一种考虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法

摘要

本发明提供一种考虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法，以解决目前依据传统十七区图进行变电站VQC控制无法有效保证三绕组变压器中压侧母线电压位于安全范围的问题。其具体步骤为：首先，采集三绕组变压器运行参数及低压侧无功补偿配置状况；其次，设置主变关口无功及低压侧母线电压的边界条件，计算变中侧母线电压安全临界值；最后，设置主变挡位及无功补偿设备的闭锁条件，并根据不同边界条件下的预定策略进行主变挡位调节和无功补偿设备投切。本发明在保证变电站中三绕组变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压位于合理范围内的同时兼顾了主变中压侧母线电压的安全性，缓解了负荷高峰时下层电网的调压压力。

说明书

技术领域

本发明涉及含三绕组变压器的变电站VQC控制方法，特别涉及一种考 虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法。

背景技术

随着电网运行规模不断扩大，对电网运行状态的控制复杂程度也不断 提升，为满足用户对电能质量的更高要求，需要不同电压等级电网间实现 更加有效的协调与配合。

变电站电压无功控制(VQC)装置主要通过调节变压器分接头挡位及无 功补偿设备投切，使主变关口无功和母线电压位于预期范围内，是保证电 能可靠性的重要方法。

目前变电站一般采用十七区图VQC控制方法进行主变挡位调节与无功 补偿设备投切，无法有效保证三绕组变压器中压侧母线电压安全，特别当 全网负荷高峰时，容易因动作策略不合理而造成主变变中侧母线电压偏低 甚至越下限的问题，且对于三绕组变压器而言，其变中侧母线一般作为下 层电网的根节点，如果其电压水平过低会给下层电网带来巨大的调压压力， 不利于电网的安全稳定运行。

本发明通过合理设置三绕组变压器中压侧母线电压安全临界值，有效 判别主变中压侧母线电压偏低与否，针对电压偏低状况提出基于二十区图 的VQC控制方法以避免因主变挡位或无功补偿设备动作后导致的主变中压 侧母线电压偏低甚至越下限问题，并保证其电压具备充足的调节裕度。配 合传统十七区图VQC控制方法，在保证三绕组变压器关口无功和低压侧母 线电压合格的条件下，将主变中压侧母线电压控制在合理范围内，缓解了 负荷高峰时下层电网的调压压力。

发明内容

本发明的目的在于解决目前依据传统十七区图进行变电站VQC控制无 法有效保证三绕组变压器中压侧母线电压安全的问题，提出一种考虑变中 侧电压安全性的变电站VQC控制方法，具体技术方案如下。

一种考虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法，包括以下步骤：

(1)采集三绕组变压器当前的关口无功Q_H、主变中压侧母线电压V_M、 主变低压侧母线电压V_L、主变低压侧无功补偿设备投切及主变挡位信息， 其中Q_H定义为主变高压侧下送无功功率，Q_H为正表示向下层电网下送无 功功率，Q_H为负表示向上层电网倒送无功功率；

(2)设置Q_H的上、下限Q_Hmax、Q_Hmin，V_M的下限V_Mmin，V_L的上、下 限V_Lmax、V_Lmin；

(3)计算主变中压侧母线电压安全临界值V_s；

(4)设置主变挡位闭锁条件为调挡一次后闭锁，设置无功补偿设备投切 闭锁条件为投入或切除一组无功补偿设备后均反向闭锁；

(5)按主策略进行主变挡位调节和无功补偿设备投切，若主策略对应主 变挡位或无功补偿设备处于闭锁状态即采用备用策略：

当V_M≥V_s时，按照传统十七区图VQC控制方法进行主变挡位调节与 无功补偿设备投切；

当V_M＜V_s时，按照二十区图VQC控制方法进行主变挡位调节与无功 补偿设备投切。

进一步地，所述的步骤(2)中各边界值均可根据实际运行经验设置。

进一步地，所述的步骤(3)中的主变中压侧母线电压安全临界值V_s可由 式(1)获得：

$V_s=V_{M\min }+\frac{d}{1+d}{V}_{2N}+{\mathrm{\Delta V}}_{\delta }\mathrm{...}\left(1\right);$

式(1)中包含变量：三绕组变压器挡距d；主变中压侧母线电压的下限 V_Mmin；主变中压侧额定电压V_2N；主变中压侧母线电压的安全裕度ΔV_δ。其 中，ΔV_δ表征为防止主变中压侧母线电压偏低预设的裕度，其值根据主变中 压侧母线电压安全性要求进行设置；约等于调节一挡引起的V_M最大 变化量。V_s用以判别V_M是否偏低，是选择十七区图或二十区图控制策略的 依据。

进一步地，所述的步骤(4)中无功补偿设备投切的反向闭锁是指：同一 变电站中的电容器或电抗器在单次调节中只允许单方向动作，即仅进行投 入操作或仅进行切除操作，且在调控完成后闭锁其反方向的动作一段时间。

进一步地，所述的步骤(5)中的传统十七区图VQC控制方法参阅图2， 根据Q_H及V_L不同边界条件划分为17个区域，并根据各自区域的预定策略 进行主变挡位调节和无功补偿投切，具体实施方法是：

若Q_H＜Q_Hmin且V_L＞V_Lmax，设定主策略为切电容器，备用策略为升挡 降压(区域1)；

若Q_Hmin＜Q_H＜Q_Hmin+ΔQ_Ht且V_L＞V_Lmax，设定主策略为切电容器，备 用策略为升挡降压(区域2)；

若Q_Hmin+ΔQ_Ht＜Q_H＜Q_Hmax-ΔQ_Hq且V_L＞V_Lmax，设定主策略为升挡降 压或切电容器，备用策略为切电容器或升挡降压(区域3)；

若Q_Hmax-ΔQ_Hq＜Q_H＜Q_Hmax且V_L＞V_Lmax，设定主策略为升挡降压，备 用策略为切电容器(区域4)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_L＞V_Lmax，设定主策略为升挡降压，备用策略为切电 容器(区域5)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_Lmax-ΔV_Lt＜V_L＜V_Lmax，设定主策略为切电容器，备用 策略为不动作(区域6)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_Lmax-ΔV_Lq＜V_L＜V_Lmax，设定主策略为升挡降压，备 用策略为不动作(区域7)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_Lmin+ΔV_Lq＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lt，设定主策略为切电容器， 备用策略为不动作(区域8)；

若Q_Hmin＜Q_H＜Q_Hmax且V_Lmin＜V_L＜V_Lmax，设定主策略及备用策略均为 不动作(区域9，合格区域)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_Lmin+ΔV_Lt＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lq，设定主策略为投电容器， 备用策略为不动作(区域10)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_Lmin＜V_L＜V_Lmin+ΔV_Lq，设定主策略为降挡升压，备 用策略为不动作(区域11)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_Lmin＜V_L＜V_Lmin+ΔV_Lt，设定主策略为投电容器，备 用策略为不动作(区域12)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_L＜V_Lmin，设定主策略为降挡升压，备用策略为投电 容(区域13)；

若Q_Hmin＜Q_H＜Q_Hmin+ΔQ_Hq且V_L＜V_Lmin，设定主策略为降挡升压，备 用策略为投电容器(区域14)；

若Q_Hmin+ΔQ_Hq＜Q_H＜Q_Hmax-ΔQ_Ht且V_L＜V_Lmin，设定主策略为降挡升 压或投电容器，备用策略为投电容器或降挡升压(区域15)；

若Q_Hmax-ΔQ_Ht＜Q_H＜Q_Hmax且V_L＜V_Lmin，设定主策略为投电容器，备 用策略为降挡升压(区域16)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_L＜V_Lmin，设定主策略为投电容器，备用策略为降挡 升压(区域17)。

其中，ΔV_Lt为主变高压侧调节一挡引起的V_L最大变化量，ΔV_Lq为投 切一组电容器引起的V_L最大变化量，ΔQ_Ht为主变高压侧调节一挡引起的 Q_H最大变化量，ΔQ_Hq为投切一组电容器引起的Q_H最大变化量。

进一步地，所述的步骤(5)中的二十区图VQC控制方法参阅图3，根据 Q_H及V_L不同边界条件划分为20个区域，并根据各自区域的预定策略进行 主变挡位调节和无功补偿投切；

二十区图VQC控制方法将传统十七区图VQC控制方法中的区域9(合 格区域)进一步划分为区域9,18,19,20，其主要目的是为V_M提供更多的调节 裕度；其他区域的边界条件与传统十七区图VQC控制方法相同，但各区域 的控制策略有所变化，其主要目的是避免三绕组变压器由于V_M偏低导致动 作后电压越下限。二十区图VQC控制方法的具体实施方法是：

若V_L＞V_Lmax，设定主策略为切电容器，备用策略为不动作(区域 1,2,3,4,5)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_Lmax-ΔV_Lt＜V_L＜V_Lmax，设定主策略为切电容器，备用 策略为不动作(区域6)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_Lmax-ΔV_Lq＜V_L＜V_Lmax，设定主策略及备用策略均为 不动作(区域7)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_Lmin+ΔV_Lq＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lt，设定主策略为降挡升压， 备用策略为切电容器(区域8)；

若Q_Hmin＜Q_H＜Q_Hmin+ΔQ_Hq且V_Lmax-ΔV_Lt＜V_L＜V_Lmax或Q_Hmin+ΔQ_Hq＜Q_H＜Q_Hmax且V_Lmax-ΔV_Lq＜V_L＜V_Lmax，设定主策略及备用策略均为不动作 (区域9，合格区域)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_Lmin+ΔV_Lt＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lq，设定主策略为投电容器， 备用策略为不动作(区域10)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_Lmin＜V_L＜V_Lmin+ΔV_Lq，设定主策略为降挡升压，备 用策略为不动作(区域11)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_Lmin＜V_L＜V_Lmin+ΔV_Lt，设定主策略为投电容器，备 用策略为不动作(区域12)；

若Q_H＜Q_Hmin且V_L＜V_Lmin，设定主策略为降挡升压，备用策略为投电 容(区域13)；

若Q_Hmin＜Q_H＜Q_Hmin+ΔQ_Hq且V_L＜V_Lmin，设定主策略为降挡升压，备 用策略为投电容器(区域14)；

若Q_Hmin+ΔQ_Hq＜Q_H＜Q_Hmax-ΔQ_Ht且V_L＜V_Lmin，设定主策略为降挡升 压或投电容器，备用策略为投电容器或降挡升压(区域15)；

若Q_Hmax-ΔQ_Ht＜Q_H＜Q_Hmax且V_L＜V_Lmin，设定主策略为投电容器，备 用策略为降挡升压(区域16)；

若Q_H＞Q_Hmax且V_L＜V_Lmin，设定主策略为投电容器，备用策略为降挡 升压(区域17)；

若Q_Hmin＜Q_H＜Q_Hmax-ΔQ_Ht且V_Lmin＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lt，设定主策略为降 挡升压，备用策略为不动作(区域18)；

若Q_Hmin+ΔQ_Hq＜Q_H＜Q_Hmax且V_Lmin＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lq，设定主策略为 头电容器，备用策略为不动作(区域19)；

若Q_Hmin+ΔQ_Hq＜Q_H＜Q_H＜Q_Hmax-ΔQ_Ht且V_Lmin＜V_L＜V_Lmax-ΔV_Lt，设 定主策略为降挡升压或投电容器，备用策略为投电容器或降挡升压(区域 20)。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

(1)在保证变电站中三绕组变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压 位于合理范围内的同时兼顾了主变中压侧母线电压的安全性，缓解了负荷 高峰时下层电网的调压压力；

(2)设置合理的闭锁条件以避免变压器挡位的频繁动作及无功补偿设 备的频繁投切，提升电力系统运行的可靠性。

附图说明

图1一种考虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法的流程图。

图2是传统十七区图VQC控制方法区域划分示意图。

图3是二十区图VQC控制方法区域划分示意图。

图4a、图4b是某三绕组变压器两种实际运行状态示意图。

图5是按二十区图VQC控制方法的动作示意图。

图6是按传统十七区图VQC控制方法的动作示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的 实施和保护不限于此。

如图1，一种考虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法，包括以 下步骤：

(1)采集三绕组变压器当前的关口无功Q_H、主变中压侧母线电压V_M、 主变低压侧母线电压V_L、主变低压侧无功补偿设备投切及主变挡位信息， 其中Q_H定义为主变高压侧下送无功功率，Q_H为正表示向下层电网下送无 功功率，Q_H为负表示向上层电网倒送无功功率；

(2)设置Q_H的上、下限Q_Hmax、Q_Hmin，V_M的下限V_Mmin，V_L的上、下 限V_Lmax、V_Lmin；

(3)计算主变中压侧母线电压安全临界值V_s，其值可由下式获得:

$V_s=V_{M\min }+\frac{d}{1+d}{V}_{2N}+{\mathrm{\Delta V}}_{\delta }$

(4)设置主变挡位闭锁条件为调挡一次后闭锁，设置无功补偿设备投切 闭锁条件为投入或切除一组无功补偿设备后均反向闭锁；

(5)按主策略进行主变挡位调节和无功补偿设备投切，若主策略对应主 变挡位或无功补偿设备处于闭锁状态即采用备用策略：

当V_M≥V_s时，按照传统十七区图VQC控制方法进行主变挡位调节与 无功补偿设备投切；

当V_M＜V_s时，按照二十区图VQC控制方法进行主变挡位调节与无功 补偿设备投切。

以下是本发明方法的一个实际算例，以某三绕组变压器的实际运行状 态为例，图4a、图4b显示了该变压器的两种实际运行状态，分别记为状态 A1和状态B1。

(1)采集两种运行状态下三绕组变压器的关口无功Q_H、主变中压侧母 线电压V_M、主变低压侧母线电压V_L，两种运行状态下的运行参数如表1所 示。主变低压侧投入电容器如图4所示，主变变比为220±8× 1.5％/115/10.5kV且高压侧分接头均位于16挡；

表1两种运行状态下主要运行参数

运行状态 Q_H/Mvar V_L/kV V_M/kV 状态A1 0.48 10.69 111.01 状态B1 11.08 10.29 109.90

(2)设置Q_H的上、下限Q_Hmax＝10Mvar、Q_Hmin＝-10Mvar，V_M的下限 V_Mmin＝110kV，V_L的上、下限V_Lmax＝10.6kV、V_Lmin＝10.1kV；

(3)计算主变中压侧母线电压安全临界值V_s，其值可由下式获得:

$V_s=V_{M\min }+\frac{d}{1+d}{V}_{2N}+{\mathrm{\Delta V}}_{\delta }=110+\frac{1.5\%}{1+1.5\%}\times 115+0.5kV=112.2kV$

(4)设置主变挡位闭锁条件为调挡一次后闭锁，设置无功补偿设备投切 闭锁条件为投入或切除一组无功补偿设备后均反向闭锁；

(5)由于两种运行状态下均满足条件V_M＜V_s，因此采用二十区图VQC 控制方法进行主变挡位调节与无功补偿设备投切，并设置ΔQ_Hq＝10Mvar， ΔQ_Ht＝1Mvar，ΔV_Lt＝0.15kV，ΔV_Lq＝0.13kV。

对状态A1：参阅图5，动作前三绕组变压器运行状态A1处于区域4， 二十区图对应主策略为切电容器。按控制主策略切除一组容量为8Mvar的 电容器并反向闭锁，动作后主变运行状态A2处于区域9，动作结束。

参阅图6，相同条件下，若采用传统十七区图VQC控制方法，动作前 三绕组变压器运行状态A1处于区域4，十七区图对应主策略为升挡降压。 按控制主策略将主变高压侧挡位升至17挡并闭锁，动作后主变运行状态 A2位于区域9，动作结束。

按以上两种控制方法，状态A1动作后主变各运行参数如表2所示。

表2状态A1动作后主变主要运行参数

控制策略 Q_H/Mvar V_L/kV V_M/kV 二十区图 7.81 10.57 110.42 十七区图 1.19 10.56 109.51

由表2可见，与传统十七区图控制方法相比，按照本发明提供的控制 方法可避免三绕组变压器由于中压侧母线电压偏低导致动作后电压越下 限，从而有效缓解了下层电网的调压压力。

对状态B1：参阅图5，动作前三绕组变压器运行状态B1处于区域10， 二十区图对应主策略为投电容器。按控制主策略投入一组容量为10Mvar的 电容器并反向闭锁，动作后主变运行状态B2处于区域20，此时二十区图 对应主策略为主变降挡升压或投容。按控制主策略将主变高压侧挡位降至 15挡并闭锁，动作后主变运行状态B3位于区域9，动作结束。

参阅图6，相同条件下，若采用传统十七区图VQC控制方法，动作前 三绕组变压器运行状态B1处于区域10，十七区图对应主策略为投电容器。 按控制主策略投入一组容量为10Mvar的电容器并反向闭锁，动作后主变运 行状态B2处于区域9，动作结束。

按以上两种控制方法，状态B1动作后主变各运行参数如表3所示。

表3状态B1动作后主变主要运行参数

由表3可见，与传统十七区图控制策略相比，按照本发明提供的控制 方法可通过进一步动作使V_M从偏低范围上升至V_s以上，保证V_M具有更充 足的调节裕度，提高主变中压侧母线电压安全，缓解下层电网调压压力。

本发明提出的一种考虑变中侧电压安全性的变电站VQC控制方法可以 在保证变电站中三绕组变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压位于合理 范围内的同时兼顾主变中压侧母线电压的安全性，缓解了负荷高峰时下层 电网的调压压力。同时，通过设置合理的闭锁条件以避免变压器挡位的频 繁动作及无功补偿设备的频繁投切，可有效提升电力系统运行的可靠性， 具有较强的工程应用价值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上 述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、 修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的 保护范围之内。