（電氣工程專業(yè)論文）南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

摘要 i i i l ll ti ii l l t l1 1 1 1 1 1 1111l y 17 4 6 5 7 5 摘要 電力系統(tǒng)及電力企業(yè)管理運(yùn)行的基本目標(biāo)是安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地向用戶提 供電能，而電壓是電能質(zhì)量重要指標(biāo)之一。利用無(wú)功電壓控制技術(shù)手段，提高 電壓質(zhì)量、減少線路無(wú)功流動(dòng)、提高受電功率因數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、降低 線路損耗和保證工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低用電單耗等都有積極的 作用。 自動(dòng)電壓控制( a v c ) 系統(tǒng)對(duì)全網(wǎng)無(wú)功電壓狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視和分析計(jì)算， 從全局的角度對(duì)廣域分散的電網(wǎng)無(wú)功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，是保持系統(tǒng)電壓 穩(wěn)定、提升電網(wǎng)電壓質(zhì)量和整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、提高無(wú)功電壓管理水平的 重要技術(shù)手段。 本文以國(guó)內(nèi)外研究為基礎(chǔ)，以南昌電網(wǎng)作為建模對(duì)象，對(duì)南昌電網(wǎng)自動(dòng)電 壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究測(cè)試。 關(guān)鍵詞：電壓質(zhì)量；無(wú)功優(yōu)化；自動(dòng)電壓控制 l i a b s t r a c t a b s t r a c t p o w e rs y s t e m sa n de l e c t r i cp o w e rc o r p o r a t i o nt or u nt h eb a s i co b j e c t i v ei st h e s a f e t y , q u a l i t ya n de c o n o m i cp o w e rt ot h eu s e r s ，w h i l ev o l t a g ei sa ni m p o r t a n ti n d e x o fp o w e rq u a l i t y u s eo fr e a c t i v ep o w e ra n dv o l t a g ec o n t r o lt e c h n i q u e st oi m p r o v et h e v o l t a g eq u a l i t y , r e d u c et h er e a c t i v ep o w e rf l o w , i m p r o v ee l e c t r i c a lp o w e rf a c t o rb y t h es t a b l eo p e r a t i o no ft h ep o w e rs y s t e mt or e d u c el i n el o s sa n dt oe n s u r et h es a f e t yo f i n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n ，i m p r o v ep r o d u c tq u a l i t y , r e d u c ee l e c t r i c i t y i n t e n s i t ya n do t h e r sh a v ed i r e c t l y a u t o m a t i cv o l t a g ec o n t r o l ( a u t o m a t i cv o l t a g ec o n t r o l a v c ) s y s t e m w i d e s t a t eo fr e a c t i v ep o w e ra n dv o l t a g em o n i t o r i n ga n da n a l y s i so fc e n t r a l i z e dc o m p u t i n g ， f r o mt h eo v e r a l lp e r s p e c t i v eo ft h ew i d e a r e ad i s t r i b u t e dr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n c o n t r o ld e v i c ec o o r d i n a t i o n ，i st om a i n t a i nt h es y s t e mv o l t a g es t a b i l i t ye n h a n c et h e 酣dv o l t a g eq u a l i t ya n de c o n o m i cp e r f o r m a n c et h r o u g h o u t t h es y s t e ml e v e l ，t o i m p r o v em a n a g e m e n to fr e a c t i v ep o w e ra n dv o l t a g el e v e lo fa ni m p o r t a n tt e c h n i c a l m e a n s i nt h i sp a p e r , d o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h - b a s e d ，p o w e r 酣da sam o d e lo b j e c to f n a n c h a n g ，n a n c h a n ga u t o m a t i cv o l t a g ec o n t r o ls y s t e mn e t w o r kd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f r e s e a r c ht e s t i n g k e yw o r d s ：v o l t a g eq u a l i t y ；r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n ；a u t o m a t i cv o l t a g ec o n t r o l i i i 目錄 目錄 第一章緒論1 1 1 項(xiàng)目背景與研究意義1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究情況2 1 3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案5 1 4 預(yù)期目標(biāo)和成果6 1 4 1 預(yù)期目標(biāo)：6 1 4 2 預(yù)期取得成果6 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理7 2 1 基于“軟分區(qū)”的三級(jí)電壓控制模式7 2 2 基于動(dòng)態(tài)分區(qū)的分級(jí)控制策略7 2 2 1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分區(qū)9 2 2 2 全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)。lo 2 2 - 3 全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制10 2 3 二級(jí)電壓控制1 1 2 3 1 數(shù)學(xué)模型1 1 2 3 2 控制流程12 第三章南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法1 4 3 1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)1 4 3 1 1 硬件系統(tǒng)1 4 3 1 2 軟件系統(tǒng)1 5 3 2 地調(diào)a v c 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)1 6 3 3 地調(diào)控制范圍和控制手段1 6 3 4 控制環(huán)節(jié)17 3 4 1 控制建模17 3 4 2 數(shù)據(jù)采集17 3 4 3 數(shù)據(jù)濾波17 3 4 4 控制計(jì)算一18 3 4 5 控制執(zhí)行18 3 5 安全策略19 3 5 1 閉鎖定義1 9 3 5 2 閉鎖條件2 0 3 6 區(qū)域控制策略2 l 3 6 1 電壓控制模式2l 3 6 2 無(wú)功控制模式2 1 3 6 3 控制模式協(xié)調(diào)2 2 3 6 4 優(yōu)化動(dòng)作次數(shù)2 2 3 7 軟件功能2 2 目錄 3 7 1 模型及參數(shù)維護(hù)2 2 3 7 1 1 控制廠站2 3 3 7 1 2 控制母線2 3 3 7 1 3 考核功率因數(shù)2 4 3 7 1 4 控制電容器2 5 3 7 1 5 控制變壓器2 5 3 7 1 6 閉環(huán)控制參數(shù)2 5 3 7 2 數(shù)據(jù)通信2 6 3 7 3 閉環(huán)計(jì)算。2 6 3 7 3 1 啟動(dòng)閉環(huán)計(jì)算2 6 3 7 3 2 數(shù)據(jù)采集和濾波2 7 3 7 4 閉環(huán)控制：。2 8 3 7 5 信息統(tǒng)計(jì)查詢一2 8 3 7 6 人機(jī)界面2 9 3 8 與省網(wǎng)e m s 系統(tǒng)a v c 功能接口3 0 3 9 系統(tǒng)管理31 第四章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的測(cè)試3 2 4 1 自動(dòng)電壓控制( a v c ) 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)測(cè)試3 2 4 1 1 測(cè)試內(nèi)容3 2 4 1 2 測(cè)試環(huán)境3 2 4 1 3 功能測(cè)試3 2 4 1 3 1a 、廠c 數(shù)據(jù)源3 2 4 1 3 2a v c 控制策略3 3 4 1 3 3a v c 安全策略3 4 4 2 自動(dòng)電壓控制( a v c ) 系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試3 6 4 2 1 西湖變電站閉環(huán)測(cè)試：3 6 4 2 2 東湖變電站閉環(huán)測(cè)試：3 8 4 2 3 萬(wàn)溪變電站：一4 0 4 2 42 2 0 k v 關(guān)口變電站a v c 閉環(huán)控制測(cè)試：4 4 第五章結(jié)論4 6 參考文獻(xiàn)4 8 至| 【謂 4 9 v 第一章緒論 1 1 項(xiàng)目背景與研究意義 第一章緒論 電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行是電力系統(tǒng)調(diào)度與控制所追求的目標(biāo)，為了 保證電壓質(zhì)量，無(wú)功電壓的控制至關(guān)重要。由分散的當(dāng)?shù)乜刂破鹘M成電網(wǎng)電壓 控制方法無(wú)法從全局的角度進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化。主要有幾個(gè)方面的局限性： 1 ) 電壓合格率不高，無(wú)法滿足用戶同益對(duì)電能質(zhì)量的高要求； 2 ) 電網(wǎng)中需要監(jiān)視的電壓點(diǎn)多，調(diào)度員日常調(diào)壓工作量大； 3 ) 無(wú)功電壓的非線性關(guān)系較強(qiáng)，電壓控制設(shè)備的特點(diǎn)不同，人工調(diào)壓難度 大； 4 ) 無(wú)功功率的不合理流動(dòng)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，會(huì)引起較大的網(wǎng)損，不利 于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 偽保證系統(tǒng)的電壓運(yùn)行水平，目前在南昌電網(wǎng)更多的通過(guò)提前制定并下發(fā) 電壓定值的方式來(lái)指導(dǎo)無(wú)功電壓控制，因此變電站電壓無(wú)功綜合控制裝置及軟 件【lj 在南昌電網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用。7 南昌電網(wǎng)采用的基于九區(qū)圖基本原理的變電站電壓無(wú)功綜合控制裝置，按 電壓上、下限和功率因數(shù)分為九個(gè)區(qū)域?qū)τ休d調(diào)壓變壓器分接頭和電容器組進(jìn) 行分級(jí)控制。這種自動(dòng)裝置能夠提高變電站二次母線的電壓合格率，并減輕了 值班人員的負(fù)擔(dān)。但是，這種電壓無(wú)功綜合控制裝置明顯存在著以下的欠缺和 不足【2 4 】： 1 自動(dòng)裝置僅在一個(gè)變電站的范圍內(nèi)進(jìn)行電壓無(wú)功綜合控制，不能顧及 到整個(gè)配電網(wǎng)的運(yùn)行工況； 2 電壓無(wú)功綜合控制裝置，不能實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)網(wǎng)損最小的優(yōu)化目標(biāo)； 3 不能考慮到用電高峰時(shí)段和低谷時(shí)段的工況分別采用不同的控制策略； 4 在系統(tǒng)事故時(shí)，不能采用與正常運(yùn)行時(shí)不同的控制方法，有些情況下 甚至可能會(huì)加重事故的后果； 5 配電控制中心不能對(duì)各變電站的電壓無(wú)功綜合控制裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)，現(xiàn) 場(chǎng)運(yùn)行工況不能直接反映到配電控制中心； 6 各變電站都各裝一套電壓無(wú)功綜合控制裝置，總的投資以及日常的運(yùn) 第一章緒論 行維護(hù)工作量都會(huì)比較大： 7 電壓無(wú)功綜合控制裝置只是在進(jìn)線功率因數(shù)或二次側(cè)電壓越限時(shí)才動(dòng) 作，將進(jìn)線功率因數(shù)和二次側(cè)電壓提上去。) 隨著南昌電網(wǎng)的快速發(fā)展，現(xiàn)有電壓控制機(jī)制將難以滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì) 和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，為了更好的適應(yīng)南昌電網(wǎng)發(fā)展和電力市場(chǎng)建設(shè)的需要，在 繼續(xù)增加本地?zé)o功資源，提高電壓控制能力的同時(shí)，建設(shè)南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控 制系統(tǒng)，能夠完善對(duì)電網(wǎng)無(wú)功電壓分步的綜合決策、調(diào)度和管理，優(yōu)化調(diào)度現(xiàn) 有的無(wú)功電壓調(diào)控資源，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量、電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等要求的能 力，減輕計(jì)劃、調(diào)度和運(yùn)行人員的工作量，從而提高南昌電網(wǎng)的調(diào)度自動(dòng)化水 平。 。 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)架構(gòu)在能量管理系統(tǒng)( e m s ，e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 之上，能夠利用電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，從整個(gè)系統(tǒng)的角度科學(xué)決策出最佳的無(wú) 。i 功電壓調(diào)整方案自動(dòng)下發(fā)給各個(gè)子站裝置，以電壓安全和優(yōu)質(zhì)為約束，以系 統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，連續(xù)閉環(huán)的進(jìn)行電壓的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制。解決無(wú)功電壓協(xié) 調(diào)控制方案的在線生成，實(shí)時(shí)下發(fā)，閉環(huán)自動(dòng)控制等一整套分析、決策、控制； 再分析、再?zèng)Q策、再控制的無(wú)功電壓實(shí)時(shí)追隨控制問(wèn)題。 1 2 國(guó)內(nèi)外研究情況 目前，國(guó)內(nèi)外已實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)大體上可以分為二類： 1 、兩級(jí)電壓控制模式：調(diào)度控制中心統(tǒng)一決策，將控制方案直接下發(fā)到控 制設(shè)備，完成全局的電壓控制。淇代表有德國(guó)r w e 電力公司【5 7 1 、福建電力公 司、河南電力公司等。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；不足是對(duì)能量管理系 統(tǒng)( e m s ) 的高級(jí)應(yīng)用軟件依賴性很強(qiáng)，運(yùn)行可靠性不高。以r w e 電力公司為 代表的兩級(jí)模式比較簡(jiǎn)單，投資也小。但由于存在上述缺點(diǎn)，要進(jìn)一步提高控 制性能，尚有許多技術(shù)問(wèn)題需要解決。在歐洲等電壓控制技術(shù)最先進(jìn)的電力公 司，只有少量公司采用了這種兩級(jí)控制模式。 2 、三級(jí)電壓控制模式：f 調(diào)度控制中心以協(xié)調(diào)全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和安全性為目標(biāo)進(jìn) 行統(tǒng)一決策：二級(jí)區(qū)域控制中心以在電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中盡可能逼近控制中心下發(fā) 的控制決策為目標(biāo)，兼顧區(qū)域無(wú)功動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備和均衡，僅收集區(qū)域內(nèi)少量的 s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 采集數(shù)據(jù)作為決策的輸入信 2 第一章緒論 息，以區(qū)域?yàn)榛締卧瓿呻妷洪]環(huán)控制；一級(jí)電壓控制器安裝在廠站中，執(zhí) 行二級(jí)區(qū)域控制中心下發(fā)的控制命令，實(shí)現(xiàn)電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)。其代表有法國(guó)e d f 電力公司【8 1 2 l 、意大利電力公司、江蘇電力公司等。 此種模式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)e m s 高級(jí)應(yīng)用軟件依賴性不強(qiáng)，運(yùn)行可靠性高，能較 好的協(xié)調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和安全性之間的關(guān)系，控制過(guò)程與長(zhǎng)期以來(lái)的無(wú)功電壓控 制實(shí)踐相一致；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較直接電壓控制模式為復(fù)雜。 法國(guó)e d f 的三級(jí)電壓控制模式的研究和實(shí)施始于上世紀(jì)7 0 年代，經(jīng)歷了三 十余年的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，是目前較為先進(jìn)的電壓控制系統(tǒng)。如下圖所示： 圖1 1 法國(guó)e d f 三級(jí)電壓控制模式 ( 該控制系統(tǒng)完整地實(shí)現(xiàn)了無(wú)功電壓的三個(gè)控制級(jí)別，三級(jí)控制協(xié)調(diào)二級(jí)控 制【1 3 14 1 ，二級(jí)控制協(xié)調(diào)一級(jí)控制。) 其中，二級(jí)控制是由多個(gè)分布在電力系統(tǒng)各區(qū)域控制中心的二級(jí)電壓控制 ( s v c ，s e c o n d a r yv o l t a g ec o n t r 0 1 ) 組成。每個(gè)s v c 負(fù)責(zé)一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，根 據(jù)無(wú)功電壓的局域性和控制靈敏度，協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)的一級(jí)控制器的行為，其控制 作用通過(guò)修改控制區(qū)域內(nèi)的一級(jí)控制器的整定值來(lái)實(shí)現(xiàn)，將區(qū)域內(nèi)某一個(gè)( 或 幾個(gè)) 重要的中樞母線的電壓控制在一定限值內(nèi)，同時(shí)保證區(qū)域的無(wú)功可控裕 度，淚的是對(duì)付較慢的或高振幅變化的負(fù)荷波動(dòng)，0 維持區(qū)域范圍的電壓品質(zhì)和 安全，) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的閉環(huán)的控制，典型的響應(yīng)時(shí)間在1 分鐘到幾分鐘之間。 第一章緒論 三級(jí)優(yōu)化控制基于o p f ( o p t i m a lp o w e rf l o w ) 1 5 1 7 l ，典型的響應(yīng)周期是小 時(shí)級(jí)。o p f 考慮運(yùn)行約束下的網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，在實(shí)時(shí)環(huán)境下，給出實(shí)時(shí) 態(tài)下的中樞母線電壓的最優(yōu)設(shè)定值，該最優(yōu)設(shè)定值作為二級(jí)控制的整定值來(lái)協(xié) 調(diào)二級(jí)控制的動(dòng)作。 在上述三級(jí)組織中，與r w e 的二級(jí)組織不同，由于合理地確定了各級(jí)控制 的響應(yīng)時(shí)間，通過(guò)時(shí)問(wèn)解耦，一方面保證了各級(jí)控制作用之間不會(huì)相互干擾， 另一方面系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)控制，即：電壓安全和質(zhì)量是第一位的，需要快 速響應(yīng)( 由一、二級(jí)控制來(lái)完成) ；而經(jīng)濟(jì)性控制是第二位的，響應(yīng)速度可以慢 得多( 由三級(jí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)) 。另外，三級(jí)組織利用無(wú)功電壓的局域性，在二級(jí)區(qū) 域解耦控制中只利用了區(qū)域內(nèi)少量關(guān)鍵信息，有效降低了控制系統(tǒng)對(duì)狀態(tài)估計(jì) 等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)分析軟件的依賴性，提高了優(yōu)化控制的可靠性和實(shí)現(xiàn)的可行性。 但是，這種三級(jí)控制模式仍存在缺點(diǎn)，這是因?yàn)閰^(qū)域二級(jí)電壓控制( s v c ) 一是基于龜力系統(tǒng)無(wú)功電壓的局域性而開(kāi)發(fā)的，而區(qū)域間無(wú)功電壓是有耦合的， 因此控制系統(tǒng)的質(zhì)量在根本上取決于各區(qū)域間無(wú)功電壓控制的耦合程度。但是， 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)變化，設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為相對(duì)解耦的區(qū)域并非 一成不變，而且以固定的控制參數(shù)形式存在的控制靈敏度更是隨運(yùn)行工況而實(shí) 時(shí)變化，因此這種以硬件形式固定下來(lái)的區(qū)域控制器難以適應(yīng)電力系統(tǒng)的不斷 發(fā)展和實(shí)時(shí)運(yùn)行工況的大幅度變化，因此難以持久地保證有良好的控制效果。 f 江西省電力公司使用的是由清華大學(xué)率先提出了采用基于“軟分區(qū)”的三 級(jí)電壓控制模式【l 睨引。具有以下特點(diǎn)： 1 、借鑒了法國(guó)等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家提出的三級(jí)電壓優(yōu)化控制模式的基礎(chǔ)上，針 對(duì)江蘇電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式發(fā)展變化頻繁的實(shí)際，發(fā)明了適合江蘇電網(wǎng)的基于 o p f 和在線軟分區(qū)的三級(jí)電壓優(yōu)化控制新模式。( 整個(gè)a v c 系統(tǒng)按照三級(jí)電壓控 制的模式，通過(guò)時(shí)空解耦，上級(jí)控制為下級(jí)控制提供最優(yōu)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)了電壓 優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和安全控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。1 2 、a v c ( a u t o m a t i cv o l t a g ec o n t r 0 1 ) 系統(tǒng)的三級(jí)電壓控制可以按周期方式 或者定點(diǎn)方式啟動(dòng)o p f 計(jì)算，并根據(jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果自動(dòng)修改二級(jí)電壓控制的中 樞母線電壓設(shè)定值。最優(yōu)潮流模塊采用交叉逼近算法，計(jì)算速度快，收斂性好， 單次最優(yōu)潮流計(jì)算時(shí)間小于0 2 秒。a v c 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線電壓動(dòng)態(tài)分區(qū)功能，一 方面為分級(jí)電壓控制提供基礎(chǔ)，另一方面可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化， 實(shí)現(xiàn)了在線“軟 分區(qū)。 4 第一章緒論 3 、a v c 系統(tǒng)的二級(jí)電壓控制可以利用區(qū)域內(nèi)參與a v c 控制的廠站，將中 樞母線電壓控制在三級(jí)電壓控制給出的優(yōu)化曲線或者用戶手工指定的默認(rèn)曲線 附近，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)功出力在區(qū)域內(nèi)各發(fā)電機(jī)之問(wèn)的均衡分配，控制性能穩(wěn)定 良好，即使在狀態(tài)估計(jì)計(jì)算失敗或者精度不高時(shí)，二級(jí)電壓控制仍然可以有效 地閉環(huán)運(yùn)行，系統(tǒng)的運(yùn)行具有很高的可靠性。 4 、a v c 系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)電壓穩(wěn)定在線評(píng)估和監(jiān)視功能，提供了最小奇異 值曲線、p v 曲線、可用傳輸容量等多種直觀指標(biāo)來(lái)衡量當(dāng)前電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水 平。同時(shí)，江蘇a v c 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與廣域測(cè)量系統(tǒng)w a m s ( w i d e a r e a m e a s u r e m e n t s y s t e m ) 的數(shù)據(jù)接口。a v c 系統(tǒng)利用w a m s 系統(tǒng)提供的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)無(wú)功限值作 為電壓控制約束。通過(guò)參數(shù)估計(jì)算法，修正了電網(wǎng)參數(shù)中的錯(cuò)誤，進(jìn)一步改善 了a v c 實(shí)施的基礎(chǔ)條件。 1 3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案 江西電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)采用的是基于“軟分區(qū)”的三級(jí)電壓控制模式， 南昌電網(wǎng)屬于江西電網(wǎng)的下屬電網(wǎng)，處于二級(jí)電壓控制區(qū)域，因此，南昌電網(wǎng) 采用基于區(qū)域的協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制模式。 該項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容主要包括：南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)( a v c ) 主站系 統(tǒng)研制和實(shí)旌和、相關(guān)廠站r t u ( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 裝置的改造。 具體實(shí)施方案分為以下幾個(gè)步驟： 1 實(shí)現(xiàn)a v c 主站系統(tǒng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，主要包括：狀態(tài)估計(jì)軟件、基于軟分區(qū)的 協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制子系統(tǒng)、在線動(dòng)態(tài)分區(qū)軟件、靜態(tài)電壓穩(wěn)定預(yù)警子系統(tǒng)等。 通過(guò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行完成階段的調(diào)試完成與s c a d a e m s 系統(tǒng)的整合。 2 基礎(chǔ)自動(dòng)化的改善：根據(jù)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果中量測(cè)殘差的統(tǒng)計(jì)情況，改善通 道質(zhì)量和r t u ，進(jìn)一步提高電壓和無(wú)功采集的精度和可靠性；用參數(shù)估計(jì)軟件 修正電網(wǎng)參數(shù)的錯(cuò)誤，進(jìn)一步提高狀態(tài)估計(jì)的全局精度和合格率。 3 在選定控制區(qū)域的廠站中，安裝和調(diào)試a v c 子站裝置，可靠實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)?閉環(huán)控制( 即一級(jí)控制) 。 4 完成主站和子站通信的規(guī)約定義和通信接口，完成a v c 主站和a v c 子 站之間的上下行通道測(cè)試，完成遙控試驗(yàn)。 5 協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制投入閉環(huán)運(yùn)行。 第一章緒論 1 4 預(yù)期目標(biāo)和成果 1 4 1 預(yù)期目標(biāo) 為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，而建設(shè)的南昌電網(wǎng)自動(dòng)電 壓控制系統(tǒng)預(yù)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)： 1 ) 保證電網(wǎng)控制安全，協(xié)助省級(jí)電網(wǎng)維持南昌地區(qū)電網(wǎng)局部電壓穩(wěn)定； 2 ) 提高電壓和電網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)合格率； 3 ) 優(yōu)化網(wǎng)損，盡可能減少線路無(wú)功傳輸、降低電網(wǎng)因無(wú)功潮流不合理引起的 有功損耗； 4 ) f 1 環(huán)控制，減輕運(yùn)行人員無(wú)功電壓調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。 1 4 2 預(yù)期取得成果 1 完成南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)( a v c ) 主站系統(tǒng)研制和實(shí)施； 2 提高南昌電網(wǎng)電壓合格率； 3 有效降低網(wǎng)損。隨著投入閉環(huán)控制的主力發(fā)電廠和變電站逐漸增加，預(yù) 計(jì)項(xiàng)目完成后能夠很好的降低電網(wǎng)的網(wǎng)損，并且提高南昌供電公司的經(jīng)濟(jì)效益； 4 提高無(wú)功電壓管理水平，將原有的人工調(diào)節(jié)變?yōu)樽詣?dòng)調(diào)節(jié)，大大降低方 式人員和調(diào)度人員的日常工作量，和人工預(yù)先設(shè)定的調(diào)節(jié)計(jì)劃相比，自動(dòng)調(diào)節(jié) 方式能夠?qū)崟r(shí)追蹤負(fù)荷變化，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制； 5 提高整體的自動(dòng)化水平。電壓控制系統(tǒng)是e m s 高級(jí)應(yīng)用功能的進(jìn)一步 延伸，對(duì)s c a d a 、e m s 的現(xiàn)有監(jiān)視和分析功能都提出了更高的要求，隨著項(xiàng)目 的建設(shè)，必然促使現(xiàn)有的s c a d a e m s 系統(tǒng)整體水平得到全面提升。 6 第二章南呂電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 2 1 基于“軟分區(qū)的三級(jí)電壓控制模式 江西電網(wǎng)采用基于“軟分區(qū)”的三級(jí)電壓控制模式，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示： 圖中，在線軟分區(qū)模塊根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將電網(wǎng)在線劃分成彼此 耦合松散的控制區(qū)域，在每個(gè)控制區(qū)域都有相應(yīng)的中樞母線和控制發(fā)電機(jī)，由 于可以在線追隨電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，因此稱為“軟分區(qū)”： 三級(jí)電壓控制處于整個(gè)控制的中心環(huán)節(jié)，它周期進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，給出每個(gè) 區(qū)域中樞母線電壓的設(shè)定值壚，供二級(jí)電壓控制使用；二級(jí)電壓控制模塊針 對(duì)每個(gè)控制區(qū)域，利用s c a d a 的實(shí)時(shí)遙測(cè)采集當(dāng)前中樞母線電壓場(chǎng)，以二者 的差值作為輸入。通過(guò)求解個(gè)二次規(guī)劃模型，給出控制策略，使得中樞母線 電壓控制到設(shè)定值附近。 二級(jí)電壓控制給出的控制策略是調(diào)整控制發(fā)電機(jī)所掛接的高壓側(cè)母線電壓 設(shè)定值哳并通過(guò)電力通信數(shù)據(jù)網(wǎng)下傳給子站系統(tǒng)，子站系統(tǒng)再根據(jù)v h r e f 求 解發(fā)電機(jī)無(wú)功的調(diào)整量，利用發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器a v r ( a u t o m a t i cv o l t a g e r e g u l a t o r ) 實(shí)現(xiàn)一級(jí)的閉環(huán)控制。選擇研作為協(xié)調(diào)變量主要是為了使主站和子 站之間界面分割清晰，保證即使和主站之間的通道出現(xiàn)問(wèn)題子站仍能夠根據(jù)預(yù) 置曲線獨(dú)立完成本地控制，從而提高控制的可靠性。 2 2 基于動(dòng)態(tài)分區(qū)的分級(jí)控制策略 電壓無(wú)功控制可以歸結(jié)為最優(yōu)潮流( o p f ) 問(wèn)題，理論上能夠達(dá)到最優(yōu)。但 在實(shí)際工程應(yīng)用中，o p f 幾乎不可能在線實(shí)現(xiàn)。除算法因素外，影響o p f 應(yīng)用 于控制的主要原因是不便考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量及控制動(dòng)作次序等工程問(wèn)題，可操作性 不強(qiáng)。 從潮流物理意義分析，頻率是衡量有功平衡的全網(wǎng)統(tǒng)一指標(biāo)。相對(duì)而言， 無(wú)功平衡影響電壓，但是電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)多且分散。電力系統(tǒng)無(wú)功分布應(yīng)滿足高電 壓水平下分層分區(qū)平衡優(yōu)化原則，即： 1 ) 保持高電壓水平運(yùn)行，減少有功傳輸損耗； 2 ) 實(shí)現(xiàn)無(wú)功分層平衡，降低變壓器損耗； 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 3 ) 保證無(wú)功分區(qū)甚至就地平衡，降低線路損耗。 圖2 。l 三級(jí)電壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 8 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 無(wú)功平衡局域性和分散性決定了a v c 必須采取分層分區(qū)的空間解耦，并在 時(shí)間上也進(jìn)行解耦，使控制協(xié)調(diào)執(zhí)行，避免產(chǎn)生電壓無(wú)功波動(dòng)或振蕩。 a v c 總體控制方案是在分層分區(qū)空間解耦基礎(chǔ)上構(gòu)建不同的a v c 控制模 式，且各控制模式按響應(yīng)周期在時(shí)間上解耦?？刂颇Ｊ綐?gòu)建方法遵循高電壓水 平下無(wú)功分層分區(qū)平衡優(yōu)化原則，綜合了廠站九區(qū)圖控制原理明晰簡(jiǎn)單、運(yùn)行 可靠和區(qū)域無(wú)功平衡全網(wǎng)協(xié)調(diào)性好、能實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)?？刂颇Ｊ街g的 協(xié)調(diào)優(yōu)先保證電壓和功率因數(shù)約束，系統(tǒng)網(wǎng)損則次之。通過(guò)模式優(yōu)先級(jí)和響應(yīng) 周期考慮控制動(dòng)作次序問(wèn)題，避免控制過(guò)調(diào)或振蕩。 根據(jù)總體控制方案，a v c 主要基于如下三種控制模式，不同控制模式采用 相應(yīng)控制策略： 區(qū)域電壓控制：數(shù)十秒，控制區(qū)域樞紐廠站電壓無(wú)功設(shè)備，校正或優(yōu)化 區(qū)域內(nèi)母線群體電壓水平； 一。一r 一一電壓校正控n - 數(shù)十秒，主要由各廠站就地控制無(wú)功設(shè)備快速響應(yīng)就燈” 電壓變化； _ 區(qū)域無(wú)功控制：5 分鐘一1 5 分鐘，全面協(xié)調(diào)控制發(fā)電機(jī)無(wú)功出力、容抗 器投切、變壓器分接頭升降，使全網(wǎng)電壓水平盡可能高、線路無(wú)功潮流 最小、降低網(wǎng)損。 f2 2 1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分區(qū) l 1 ) 根據(jù)無(wú)功平衡的局域性和分散性，a v c 對(duì)地區(qū)電網(wǎng)分層分區(qū)控制。在網(wǎng) 絡(luò)模型基礎(chǔ)上，a v c 運(yùn)行時(shí)根據(jù)s c a d a 遙信信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，自?dòng)識(shí)別 電網(wǎng)任意運(yùn)行方式： a 、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R(shí)別變壓器是否并列運(yùn)行，如兩臺(tái)三卷變壓器中低壓側(cè)只 要任意一側(cè)并聯(lián)即可判斷變壓器并列運(yùn)行； 。 b 、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)運(yùn)行方式變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分區(qū)，不僅能識(shí)別變 電站的上下級(jí)供電關(guān)系，而且支持自適應(yīng)區(qū)域嵌套劃分，即可以識(shí)別任意廠站 之間連接關(guān)系。 2 ) 分區(qū)具備容錯(cuò)功能：即動(dòng)態(tài)分區(qū)通過(guò)遙信預(yù)處理自我校驗(yàn)，防止因刀閘 位置錯(cuò)誤或其它因素造成的分區(qū)和連接關(guān)系錯(cuò)誤。 3 ) 多個(gè)分區(qū)并行處理，計(jì)算時(shí)間對(duì)電網(wǎng)規(guī)模不敏感，保證大規(guī)模電網(wǎng)分析 計(jì)算實(shí)時(shí)性。夕 9 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 2 2 2 全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié) a v c 根據(jù)電網(wǎng)電壓無(wú)功分布空間分布狀態(tài)自動(dòng)選擇控制模式并使各種控制 模式自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)優(yōu)化電壓調(diào)節(jié)。 1 ) 區(qū)域電壓控制：區(qū)域群體電壓水平受區(qū)域樞紐廠站無(wú)功設(shè)備控制影響， 是區(qū)域整體無(wú)功平衡的結(jié)果。結(jié)合實(shí)時(shí)靈敏度分析和自適應(yīng)區(qū)域嵌套劃分確定 區(qū)域樞紐廠站。當(dāng)區(qū)域內(nèi)無(wú)功分布合理，但區(qū)域內(nèi)電壓普遍偏高( 低) 時(shí)，調(diào) 節(jié)樞紐廠站無(wú)功設(shè)備，以盡可能少的控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)，使最大范圍內(nèi)電壓合 格或提高群體電壓水平，同時(shí)避免區(qū)域內(nèi)多主變同時(shí)調(diào)節(jié)引起振蕩，實(shí)現(xiàn)區(qū)域 電壓控制的優(yōu)化。 2 ) 電壓校正控制：由實(shí)時(shí)靈敏度分析可知，就地?zé)o功設(shè)備控制能夠最快、 最有效校j 下當(dāng)?shù)仉妷海妷涸较?。?dāng)某廠站電壓越限時(shí)，啟動(dòng)該廠站內(nèi)無(wú) 功設(shè)備調(diào)節(jié)。該廠站內(nèi)變壓器和電容器按九區(qū)圖基本規(guī)則分時(shí)段協(xié)調(diào)配合，實(shí) 現(xiàn)電壓無(wú)功綜合優(yōu)化：電壓偏低時(shí)，優(yōu)先投入電容器然后上調(diào)有載主變分頭； 電壓偏高時(shí)，首先降低有載主變分頭，如達(dá)不到要求，再切除電容器。 3 ) 電壓控制協(xié)調(diào)：根據(jù)電網(wǎng)電壓無(wú)功空間分布狀態(tài)自動(dòng)選擇控制模式，控 制模式優(yōu)先順序?yàn)椤皡^(qū)域電壓控制” “電壓校正控制”。區(qū)域電壓偏低( 高) 時(shí)采用“區(qū)域電壓控制”，僅個(gè)別廠站母線越限時(shí)采用“電壓校正控制”，自適 應(yīng)給出合理的全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)措施。 4 ) 逆調(diào)壓：電壓限值根據(jù)逆調(diào)壓規(guī)則和歷史負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、當(dāng)前負(fù)荷大小動(dòng)態(tài) 確定，高峰時(shí)段電壓下限偏高，低谷時(shí)段電壓上限偏低，實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓。 2 2 3 全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制 1 ) 區(qū)域無(wú)功控制：a v c 控制僅僅使電網(wǎng)無(wú)功在關(guān)口滿足功率因數(shù)要求、達(dá) 到平衡是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制，必須在盡可能小區(qū)域范圍內(nèi) 使無(wú)功就地平衡。當(dāng)電網(wǎng)電壓合格并處于較高運(yùn)行水平后，按無(wú)功分層分區(qū)甚 至就地平衡的優(yōu)化原則檢查線路無(wú)功傳輸是否合理，通過(guò)實(shí)時(shí)潮流靈敏度分析 計(jì)算決定投切無(wú)功補(bǔ)償裝置、盡量減少線路上無(wú)功流動(dòng)、降低線損并調(diào)節(jié)有關(guān) 電壓目標(biāo)值，使各電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間無(wú)功分層平衡、提高受電功率因數(shù)，在各 電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無(wú)功在盡量小的區(qū)域范圍內(nèi)就地平衡，減少線路無(wú)功傳輸、 降低網(wǎng)損。 1 0 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 2 ) 區(qū)域無(wú)功不足( 欠補(bǔ)) 時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)靈敏度分析從補(bǔ)償降損效益最佳廠 站開(kāi)始尋找可投入無(wú)功設(shè)備，具體而言即不但可以決定同電壓等級(jí)廠站電容器 誰(shuí)優(yōu)先投入，而且可以決定同一廠站電容器組誰(shuí)優(yōu)先投入； 3 ) 區(qū)域無(wú)功過(guò)補(bǔ)( 富余) ，使區(qū)域無(wú)功倒流時(shí)，如果該區(qū)域不允許無(wú)功倒 流，根據(jù)實(shí)時(shí)潮流靈敏度分析，從該區(qū)域校正無(wú)功越限最靈敏廠站開(kāi)始尋找可 切除無(wú)功設(shè)備，消除無(wú)功越限。 4 ) 同一廠站無(wú)功設(shè)備循環(huán)投切，均勻分配動(dòng)作次數(shù)。 5 ) 電容器等無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功出力是非連續(xù)變化的，由于無(wú)功負(fù)荷變化 及電容器容量配置等原因，實(shí)際運(yùn)行中無(wú)功不可能完全滿足就地或分層分區(qū)平 衡，在保證區(qū)域關(guān)口無(wú)功不倒流的前提下，區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)各廠站之間無(wú)功可以倒 送，使無(wú)功在盡可能小區(qū)域內(nèi)平衡，優(yōu)化網(wǎng)損。 6 ) 投入或切除無(wú)功設(shè)備可能使電壓越限時(shí)，考慮控制組合動(dòng)作，如投入電 容器時(shí)預(yù)先調(diào)整主變分頭，使控制后電壓仍然在合格范圍內(nèi)，但減少了線路礦 功傳輸。 2 3 二級(jí)電壓控制 南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)是與江西省調(diào)a v c 系統(tǒng)相連接的，在整個(gè)省網(wǎng)級(jí)a v c 系統(tǒng)中，南昌電網(wǎng)屬于二級(jí)電壓控制部分，因此，下面詳細(xì)介紹一下二級(jí)電壓 控制原理。 2 3 1 數(shù)學(xué)模型 根據(jù)協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制的思想，構(gòu)造了二次規(guī)劃形勢(shì)的目標(biāo)函數(shù) m i n j ， 恤 a a v p c g a q g ：2 一 喝箋訾；1 2 - s t j 厶3 級(jí)i a v i , 一 ( 2 ) y 1 1 晌y h g 。3 嫉y m 一 ( 3 ) y h 。i 。y p c 9 3 q g y 。m 。 ( 4 ) q 郵汛嫉一q 皺。 ( 5 ) 第二章南昌電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 式中：q 作為控制變量，表示控制發(fā)電機(jī)無(wú)功出力的調(diào)節(jié)量；場(chǎng)，a ，脅加 分別表示中樞母線當(dāng)前電壓、中樞母線電壓下限及上線；q g ，絞，啊加和q g ， 分別表示控制發(fā)電機(jī)當(dāng)前無(wú)功、無(wú)功下限及上限；，一和，黼分別 表示發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線的當(dāng)前電壓、電壓下限、電壓上限和單步最大調(diào)整量； 蚴和為權(quán)重系數(shù)；a 為增益系數(shù)；c g 和c 曙為靈敏度矩陣，滿足： j l ；= e j q 。 ( 6 ) a 1 7 t t = c 喧3 q # ( 7 ) 目標(biāo)函數(shù)由兩部分組成，第1 部分是保證中樞母線電壓在控制后與設(shè)定值 偏差盡可能小，第2 部分是保證各臺(tái)發(fā)電機(jī)盡可能多保留無(wú)功出力裕度，同時(shí) 發(fā)電機(jī)之間出力較均衡。 2 3 2 控制流程 二級(jí)電壓控制模塊的整體控制流程可分為數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)過(guò)濾環(huán)節(jié)、 決策環(huán)節(jié)、策略計(jì)算環(huán)節(jié)、策略執(zhí)行環(huán)節(jié)幾大部分，如圖2 4 所示： 其中數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)從電網(wǎng)中實(shí)時(shí)采集二級(jí)電壓控制所需要的數(shù)據(jù)，主要包 括中樞母線電壓值、控制母線電壓值、發(fā)電機(jī)有功和無(wú)功出力、重要線路潮流 值、直控變電站無(wú)功電壓等信息，這些信息直接從s c a d a 實(shí)時(shí)庫(kù)中獲取，可以 降低對(duì)狀態(tài)估計(jì)的依賴，從而防止?fàn)顟B(tài)估計(jì)效果不好導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常。 濾波環(huán)節(jié)根據(jù)前后5 個(gè)采樣斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比較，過(guò)濾掉明顯錯(cuò)誤的 采樣數(shù)據(jù)，防止由于瞬問(wèn)擾動(dòng)或者通信錯(cuò)誤引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)進(jìn)人控制環(huán)節(jié)。 決策環(huán)節(jié)根據(jù)中樞母線實(shí)際電壓幅值和設(shè)定值之間的偏差決定是否需要進(jìn) 行反饋控制，如果不需要，直接下發(fā)當(dāng)前值使得控制發(fā)電機(jī)保持此刻狀態(tài)；如 果需要控制，進(jìn)人控制策略計(jì)算環(huán)節(jié)，在考慮各種約束的條件下，求解得到控 制變量的調(diào)節(jié)策略，交給策略執(zhí)行環(huán)節(jié)利用遙控和遙調(diào)等手段下發(fā)。 1 2 圖2 4 二二級(jí)電壓控制流程圖 對(duì)于a v c 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于涉及到實(shí)際調(diào)整發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力，對(duì)電網(wǎng)影響 比較大，因此必須充分考慮安全因素，防止給電網(wǎng)帶來(lái)負(fù)面的影響。在主站系 統(tǒng)方面采取了如下安全策略： 對(duì)于每個(gè)采集點(diǎn)的測(cè)量，都同時(shí)保留時(shí)標(biāo)。如果較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)沒(méi)有刷 新，則把該點(diǎn)的數(shù)據(jù)置成不可用，從而防止由于數(shù)據(jù)通道中斷導(dǎo)致不可 用數(shù)據(jù)進(jìn)入控制環(huán)節(jié)。 _ 測(cè)量數(shù)據(jù)需要過(guò)濾波，通過(guò)前后五個(gè)采集斷面數(shù)據(jù)對(duì)比，防止由于瞬間 擾動(dòng)或者測(cè)量異常導(dǎo)致電壓控制系統(tǒng)的誤動(dòng)。 - 在核心的計(jì)算模塊中，綜合考慮了調(diào)控后中樞母線電壓限制、控制母線 電壓限制、發(fā)電機(jī)無(wú)功出力限制等各種約束條件，保證計(jì)算得到的控制 量能滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行。 _ 在控制執(zhí)行前，對(duì)控制策略再做一次電壓穩(wěn)定校核。 第二章南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法 第三章南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法 3 1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)是基于南昌地調(diào)現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化e m s 系統(tǒng)建設(shè)，所 有的軟件和功能操作均要求完全嵌入現(xiàn)有的e m s 系統(tǒng)o p e n 2 0 0 0 中，并融合成 為一套完整的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。 3 1 1 硬件系統(tǒng) a v c 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如下圖： 圖3 1 南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 a v c 采用與s c a d a e m s 一體化設(shè)計(jì)方案，如圖3 1 中顯示原有的e m s 系 統(tǒng)已經(jīng)具有2 臺(tái)s c a d a 服務(wù)器，l 臺(tái)p a s 服務(wù)器和1 臺(tái)w e b 服務(wù)器，其中 s c a d a 部分還配備了2 臺(tái)與廠站端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的前置服務(wù)器，均采用的是 h p e s 4 0 型服務(wù)器，同時(shí)還配備了十余臺(tái)d s l 0 型和d s l 5 型工作站。在此基礎(chǔ) 1 4 第三章南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法 上，新增了2 臺(tái)h p d s 2 5 型服務(wù)器作為a v c 系統(tǒng)的主服務(wù)器，其中主機(jī)負(fù)責(zé)閉 環(huán)控制、命令下發(fā)、歷史存儲(chǔ)等實(shí)時(shí)任務(wù)，備機(jī)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建模、a v c 控制模型 生成等維護(hù)工作。主備服務(wù)器采用雙機(jī)熱備用運(yùn)行方式，即主機(jī)進(jìn)程故障時(shí)， 備機(jī)進(jìn)程能自動(dòng)啟動(dòng)，保證a v c 系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，且主備切換時(shí)間短，應(yīng)保證 不丟失任何控制數(shù)據(jù)。a v c 工作站則與原有的e m s 系統(tǒng)工作站共用，所有節(jié)點(diǎn) 工作站均可瀏覽a v c 畫(huà)面、數(shù)據(jù)，用作觀摩和演示。、 a v c 主備服務(wù)器采用與o p e n 2 0 0 0e m s 統(tǒng)一的硬件平臺(tái)( 包括主機(jī)系統(tǒng)與 存儲(chǔ)系統(tǒng)) 和u n i x 操作系統(tǒng)，適合工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)控制應(yīng)用，安全、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、 可靠性高，實(shí)時(shí)多任務(wù)處理能力強(qiáng)，無(wú)病毒感染。 3 1 2 軟件系統(tǒng) 南昌電網(wǎng)調(diào)度控制中心e m s 系統(tǒng)采用南瑞調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)o p e n 2 0 0 0 ， s c a d k d p a s 等已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化水平。在設(shè)計(jì)體系上，o p e n 2 0 0 0e m s 平臺(tái)支持 a v c 應(yīng)用子系統(tǒng)功能擴(kuò)展，將為電壓無(wú)功控制提供統(tǒng)一平臺(tái)支撐軟件。南昌電 網(wǎng)自動(dòng)化硬件水平發(fā)展已經(jīng)具備了進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和閉環(huán)控制的能力。通過(guò) 完備的高速電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，利用e m s 系統(tǒng)的s c a d a 應(yīng)用功能，可以在控 制中心采集包括母線電壓、發(fā)電機(jī)出力、線路潮流、開(kāi)關(guān)刀閘位置等在內(nèi)的實(shí) 時(shí)信息，并可以在控制中心遠(yuǎn)方完成發(fā)電機(jī)無(wú)功出力調(diào)整、電容電抗器投切、 變壓器分接頭升降等遙控遙調(diào)操作。 a v c 是e m s 重要應(yīng)用子系統(tǒng)，為減少網(wǎng)絡(luò)不安全因素和控制命令傳輸環(huán)節(jié)， 保證控制過(guò)程流暢性和可靠性，應(yīng)采用與e m s 平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)方案，包括統(tǒng)一 的支持軟件系統(tǒng)( 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和應(yīng)用中間件系統(tǒng)等) 、統(tǒng)一的s c a d a f e m s 平臺(tái) 軟件系統(tǒng)及使用許可( 服務(wù)器客戶端e m s 軟件平臺(tái)及使用許可、服務(wù)器瀏覽 器端s c a d k d e m s 軟件平臺(tái)及使用許可等) ，以此避免自動(dòng)化人員維護(hù)多套系統(tǒng) 而加大工作量及調(diào)度運(yùn)行人員同常監(jiān)視操作的不適應(yīng)。a v c 系統(tǒng)與現(xiàn)有e m s 系 統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)需要滿足： 1 ) 一體化的網(wǎng)絡(luò)模型：a v c 采用e m s 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型，包括模型參數(shù)、 靜態(tài)拓?fù)涞刃畔⒕鶑膃 m s 系統(tǒng)建模中獲取。 2 ) 一體化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：與e m s 系統(tǒng)共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。 3 ) 一體化的支撐平臺(tái)：a v c 作為e m s 的一個(gè)子模塊，所以a v c 應(yīng)該使用 第三章南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法 e m s 所有的支撐平臺(tái)，包括實(shí)時(shí)庫(kù)平臺(tái)、圖形建模、任務(wù)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)通信、日 志報(bào)警和管理等。 4 ) 一體化的基礎(chǔ)分析應(yīng)用：與a v c 相配合的各種分析應(yīng)用可以直接采用 e m s 系統(tǒng)中相應(yīng)的模塊，包括狀態(tài)估計(jì)、潮流分析、拓?fù)浞治龅取?5 ) 一體化的人機(jī)界面：a v c 操作界面采用e m s 的人機(jī)交互界面，理想的 情況下應(yīng)該做到a v c 的操作融合在調(diào)度員操作界面上。 3 2 地調(diào)a v c 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 建設(shè)該項(xiàng)目預(yù)期達(dá)到的具體控制目標(biāo)包括： 1 1 完成變電站當(dāng)?shù)責(zé)o功控制裝置所執(zhí)行的工作，根據(jù)母線電壓和無(wú)功情況， 自動(dòng)投退電容器，保證電壓合格率。 2 ) 確保1 1 0 k v 變電站主變二次側(cè)考核母線的電壓合格率。 3 ) 確保2 2 0 k v 變電站主變高壓側(cè)受電關(guān)1 2 1 的功率因數(shù)合格率。 4 ) 能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功電壓控制。對(duì)輻射狀的區(qū)域電網(wǎng)，能夠自動(dòng)調(diào)整 高壓側(cè)母線電壓從而提高整體電壓水平。 5 ) 夠充分地降低網(wǎng)損，可以考慮區(qū)域內(nèi)的無(wú)功電壓分配，保證局部電網(wǎng)和整 體電網(wǎng)處于優(yōu)化狀態(tài)下運(yùn)行。 6 ) 統(tǒng)有開(kāi)環(huán)運(yùn)行和閉環(huán)運(yùn)行兩種狀態(tài)：在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，可以給調(diào)度員提供決 策上的支持；在系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下，a v c 可以轉(zhuǎn)入閉環(huán)運(yùn)行，自動(dòng)進(jìn)行電壓 控制。 7 ) s c a d a 采集數(shù)據(jù)，對(duì)于s c a d a 的量測(cè)數(shù)據(jù)有分析和預(yù)處理的能力，能 夠屏蔽掉那些明顯量測(cè)不j 下常不合理的測(cè)點(diǎn)和廠站。 8 ) 功電壓控制策略能夠靈活進(jìn)行配置，用戶可以自行制定各種控制策略，配 置各種控制參數(shù)。 9 ) a v c 系統(tǒng)出現(xiàn)各種事故時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行判斷，并能夠及時(shí)閉鎖相關(guān)功 能。 3 3 地調(diào)控制范圍和控制手段 地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化閉環(huán)控制的最大范圍為由地區(qū)電網(wǎng)管轄的具有 s c a d a 遙控遙調(diào)功能的2 2 0 k v 及以下變電所。以這些變電所為考察單元，將 1 6 第三章南昌電網(wǎng)a v c 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法 2 2 0 k v 變電所作考察單元為其送電的1 1 0 k v 變電所考察單元的上一級(jí)單元，建 立考察單元之間的上下級(jí)層次關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)不同層次的考察單元 之間的相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)二級(jí)無(wú)功電壓優(yōu)化控制。 無(wú)功電壓優(yōu)化閉環(huán)控制的控制手段( 控制對(duì)象) 為2 2 0 k v 變電所變壓器有 載分接開(kāi)關(guān)；1 1 0 k v 、3 5 k v 變電所的變壓器有載分接開(kāi)關(guān)、電容器、電抗器。 控制對(duì)象也包括地區(qū)電網(wǎng)管轄的具備控制條件的發(fā)電機(jī)組。 地調(diào)a v c 系統(tǒng)采用基于區(qū)域的二級(jí)無(wú)功電壓控制。a v c 系統(tǒng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)進(jìn) 行自動(dòng)分區(qū)?；趕 c a d a p a s 中的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)庫(kù)，以2 2 0 k v 變電所的中樞 母線作為分區(qū)的出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)設(shè)備拓?fù)溥B接關(guān)系以及開(kāi)關(guān)刀閘的實(shí)時(shí)狀態(tài)自動(dòng) 對(duì)1 1 0 k v 、3 5 k v 變電所進(jìn)行分區(qū)。 動(dòng)態(tài)分區(qū)應(yīng)采取周期運(yùn)行方式，并能根據(jù)方式變化或事件( 如遙信變位) 觸發(fā)執(zhí)行，使控制區(qū)域與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式自動(dòng)保持一致。 3 4 控制環(huán)節(jié) 3 4 1 控制建模 控制建模應(yīng)直接讀取e m s 數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，自動(dòng)生成a v c 監(jiān)測(cè)和控制點(diǎn)， 減少維護(hù)人員工作量?？刂颇Ｐ蛻?yīng)首先在離線態(tài)下進(jìn)行驗(yàn)證，正確后才能裝載 到實(shí)時(shí)控制運(yùn)行，確?？刂茀?shù)安全性。驗(yàn)證錯(cuò)誤應(yīng)給予維護(hù)人員告警信息。 3 4 2