多目標二級電壓控制研究.pdf

1、二級電壓控制是分級電壓控制中非常重要的一環(huán)，不僅承上啟下，而且能協(xié)調控制區(qū)域內無功資源，其性能優(yōu)劣直接影響電壓無功控制效果。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術進步，二級電壓控制的目標逐漸增多。例如，由于分區(qū)及電壓等級間耦合日益緊密，除完成傳統(tǒng)的主導節(jié)點電壓和發(fā)電機無功功率分配控制目標以外，還需對不同電壓等級、相鄰區(qū)域間耦合緊密的重要節(jié)點和關鍵節(jié)點進行調控，同時區(qū)域內發(fā)電機與并聯(lián)電容器、電抗器等無功補償設備之間的最佳協(xié)調也要考慮。因此，研究實現(xiàn)多目

2、標控制方法以及相應控制系統(tǒng)對于解決二級電壓控制工程實際中出現(xiàn)的多目標問題具有重要的理論價值和實際意義。借助多目標優(yōu)化理論中較為成熟的線性目標規(guī)劃，本文對二級電壓多目標控制方法進行了深入研究，設計開發(fā)了二級電壓多目標控制系統(tǒng)，并應用于工程實際，主要研究工作及取得成果如下： 建立了基于線性目標規(guī)劃的二級電壓多目標控制模型，應用單純形法求解，給出了算法所需存儲空間和收斂特性分析以確保滿足實時控制要求，并借鑒實用原則實現(xiàn)了發(fā)電機與其他無

3、功補償設備協(xié)調完成二級電壓多目標控制。 根據(jù)二級電壓控制單次調控需要完成的多個目標，以主導節(jié)點、重要節(jié)點電壓和發(fā)電機無功功率按額定無功容量比例分配為例，將多目標規(guī)劃中應用較為廣泛的線性目標規(guī)劃引入二級電壓控制領域。首先只考慮發(fā)電機為控制措施，利用靈敏度分析建立二級電壓控制的線性目標和約束。通過偏差變量的加入和目標優(yōu)先級的定義，將問題轉化為線性目標規(guī)劃模型，并根據(jù)運行狀態(tài)確定各目標優(yōu)先級順序。應用單純形法求解，完成主導節(jié)點、重要節(jié)

4、點電壓和發(fā)電機無功功率按額定無功容量分配的控制目標。對求解算法所需存儲空間和收斂特性分析表明該算法能夠滿足實時控制的要求。經仿真驗證，該方法可按優(yōu)先級順序兼顧各目標優(yōu)化，獲得較好的多目標控制效果。 控制區(qū)域內無功補償設備與發(fā)電機協(xié)調控制也是二級電壓控制研究中的重要內容。在只含發(fā)電機的線性目標規(guī)劃模型中，加入各種無功補償設備相對控制目標與約束的靈敏度分析，建立二級電壓多目標控制的混合整數(shù)線性目標規(guī)劃模型。如果利用分枝定界法直接求解

5、，計算量大且可靠性差，不宜應用于在線實時控制。因此，借鑒相關文獻提出的實用原則，電容器、電抗器作為基礎的無功補償，優(yōu)先進行投切，發(fā)電機和調相機無功出力作為動態(tài)電壓支撐和連續(xù)調節(jié)變量，主要在離散設備不具備控制能力的情況下進行電壓無功調節(jié)。離散設備不具備控制能力主要指兩種情況：一是沒有控制手段，包括所有控制設備都已經完成投切(如所有電容器都已經投入，但仍需要額外的無功支撐)以及受到動作次數(shù)或時間間隔限制，控制設備此時無法繼續(xù)投切；二是控制手

6、段仍然具備，但是在當前狀態(tài)下不具備動作條件。這主要由電容器、電抗器的離散性質決定，其容量一般來說是一個相對較大的數(shù)值，一旦投切對電網(wǎng)無功注入的影響是一個階躍量，可能導致投切后母線電壓或功率因數(shù)超出期望范圍，因此無法進行投切。根據(jù)此原則，優(yōu)先控制并聯(lián)電容器、電抗器等無功補償設備，即先確定離散變量的取值，再實時修改約束條件和目標值，將問題轉化為求解只包含發(fā)電機的線性目標規(guī)劃模型。仿真結果表明，該方法可行有效，能夠協(xié)調發(fā)電機與并聯(lián)電容器、電抗

7、器等無功補償設備完成二級電壓多目標控制。 2、考慮各次調控間的相互影響，結合動態(tài)規(guī)劃建立基于線性目標規(guī)劃的多目標多階段決策優(yōu)化二級電壓控制模型，并借鑒實用原則協(xié)調發(fā)電機與其他無功補償設備，以實現(xiàn)多目標多階段二級電壓優(yōu)化控制。 實際二級電壓控制是一個連續(xù)運行控制系統(tǒng)，各次調控之間互相聯(lián)系影響，其多目標控制效果不能單一考慮某次調控，而應從整個控制過程出發(fā)，實現(xiàn)多目標過程控制效果最優(yōu)?；谶@一出發(fā)點，應用動態(tài)規(guī)劃與線性目標規(guī)劃相結合，

8、求得二級電壓多目標過程控制的最優(yōu)決策序列，從而達到控制過程的多目標綜合優(yōu)化控制。為此，首先對控制過程進行階段劃分，再定義各階段狀態(tài)和決策變量以及階段間狀態(tài)轉移方程，然后確定對應的多階段控制目標形式。在只考慮發(fā)電機作為控制措施的情況下，建立基于線性目標規(guī)劃的多目標多階段決策優(yōu)化二級電壓控制模型，求得多階段最優(yōu)決策序列，完成多目標多階段優(yōu)化控制。仿真結果表明，該方法過程控制效果要優(yōu)于單階段多目標控制的累計效果。 對于并聯(lián)電容器、電抗

9、器等無功補償設備與發(fā)電機的協(xié)調控制，在只含發(fā)電機的多目標多階段決策優(yōu)化二級電壓控制模型基礎上，加入各種無功補償設備在各階段相對控制目標與約束靈敏度分析，建立混合整數(shù)的多目標多階段決策優(yōu)化二級電壓控制模型。再根據(jù)實用原則，首先確定各階段并聯(lián)電容器、電抗器等無功補償設備動作狀態(tài)，然后修正各階段約束條件和目標，將混合整數(shù)的多目標多階段二級電壓控制模型轉化為只含發(fā)電機的多目標多階段決策優(yōu)化控制模型，從而避免求解混合整數(shù)線性目標規(guī)劃，協(xié)調發(fā)電機與

10、其他無功補償設備完成二級電壓多目標過程優(yōu)化控制。 3、在控制方法和系統(tǒng)結構充分考慮控制區(qū)域結構變化的基礎上，設計實現(xiàn)了對于各種控制區(qū)域結構具有較強適應性的二級電壓多目標控制系統(tǒng)，鄒縣電廠運行結果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，控制效果顯著。 系統(tǒng)設計中，首先提出二級電壓多目標控制模型中目標與約束的擴展方法，保證工程實際中二級電壓多目標控制方法的通用性?？刂葡到y(tǒng)結構采用上、下位機加光纖網(wǎng)絡通訊模式。以高性能工控機作為上位機確保大量數(shù)據(jù)處理

11、及在線實時多目標優(yōu)化計算。下位機采用先進嵌入式軟硬件平臺完成數(shù)據(jù)采集、處理與存儲及發(fā)電機和其他無功補償設備的控制操作，其臺數(shù)可根據(jù)控制區(qū)域內可控機組及無功補償設備數(shù)量靈活配置。光纖通訊網(wǎng)絡可確保遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖倏煽俊；谶@一設計，該二級電壓多目標控制系統(tǒng)通用性強，功能完備，穩(wěn)定可靠，可應用于各種結構的二級電壓控制區(qū)域。 根據(jù)山東電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)的實施要求，開發(fā)的鄒縣電廠二級電壓多目標控制系統(tǒng)已投入運行。該系統(tǒng)由一臺上位機

12、和六臺下位機加專用光纖通訊網(wǎng)絡組成，通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)可獲取調度中心三級電壓控制下發(fā)的目標值。根據(jù)目標值協(xié)調廠內六臺機組(四臺300MW機組和兩臺600MW機組)，實現(xiàn)了500kV和220kV母線電壓控制以及機組無功功率按額定容量比例分配的目標。該系統(tǒng)具有高精度數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)參數(shù)與控制模式設置、多目標控制決策、越限報警、數(shù)據(jù)記錄瀏覽、圖表顯示和數(shù)據(jù)庫調用等功能。實施和未實施二級電壓控制的高峰、低谷和平段負荷典型時段控制效果對比與運行結果表明