多目標(biāo)二級(jí)電壓控制研究.pdf

1、二級(jí)電壓控制是分級(jí)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(diào)控制區(qū)域內(nèi)無(wú)功資源，其性能優(yōu)劣直接影響電壓無(wú)功控制效果。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，二級(jí)電壓控制的目標(biāo)逐漸增多。例如，由于分區(qū)及電壓等級(jí)間耦合日益緊密，除完成傳統(tǒng)的主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)電壓和發(fā)電機(jī)無(wú)功功率分配控制目標(biāo)以外，還需對(duì)不同電壓等級(jí)、相鄰區(qū)域間耦合緊密的重要節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)與并聯(lián)電容器、電抗器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備之間的最佳協(xié)調(diào)也要考慮。因此，研究實(shí)現(xiàn)多目

2、標(biāo)控制方法以及相應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)于解決二級(jí)電壓控制工程實(shí)際中出現(xiàn)的多目標(biāo)問(wèn)題具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。借助多目標(biāo)優(yōu)化理論中較為成熟的線性目標(biāo)規(guī)劃，本文對(duì)二級(jí)電壓多目標(biāo)控制方法進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了二級(jí)電壓多目標(biāo)控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于工程實(shí)際，主要研究工作及取得成果如下： 建立了基于線性目標(biāo)規(guī)劃的二級(jí)電壓多目標(biāo)控制模型，應(yīng)用單純形法求解，給出了算法所需存儲(chǔ)空間和收斂特性分析以確保滿足實(shí)時(shí)控制要求，并借鑒實(shí)用原則實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)與其他無(wú)

3、功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)完成二級(jí)電壓多目標(biāo)控制。 根據(jù)二級(jí)電壓控制單次調(diào)控需要完成的多個(gè)目標(biāo)，以主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)、重要節(jié)點(diǎn)電壓和發(fā)電機(jī)無(wú)功功率按額定無(wú)功容量比例分配為例，將多目標(biāo)規(guī)劃中應(yīng)用較為廣泛的線性目標(biāo)規(guī)劃引入二級(jí)電壓控制領(lǐng)域。首先只考慮發(fā)電機(jī)為控制措施，利用靈敏度分析建立二級(jí)電壓控制的線性目標(biāo)和約束。通過(guò)偏差變量的加入和目標(biāo)優(yōu)先級(jí)的定義，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性目標(biāo)規(guī)劃模型，并根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)確定各目標(biāo)優(yōu)先級(jí)順序。應(yīng)用單純形法求解，完成主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)、重要節(jié)

4、點(diǎn)電壓和發(fā)電機(jī)無(wú)功功率按額定無(wú)功容量分配的控制目標(biāo)。對(duì)求解算法所需存儲(chǔ)空間和收斂特性分析表明該算法能夠滿足實(shí)時(shí)控制的要求。經(jīng)仿真驗(yàn)證，該方法可按優(yōu)先級(jí)順序兼顧各目標(biāo)優(yōu)化，獲得較好的多目標(biāo)控制效果。 控制區(qū)域內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備與發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制也是二級(jí)電壓控制研究中的重要內(nèi)容。在只含發(fā)電機(jī)的線性目標(biāo)規(guī)劃模型中，加入各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備相對(duì)控制目標(biāo)與約束的靈敏度分析，建立二級(jí)電壓多目標(biāo)控制的混合整數(shù)線性目標(biāo)規(guī)劃模型。如果利用分枝定界法直接求解

5、，計(jì)算量大且可靠性差，不宜應(yīng)用于在線實(shí)時(shí)控制。因此，借鑒相關(guān)文獻(xiàn)提出的實(shí)用原則，電容器、電抗器作為基礎(chǔ)的無(wú)功補(bǔ)償，優(yōu)先進(jìn)行投切，發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)無(wú)功出力作為動(dòng)態(tài)電壓支撐和連續(xù)調(diào)節(jié)變量，主要在離散設(shè)備不具備控制能力的情況下進(jìn)行電壓無(wú)功調(diào)節(jié)。離散設(shè)備不具備控制能力主要指兩種情況：一是沒(méi)有控制手段，包括所有控制設(shè)備都已經(jīng)完成投切(如所有電容器都已經(jīng)投入，但仍需要額外的無(wú)功支撐)以及受到動(dòng)作次數(shù)或時(shí)間間隔限制，控制設(shè)備此時(shí)無(wú)法繼續(xù)投切；二是控制手

6、段仍然具備，但是在當(dāng)前狀態(tài)下不具備動(dòng)作條件。這主要由電容器、電抗器的離散性質(zhì)決定，其容量一般來(lái)說(shuō)是一個(gè)相對(duì)較大的數(shù)值，一旦投切對(duì)電網(wǎng)無(wú)功注入的影響是一個(gè)階躍量，可能導(dǎo)致投切后母線電壓或功率因數(shù)超出期望范圍，因此無(wú)法進(jìn)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(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，即先確定離散變量的取值，再實(shí)時(shí)修改約束條件和目標(biāo)值，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解只包含發(fā)電機(jī)的線性目標(biāo)規(guī)劃模型。仿真結(jié)果表明，該方法可行有效，能夠協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)與并聯(lián)電容器、電抗

7、器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備完成二級(jí)電壓多目標(biāo)控制。 2、考慮各次調(diào)控間的相互影響，結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃建立基于線性目標(biāo)規(guī)劃的多目標(biāo)多階段決策優(yōu)化二級(jí)電壓控制模型，并借鑒實(shí)用原則協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)與其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)多階段二級(jí)電壓優(yōu)化控制。 實(shí)際二級(jí)電壓控制是一個(gè)連續(xù)運(yùn)行控制系統(tǒng)，各次調(diào)控之間互相聯(lián)系影響，其多目標(biāo)控制效果不能單一考慮某次調(diào)控，而應(yīng)從整個(gè)控制過(guò)程出發(fā)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)過(guò)程控制效果最優(yōu)?；谶@一出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃與線性目標(biāo)規(guī)劃相結(jié)合，

8、求得二級(jí)電壓多目標(biāo)過(guò)程控制的最優(yōu)決策序列，從而達(dá)到控制過(guò)程的多目標(biāo)綜合優(yōu)化控制。為此，首先對(duì)控制過(guò)程進(jìn)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(zhuǎn)移方程，然后確定對(duì)應(yīng)的多階段控制目標(biāo)形式。在只考慮發(fā)電機(jī)作為控制措施的情況下，建立基于線性目標(biāo)規(guī)劃的多目標(biāo)多階段決策優(yōu)化二級(jí)電壓控制模型，求得多階段最優(yōu)決策序列，完成多目標(biāo)多階段優(yōu)化控制。仿真結(jié)果表明，該方法過(guò)程控制效果要優(yōu)于單階段多目標(biāo)控制的累計(jì)效果。 對(duì)于并聯(lián)電容器、電抗

9、器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備與發(fā)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，在只含發(fā)電機(jī)的多目標(biāo)多階段決策優(yōu)化二級(jí)電壓控制模型基礎(chǔ)上，加入各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在各階段相對(duì)控制目標(biāo)與約束靈敏度分析，建立混合整數(shù)的多目標(biāo)多階段決策優(yōu)化二級(jí)電壓控制模型。再根據(jù)實(shí)用原則，首先確定各階段并聯(lián)電容器、電抗器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備動(dòng)作狀態(tài)，然后修正各階段約束條件和目標(biāo)，將混合整數(shù)的多目標(biāo)多階段二級(jí)電壓控制模型轉(zhuǎn)化為只含發(fā)電機(jī)的多目標(biāo)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(biāo)規(guī)劃，協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)與

10、其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備完成二級(jí)電壓多目標(biāo)過(guò)程優(yōu)化控制。 3、在控制方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分考慮控制區(qū)域結(jié)構(gòu)變化的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于各種控制區(qū)域結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)適應(yīng)性的二級(jí)電壓多目標(biāo)控制系統(tǒng)，鄒縣電廠運(yùn)行結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制效果顯著。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先提出二級(jí)電壓多目標(biāo)控制模型中目標(biāo)與約束的擴(kuò)展方法，保證工程實(shí)際中二級(jí)電壓多目標(biāo)控制方法的通用性?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)采用上、下位機(jī)加光纖網(wǎng)絡(luò)通訊模式。以高性能工控機(jī)作為上位機(jī)確保大量數(shù)據(jù)處理

11、及在線實(shí)時(shí)多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算。下位機(jī)采用先進(jìn)嵌入式軟硬件平臺(tái)完成數(shù)據(jù)采集、處理與存儲(chǔ)及發(fā)電機(jī)和其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的控制操作，其臺(tái)數(shù)可根據(jù)控制區(qū)域內(nèi)可控機(jī)組及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備數(shù)量靈活配置。光纖通訊網(wǎng)絡(luò)可確保遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖倏煽??；谶@一設(shè)計(jì)，該二級(jí)電壓多目標(biāo)控制系統(tǒng)通用性強(qiáng)，功能完備，穩(wěn)定可靠，可應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的二級(jí)電壓控制區(qū)域。 根據(jù)山東電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的實(shí)施要求，開(kāi)發(fā)的鄒縣電廠二級(jí)電壓多目標(biāo)控制系統(tǒng)已投入運(yùn)行。該系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)

12、和六臺(tái)下位機(jī)加專用光纖通訊網(wǎng)絡(luò)組成，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)可獲取調(diào)度中心三級(jí)電壓控制下發(fā)的目標(biāo)值。根據(jù)目標(biāo)值協(xié)調(diào)廠內(nèi)六臺(tái)機(jī)組(四臺(tái)300MW機(jī)組和兩臺(tái)600MW機(jī)組)，實(shí)現(xiàn)了500kV和220kV母線電壓控制以及機(jī)組無(wú)功功率按額定容量比例分配的目標(biāo)。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(shè)置、多目標(biāo)控制決策、越限報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄瀏覽、圖表顯示和數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用等功能。實(shí)施和未實(shí)施二級(jí)電壓控制的高峰、低谷和平段負(fù)荷典型時(shí)段控制效果對(duì)比與運(yùn)行結(jié)果表明