一種以全局最優為目標的電網自動電壓控制方法及系統與流程
本發明涉及電力系統的電網自動電壓控制技術，具體涉及一種以全局最優為目標的電網自動電壓控制方法及系統。
背景技術：
自動電壓控制(automaticvoltagecontrol，avc)是現代電網電壓、無功控制的主要系統，通過對并網機組、電網動態無功補償設備、并聯電容\電抗器、變壓器等無功電壓源的自動統一調控，提高電網電壓質量、降低網損，保證電網安全經濟優質運行。
現有avc系統主要有兩種模式：一種為三級控制模式，即整個控制系統分為三個層次：三級、二級電壓控制為各級電網調控中心主站集中控制，控制時間常數一般是分鐘級；三級電壓控制根據狀態估計結果，按全網最優經濟為目標，計算得到各區域中樞母線電壓期望值；二級電壓控制將電網分為若干區域，根據scada實時采樣數據，按中樞母線電壓實時值與期望值偏離最小為目標，計算得到各無功電壓源的狀態期望值；一級電壓控制為無功電壓源就地控制，控制無功或母線電壓跟蹤期望值。一種為類九區圖控制模式，即將電網分為若干區域后，根據區域中樞母線電壓和無功的缺、盈，控制電容\電抗器投退或變壓器分接頭位置調整、發電機組增加或減少無功輸出。
現有的兩種模式優勢在于對scada實時采樣數據和狀態估計結果依賴性較低，魯棒性較好。但這兩種模式都存在一個問題：即無法做到全局最優值。三級控制模式中三級電壓控制中得到結果雖為全局最優值，但經過二級電壓控制協調后，所得到的結果僅為具有與全局最優值相同得區域中樞母線電壓的可行值，與真實的全局最優值相去甚遠；類九區圖控制模式中計算得到與上一時刻狀態最接近的可行值，也不是全局最優值。此外，兩種模式均需要對同一個調度范圍內的電網進行人為分區，目前電網連接日益緊密，將電網分為相互影響很小的若干區域越來越困難，若分區不恰當，則可能造成控制的失衡。
隨著電網無功、電壓調控手段的豐富，scada實時采樣數據準確性、及時性和完整性的提高，狀態估計遙測合格率長期保持在99％以上，計算數據大幅度提高，以電網全局最優值為控制目標成為可能。因此，需要一種不需分區、以全局最優為控制目標的電網自動電壓控制策略以及對應的實現系統。現有涉及電網自動電壓控制的方法不少，但沒有以全局最優為目標的控制策略、方法或系統。如申請號為20121042477.6的中國專利文獻公開了一種多級自動電壓無功控制系統avc協調控制方法，采用三級控制模式開展多級電網協調，需要對電網進行分層分區處理，且所得控制結果僅為可行值，非全局最優值；如申請號為201410383572.2的中國專利文獻公開了一種無功優化控制方法及系統，將電網分層分區后，按實行九區圖控制，其控制目標也不是全局最優。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種不需要進行電網分區，在滿足電網各母線電壓需求的同時以全局無功潮流最優為控制目標，能夠進一步降低網損，實現電網全局最優經濟運行的以全局最優為目標的電網自動電壓控制方法及系統。
為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：
一方面，本發明提供一種以全局最優為目標的電網自動電壓控制方法，實施步驟包括：
1)按計算周期獲取電網實時狀態數據和狀態估計結果；
2)若狀態估計結果收斂且遙測合格率大于等于門檻值，則跳轉執行步驟3)，否則，跳轉執行步驟4)；
3)根據狀態估計結果，對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值，所述各無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓、電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置；跳轉執行步驟7)；
4)檢查各母線電壓是否超標，若母線電壓超標，則執行步驟5)；否則執行步驟6)；
5)將各離散可調無功電壓源的狀態期望值均賦值為上一個計算周期的狀態期望值，按上一個周期的母線電壓期望值作為本周期母線電壓期望值，根據實時數據，按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值；所述離散可調無功電壓源的狀態期望值包括電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置，且不包括連續可調無功電壓源的狀態期望值；所述連續可調無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓，且不包括離散可調無功電壓源的狀態期望值；所述連續可調無功電壓源包括電網動態無功補償設備、并網新能源發電廠、并網常規水電機組、火電機組四種無功出力連續可調裝置設備；跳轉執行步驟7)；
6)將各無功電壓源的狀態期望值均賦值為上一個計算周期的狀態期望值，繼續執行步驟7)；
7)將本計算周期的狀態期望值以遙調或遙控指令下發給各無功電壓源類型執行。
優選地，步驟3)中對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值的詳細步驟包括：以全局網損最小為目標函數，以電網功率平衡、電壓上下限、有功/無功出力上下限為邊界條件，以無功電壓源狀態期望值為控制變量，按預設的在線優化算法，開展的電網最優潮流計算的方法，得到各無功電壓源的狀態期望值。
優選地，所述預設的在線優化算法的數學模型如式(1)和(2)所示；
minf(x)(1)
式(1)和(2)中，x為作為控制變量的各無功電壓源的狀態期望值，包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓、電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置，f(x)為目標函數，采用全局網損最小；g(x)為等式邊界條件，采用電網有功/無功功率平衡；h(x)為不等式邊界條件，采用母線電壓上下限hmin、無功出力上下限hmax。
優選地，所述預設的在線優化算法采用原對偶內點法或牛頓拉夫遜方法。
優選地，步驟5)中按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值的詳細步驟包括：以母線電壓實時值與期望值偏差量最小為控制目標，以各連續可調無功電壓源期望值本周期內可達到上下限為邊界條件，按各連續可調無功電壓源與母線電壓的靈敏度，開展預設的母線電壓優化控制方法，得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值。
優選地，開展預設的母線電壓優化控制方法的數學模型如式(3)和(4)所示；
式(3)和(4)中，vp和vpref分別為中樞母線實時電壓和目標電壓，cpg為連續可調無功電壓源對中樞母線的靈敏度系數矩陣，δqg為連續可調無功電壓源無功調整期望值，r和h為權重系數，θ為無功協調向量；qg、qgmax、qgmin分別為連續可調無功電壓源當前無功出力、無功上限和下限，vc、vcmax、vcmin分別為關鍵母線當前電壓、電壓上限和下限，ccg為連續可調無功電壓源對關鍵母線的靈敏度系數矩陣，cvg為連續可調無功電壓源對控制母線的靈敏度系數矩陣，δvhmax為每次控制母線電壓最大調節量。
優選地，步驟1)中的計算周期為分鐘級，取值范圍為1～60分鐘；步驟1)中的計算周期為5分鐘；步驟2)中的門檻值為99％。
另一方面，本發明還提供一種以全局最優為目標的電網自動電壓控制系統，包括：
數據采集單元，用于按計算周期獲取電網實時狀態數據和狀態估計結果；
中央控制單元，用于進行狀態期望值計算，若狀態估計結果收斂且遙測合格率大于等于門檻值，則根據狀態估計結果，對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值，所述各無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓、電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置；否則，檢查各母線電壓是否超標，若母線電壓超標，則將各離散可調無功電壓源的狀態期望值均賦值為等于上一個計算周期的狀態期望值，按上一個周期的母線電壓期望值作為本周期母線電壓期望值，根據實時數據，按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值；所述離散可調無功電壓源的狀態期望值包括電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置，且不包括連續可調無功電壓源的狀態期望值；所述連續可調無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓，且不包括離散可調無功電壓源的狀態期望值；所述連續可調無功電壓源包括電網動態無功補償設備、并網新能源發電廠、并網常規水電機組、火電機組四種無功出力連續可調裝置設備；否則若母線電壓不超標，則將各無功電壓源的狀態期望值均賦值為等于上一個計算周期的狀態期望值；
就地控制執行單元，用于將本計算周期的狀態期望值以遙調或遙控指令下發給各無功電壓源類型執行。
優選地，所述數據采集單元具體為scada主站系統。
優選地，所述中央控制單元部署在調度控制中心作為自動電壓控制avc三級控制系統中的三級和二級電壓控制層，對于連續可調無功電壓源，中央控制單元將狀態期望值作為遙調指令下發；對于離散可調無功電壓源，中央控制單元將狀態期望值作為遙控指令下發；所述就地控制執行單元部署在各無功電壓源，作為自動電壓控制avc三級控制系統中的一級控制層，在滿足安全邊界條件的前提下，執行中央控制單元下發的遙調或遙控指令。
本發明以全局最優為目標的電網自動電壓控制方法具有下述優點：本發明首先按計算周期獲取電網實時狀態數據和狀態估計結果，若狀態估計結果收斂且遙測合格率大于等于門檻值，則根據狀態估計結果，對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值，否則，檢查各母線電壓是否超標，若母線電壓超標，則將各離散可調無功電壓源的狀態期望值均賦值為上一個計算周期的狀態期望值，按上一個周期的母線電壓期望值作為本周期母線電壓期望值，根據實時數據，按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值；若母線電壓不超標，則將各無功電壓源的狀態期望值均賦值為上一個計算周期的狀態期望值；最終，將本計算周期的狀態期望值以遙調或遙控指令下發給各無功電壓源類型執行，本發明不需對同一個調度范圍內的電網分區，在實時數據質量(準確性、及時性、完整性)滿足要求，即狀態估計結果收斂且遙測合格率大于門檻值，以全局無功潮流最優為控制目標進行全局優化控制；在實時數據質量不滿足要求時，采用協調二級電壓控制方法僅有限度地調整連續無功電壓源的無功出力，在實時數據質量滿足要求時可進一步降低網損，實現電網全局最優經濟運行；在實時數據質量不滿足要求時，既最大程度保證了控制安全性，又有效地避免了電容\電抗器的頻繁投且和變電器分接頭頻繁調整。
附圖說明
圖1為本發明實施例方法的基本流程示意圖。
圖2為本發明實施例系統的基本框架結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例以全局最優為目標的電網自動電壓控制方法的實施步驟包括：
1)按計算周期獲取電網實時狀態數據和狀態估計結果；
2)若狀態估計結果收斂且遙測合格率大于等于門檻值，則跳轉執行步驟3)，否則，跳轉執行步驟4)；
3)根據狀態估計結果，對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值，各無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓、電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置；跳轉執行步驟7)；
4)檢查各母線電壓是否超標，若母線電壓超標，則執行步驟5)；否則執行步驟6)；
5)將各離散可調無功電壓源的狀態期望值均賦值為上一個計算周期的狀態期望值，按上一個周期的母線電壓期望值作為本周期母線電壓期望值，根據實時數據，按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值；離散可調無功電壓源的狀態期望值包括電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置，且不包括連續可調無功電壓源的狀態期望值；連續可調無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓，且不包括離散可調無功電壓源的狀態期望值；連續可調無功電壓源包括電網動態無功補償設備、并網新能源發電廠、并網常規水電機組、火電機組四種無功出力連續可調裝置設備；跳轉執行步驟7)；
6)將各無功電壓源的狀態期望值均賦值為上一個計算周期的狀態期望值，繼續執行步驟7)；
7)將本計算周期的狀態期望值以遙調或遙控指令下發給各無功電壓源類型執行。
本實施例中，步驟3)中對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值的詳細步驟包括：以全局網損最小為目標函數，以電網功率平衡、電壓上下限、有功/無功出力上下限為邊界條件，以無功電壓源狀態期望值為控制變量，按預設的在線優化算法，開展的電網最優潮流計算的方法，得到各無功電壓源的狀態期望值。
本實施例中，預設的在線優化算法的數學模型如式(1)和(2)所示；
minf(x)(1)
式(1)和(2)中，x為作為控制變量的各無功電壓源的狀態期望值，包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓、電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置，f(x)為目標函數，采用全局網損最小；g(x)為等式邊界條件，采用電網有功/無功功率平衡；h(x)為不等式邊界條件，采用母線電壓上下限hmin、無功出力上下限hmax。
本實施例中，預設的在線優化算法采用原對偶內點法或牛頓拉夫遜方法。
本實施例中，步驟5)中按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值的詳細步驟包括：以母線電壓實時值與期望值偏差量最小為控制目標，以各連續可調無功電壓源期望值本周期內可達到上下限為邊界條件，按各連續可調無功電壓源與母線電壓的靈敏度，開展預設的母線電壓優化控制方法，得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值。
本實施例中，開展預設的母線電壓優化控制方法的數學模型如式(3)和(4)所示；
式(3)和(4)中，vp和vpref分別為中樞母線實時電壓和目標電壓，cpg為連續可調無功電壓源對中樞母線的靈敏度系數矩陣，δqg為連續可調無功電壓源無功調整期望值，r和h為權重系數，θ為無功協調向量；qg、qgmax、qgmin分別為連續可調無功電壓源當前無功出力、無功上限和下限，vc、vcmax、vcmin分別為關鍵母線當前電壓、電壓上限和下限，ccg為連續可調無功電壓源對關鍵母線的靈敏度系數矩陣，cvg為連續可調無功電壓源對控制母線的靈敏度系數矩陣，
本實施例中，步驟1)中的計算周期為分鐘級，取值范圍為1～60分鐘。步驟1)中的計算周期為5分鐘。步驟2)中的門檻值為99％。
如圖2所示，本實施例以全局最優為目標的電網自動電壓控制系統包括：
數據采集單元，用于按計算周期獲取電網實時狀態數據和狀態估計結果；
中央控制單元，用于進行狀態期望值計算，若狀態估計結果收斂且遙測合格率大于等于門檻值，則根據狀態估計結果，對所調度范圍內的電網按全局優化方法計算得到各無功電壓源的狀態期望值，各無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓、電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置；否則，檢查各母線電壓是否超標，若母線電壓超標，則將各離散可調無功電壓源的狀態期望值均賦值為等于上一個計算周期的狀態期望值，按上一個周期的母線電壓期望值作為本周期母線電壓期望值，根據實時數據，按協調二級電壓控制方法計算得到各連續可調無功電壓源的狀態期望值；離散可調無功電壓源的狀態期望值包括電容和電抗器投或退狀態、變壓器分接頭位置，且不包括連續可調無功電壓源的狀態期望值；連續可調無功電壓源的狀態期望值包括連續可調無功電壓源的無功出力和并網電壓，且不包括離散可調無功電壓源的狀態期望值；連續可調無功電壓源包括電網動態無功補償設備、并網新能源發電廠、并網常規水電機組、火電機組四種無功出力連續可調裝置設備；否則若母線電壓不超標，則將各無功電壓源的狀態期望值均賦值為等于上一個計算周期的狀態期望值；
就地控制執行單元，用于將本計算周期的狀態期望值以遙調或遙控指令下發給各無功電壓源類型執行。
如圖2所示，本實施例中數據采集單元具體為scada主站系統。
如圖2所示，本實施例中中央控制單元部署在調度控制中心作為自動電壓控制avc三級控制系統中的三級和二級電壓控制層，對于連續可調無功電壓源，中央控制單元將狀態期望值作為遙調指令下發；對于離散可調無功電壓源，中央控制單元將狀態期望值作為遙控指令下發；就地控制執行單元部署在各無功電壓源，作為自動電壓控制avc三級控制系統中的一級控制層，在滿足安全邊界條件的前提下，執行中央控制單元下發的遙調或遙控指令。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
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