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几种AVC系统电压无功灵敏度计算的方法比较doc

归档日期:06-27       文本归类:对比灵敏度      文章编辑:爱尚语录

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  几种AVC系统电压无功灵敏度计算的方法比较 摘 要:为提升实际AVC系统电压无功灵敏度的计算精度,文章用一个算例来模拟实际AVC系统中电压无功灵敏度的计算过程,分别采用边界节点上直接挂PQ等值机、常规Ward等值、缓冲Ward等值以及考虑灵敏度一致性的外网静态等值四种外网等值理论来计算目标区域的电压无功灵敏度,并将计算结果与精确值进行比对。结果表明,边界节点上直接挂PQ等值机、常规Ward等值两种等值方法所计算出的电压无功灵敏度精度较差,而缓冲Ward等值以及考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论所计算出的电压无功灵敏度精度较好。 关键词:外网等值;电压无功灵敏度;AVC系统 引言 随着超特高压交直流输电线路的不断建设,区域电网之间的互联不断加强,我国电网已发展成为一个规模巨大的交直流互联电网。电网容量的不断增大,超高压远距离输电以及日负荷的较大波动,都对电网的电压无功控制提出了更高的要求。自动电压控制(Automatic Voltage Control,AVC)系统能够从全局出发,运用电网实时运行数据,科学地控制所辖电压无功控制装置的智能优化系统[1]。电压无功灵敏度作为一个关键参数,参与了AVC系统的三级电压控制环节(Tertiary Voltage Control,TVC)和二级电压控制环节(Secondary Voltage Control,SVC),其计算精度的高低直接影响到AVC系统的电压控制效果[2]。 目前,在我国实际运行的AVC系统中,其计算电压无功灵敏度主要采用两种方法。第一种是采用统计经验法则,由变电站运行人员根据长期的实际操作经验,统计性地给定一组电容器或电抗器投切后相关节点的电压变化量,以此来给出节点间的电压无功灵敏度。此方法的主要缺点为:其需要运行人员对所有的站点进行观测,耗费大量人工和时间;当系统运行状态发生较大变化时,变化前所观测的电压无功灵敏度经验参数将会失效;人工的统计经验方法无法模拟电容器和电抗器容量衰减的影响。第二种方法首先采用在边界节点处挂PQ等值机的外网等值方法对目标区域以外的电网进行等值,然后在简化后的网络中通过潮流迭代方程计算当前电网状态下的电压无功灵敏度参数。此种方法可以根据潮流状态来灵活计算电压无功灵敏度,但直接在边界节点处挂PQ等值机的方法计算得出的结果和实测结果差距较大。 运用外网等值方法来计算AVC系统电压无功灵敏度是现有研究的主要方向,因此研究出一种能提高电压无功灵敏度计算精度的外网等值方法成为目前所需要关注的重点。文章通过对模拟系统的仿真,比较了边界节点直接挂PQ等值机、常规Ward等值[3]、缓冲Ward等值[4]以及考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论[5]四种方法下所计算出的电压无功灵敏度计算精度,从中确定最好的外网等值方法。 1 电压无功灵敏度参数在AVC系统中的作用 电压无功灵敏度参数在自动电压控制系统中的作用主要有三项。 首先,实际运行的AVC系统大都采用了三级电压控制模式,而三级电压控制模式中的TVC控制环节需要对全网进行划分,无论是采用固定分区还是动态分区,都要求本区域内部节点之间电气关系强耦合,分区与分区之间电气关系弱耦合,而现有关于AVC系统的研究常用电压无功灵敏度来表征电气关系[6]。 其次,三级电压控制模式中的SVC控制环节是通过控制本子区域内发电机的自动励磁调节器、有载调压分接头及可投切的电容器和电抗器组,来实现本区域内中枢母线电压幅值等于TVC下发的给定值,此工作实质是一个二次规划或无功优化问题,计算中需要用到节点间的电压无功灵敏度参数[7]。 最后,目前我国实际应用的AVC控制系统实时运行电压的监控和调整策略主要采用“区域电压控制”、“就地电压控制”和“电压协调控制”策略,上述三种控制策略的实施都依赖于计算时间短、结果精度高的电压无功灵敏度计算方法。由此可见,研究一种电压无功灵敏度参数的自适应整定计算环节对自动电压控制系统是非常重要的。 2 外网等值方法对计算AVC系统电压无功灵敏度参数的影响 我国的自动电压控制系统实际是采用“网级调度中心―省级调度中心―地(市)级调度中心―县级调度中心”的分层组织形式,其中网级调度中心(如华东电网调度中心、华北电网调度中心等)和省级调度中心共同实现第三级电压控制的功能,而地(市)级调度中心主要实现第二级电压控制的功能。 为规范各层调度中心的控制权限,网调中心和省调中心不会将全网的SCADA监测数据完全下发给各地调中心,各地调中心只能采集到本区域电网的状态数据。因此,上级电网会采用外网等值方法将各地调中心控制区域以外的网络等值成为一个外部等值网络,然后将外部等值网络下发给各地调中心,以供其进行分析计算。 另一方面,从地调中心的角度,其要进行实时的潮流分析就必须考虑本区域以外电网的影响,而外部电网的节点规模比较庞大,节点数目远大于本区域内的节点数目,如果用全部外网信息来计算,则计算速度无法满足要求。因此,利用外网等值方法来取代外部系统中某些不重要的部分,可以大大减少计算规模。 因此,在计算区域内节点间电压无功灵敏度参数时必须要考虑不同外网等值方法所带来的影响,选择一种合适的外网等值方法,在有效降低节点规模、保证计算速度的同时保证计算精度。 3 不同外网等值理论下电压无功灵敏度计算方法 文章分别运用边界节点直接挂PQ等值机、常规Ward等值[3]、缓冲Ward等值[4]以及考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论[5]四种方法来进行电压无功灵敏度计算。 计算流程如下:(1)采集一个典型时刻的全网状态信息;(2)划分全网,给出内网、边界节点、外部网络;(3)利用四种外网等值方法对外部网络进行等值;(4)将等值后的外网和内部网络进行拼接,对拼接后的网络计算其电压无功灵敏度参数。 上述计算流程中,第(1)步的信息由SCADA系统采集;第(2)步中内网、边界节点、外网由各地(市)调所辖区域进行划分;第(3)步中的四种外网等值方法都较成熟,可参考文章给出的参考文献。 第(4)步外网等值计算则采用从潮流迭代方程来推导节点间的电压无功灵敏度计算表达式,然后代入第(1)步所采集的当前状态信息进行计算,得到采用不同外网等值计算方法下内部网络节点间的电压无功灵敏度计算结果[8]。具体而言,对等值后的网络分析其潮流计算修正方程: 式中:Ui表示i号节点当前电压幅值,?兹ij表示i号节点的相角?兹i与j号节点相角?兹j的差值,Gii、Bii为所形成节点导纳矩阵中i号节点的自导纳的实部与虚部,Gij、Bij为i、j节点之间互导纳的实部与虚部。 由此可以推出第(4)步要求的PQ节点之间的电压无功灵敏度矩阵Sqv为 4 仿线 数据准备 文章以IEEE39节点系统为例来模拟实际AVC系统中考虑外网等值理论下的电压无功灵敏度计算过程。以在全网下用重复潮流法计算得到的电压无功灵敏度为精确值,将边界节点处挂PQ等值机、常规Ward等值、缓冲Ward等值、考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论四种不同的外网等值方法进行仿线号节点作为边界节点,以4~16、19~24、31~35号节点作为内部网络节点,以1~2、25~30、37~39号节点作为待等值的外部网络节点,并增设2-27交流线路,该线路支路电阻和支路电抗为0.0003和0.0059,其余参数无修改。 4.2 计算精度对比分析 目标区域内的PQ节点为3~24号,由式(2)可分别得出四种方法的电压无功灵敏度矩阵Sji=?驻Vj/?驻Qi,均为22阶方阵。设目标区域内所有PQ节点的集合为N,PQ节点的元素个数为n。假定通过某种外网等值方法和重复潮流法计算当前j节点电压变化量对i节点无功变化量的灵敏度分别为S1ji、S2ji,i,j∈N。则对于此外网等值方法而言,其关于i节点的电压无功灵敏度平均误差Ti为 由此计算得到单点电压无功灵敏度误差对比表和整体误差表分别由表1、表2所示。 5 结束语 由上述仿真分析,可以看出在计算AVC系统电压无功灵敏度时,采用不同的外网等值方法会对计算精度造成很大影响。边界节点处挂PQ等值机的方法和普通Ward等值方法计算精度误差较大,偏差在50%左右,实际中不建议选用。运用缓冲Ward等值和考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论进行计算得到的计算精度误差较小,其中考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论所取得的计算效果最好。在目前我国AVC系统电压无功灵敏度计算中,普遍采用人工经验整定,或者采用在边界节点处直接挂PQ等值机的外网等值方法。如果我们将缓冲Ward等值和考虑灵敏度一致性的外网静态等值理论运用于AVC系统之中,将可以大大提升AVC系统电压无功灵敏度的计算精度,进而提升AVC系统的电压无功控制效果。 参考文献 [1]刘志超,陈宏钟,张伟,等.基于专家系统的变电站电压无功控制装置[J].电力系统自动化,2003(2):74-7. [2]郭庆来,吴越,张伯明,等.地区电网无功优化实时控制系统的研究与开发[J].电力系统自动化,2002(13):66-9. [3]吴际瞬,候志俭.等值电网的静态安全分析[J].电力系统自动化,1983,7(5):3-10. [4]于尔铿.电力系统状态估计[M].北京水利电力出版社,1985. [5]余娟,张勉,朱柳,等.考虑灵敏度一致性的外网静态等值新方法[J].中国电机工程学报.2013,33(10):64-70. [6]龙启峰,等.基于可控主导节点的电压分区及电压校正研究[J].电网技术,2005(24):59-62. [7]孙宏斌,张伯明,相年德.准稳态灵敏度的分析方法[J].中国电机工程学报,1999(4):10-4. [8]胡泽春,等.用于无功优化控制分区的两层搜索方法[J].电网技术,2005(24):37-41. 作者简介:黄辉(1970-),男,广东潮阳人,电气工程师,华南理工大学工学学士,从事电力调度及自动化管理工作。 林捷(1975-),男,广东潮安人,工学学士,调度自动化高级工程师,自动化高级技师,华南理工大学电气工程硕士,从事电力自动化工作。 郑惠娟(1966-),女,广东汕头人,调度自动化高级工程师,中山大学计算机工学学士,从事电力自动化工作。

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