调整，防止因为远动数据的错误而将本来档位匹配的并列变压器档位调 为不匹配。在已判断变压器并列运行的条件下，通过比较变压器开关电流来判断档 位是否匹配. 35 . 5 报警处理 报警处理模块负责处理 ravc 系统在运行过程中遇到的大量事件，对于可能会 对系统产生不利影响的事件生成报替， 及时通知调度员， 以便及时采取相应的对策。 事故跳闸、 模拟量超出其限值、 数字量状态发生变化、 通讯通道故障等告普功 能由sca da承担， 不再在ravc系统中重复设置。 有如下的情况发生时， r a yc系统将 会产生报警: ( 1) 检测到软硬件发生错误; ( 2) rav c 系统进行自 动调控时; ( 3) 实施情况与给定策略不一致; ( 4) 并列运行变压器分接开关位置不对应，形成环流; ( 5 ) 无法按照调控策略执行等情况。 ravc系统中的报警状态按其动作原因、严重程度主要可以分为如下几种: ( 1 ) 无报警; ( 2) 越一级上限;越一级下限; ( 3) 越二级上限;越二级下限; ( 4) 事故跳闸;事故合闸; ( 5) 人工拉闸:人工合闸。 华北电力大学工程硕士学位论文 系统中产生报瞥后，提供了多种报苦输出方式。主要的报警方式有: 报警窗口显示报警:报瞥窗口专用于报警信息的显示，它以醒目的方式显示最 新的报瞥行。 报鳌窗口可以由主监控窗口控制其显示与否， 即使处于关闭的状态下， 一旦系统中有报等产生，它也会自 动弹出，在屏幕的最上层显示报誉。 图形闪烁报警:图形闪烁报替是常用的报普方式，它的特点是比较直观。 遥信 变位时， 图上相应的开关闪烁; 遥测越限时， 图上相应的数据以及相应的图元闪烁。 自 动推画面报警:系统发生事故时，主监控窗口能够自 动推出事故所在的厂站 的画面。 多重事故时， 只推出第一重事故的画面， 其它的事故由报警窗口加以提示。 系统自 动推出报普画面，可以帮助调度员迅速确定事故发生的位置，为下一步采取 相应的对策争取了时间。为避免千扰，系统允许用户禁止或使用此种功能。 语音报警:本系统还实现了语音报普功能，以语音方式通报报警所在的厂站和 报警的类型。报警确认的方式有两种:一是对于整个厂站内报警的确认;二是对于 系统范围内的所有报誉的确认。报替确认后，图上对应的图元停止闪烁。系统允许 用户禁止一些不重要的报警，同时也提供恢复报警的手段。 报奢记录进程在后台运行。 系统内发生的报警， 均登录到历史库中。 用户可以 按时间段检索报苦信息。 3 . 5 . 6 系统的控制功能 控制功能分为遥控和遥调两种，主要包括如下内容:断路器的开合: 机组的投 切; 有载调压变压器分接头的调节;电容器、电 抗器的远方投切:保护定值参数的 设定和修改等。 控制过程主要由 调度员人工启动， 可以在单线图上进行， 也可以在相应的设备 列表上进行。为了保证控制操作的正确性，采用返送校核方式，按照选点、校验、 执行三个步骤进行: ( 1 ) 选点:选择将要进行控制的设备。如果该设备没有定义控制，或者处于 不可控状态 ( 如退出运行、挂牌等) ，或者因其它工作站上的调度员正对该设备进 行控制， 则显示错误信息， 选择过程中断。 控制点被选中后， 在控制过程结束之前， 它一直处于闭锁状态，其它人不能对它进行控制和操作。 ( 2 ) 校验:控制命令传送到r tu或综自 站，由r tu或综自 站再做校验，校验 结果返送给控制中心。 ( 3 ) 执行: 返送校核结果确认无误后， 控制命令才被执行。 控制正常结束后， 返回执行结果。如果在预定的时间内没有执行结果返回或者要控制的设备未达到期 望的状态或值时，则产生错误信息。系统对全过程有记录存档。 华北电力大学工程硕士学位论文 3 . 6 系统的辅助功能 361报表功能 沧州r a v c 系统具备实用的报表，并且各种报表可以e xcel格式导出，以方便 查询，分析。主要的报表有5 类: ( 1)电力系统越限报表，其中包括 坏数据表 、 无电压量测表 、 电压越限 表 、 功率因数越限表 、 变压器过载表 、 线路过流表 ，作为电力系统不合格 功况情况的统计。 ( 2)r a v c 系统策略报表:该类报表包括: r avc 策略表 、 rav c 调控动作表 、 变压器分接头调整记录表 、 电容器投切记录表等报表，作为 r avc系统策略 结果，以及实际实施情况记录报表。 (3 ) r a v c 系统运行报表: 该类报表包括 r avc 运行可用率表 、 ravc告等表 、 rav c 系统维护表等报表，作为ravc系统正常运行、维护情况记录报表。 (4) 电力系统经济报表:该类报表包括 系统损耗表 、 线路损耗表 、 绕组 损耗表等报表，作为电力系统经济性的数据报表。 ( 5)设备参数维护查询表:该类报表包括 线路参数表 、 绕组参数表 、 电 容器参数表 、 母线参数表等报表，作为系统数据库数维护以及查询的报表。 3 . 6 . 2 打印功能 可通过定时启动、人工启动或事件驱动方式启动系统打印; 定时打印时间可人工设定: 事件驱动可依rav c 系统状态、遥测越限、 遥控操作记录、遥信变位、事件记 录等自 动启动打印。 华北电力大学工程硕士学位论文 表4 一 4l l o k v 系统典型日日 报表 功率因数和电压合格率统计旧 报)( 2 0 0 6 一 1 0 一 巧) 去卜 j ， 调整前调整后 ， 们 j 们 c o s 合格率中压合格率低压合格率c o s 合格率中压合格率低压合格率 北郊站6 2 . 5 0 % 7 6 . 7 9 %1 0 0 . 0 0 % 8 92 9 % 7 3 . 2 1 %1 0 0 . 0 0 % 北孟站3 5 . 7 1 %8 3 ， 9 3 %1 0 0 . 0 0 %3 5 . 7 1 %1 0 0 . 0 0 %1 0 0 . 0 0 % 褚村站4 4 . 6 4 %7 3 2 1 %1 0 0 . 0 既7 32 1 %7 3 2 1 % 1 0 0 0 0 % 代庄站5 8 . 9 3 % 8 7 . 5 0 %1 0 0 . 0 0 %1 0 0 . 0 0 %1 0 0 . 0 0 %1 0 0 。 0 0 % 东光站 2 6 7 9 %3 0 . 3 6 %6 4 . 2 9 %1 0 0 . 0 0% 1 0 0 ， 0 0 %1 0 0 . 0 0 % 佛刘站5 17 9 %5 1 . 7 9 %1 0 0 . 0 0 %8 39 3 %1 0 0 ， 0 0 %1 0 0 . 0 0 % 港城站2 6 . 7 9 %7 8 . 5 7 %7 3 . 2 1 %2 6 . 7 9 %1 0 0 . 0 0 %1 0 0 0 0 % 海兴站2 6 . 7 9 %3 7 。 5 0 %6 2 ， 5 0 %9 4 . 6 4 %8 2 . 1 4 %1 0 00 0 % 河间站3 2 . 1 4 %6 7 . 8 6 %1 0 0 。 0 0 %7 32 1 %6 6 . 0 7 %1 0 0 . 0 0 % 淮镇站7 3 . 2 1 % 2 6 ， 7 9 %1 0 0 . 0 0 % 1 0 00 0 %1 0 0 . 0 0 %1 0 0 . 0 0 % 黄葬站1 25 0 % 5 7 . 1 4 %9 4 . 6 4 %4 0 . 7 1 % 7 3 . 2 1 %9 6 . 4 3 % 季屯站8 5 . 7 1 %6 7 . 8 6 %9 6 . 4 3 %8 5 . 0 0