（电力系统及其自动化专业论文）基于电压控制区的主导节点电压校正方法.pdfVIP

a b s t r a c t w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to f p o w e rn e t , m o r ea n dm o r em o n i t o r e dn o d e ss h o u l db ec o n t r o 】 a c c o r d i n g l y m o r e n o d e s v o l t a g ei so u to f d e l i m i t a t i o n t h e r e f o r , t r a d i t i o n a lm e t h o du s i i l ge x p e r i e n c eo ft h eo p e r a t o rc a n n o tf i tf o rt h e r e q u i r e m e mo f p o w e rs y s t e m a c c o r d i n g l y , u s i n gg r a p ht h e o r ya n do p e r a t i n ge x p e r i e n c ea b r o a df o rr e f e r e n c e ，i t f i r s t l yb r i n g sf o r w a r dan e wm e t h o do f v o l t a g er e c t i f i c a t i o nw h i c hb a s e do l lp i l o tb u sw i t hv o l t a g e c o n t r o la r e a - i nv i e wo ft h ew e a k c o u p l i n ga m o n ge v e r yv c a ( v o l t a g ec o n t r o l a r e a ) ，u s i n g d e c o m p o s i n g m e t h o do f m u l t ic r i t i c a lv a l u e ，i tr e a l i z e st h e e l i n f i n a t i n gv i n c u l u mo f e v e r yv c a a n d t h e n , t h er e c t i f i c a t i o ns t a r t sb y p i l o tb u sv o l t a g eo f e v e r yv c a s ot h er e s o l u t i o no f w h o l e p o w e r n e t i sd i v e r t e di n t oc a l c u l a t i n gs m a l l e rs u b - n e t a sa r e s e t ，i tc a l lr e d u c et h ed i m e n s i o no ft h ef o r m u l a a d v a n c et h es u c c e s s o f v o l t a g er e c t i f i c a t i o n , a n dc u r t a i lt h et i m ef o rc a l c u l a t i o n i na c t u a ls y s t e m ，u s m g e x p e r ts y s t e me v e r yv c a i sm o r er e a s o n a b l ei ne n g i n e e r i n g w h e nw e 1 1 c f l l t yo u tv o l t a g er e c t i f i c a t i o n , w ec o n s i d e rt h a td i f f e r e n tc o n t r o lv a r i a b l e sh a v ed i f f e r e ms e n s i t i v i t y s 0t h ea c t i o no f c o n t r o lf a c i l i t i e ss h o u l d b em o r er e a s o n a b l e a n di tr u n sw e l li nt h er e a lw s t e m k e y w o r d ： v o i r a g ec o n t r o la r e a ( y e a ) p il o tb u s v o i t a g er e c t i f i c a t i o n g r a p h t h e o r y 第1 章结论 1 1 引言 1 1 1 电力系统的电压现状 第1 章绪论 随着现代工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高，生产过程的自动控制和家 用电器设备的普及，广大用户迫切要求电力部门提供合理的电能质量。而我们知道，电压是 衡量电自质量的基本指标之一，是反映电力系统的无功平衡和合理分布的标志。电能质量 差，不仅会影响供电用户本身，还有可能给整个电力系统带来灾难性的后果。例如电力系统 的电压如果波动太大，直接影响了电器设备的性能，同时还将影响电力系统的安全稳定运 行，甚至会引起系统的电压崩溃，造成大面积的停电，给国民生产带来严重损失。 和频率一样，电压也是电能质量的重要指标之一。电压的变化对用户的运行特陛有很 大的影响。所以，对电力系统的运行电压和供电电压值提出了规范 要求。一般用电力网各节点电压值对额定值偏移的大小来表示。我国的电压偏移允许 范围有如下规定： 3 5 k v 及以上电压供电并对电压质量有特殊要求的用户。正常情况时为5 ； 1 0k v 以下高压供电和低压电力用户为士7 ： 低压照明用户为+ 5 l o 。 在事故情况下，由于部分电力网元件退出运行，所以电压损耗增大。考虑到事故隋况 经常发生，而事故的延续时间又较短，所以在事故情况下的电压偏移允许值可较正常时的大 5 。 电压偏移过大对用户及电力系统本身都有不利的影响。对于占负荷比重最大的异步电 动机，电压过低时转差将增大，绕组中电流增大，温升增加，效率刚氐、寿命缩短。电动机 转速的下降将影响用户产品的产量和质量。对于发电厂本身，异步电动机转速下降，由其拖 纂l 章绪游 动的厂用机械( 如风机、泵等) 出力将减小。影响到锅炉、汽轮机和发电机的出力。用户的电 燕设备，将因魍圜泽骶瀚或小发热量，後产晶产爨疆质量下降。奄疆遭羝辩将减，j 、寤炽灯的 发光效率，各种转子设签也不能j e 常工作。当电隧太高时，电气设罄的绝缘会受至4 损害；变 压器和电动机由于铁芯饱和、损耗和温升都将增加。照明设各在电压过高时寿命将明显缩 短，鲷妇奄压镳移+ l 蕊瓣，自热灯寿螽缭短一半。瑟疆，淹了镶遘奄器设餐熬歪零工彳车，毫 力系统运行中必须进行系统各节点电压的监视和调节。以保证电雎偏移在允许的变化范围之 内。 电力系统巾的电滚怼受萤除了供绘鸯珐珐率乡 还要供飨耀应懿无功功搴，受慧掰嚣兹 有功和无功功率之间的关系一般用功率因数来表永。在实际的电力系统中，大部分负荷为异 步电动视，所以综合的受荷功率函数大约为氇6 0 9 。箕中较大者对瘟予采雳了静电电 容器补偿或有大容量恳步电动机的场合。这梯，负苟所消耗的无功功率约为其有功功率的 1 3 0 5 倍。功率从发电机向用户的输送过程中，还要在变压器和线路的电抗上产生无 功功率撰耗、特鬟蔗程多缀电器懿电闲羹，变基器中懿无麓功率按耗是穗当霹麓熬。疆貉的 估计，每增加l 妇的有功功率负穗要相爬增加约1 4 kv a f 的无功功率，而大型汽轮发电 机的额定功率因数一般为0 8 5 疲右，e 口每发i k w 有功功率的同时，只能发出约0 。5 2 k v a r 靛无功功率。窳瞧厂一般远离受耱中心，不霹l 大量运距离输送纛功磅率。电力系统无功惫 源的总容量应能满足负荷( 包括电网无功损耗) 的需要，并有一定的备用容量。因此，在电力 系统负荷增长的同时，必须不瞬地增加无功功率补偿容量。否弼，无功功率就得不到平衡。 电力系统中的电慰 c 平与系统中无功功率的状况密切相关。，巴功功率从电源端经线路 和变压器向负荷端输送，要产生电压损耗( 高压线路和变聪器的电聪损耗主要取决于通过的 无臻功窜) ，输送鹃蓬嵩j 毽i 霆，经过豹环鼍，越多，鬟g 箕葶l 越豹电压晦就邃大，受萄麓静电嚣 就越低。所以，电力系统中潮流的变化，特别是光功功率潮流的变化，会使电力线路和变压 器的电塍损耗发生变化，并引起备节点电压的变化。系统运行方式的变化、电网接线方式改 交，爨鲤某些交基器或线善i 嚣爨运行爨教菜些电滚退出皴夭运露等，誉燕零l 起潮滚帮龟蓬 变化的一个重要原因。因此要合理地配置无功功率电源，做到就近供应无功功率，即根据负 荷对，蠢功功率的需求，在其附近设置无功补偿电源。这样不但能掇商电压水平而且能减小电 第l 章绪论 网中的有功功率损耗，同时还能减小电网中无功功率的变化幅度，减小各节点电压的波动。 同样，提高负荷的功率因数，也能起到同样的作用。因此，电压的调整与无功电源配置、负 荷无功功率的补偿、电网中无功潮流的调整以及运行的经济性都是密切相关的，必须整体研 究确定。 无功电源的容量不足会造成系统电压水平下降。如图l l 中曲线1 为电源的无功功率 随电压的变化曲线曲线2 为负荷的无功功率电压特性。这两条曲线的交点a 为无功功率的 平衡点，确定了负荷点的电压值u a 。当负荷增加时，其无功功率一电压特性如曲线2 所 示。如果系统的无功电源没有相应增加出力，这时曲线1 与2 的交点a 就代表新的无功 功率平衡点，并确定负荷点相应的电压u a ，显然u a 口2 口 ，k 蔓n ； 我们任取一个阀值口( 0 , 1 ，对m 阵做如下运算，构造出新的矩阵m 7 ： 如果m ，口，则m ；= 1 ：否则m ；= 0 。如此就构造处一个。一l 矩阵m 。所以很明显当 口= 0 时，子图就是全图，整个系统只分成个区域；而当口= 1 ，也就是口= m 。a x m 。时，每 j e 。 个节点都是个子图，整个系统分成n 个区域。 这说明口值的选取并不连续，当取口= q ，i 1 , 2 ，整个图的分解为p 。，取另一个 d = 口。口， q + 。，整个图的分解为p ：，如果只。不同于只：，则对任一口【口，q 。】所得到的子 图将与甲分解相同。换言之，只有口的取值孙某一个临界值变成另一个临界值时，图的分解才 会发生变化。 对于得出的0 - l 矩阵m 作出如下搜索：由于矩阵m 是对称的，所以只需要上三角的元素 参与计算，可令下三角的所有元素都为零。从第一个非零对角元出发向右搜索，当搜索到非 零元素时就以这个非零元素为基准继续向右向下搜索，一直到没有右向的和下向的非零元 素，完成这样一个搜索后，记录下搜索到的元素，由这些元素构成的集合就是一个连通子 图，即系统的一个子区域。然后从未被搜索到的非零的对角元出发，重复上面的过程，一直 2 6 第3 章基于多阀值的动态电压分区算法 搜索到所有的元素为止。这样就可以得到一个阀值a ，下的一种子图的划分。 下面以五个节点的系统来演示，m 矩阵如下 10 0l 00 00 o0 lo 0l 10 0l oo 第一个节点簇的搜索如下 0 第二个节点簇的搜索如下 然后取口= 口。，又可以得到一种子图的划分，以此类推，一直到出现一种合理的子图划 分为止。 上述方法的缺点在于计算量大，并且容易产生孤立节点。综合前人的研究发现电压分区 算法的关键点在于没有考虑电网的实际情况，一个阀值口只能把整个电网的所有节点划分成 两种模式：耦合度大于口的节点和耦合度小于口的节点。这样划分出来的区域当阀值口较大 时候会产生很多孤立节点，也就是一个节点成为一个区域；而阀值口较小时划分出来的区域 就会很大，区域个数很少。很难找到一种合适的分区方案。其实整个电网的耦合程度并不能 通过一个阀值口来确定，而是应该通过多个口值来划分，每个口值表示一种耦合程度。因此 我提出了一种多阀值分解的动态电压分区算法，其动态表现在可以根据电网的实时数据进行 lin0 ， 争1 o o 白一 0 o 0 鲁骀章基于多阗渔鲍动态电压分区算法 分区，多阀值是根据该算法的特点，它有多个阀值口来确定电压控带1 1 区。 其基本算法如下：取全网节点的规模为v ：根据全网节点的规模确定划分区域规模大概 为。v 。；，。为子区域节点的下限，。为予区域节点的上限；h 。为第i 次划分中 的第j 个区域的节点数目。 ( a ) 首先对胁n n 的矩阵进行规格化，m | i = 嗨m 献慨) 。这样m 申的所有 元素均在( 0 ，1 之间。 。 m i j 中的非零元素从大到小的顺序进行排列，得到一组序歹i j m 。，朋：， 根据这组序列划分, q 4 , k - 1 个区间( 卅l ，m 2 ) ) ( 埘2 ，m 3l ( 仇+ ) ( c ) c o u n t 2 l ，m q 肌：经过基本的口分解法可以得到一种划分，如果该划分中 没有满足要求的区a r m lj n 。蹴继续：c o u n t = i ，m 吼，k n x ； 部分3 ：利用多阀值分解的方法，得出基本的电压控制区域。 部分4 ：利用专家系统判断予区域的无功储备情况以及子区域的合理性。 具体流程如下： 第3 章基于事阉值的动态电压分区算法 3 3 2 算例 本例使用的是皿匝- - 1 1 8 节点的标准系统，系统中共有发e g j 叽2 0 台，无功源较为充足，当 给定分区个数为5 个时分区结果如下图： 第3 章基于多阗值匏动态电医分区算法 区域无功储备校核 t a b l e 1t h ev e r i i m f i o nr e t a i l s0 ft h e 咖r m d i v en e s e r v a t i o no fi e e el l s - i m s 掣阳n 区域划分阀值： 从计算的过程和结果中可以发现以下几个特点： ( 1 ) 通过各个子区域的u 和l 值可以看出各个区域都要较强的电压调控能 力，也就是无功储备较为充分。 ( 2 ) 每个子区域的划分都存在各自的阀值口，且口值都不同。这是因为各 第3 章基于多润毽构动态电压舒区算法 白区域内的节点耦合度都不同，区域间的耦合度也不同。这正好与 电网的实际情况相符。 3 4 本章小节 本节从电压控制区的概念出发，介绍了无功电压数学模型，定义了一种无功电压电气耦 合度的映射函数，然后详细叙述了基于多阀值分解的动态电压控制分区算法以及电压控制区 中主导节点的选取和其整定值的设定，其“动态“，表现在可以根据不同的网络数据，网络 结构，实时的计算出当前情况下的网络分区。为了使电压控制区的结果更符合实际情况，还 运用了一个专家系统来判断电压控制区的合理眭。最后通过正e e1 1 8 算例的验证，进一步说明 了该方法的合理性。 基于电压控制区的主导节点电压校正方法的基础就是电压控制区域的划分，好的电压控 制区可以减少电压控制中相邻区域的相互干扰，可以加强区域内的电压调控能力。电压控制 分区时应满足以下几点要求： a 、为避免电压控制区之间存在较强的相互作用阀值口的取值应小饵也不宜太小，要根 据电网的实际情况给予一定范围，比如福建省电网系统的阀值口就取在0 2 5 n o 3 5 之 间； b 、整个系统电压控制区的数目不宜过多过多的电压控制区会影响系统整体的运行效率； c 、每个电压控制区的大小应适中，过大不易控制，过小则无实际意义，且会影响系统整体性 能； d 、每个电压控制区都应包含发电机节点和负荷节点。 第4 章区域内基f 灵敏整分析的电压校正 4 1 引言 第4 章区域内基于灵敏度分析的电压校正 当发现系统处于正常的不安全状态时，就要根据电网信息确定应当采取怎样的对策，才 能使系统恢复到正常的安全状态。这就是属于所谓的安全性控制或安全性提高的问题。这个 问题的基本任务，就是通过系统中可控变量的再安排来去除约束条件越限现象，这就叫做校 正控制。当发生的是电压的约束条件越限的情况时，这时候采取的安全性控制措施就叫做电 压校正。 4 2 电压校正的两种解算方法 目前，电压校正有两种解算方法： 利用有约束最优化方法或称为安全约束最优化法嗍田删田嗍删 利用灵敏度分析和最d , - 乘法瞄i 阎刚m 罔； 4 2 1 有约束最优化方法或称为安全约束最优化法 此法是在满足某些规定的约束条件下，通过控制变量的调整( 再安排) ，使系统达到一 个最优目标。因此，这属于一种最优潮流( o p f ) 问题。 处于正常运行状态的电力系统，应满足下列两种约束条件： ( 1 ) 载荷约束( 等式约束) ，它可表示成： 【g ( 叫，阻】， 纠) 】- 【0 】 式中， “ 一自变量或可控变量的向量( 如：发电机的有功、无功出力，变压器的抽头 等) ； x 一应变量或状态变量的向量( 如：各节点的v ，0 ) ； 第4 章区域内基于灵敏受分析昀电压校正 p 】一参数变量或不可控变量的向量( 如：网络的电导、电纳等) 。 ( 2 ) 运行参数( 不等式约束) ，它可表示成： 【 ( 【叫， “】，【p 】) 】【0 】 我们取目标函数f ( 【x 】，似 ) 为网络损耗表示的某种函数，则： m i n f ( 口 ，阻 ) s t 【g ( n 】，【“】，印 ) _ 【0 】 【 ( x 】，【“】，陋 ) 0 】 就是通常所谓的正常运行条件下的最优潮流问题。然后通过各种优化解法就可以得出最优解 瞄i 4 2 2灵敏度分析和最小二乘法 上节简介了用数学规划法( 或最优化方法) 求解电压校正的问题，这是当前解决此类问 题的主要方法。但是我认为最优化方法在实时控制中未必恰当。因为在系统出现故障期间， 运行人员最关心的是：如何进行发电量的再安排，以缓解系统在电压异常方面的不安全状 态，而不是要求研究在满足安全约束下的系统最经济运行状态。也就是说，在故障情况下， 最重要的是以最快的速度提高系统的安全性而不是保证系统具有最少的运行费用。为此，最 优化方法对长期规划来说是可行的，而为了短期运行的目的，一种以灵敏度分析和最d , - 乘 为基础的直接校正法更为合适。这种算法，能在比算法更短的时间内提出校正对策。 通过网络方程我们可以得到这样的式子： 【缸】- s l a u 式中，f 缸】一状态变量( 节点的电压) 的增量 h 】一控制变量( 发电机，变压器，电容电抗器) 的增量 s 】一灵敏度矩阵( 下节将会具体介绍) 4 3 区域内基于灵敏度分析的电压校正 此法是在灵敏度分析和最小二乘法的基础上，结合电压控制区的电压校正方法。 3 5 - 第4 章区域内基于灵敏囊分辑的电压捩正 4 3 1 线性模型 对于连接一般线路支路f 的节点，其无功注入方程式为： g ，= 绋，一q ，- z l _ ( qs i n 0 , j - b 。c o s 0 , ，) = 01 g ，：f & d - q 。- z 5 ”v y , ( g ，s i n 0 ，, b 。c o s o ，, ) ：0 牟1 )，= 。，一。= r 其中q 。y c iq ，分别表示第i 节点的发电机和负荷的无功注入；和q 分别表示莉节点 的发电机和负荷的无功注入；k 和_ 分别表示第巧节点的电压有效值；g 。和毛分别表示节点 i j 之间的电导和电纳：b 表示节点i 与节岗之间的相角差；o j ，表示节戊与节点i 之间的相角 差；n 是子区域内的节点集合。 对于连接可调变压器支磷( rp q 的节点，若可调抽头在口侧，则其无 功注入式为： 驴q ( ；p - q t , p + 饵峭华c o s 一( g 胂s i n 0 肿一b 巾c o s o 肿) 忿 g q = 9 ( * 4 3 2 控制方程陶 + 吁( b l 一争争瞄 1 4l 口 一( s i n 一b q c o s o q ) 月删 月n 上两式可以表示成： 【g ( 【x 】， “ ， p ) 】_ 【0 ( 4 - 2 ) 式中，【“ 一可控变量的向量( u l r 叫，电压控制区内可控发电机的机端电压k j ， ( i = 1 , 2 ，t j ) ，并联补偿设备的容量q f ( i = 1 , 2 ，k 。) ，变压器的变比7 ： ( i = 1 , 2 ，k 7 ) ，。= k 。，+ k 。+ k ，为电压控制区内控制变量总数；) 第4 章区域内基f 灵敏虚分析韵电压校正 i x 一状态变量的向量( 互 r 为该电压控制区的主导节点电压) ，配为电压控制 区内主导节点数总和。； p 】一参数变量或不可控变量的向量( 如：网络的电导、电纳等) 。 当可控变量在特定的初始状态 “o 下有小变化 “】时，状态变量将从【x o 】变到 x o + 缸 。用聊。颤数对新状态下的方程组 【粤( x o + a x ， “o + “ ， p 】) 】= 0 】 在原特定状态附近进行展开，若忽略其二阶及二阶以上的各高阶项，并同时计及 g ( b o 】， “o 】，p ) - 0 的条件之后，可得： 譬】 缸】+ 【譬】【“】o o xd “ 矧叫缸， 孰删邓删 ( 4 _ 4 ) 式中， s 】称为灵敏度矩阵；下角( o ) 表示矩阵的元素在特定运行状态0 下取值。 上式展开为 堑兰婴堕篓塑丝墨型丝塑堡垩 ， r a a 0 a 矿 a g o 0 q o g ， d 口m o g ， a 9 o g p a q d g 。 a 口 o g 。 a q 虫o g , 亟亟亟亟 a v l a y 、a v | a ypa y 。a v 。 塑堕盟盟亟盟 a v t v 。a v io v , e y 。a y ， a g 。8 9 ? a 矿a r a g ，8 9 ， a a r 堍。8 9 ， a 旷 a v , o g ，0 9 。 a 矿a 旷 o g l a q 止胛 o g ， d 9 叱胛， d g ， a q 旺胛 o g ， 8 q t ， 0 9 4 0 9 。 a g 。 如。 船。 加， a g 。 钆 a g 。 a ，腑 亟亟监 a f i a f 。a ，帅 g 。 b q 一。 a t ，抽 ( 1 ) 【的元素为( 既包括机端电压龅括母线电压) ： 对于接有任何类型支路的节点，它们的元素值都与n e w 幻渊流计算中的j 黜b i 矩阵有关元 素值相同，即： 、3 8 鞘章区域内基于灵敏度分析的电压按正 对于对角元有 簧2 可l n _ _ 荟忡。s i n 岛一岛c o s 铲l 。 对于非对角元有： 参= 告_ - ( g , j s i n 吼- b vc o s ( i = 1 , 2 ，p ，q ， ) 其中，l 为j 莉b i 矩阵中的元素。 ( 2 ) 豢 的元素为： 对于接有发电机组和电容电抗器的节点l 盟=1，一黑=o(t=l如，晚oo , j 8 q k 、 一一7 ” 对于接有电容电抗器的节点t 盟=l，要=o(=1加，&；七f)；ao， a 幺 、 一一 ” 对于其它的节点i ， 盟：o a q j k ( 3 ) 粤】的元素为： o t 对于接有一般线路支路的节点i 筹- 0 l ，2 ，枷) 对于接有可调变压器支路的节点p 和g ( q c o p ，且在g 侧有可调抽头) ， 对于节点p ： 对于节点q ： ， - 3 9 盟 9 一 o c 一 盟0 笙 一 = 尸一 g 船一加 茉4 章区域内基于灵敏寝分析镳电压捩芷 薏= 盥盟t 孚型| 0吼； 4 3 3 控制方程的解算 由于控制变量的个数总是要大于主导节点的个数的，即女。 最，所以上式( 4 4 ) 中的 缸】可利用右伪逆法求得网： 【a u 】= s r ( s 习7 ) “ 出】 解出的 “】_ 【a q , ；，a t ，应对运行状态。下的 醴 和矿 进行修正，即 q 。】= q o + 【q 】- f 0 + 【出】 但修正后的值应满足： 【q “”】s q 】s q “” p 曲“ f 。 ，”a x 】 对上式用右伪逆求解方程的过程中，考虑到各个控制变量对主导节点的影响因素的不同( 比 如说有的控制变量目前由于设备状态的原因而不可控，这个信息是无法在灵敏度方程中反映 出来的) ，我采用了加入权重矩阵的方法。具体如下： a u = s 7 ( 【s 【 矿 【s 】7 ) 1 叫 第4 章区域内基于灵敏受分析够电压校正 4 3 4 程【序框图 4 , 4 本章小节 本节一开始介绍了电压校正的两种解算方法，然后从电网的线性模型，电压的控制方 程，其间特别详细写了灵敏度矩阵的各个元素，最后用加权最小二乘求右伪逆的方法解算出 电压控制方程，得到控制后的控制变量值。 第3 章基于电压控翻区的i 导节点电压授正杰法在福建省飘自动电压控釉系统中帕直霭 第5 章基于电压控制区的主导节点电压校正方法在福建省网自动电 5 1 引言 压控制系统中的应用 随着高电压等级、大容量和跨区电网的迅速发展，为保证电网安全、优质和经济运行，对 电压质量提出了更高标准和更严格的要求。电网的电压质量是电能质量的一项重要指标；电网 的网损是电能经济运行的一项重要指标。为提高电网的安全稳定水平，实现电网调度运行无 功电压在线控制及智能化调度的目标，进一步提高福建电网主网电压质量，降低主网网损， 减轻值班人员人工调整电压的劳动强度。开发并研制省级电网的自动电压控制系统显得十分 必要，它为现代电网安全稳定控制提供了先进的技术手段。 福建省电力有限公司和南京河海电力软件有限公司结合实际情况，依靠技术进步，共同 开发了“福建省调主站a v c 系统软件系统”御咖。 福建电网总装机容量：1 4 4 7 万千瓦，其中水电6 7 7 万千瓦，风电：1 2 9 万千瓦。最高负荷： 9 5 1 0 万千瓦，年发电量：6 1 0 0 l 千瓦时。电网规模：5 0 峨路总长1 2 5 7 公里，2 2 0 k v 线路总 长4 4 l d o 公里。形成以5 0 0 k v 线路为输电干线，覆盖全省的双回路笠0 k v 网架。 福建电网的主要特点是：水电比重大，占全网装机的4 8 8 ，省网内部5 0 0 k v 和2 2 蝴电 线路暂以电磁环网运行。二回5 0 0 k v 联络线与华东电网互联。 福建电网目前5 0 0 k v 2 2 0 啄统处于电磁环网运行及无功电压管理的现状，省调a v c 控制系 统可按省调a v c 主站、地调a v c 控制子系统、电厂监控系统( a v q c ) 、变电站监控系统( a v e ) 4 2 第5 章基于电压拄翻区秘i 导节点电医校正方法在福建省两自动电氍控翻系统中昀直糟 四个部分实施。主要考虑2 2 0 k v 及以上主网a v c 控制方案及控制策略，即省调a v c 主站控制系 统。 本项目在省调i e s 一5 0 0 吣s c a d a 系统平台上开发a v c 优化和控制软件，包括软件体系结 构、软件模块、各子系统及软件模块之间的数据交换、与i e s 删e m s 系统之间的数据接口 及数据共享等，初期省调a v c 主站开环运行，可作为调度员运方人员无功电压调整及管理的辅 助决策工具，最终实现福建电网a v c 系统省调主站与子系统之间形成闭环控制。 5 2 2 “福建省调主站a v c 系统软件系统” 该系统基于s c a d a 协d s 构架，有效利用了现有资源，系统结构示意图如下图所示。 s c a d a 遥测遥信 电力系统 实时数据、 、 。1 。 遥控 遥调 l 蛋s - i 福建电网a v c 闭环实时控制系统结构示意图 s c a d a 旃s 隶基于电氍控裁区媳主导节点电压校芷舞 虫在福建密鼹自动电驻控翻系辘串的盛融 下面是a v c 系统主站闭环控制程序流程图 第s 章基于电压控割区的主导节点电医校正方法在福建省吼自动电压控翻系统中的直甩 具体到福建电网a v c 系统的信息流和控制流如下图所示 级 黛迥e m s ， v c 控制一 控 制 t 一 二 级地调 控 e m s ，a v c 。 制 + 1 电厂监控系 1 l 5 5 0 k v 变电 统( a v q c ) 2 2 0 k v 及以下变电站 站监控系统 jl ( a v q c ) 。 低压电容器电抗器投 jl 退、主变有载分接头 1r 调整 电厂机级励 1r 磁系统5 0 0 变电站 低压电容器 电抗器投 提、主变分 接头调整。， 图例：信息 1 控訇l 图”福建电网a v c j 黜信息流和控制流 二级控制 第5 章基于电压控翻区鲍主导节点电压校正方法在福建省风自动电匿控翻系统中曲直甩。 省调主站a v c 系统的硬件配置如图5 _ 4 所示 5 3 应用实例 福建省网的a v c 主要包括两个模块，在系统没有电压越限点时运行优化模块，在系统出 现越限点时运行校正模块，校正模块采用的就是本文的校正算法。 首先给出某一时刻的数据断面，并在此时刻对系统进行电压控制区的划分最1 给出了划分 结果以及该时刻的数据断面电压越限信息。然后表痢表3 给出此时刻的控制方案和结果。 第5 章基f 电医控韵蓬的主导苇点电压校正方法在福建省嗣自动电压控翱系统中韵甩 表l 数据断面电压越限信息以及电压控制区划分结果 t a t y , e1 出血j n o f 随g eo f a u 甘n 日m 州b 盯锄。n a n d t 蟹r e 囊直o r 出州) 0 6 岣v 0 峪g e r 由。i a r 区域变电站 稆变，安兜变，东渡变 坐能擅世i 么虫 ，东郊变，芹山水电厂，甘棠变， 区域二 红山变，旗山变，建新变，南郊变，林中变，涵江变c 越 上限量：0 7 8 k v ，城东变，遛刿溲么虫 ，南门变 ，北郊变，笏石变 官桥变， 区域三1 2 0 k v ， ( 5 0 0 k v ) ， 永和变，山兜变，宝盖变 ，福州变( 5 0 0 k v ) ，泉州变( 5 0 0 k v ) 区域四撞垩么虫 ，总山变，曹溪变，旧县变，按蕉洼奎 鱼 ，风园变，莆美变 杨真变古田二级水电厂，童游变，永安水电厂， 区域五到耍变，马站变c 越e 限量：1 2 3 k v ，黄历变，沙溪口 水电厂，故县变，池湮盘虫 ，邵武电厂，后山变，富 兴变，安砂水电厂 说明：其中黑体并且加下划线的表示该区域的主导节点，o 中表示的是断面数据电压越限情况。 表2 区域控制方案 乜b b 2 口鼍s c h e m e d a e a r 打d 嵩屿火电厂1 # 机机端电压2 0 4 6 k v - - 2 0 2 7 k v 区域一 嵩屿火电厂群f 博l 端电压1 9 8 0 k v - - 1 9 2 0 k v 湄洲湾电厂l 斓1 规端电压2 3 4 2 k v - - 2 2 8 1 k v 湄i f i 湾电厂蝴栅端电压2 3 3 3 k v - - 2 2 7 2 k v 睦：睁l 华能电厂l 堋肌端电压2 3 4 2 k v - - 2 2 8 1 k v 华能电厂2 踟棚端电压2 3 3 3 k v 一 2 2 7 2 k v 水口电厂3 4 3 电抗器投入 后石电厂l 缔协l 端电压2 2 4 侧 一后石电厂棚机端电压2 2 4 9 k v 匹硪。后石电厂3 # 机机端电压2 2 5 1 k v 后石电厂4 # 1 删电压2 2 4 4 k v 水口电厂l # 机机端电压l & 7 5 k v 水口电厂硎柳柳端电压l & _ 7 8 k v 区域四没有设备动作 巫2 6 k v 2 2 2 7 k v 翌2 9 k v 2 2 2 3 k v 1 3 6 1 k v 1 3 6 3 k v 区域五沙溪口电厂2 拌钆钆端电压2 2 4 7 k v - - 2 2 2 6 k v 沙溪口电厂4 # 机棚端电压2 2 4 9 k v - - 2 2 2 7 k v 池潭电厂l # 机机端电压l o 5 0 k v - - 1 0 3 4 k v 4 7 第5 章基于电医控翱区鹃i 导节煮电压校正方法在福建省髓自动电难控翩系统中的直甩 池潭电厂2 # 0 1 舰端电压1 0 5 6 k v - - 2 2 3 8 k v 邵武电厂1 # 机机端电压1 2 4 3 k v 一 1 2 9 1 k v 邵武电厂硎杌机端电压1 2 4 5 k v 一 1 2 9 3 k v 根据以上结果可以得出以下结论： 1 、电压控制区的划分基本与实际行政区域划分一致。这说明了区域之间电气耦合度受实际地 理距离影响最大。 2 、在每个分区结果中，都至少包含了一个以上的无功源，这是为了无功调节的需要，只有每 个区域中保持一定的无功储备才能进行有效的无功调节。 3 、每个电压控制区都有一至两个主导节点，主导节点主要是一些区域性的大电厂和重要的变 电站，一般它们都建在负荷中心，最能反映这个区域的电压水平，当然他们与区域其它 节点的电气耦合度肯定是最大的。 表3 控制前后各个区域主导节点电压 t - ) i e 3 口_ i e p h n o 出g b 9 e b e 瞻可d 枷珂r 由d 区域控制前主导节点电压控制后主导节点电压 结果 区域嵩屿火电厂2 2 0 k v 母线嵩屿火电厂2 2 0 k v 母线没有越限 一2 3 1 4 5 k v2 2 9 8 4 k v 点 区域要监电厂剐母线 二 华能电厂2 2 0 k v 母线 2 3 0 8 3 k v 域 后石电厂 5 2 1 0 2 k v 水口电厂 5 2 0 1 3 k v 5 0 0 k v 母线 5 0 0 k v 母线 区域2 漳3 5 平2 1 k 电v 厂2 2 0 k v 母线 四 棉花滩电厂2 2 0 k v 母线 2 3 5 1 6 k v 区域2 列3 2 紫刎母线 五 池潭电厂2 2 0 k v 母线 2 3 3 船w 湄洲湾电厂2 2 0 k v 母线没有越限 2 3 0 0 2 k v 。 华能电厂2 2 0 k v 母线点 2 2 9 2 3 k v 辱石电厂5 0 0 k v 母线没有越限 5 1 9 5 2 k v一。 水口电厂5 0 0 k v 母线点 5 1 9 曼平电厂删母线没有越限 5 1 0 k v 棉花滩电厂2 2 0 k v 母线点 2 = 1 4 9 1 0 勰蓄恶2 2 v 0 k 舞v 数2 3 1 2 3 2 3 2 5 k v 8 k v 没有越限池潭电厂母线 “” 从表l 中可以看出整个系统有6 个电压监控点越限，占到系统所有电压监控点总数的1 0 ，并且 第s 章基于电医控翻区的主导苇点电压校正方法在福建省飘a 动电压控翻系统中够应融 都是越上限，这说明系统运行在负荷低谷时段，除了区域四以外每个电压控制区均有越限节 点。表2 可以看出各个控制变量的调节方向均是降低电压，这与系统运行情况相符合。表3 中 除了区域四的主导节点电压在控制前后变化不大外，其它区域的主导节点电压均有所下降， 这说明了各个控制区域之问的无功电压耦合度很低，其它区域的主导节点电压变化不会影响 本区域主导节点电压变化。最终控制结果是没有越限节点。 下表说明了该算法在福建电网中对于提高电压合格率的效果： 福建省2 0 泖2 0 0 3 年电压合格率比较 、年网损率0 2 年全网电压0 3 年全网电压 月份、合格率( )合格率( ) 1 月 9 9 9 9 9 9 2 月 9 9 t 6 09 争6 5 3 月 9 9 5 29 9 t 8 0 4 月 9 9 8 39 9 8 7 5 月 9 9 7 79 9 8 2 6 月 9 9 5 29 9 8 2 7 月 9 9 8 6 9 9 7 4 8 , 9 9 9 7 29 9 7 6 9 ) 1 9 9 8 49 9 7 8 1 0 月 9 哽9 09 哽6 1 1 1 月 9 争9 l9 垒6 7 1 2 月 9 9 t 9 29 9 7 8 平均 9 9 7 79 9 7 7 注：由于2 0 0 3 年下半年福建省出现长期干旱的天气，供电较为紧张，电压台格率在7 月份后较去年有所下降 第5 章基于电压控翻区的i 导节点电压校正方法在福建省弱自动屯压控割系统中驰霭 s 4 本章小结 本章首先介绍了福建省网的基本隋况，然后给出了“福建省网a v c 系统”主站软件的流 程，并把基于电压控制区的主导节点电压校正方法在福建省调的“省网a v ( ：系统”中实施， 从实际运行情况和上面的个数据断面分析中不难看出： a 、电压校正的速度很快，从数据读入到策略的提出只有几秒钟。 b 、当本区域没有越限节点的时候，该区域的控制设备就不用动作，这_ r 4 - 可以有效的减少控制 设备的动作。 c 、当某个区域内控制手段有限的时候( 如：发电机无功已经到极值) ，本区域的主导节点可 能会与设定值有偏差，这时就会有无法校正的电压监控点。但是由于各个区域之间的电压 无功弱耦合眭，其它区域的控制可以继续进行。也就是不会因为局部而影响全局。 参考文献 参考文献 1 吴安官，倪保珊。电力系统线损。中国电力出版社，1 9 9 6 。 2 c a r s o nw t a y l o r p o w e rs y s t e mv o l t a g es t a b i l i t y 中国电力出版社，2 0 0 2 。 3 李丽英，周庆捷。电力系统无功优化问题研究综述。电力情报，2 0 0 3 ( 3 ) 4 于建平。电网无功补偿技术及发展动向。供用电，2 0 0 32 0 ( 3 ) 5 刘志超，陈宏钟，张伟，承文新。基于专家系统的变电站电压无功控制装置。电力 系统自动化，2 0 0 32 7 ( 2 ) 6 p a u ljp ，l e o s tjy ，t e s s e r o njm s u r v e yo ft h es e c o n d a r yv o l t a g e c o n t r o li nf r a n c e ：p r e s e n tr e a l i z a t i o na n di n v e s t i g a t i o n s i e e et r a n so n p o w e rs y s t e m s ，1 9 8 7 ，2 ( 2 ) ：5 0 5 5 1 1 7 刘明波，陈学军，程劲晖。三种无功优化线性规划建模方法的比较。电力系统自动 化，1 9 9 91 1 ( 2 ) 8 刘雁澄。电力系统电压越限直接校正控制研究。大连海事大学学报。1 9 9 62 2 ( 4 ) 9 i e e ec o m m i t t e er e p o r t v o l t a g es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m s ：a n a l y t i c a l t o o l s a n di n d u s t r ye x p e r i e n c e i e e ep u b li c a t i o n9 0 t h 0 3 5 8 2 一p w r 1 0 段献忠，汪馥英，何仰赞等负荷模型研究现状综述电力系统自动化，v o l 1 8 ，1 9 9 4 8 1 1 李欣然，陈元新，蒋铁铮等电压稳定研究中的负荷模型及其建模方法电力 系统及其自动化学报2 0 0 0v 0 1 1 2 ，n o6 1 2 x uw x o nt h ep l a n a re m b e d d i n go f1 i n e a rg r a p h s ，s c i ，m a t h5 ( 1 9 8 5 ) 1 3 y a ox m ，y a m a d aa n dc l l i u ，e m b e d d i n gp l a n a rg r a p h s i nf o u rp a g e s ， c o m p u t s y s t s c i ，3 8 ( 1 9 8 9 ) 3 6 6 7 1 4 诸骏伟电力系统分析( 上册) 水利电力出版社 1 5 r a s c h l u e t e r ，i h u ，w m c h a n g ，j c l o ，a c o s t i m e t h o d s f o r d e t e r m i n i n gp r o x i m i t yt ov o l t a g ec o l l a p s e i e e et r a n s a c t i o n so np o w e r s y s t e m s ，1 9 9 1 ，6 ( 1 ) ：2 8 5 2 9 2 1 6 范磊，陈珩二次电压控制研究( - - )