電網(wǎng)自動電壓無功控制系統(tǒng)(AVC)設(shè)計

電網(wǎng)自動電壓無功掌握系統(tǒng)(AVC)設(shè)計隨著電力工業(yè)的進(jìn)展,大容量電廠和電力用戶的大電力系統(tǒng)的消滅,電壓問題已經(jīng)不只是一個供電質(zhì)量的問題,而且是關(guān)系到大系統(tǒng)安全運行和經(jīng)濟(jì)運行的重要問題。一：電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化的意義和當(dāng)前爭論現(xiàn)狀在電網(wǎng)的無功電壓治理方面，當(dāng)前比較突出的問題有：1、頂峰負(fù)荷期間，無功補償缺乏，變電所母線電壓普遍偏低在低谷負(fù)荷期間，無功過剩，引起變電所母線電壓上升。2、并聯(lián)電容器分組和有載調(diào)壓變壓器分接頭檔位組合不合理。有的并聯(lián)電容器每組容壓過大，不能滿足運行電壓平穩(wěn)調(diào)整的需要。3、無功調(diào)整設(shè)備質(zhì)量不過硬。電容器損壞率較高有載調(diào)壓變壓器的頻繁調(diào)壓也易造成分接頭故障，從而使變壓器被迫退出運行。4、無功計量誤差較大，測量數(shù)據(jù)不完整，給電壓無功分析帶來困難。5、缺乏有效的電壓無功實時分析計算手段。電容器的投切和有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓根本上憑閱歷，調(diào)整不夠準(zhǔn)時、準(zhǔn)確。給出一個合理的掌握措施，從而保證全網(wǎng)范圍內(nèi)的電壓質(zhì)量合格和無功功率的合理分布。二：AVC系統(tǒng)概述1、AVC系統(tǒng)介紹電網(wǎng)無功電壓閉環(huán)掌握系統(tǒng)(以下簡稱AVC系統(tǒng))是通過監(jiān)視關(guān)口的無功和變電站母線電電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)為關(guān)口無功合格，母線電壓合格，網(wǎng)損最優(yōu)。圖1為系統(tǒng)的原理框圖?，F(xiàn)依據(jù)圖1對系統(tǒng)簡潔介紹如下:AVC系統(tǒng)接口與SCADA系統(tǒng)的的連接它是通過地區(qū)變電站內(nèi)的RTU與系統(tǒng)效勞器及SCADA運行信息送給調(diào)度掌握中心，把調(diào)度的掌握、調(diào)整等命令送給廠站執(zhí)行。AVC系統(tǒng)接口與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通過與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通信，地區(qū)電網(wǎng)可依據(jù)省局下發(fā)的無功指令對電容器和掌握。系統(tǒng)的根本功能①全網(wǎng)電壓優(yōu)化功能:當(dāng)無功功率流向合理，某變電站10kV側(cè)母線電壓越上限或越下限調(diào)整本變電站有載主變分接頭開關(guān)還是調(diào)整上級電源變電站有載主變分接頭開關(guān)檔位圖1電壓無功掌握系統(tǒng)原理框圖提高電壓水平，同時避開了多變電站多主變同時調(diào)整主變分接開關(guān)可能引起的調(diào)整振蕩。實施有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)整次數(shù)優(yōu)化安排動作安全和削減日常維護(hù)工作量。實現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位聯(lián)調(diào)與運行有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位以致調(diào)整，可快速完成熱備用變壓器的并聯(lián)運行。②全網(wǎng)無功優(yōu)化功能:當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)各級變電站電壓處在合格范圍內(nèi)時，可掌握本級電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向，使其更為合理，到達(dá)無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。電站不同容量電容器組誰優(yōu)先投入。省網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)不合格時，優(yōu)化220kV及其下級變電所的電容器組的投切。③無功電壓綜合優(yōu)化功能:當(dāng)變電站10kV如達(dá)不到要求，再切除電容器。當(dāng)變電站10kV母線電壓超下限時，先投入電容器，達(dá)不到要10kV母線電壓和負(fù)荷變化，防止無功補償設(shè)備投切振蕩。太大變化。通過定義設(shè)備的調(diào)整費用來掌握調(diào)整頻度和調(diào)整優(yōu)先級。優(yōu)先級依據(jù)用戶考核和治理的規(guī)定設(shè)定。三：AVC的性能指標(biāo)1、AVC系統(tǒng)掩蓋率要求≥50%計算公式：AVC掩蓋率100%地調(diào)調(diào)度管轄范圍內(nèi)實際廠站數(shù)考核依據(jù)：a．地調(diào)調(diào)度管轄范圍；b．地調(diào)AVC系統(tǒng)掌握廠站數(shù)；c．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據(jù)市供電公司供給調(diào)度管轄范圍及可控廠站數(shù)。2、AVC月可用率要求≥90%計算公式：AVC月可用率AVC全月計算正確次數(shù)100%AVC全月計算總次數(shù)用該指標(biāo)進(jìn)展考核時，要求AVC全月計算總次數(shù)一般不少于2800次(至少5分鐘計算一次)?？己艘罁?jù)：a．地調(diào)系統(tǒng)AVC有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)；b．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據(jù)所供給的資料，核實指標(biāo)的完成狀況，并對該項指標(biāo)進(jìn)展實測時間(一般不少于2個小時)。3、AVC系統(tǒng)投運率要求≥85%計算公式：AVC月投運率AVC全月閉環(huán)時間100%全月時間考核依據(jù)：a．地調(diào)系統(tǒng)AVC有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)；b．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據(jù)所供給的資料，核實指標(biāo)的完成狀況。4、AVC掌握合格率要求≥90%計算公式：AVCAVC全月掌握成功次數(shù)100%AVC全月掌握總次數(shù)考核依據(jù)：a．地調(diào)系統(tǒng)AVC有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)；b．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據(jù)所供給的資料，核實指標(biāo)的完成狀況，現(xiàn)場抽測(不少于2次)。5、AVC單次計算時間要求≤10秒該指標(biāo)中的時間是指從AVC計算周期開頭計至結(jié)果顯示到畫面上為止的時間。核實方法：現(xiàn)場抽測，不少于三次。6、AVC單次掌握完成時間要求≤30秒該指標(biāo)中的時間是指從AVC掌握命令開頭下發(fā)至結(jié)果正確顯示到畫面上為止的時間。核實方法:現(xiàn)場實測，不少于三次。四:AVC系統(tǒng)的設(shè)計1、系統(tǒng)的設(shè)計原則掌握費用綜合評估量算得到的綜合指標(biāo)進(jìn)展選擇，實現(xiàn)優(yōu)化掌握。實現(xiàn)變壓器和電容器分時段協(xié)調(diào)協(xié)作⑤在保證不向上一級電網(wǎng)倒送無功即保證關(guān)口無功合壓器的合理解決方案⑦具備對每次的掌握費用和操作節(jié)約的網(wǎng)損進(jìn)展比較功能電網(wǎng)運行本錢。行。優(yōu)化掌握模式具有的功能：在狀態(tài)估量運行正常且量測合格率大于設(shè)定的低限，自動電壓掌握使用優(yōu)化掌握模式。利用潮流計算的靈敏度分析功能，得到掌握設(shè)備對母線電壓、關(guān)口功率因數(shù)、網(wǎng)損的影響，掌握頻度，替代分區(qū)掌握的簡單規(guī)章使系統(tǒng)易于維護(hù)，同時實現(xiàn)無功電壓的優(yōu)化掌握。分區(qū)掌握模式具有的功能：主要依據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前各個監(jiān)控點在電壓和無功平面中所處的運行區(qū)域規(guī)章，實現(xiàn)對全網(wǎng)功率因數(shù)和電壓的自動監(jiān)控。2、AVC系統(tǒng)的構(gòu)成此系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩個局部組成作站組成。軟件局部主要包括無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)采集、電壓及無功優(yōu)化計算和處理、掌握執(zhí)行等模塊。電壓無功優(yōu)化系統(tǒng)的構(gòu)成損節(jié)能和改善電壓質(zhì)量的目的。電壓無功優(yōu)化系統(tǒng)承受的根本原理及算法將不考慮發(fā)電機因素。FminPLOSS約束條件：1、節(jié)點電壓約束：Vimin

VVi imax2、有載調(diào)壓分接頭檔數(shù)調(diào)整上下限：Timin

TTi imax3、支路電流上下限：I IIimin i imax4NNi imax有動作次數(shù)約束的設(shè)備包括電容器、電抗器、有載調(diào)壓分接頭。5、潮流方程約束P VV(Gcos Bsin)Gi Di i j ij ij ij ij

jhV

V(G

sin

Bcos)Gi 其中

i j jh

ij ij ij全部節(jié)點i都需要滿足有功方程；PQ節(jié)點都需要滿足無功方程；GBij

—節(jié)點導(dǎo)納陣元素；V—第i條母線電壓；i —母線ij的電壓相角差；ijP 、QGi

—母線i上所帶發(fā)電機的有功功率和無功功率；、QDi

—母線i上所帶負(fù)荷的有功功率和無功功率；h—與節(jié)點i相連的節(jié)點集，包括節(jié)點i。本系統(tǒng)所實現(xiàn)的即是在滿足上述約束條件下，查找網(wǎng)損最小的無功潮流最優(yōu)分布方案，投切電容器、電抗器、調(diào)整有載調(diào)壓分接頭。靈敏度分析①網(wǎng)損對節(jié)點補償電容的靈敏度假設(shè)電網(wǎng)總的節(jié)點數(shù)為n，則其網(wǎng)損為：

UU(Gni j n

cos )iji1j1電網(wǎng)中節(jié)點iP與注入的無功功率Q

的極坐標(biāo)形式表示為：PUUi i

(Gj

cosij

i iBsin)ij ijjiQ i iji

(Gj

sinij

Bcos)ij ij和相角的函數(shù)。依據(jù)隱函數(shù)求導(dǎo)法則，可求出網(wǎng)損對各節(jié)點注入無功功率的偏導(dǎo)數(shù)P PU P U

P U12QU U12

U

〔i=1,2,n〕niniQ Ui

Q1 i(Gsin

Q2 i n iBcos)U i j

ij ij ij而U而jQ

Q

1/Ui i j從而可得：PnQ

Gj

cos

kj UG

1sin

cosi k1 k

i ik

ik ik ik②網(wǎng)損對有載調(diào)壓變壓器分接頭的靈敏度設(shè)節(jié)點i和jj側(cè)，并假定注入功率分別為P、QP、i i jQ，如下圖：j當(dāng)變壓器分接頭轉(zhuǎn)變tij

圖2變壓器注入功率化，以下圖表示了這種變化的相互關(guān)系。圖3轉(zhuǎn)變t 時，變壓器注入功率變化ij變壓器分接頭變動引起的節(jié)點功率變化為： P PPPP

ijt

ijti i i

t ij t ijijQQ tiji t ijjiPP tjij t ijijQ

ij ijQ j

jitt ijij由節(jié)點i和j的注入功率變化而引起的網(wǎng)損變化是：PPPi

PPi Qi

QPi Pj

PPQj Q jj

P

P

Q t

ij

ij

ji

ji P t Qi ij i

t Pij j

t Qij j

t ijPP

P

PQ t tij

i

ij t ij i

ij t ij j

ji ij j

ji tij 其中的支路功率對分接頭的偏導(dǎo)數(shù)與非標(biāo)準(zhǔn)變比在哪一側(cè)i側(cè)或j側(cè))有關(guān)，表示為如下形式(四個表達(dá)式中等號右邊上面的表達(dá)式對應(yīng)1在i1在j側(cè)情況)。 1UU Gcos

Bsint ijijP ijijijijij

ij ij ijt 2ij

1

U2G t UU Gcos

Bsin 2 i ij

i j ij

ij ij ij 1UU

Bcos

GsinQ t i j ij ij ij ijij ijt 1 2ij

UU

BcosGsin

U2Bt

i j

ij ij

t2

i ijij2

1

ij U2G

UU Gcos

BsinP t2 i ij t i j ij

ij ij ijji ij ijtij 1UU Gcos

Bsin t i j ij

ij ij ij1

ij

2 UU BcosGsin U2BQ t i ji ij

ij ij ij

t2 i ijijt 1ij UU

Bcos

Gsin t i j ij

ij ij ij ij實時潮流計算通過有用化驗收后精度已經(jīng)能夠滿足無功電壓掌握的需求提高計算速度滿足對速度的要求。電容器的靈敏度分析承受逐個的投/切掃描計算。對變壓器進(jìn)展分組只承受升或降的分組掃描計算，同時考慮并列運行變壓器的同步調(diào)整。3、系統(tǒng)的掌握流程及實現(xiàn)方法系統(tǒng)流程：如圖4所示。系統(tǒng)開頭運行時首先讀取拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，啟動三個獨立的線程一個用于保護(hù)信號的監(jiān)視，時產(chǎn)生最優(yōu)校正掌握方案另一個用于執(zhí)行掌握方案。每一個獨立的監(jiān)控母線母線的電壓受考核為一個電壓監(jiān)控點，每個220kV變電所高壓側(cè)掌握，上、下級變電站的聯(lián)合掌握，同級變電站的協(xié)調(diào)掌握等問題。主要掌握過程為循環(huán)監(jiān)控，包括以下主要步驟：取實時數(shù)據(jù)并進(jìn)展濾波。當(dāng)有非電容器開關(guān)變位時重進(jìn)展拓?fù)浞治錾杀O(jiān)控點，并進(jìn)展靈敏度掃描計算。運行時獵取狀態(tài)估量數(shù)據(jù)，進(jìn)展拓?fù)浞治霎a(chǎn)生監(jiān)控點，并進(jìn)展靈敏度掃描計算。(3)掌握時假設(shè)靈敏度掃描周期到，獵取狀態(tài)估量數(shù)據(jù)，進(jìn)展網(wǎng)損、功率因數(shù)、電壓的靈敏度掃描計算。依據(jù)掃描結(jié)果進(jìn)展電壓、功率因數(shù)、網(wǎng)損的設(shè)備操作靈敏度分析。依據(jù)靈敏度分析結(jié)果計算各個設(shè)備的綜合指標(biāo)，利用濾波后的實時量測進(jìn)展監(jiān)視，因素及保護(hù)信號，如設(shè)備不行用則進(jìn)展閉鎖。假設(shè)有最優(yōu)掌握方案，執(zhí)行該方案，否則進(jìn)展報警。圖4系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)的掌握方案：變電站母線電壓的校正掌握通過并聯(lián)補償設(shè)備的投切和變壓器分接頭的調(diào)整來保證監(jiān)控點的電壓在規(guī)定的運行區(qū)間內(nèi)。關(guān)口功率因數(shù)的校正掌握投切某個并聯(lián)補償設(shè)備來掌握功率因數(shù)，保證電壓變化不大，網(wǎng)損增加最少或削減最多。網(wǎng)損的優(yōu)化掌握電壓的太大變化系統(tǒng)的安全掌握：為保證掌握的安全，實行了以下措施：實時監(jiān)視變壓器、電容器等掌握設(shè)備的主保護(hù)信號，一旦有保護(hù)動作時馬上閉鎖該對量測進(jìn)展數(shù)字濾波，監(jiān)視量測的質(zhì)量，當(dāng)主要監(jiān)視量測消滅質(zhì)量問題時，即閉鎖進(jìn)展報警.對電壓承受實時測量加計算偏移量的方式進(jìn)展掌握后的越限推斷，保證與考核電壓的全都。五:總結(jié)目前我國電力行業(yè)對電壓的掌握只是每日分為幾個典型時段進(jìn)展比較粗的掌握員在覺察電壓越限時憑閱歷進(jìn)展簡潔的調(diào)整動電壓掌握來滿足對電壓質(zhì)量的更高需求。電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度中一個格外重要的方面是