分布式电压无功全局优化控制系统的研制
第!!卷"##"年第#期
!!电压的稳定可以确保各种电气设备的正常运
行并延长其使用寿命!控制电网合理的无功潮流可以降低网损!从而达到电网的经济运行!因此在电力系统中实现电压无功优化控制具有广泛和重要的经济效益和社会效益"广州电网目前电压无功控制的主要手段是在各$$%&’变电站安装变电站级电压无功综合控制装置(简称’)*+!该装置以变电站为中心!通过调节有载调压变压器的分接头位置和控制无功补偿设备如并联电容器组或电抗器的工作状态!维持受控母线电压和注入电网的无功功率在规定的范围内"
这种控制存在的不足是#
($+只能实现局部优化!不能实现全系统最优
控制"并且仅能保证受控母线电压合格!不能达到全网功率损耗最小的目的"
(#+’)*装置的调节控制是基于给定的电压
无功上下限值!电压无功上下限值的确定要依赖维护人员的经验!缺少一套有效的计算方法"如果上下限值给定不合理!无论调节措施多么完美!都不可能得到合理的控制"
为了解决上述两方面问题!提高电网电压无功控制水平!广州供电分公司组织研制了分布式电压无功全局优化控制系统!该系统投入广州鹿鸣区域电网试运行!效果良好!达到预期效果"
!分布式电压无功全局优化控制系统结构原理
该系统由主站系统$变电站电压无功实时控制
子站系统(’)*+和通信子系统,个子系统构成"系统结构原理如图$所示"
图!
分布式电压无功全局实时优化控制系统结构原理图
通信子系统实现主站系统与子站系统’)*控制程序之间的数据通信!主站系统通过通信子系统与各变电站的电压无功实时控制子系统联系!进行数据传递和控制"
主站系统利用由子站系统采集并按一定时间间隔上送的##%&’及$$%&’变电站低压侧($%&’侧+有功和无功负荷的实时数据及开关状态信息!进行全电网离散无功优化计算!其优化目标是保证电网内各节点电压在允许范围内且实现全网有功损耗最小%然后根据优化计算结果形成每个变电站的无功功率上下限(指变压器高压侧从系统吸收的无功功率+及低压侧电压上下限的控制策略表!并通过通信子系统传到变电站电压无功实时控制子系统"
!!收稿日期!#%%-$$$$$#
作者简介!钱康龄%!&"-$’!男!高级工程师!硕士!从事电力调度运行管理工作!主要研究方向为电网经济运行.
分布式电压无功全局优化控制系统的研制
钱康龄$!纪
红$!李芳红$!刘明波#!马骥,
($.广东省广电集团有限公司广州供电分公司!广东广州
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#.华南理工大学电力学院!广东广州
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,.广州南方电力集团科技发展有限公司!广东广州
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摘要!分析了目前广州电网电压无功控制存在的不足!介绍了自主开发的分布式电压无功全局优化控制系统的结构原理"研制过程"技术难点及应用情况#该系统已在广州鹿鸣电网挂网运行!运行良好$系统由主站系统%变电站电压无功实时控制子系统(’)*+和通信子系统构成$各子站系统的电压和无功控制范围通过全网离散无功优化计算获得!可实现对电网电压无功全局优化和分布式实时控制$
关键词!电压无功控制&全局优化&分布式控制&主站系统&数据通信
中图分类号!012/$3.$
文献标识码!4
文章编号!!##()(*!&+"##",##)###2)#,
567689:;6<=9>5?@=A?BC=6D ’98=EF6E 4E@6D 9 )PQR SE !VPY 1? )B9 #!1Q T?, #2Z Z !""!年第"期第##卷 !!子站系统存放在各变电站!各子站系统装置负责监控变压器和电容器状态"采集电网运行参数及根据主站系统提供的电压无功限值按九区分割图实施具体控制策略#在原有变电站$%&的基础上进行改进!支持按全网优化电压无功限值和支持本地电压无功限值两种模式控制!当通信中断或电网出现异常时!子站系统将自动切换控制状态!即从执行全网优化电压无功限值自动转换成执行本地预设的电压无功限值!保证电网安全运行$ !研制过程 系统研制过程依次包括% ’()研究全网离散无功优化算法及变电站电压无功控制范围的整定计算方法$ ’")研究可支持按全网优化电压无功限值和本地电压无功限值控制的变电站电压无功实时控制子系统$其难度主要体现在对现场正在投入运行的$%&装置进行改造$其中增加新的数据采集模块是核心$ ’*)开发通信子系统$借助电话线进行通信!着重要解决通信协议及减少误码率的问题$ +,)进行分布式电压无功全局实时优化控制系统的实验室测试$ ’!)进行全网电压无功优化系统的实时闭环仿真$按照鹿鸣电网的历史数据!在实验室完成闭环仿真$ ’-)进行现场安装&调试!最终挂网运行$ "主要技术难点 "#$全电网离散无功优化计算方法 电力系统无功优化是在系统的结构参数&负荷和有功电源出力给定的情况下!通过调节发电机无功出力&无功补偿设备出力及可调变压器的分接头!使目标函数最小’同时要满足各种物理和运行约束条件!如无功电源出力&节点电压幅值和可调变压器分接头位置等上下限的限制$ 无功优化在数学上表现为典型的非线性混合整数规划问题!含离散变量!在求解这类含离散变量的非线性规划问题时!现有的算法通常采用先把所有变量都作为连续变量进行优化!再将离散变量就近归整的方案!这种方法会造成较大误差$在本系统研制过程中采取的方法不同!这里是通过对离散变量构造罚函数并将其直接嵌入到非线性原对偶内点法中形成扩展内点算法$其原理详见文献.$"$"%!变电站电压无功控制范围的整定计算方法研究变电站电压无功控制范围的整定计算方法的总体思路是%首先根据一天各负荷点的有功和无功负荷曲线及电网结构!进行全网离散无功优化计算!其优化目标是保证节点电压在允许范围内!且使整个网络的有功功率损耗最小$通过计算得出每个变电站变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压的最佳变化曲线$通过跟踪无功和电压最佳变化曲线!确定变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压的上下限值$ 跟踪无功和电压最佳变化曲线还要考虑一些实际情况!如变压器分接头动作次数和电容器组投切次数的限制&逆调压的要求&无功负荷变化的规律性以及无功在不同时段的不同要求等!这里从变电站电压无功控制装置的调节原理出发!根据负荷变化规律!提出将全天分为三种时段%高峰负荷和低谷负荷的时段&由谷荷转入峰荷和由峰荷转入谷荷的时段&其余时段$针对三种时段!采用不同的跟踪无功和电压最佳变化曲线的方法$具体如下% +.)在高峰负荷时!将电压下限值上调!无功上限值上调’在低谷负荷时!将电压上限值下调!无功下限值下调$ +")由谷荷转入峰荷时!将电压下限值下调!无功上限值下调’由峰荷转入谷荷时!将电压上限值上调!无功下限值上调$ +*)其余时段!依据上述给定的方法实现对最优电压和无功曲线的跟踪$ 其原理详见文献*$ "#"基于全网离散无功优化的分布式电压控制系统的主站系统 基于全网离散无功优化的分布式电压控制系统的主站系统框架如图"所示$ 图!基于全网离散无功优化的分布式电压控制系统的 主站系统框架 "# // 第!!卷"##"年第#期 !!"可支持按全网优化电压无功限值和本地电压无功限值控制的变电站电压无功实时控制子 系统 子站系统负责监控变压器和电容器状态!采集电网运行参数及根据主站系统提供的电压无功限值$或自定义的电压无功限值%实施电压无功控制"利用技术上已成熟的&’(装置#研究可支持全网优化控制和本地控制模式的&’(控制策略#并使其支持按全网优化电压无功限值和支持本地电压无功限值两种模式控制"主设计思想基于分布式分散控制#针对电网中的不同节点和状态可以用不同的控制策略" $)%当*+,装置引入全网控制方式后#控制模型中增加了通信相关的元素#必须增加处理相应引入的不定因素的手段#控制模型中提出了多状态的控制方式" $#%异常状态下#提供不同的控制定值#使*+,装置放弃一部分的优化要求#重点放在保证电网运行的安全上" "试运行情况 该分布式电压无功全局优化控制系统研制成功后在广州鹿鸣区域电网挂网运行"广州鹿鸣电网结构包括)个##-.&变电站$鹿鸣站%和/个))-.&变电站"我们把分布式电压无功全局优化控制系统的主站系统放置在鹿鸣站#每个变电站$包括鹿鸣站和/个))-.&变电站%都安装了子站系统#整个分布式电压无功全局优化控制系统的控制范围从##-.&变电站的进线端到))-.&变电站的)-.&侧出线端" 从现场系统的运行记录数据和变电站的值班人员的反映数据可以看出#该分布式电压无功全局优化控制系统应用后取得的成果如下$ $)%该系统实现了全电网在线无功优化调度和无功控制装置的局部优化自动控制的协调#改善了整个电网的电压质量!降低电网有功损耗" $#%在系统运行期间#各变电站的电压合格#调节动作及时准确#可满足实际运行需求" $0%在各变电站实际运行中1各无功补偿设备得到充分利用#有效地降低变电站在负荷高峰期从系统吸取无功#补偿了系统无功#同时起到很好的电压调节功能" $2%在变电站的运行中代替人工调节工作1实现变电站电压无功调节的自动化控制#保证无人值班变电站的电压无功调节安全运行" #结束语 分布式电压无功全局实时优化控制系统通过在&’(装置电压和无功的整定计算和控制中引入全网无功优化计算结果的方法#实现对电网电压无功全局实时优化和分布式控制1做到在保证电压质量和满足安全性约束的前提下#使系统网损最小" 同时提出了一套变电站&’(控制范围的整定计算方法#既考虑了对电压和无功最优变化曲线的跟踪#又兼顾了减少分接头动作次数的需求#满足了电网经济运行和电压质量的要求" 该系统经过了实践的检验#能满足电网的全网电压无功优化协调控制的要求" 该系统可用于整个地区供电网络的电压无功控制#也可用于某个供电网络的某一个区域的电压无功控制#具有很好的开放性和可扩展性#具有较大的推广应用价值" 参考文献! 3)4567869:;<1=>,>?@ 3#4程莹#刘明波>含离散控制变量的大规模电力系统无功优化3Z4>中国电机工程学报##--####$"%$"2O/-> 304朱春明#刘明波#裴爱华#钱康龄#李芳红#霍锦强#马骥>变电站电压无功控制范围的整定计算方法3Z4>电力系统自动化##--0##[$!%$[-O[2> !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "电力科技信息" 联合国工业发展组织援建中国海洋流发电项目启动 !!在中国等0个发展中国家沿海建设海洋流发电站项目获联合国工业发展组织批准#并开始进入实施阶段"由联合国工业发展组织资助并实施的这一项目使用的是由意大利一家公司与意科研机构合作开发的海洋流发电机组"这是国际上将海洋流动力能转变为电能的最为成熟的发电技术"这一项目的开发建设将为发展中国家可再生能源的充分利用开辟出一条新路" 该项目使用的海洋流发电机组由固定在海底的涡轮机#旋翼和电气部件组成#装机容量为)0-.+"此前#该发电机组曾在意大利南部的墨西拿沿海进行过发电试验并获得成功"该项目的建设也将在印度尼西亚和菲律宾同时进行" 3摘自%中国电力&#--"$)%4 分布式电压无功全局优化控制系统的研制 #\ O O