区域电网的二级电压控制的仿真

论文总字数：16358字

目 录

摘要 2

Abstract 4

1 绪论 5

1.1引言 5

1.2分级电压控制 5

2 二级电压控制 5

2.1二级电压控制在国外的发展 6

2.2江苏电网基于全局模式的无功电压控制 6

2.3 二级电压控制原理 7

2.4先导节点的选择 9

2.5 主导节点和控制发电机的选取 11

2.6 二级电压控制策略 11

3仿真算例 12

3.1二级电压控制器的动态特性 13

3.2二级电压控制改善系统电压/无功稳定性的效果分析 15

3.3仿真分析 18

4总结与展望 18

4.1总结 18

4.2展望 19

参考文献 20

致 谢 21

区域电网二级电压控制的仿真

朱一磊

，China

Abstract: Voltage and reactive power control requires more advanced techniques along with the fast development of electric power needs.The second stage is an important part gradation voltage control plays a connecting role， this paper focuses on the second level voltage control partition.Secondary voltage control was an effective method to improve voltage stability and avoid voltage collapse. In this paper the basic theory of secondary voltage control was introduced. The research status and recent progress was summarized from three aspects: pilot bus selection， control region division and control strategies. The characteristic of each method was summarized and compared as well as the research trend was forecast. By summarizing large numbers of study experience， it is concluded that the voltage stability of power system can be effectively improved and the reactive power level can be adequate maintained by adopting secondary voltage control.

Key words: voltage/reactive power control； secondary voltage control；pilot bus； digital simulation

1 绪论

1.1引言

随着电力网络从垂直一体化体制发展到完全开放的电力市场环境，电力系统规划和运行的不稳定和不安全可能性增加，不少电网已经接近和达到了他们运行的最大极限，电压稳定问题日趋严重。近二十年来，世界各国，尤其是发达国家，相继发生了由电压稳定问题导致的大电网崩溃的事件，造成了巨大的经济社会以及人力损失。电压(负荷)稳定与电压掌控的研究已成为电力系统布局和运行观察中的首要一部分。

电力系统电压平稳运行可当作多个电压等级、多个控制目标的复杂电路控制问题。为了方便电路电压的控制，电压控制一般采取金字塔结构的三等级分层次电压控制形式。当中，第三级电网在将整个电力供电网划分成许多控制区块的基础上，对电压的无功功率完成了全局优化；第二级电网控制并且安排了各个区块内第一级控制设施的运行，以此确保了区块内各个关键点的电压质量；第一级通过调整发电机组、无功补偿设备等为系统提供其必需的无功。第二级是等级电压控制非常关键的一环，有着承前启后的意义，本篇论文绝大部分内容是对第二级电压控制进行深入探讨和研究。

1.2分级电压控制

随着电力互联网络和电力市场的发展，大型联合电网的出现以及电压稳定性问题的日益突出，以全系统或整个区域的安全经济运行为指标，以提高系统电压水平，保证电压稳定性为目的的系统无功电压快速协调控制显得越来越重要。 电压不稳的基本原因是电网中某些地区无功不足，造成局部电压下降，进而导致全网电压水平下降，最终使系统发生电压崩溃[^[1]]。地区无功不足产生的原因来自两方面：一是整个系统无功储备不足；二是系统其他地区尚有较多的无功储备，但是没有利用上。第一种情况需要通过增加系统的无功储备来解决，而第二种情况则需要对系统的无功流动进行合理的协调与分配。人们越来越认识到对电力系统无功合理流动和分配的重要性。在此认识的基础上，产生了对电力系统采取分级电压控制的思想。

二级电压控制的概念诞生的初始是由70年代人们对电压崩溃的反思：统筹变动整个系统的无功源，并对无功潮流进行最佳的控制，是防止电压崩溃事故的有效途径。针对分散无功/电压控制的缺陷以及无功功率不能长距离传输的特点，法国率先提出等级电压控制的思想，受到了各国电力系统的热切关注。这种电压分级控制方案已在巴西、意大利、西班牙等国家付诸实施，并且取得了满意的效果。此后，法国电力公司及一些学者在20世纪80年代中期开始了协调二级电压控制(CSVC)的研究。现在，基于各种现代控制方法的二级电压控制策略是这一领域研究的热点。本文主要概述了主导节点的选择，控制区域的划分和二级电压控制策略的应用等问题。

2 二级电压控制

二级电压控制是分级电压控制中的重要一环，其主要任务是协调控制区域的无功电源和电压控制设备，使其作用达到最优化。有些较大的扰动仅靠一级电压控制不能奏效，需要二级电压控制来处理。二级电压控制的响应时间一般较长，可达 3~5min。二级电压控制对于提高电压水平和防止电压崩溃具有非常重要的作用。

2.1二级电压控制在国外的发展

法国 EDF（Electricite De France）从 1974 开始单区试验，至 1985 年，几乎整个法国电力系统都配置了二级电压控制，相应地有 27 个控制区，100 台火电机组和 150 台水电机组，控制的总无功功率约 30000MVar。当负荷变化时自动保持令人满意的电网电压和在电网事故后自动恢复电压以增加运行安全裕度。系统还将将高压电容器的控制功能综合到二级控制系统中，当需要增加无功功率出力时优先合上电容器，这样可使发电机保存有大量无功储备，在故障发生时可立即启用。

分级电压控制方案在法国、西班牙、意大利等多个国家的电网中有了很好的应用。运行实践证明了二级电压控制简化了运行控制工作，更好地协调了控制机组间的无功出力。通过尽可能快的将系统电压波形拉回到正常水平，合理调度系统的各处无功源，使得系统在正常的负荷变化以及事故紧急情况下能够尽可能的维持电压安全行从而在一定程度上避免了系统发生电压崩溃事故。通过维持系统的电压在一个合理的水平同时也减少了电网中的传输损耗。而且还有另外一个好处就是，减轻了调度运行人员的工作量，使其能够更多的关注系统电压无功的峰时和谷时的长期变化。

随着电力系统的发展，系统之间的耦合日益密切，传统的 SVC 的控制效果受到了挑战。因此EDF 以及一些学者在 20 世纪 80 年代中期开始了协调二级电压控制（CSVC）的研究。经过大量的仿真研究后，CSVC 于 1993 年开始在法国的西部电网投入使用，其所控制的区域包括 80 个母线、15 台发电机和 2 台调相机。系统由中央计算机实施开环的周期性最优化功能，由地区计算机实施闭环实用的功能。实际应用结果显示，CSVC 比原有 SVC 系统的控制效果更好，是一种有效的电网调度工具，能够提供地区电压自动的稳定和良好的控制，从而增强电网的安全性。

2.2国内电网基于全局模式的无功电压控制

国内电网的无功电压控制系统采用了分级递阶的控制方式，由主站侧无功电压优化控制协调各区域的二级电压控制；各区域的二级电压控制主要负责对该区域内的无功资源进行协调控制，并尽可能地保留较大的无功储备以应付紧急情况的发生；而各无功设备的一次控制主要负责对该设备安装点的无功电压调整。

图1江苏电网 AVC 系统

二级电压控制的主要作用是完成电网的动态分区和实现各区的二级电压控制。分区模块的主要任务是对系统控制区域的划分以及相应中枢母线和控制发电机的选择。在二级电压控制中，控制对象是本区域内部的中枢母线电压，而控制手段是本区域内的发电机无功出力。电网的分区可先在离线状态下，根据系统当前拓扑关系进行电压控制区域的划分，供控制模块和分析模块使用。在线应用时，如果系统运行方式发生大的改变导致原有分区解耦性不好，可以根据需要重新进行动态分区，并调整控制器模块的控制目标和控制手段。二级电压控制模块从 SCADA 系统利用实时数据采集接口采所监测的实时遥测和遥信数据，通过滤波环节对这部分生数据的可信性进行评估和滤波处理，然后输入给控制器环节，控制器环节监测中枢母线电压等控制目标是否偏离参考设定值，如果偏离，则根据相应的控制规律，通过子站侧对无功控制设备的调整完成闭环控制，使控制目标维持在参考定值。

2.3 二级电压控制原理

二级电压控制是一种分区控制，每一控制区域都有相应的二级电压控制器。二级电压控制器通过监视主要节点的电压以及本区域的其他相关信息，以某种协调的方式计算出区域内各个无功电压控制设备应有的控制量，并将该控制量直接送至各控制设备对应的一级电压控制器，从而协调该区域内所有无功电压控制设备的控制行为，以维持主要节点的电压水平，改善本区域的电压稳定性。一般情况下，二级电压控制器的设计需考虑系统的无功电压特性，其基本原理如图1所示。由于二级电压控制器的采样周期大于一级电压控制器的响应时间常数，研究二级电压控制器的性能时可忽略一级电压控制器的动态行为。

图1 二级电压控制基本原理图

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