浅谈电力系统二级电压控制的研究现状及不足

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　　摘要：随着电力网络的发展和电压稳定问题的日益突出，对大电网电压/无功的协调控制提出了更高的要求。电压分级控制是协调电压控制的有效手段和方法，二级电压控制策略又是电压分级控制的关键环节。本文对二级电压控制的研究现状及不足进行了阐述。
　　关键词：无功电；压分级控制；二级电压控制
　　中图分类号：TM761 文献标识码：A文章编号：1000－8136（2011）09－0007－02
　　
　　1分级电压控制
　　随着电力网络的发展和电压稳定问题的日益突出，对大电网电压/无功的协调控制提出了更高的要求。电压分级控制是协调电压控制的有效手段和方法，分级电压控制的产生源于70年代人们对电压崩溃的认识。其基本思想是认为由于电网中某些地区无功不足，造成局部电压下降，引起连锁反应，导致全网电压水平下降，而另外一些地区的无功源又没有被充分利用起来阻止这一现象的发生，最终系统发生电压崩溃。综合调动全系统的无功源，最大限度的产生无功，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。
　　分级电压控制把整个电网分成各个控制区域（Control Zones），每个控制区域是相互之间耦合程度大的节点集合，控制区域之间相互解耦或者近似解耦。选择各个控制区域的主导节点（Pilot Node）和控制无功电源，主导节点代表本区域的电压水平，控制无功电源是能够对主导节点电压提供足够无功支持的无功设备。当区域内节点电压受到扰动产生变化后，如果把主导节点电压恢复至扰动前的水平，则区域内所有节点的电压将同样得到恢复。
　　分级电压控制分为三级，每一级控制系统都有自己的控制对象、控制目标，同时在时间上相互解耦，低层控制按照上一层的控制信号作为自己的控制目标，向下一层控制发出控制信号。分级电压控制的基本原理见图1。
　　一级电压控制器设置在发电厂、用户和各供电点的无功/电压控制设备上，包括：同步电机（发电机、调相机、同步电动机）、静止无功补偿器、快速投切电容器、电抗器以及变压器有载分接开关自动切换等。响应时间一般为一秒到十几秒。控制目标是抵消快速负荷波动造成的电压波动，维持系统电压的稳定。一级电压控制设备分为3类：第一类是以本地局部信息进行无功功率控制的无功设备；第二类是除了以本地局部信息进
　　行无功功率控制，还接受二级电压控制器的控制信号，对二级电压控制提供无功支持的无功设备，即控制无功电源；第三类是前两类控制的组合。
　　二级电压控制器设置在区域调度中心。响应时间是几十秒到几分钟，大于一级电压控制的响应时间。控制目标是当系统中变化相对缓慢的负荷变化（相对一级电压控制）或者区域网络结构变化导致区域的主导节点电压发生变化后，根据三级电压控制器确定的主导节点参考值电压，按照预定的控制策略，以某种协调方式重新设置区域内控制无功电源的电压参考值（Reference Value），以达到系统范围内良好的运行性能。
　　图1分级电压控制的原理图
　　三级电压控制器设置在系统调度中心，是等级电压控制系统的最高级，其响应时间是几十分钟。控制目标是以全网安全和经济运行准则来优化系统的运行状态，确定各区域中主导节点电压的参考值，协调各二级电压控制系统，使全系统达到最优运行状态。
　　2分散二级电压控制（DSVC）策略
　　分散二级电压控制（DSVC）的原理是将整个电力系统划分为几个相互独立的区，称作“控制区域”，在每个控制区域中选出其最关键的对区域内其它节点有重要影响的电压母线为“主导节点”，并根据主导节点的电压偏差，按照某种预定的控制方式协调、有效地调整区域内各控制发电机的AVR的参考电压设定值或其它无功源的设定值，从而使主导节点的电压基本保持不变，进而维持整个区域的电压水平，并使无功分布在一个良好的状态。这种调整将会使得机组的无功出力发生变化，调整的幅度是由主导节点的电压与其设定值的偏差所决定的。
　　DSVC一般通过硬件控制器实现，然而随着系统的老化，在20世纪90年代初也出现了一些不足。
　　（1）在实行DSVC以后随着系统网架结构的不断发展，在电网的某些部分原本相互解耦的控制区域间的联系越来越紧密，相互影响会越来越明显，也就是说原来的解耦关系遭到了一定程度的破坏。为了避免在控制过程中导致系统的不稳定，要么就增加分区的数目，要么就降低控制的动态响应速度，但无论使用哪一种方法都会影响控制的效果。
　　（2）对发电机组无功功率分配限制过死。
　　（3）发电机无功功率内部闭环调节信号快于区域电压水平信号，可能使其在故障后的短时间内向不利方向作用。
　　（4）装置只部分考虑厂电压控制功能，而未监视电压极限值，发电机运行范围的界限（功角、定子电压、辅机电压和转子电流）也未精确考虑。
　　（5）控制系统的参数是固定的，从而不能对一些运行条件进行优化。
　　因此针对DSVC控制策略的这些不足和电力系统的发展状况必须探求新的控制方法。
　　3协调二级电压控制（CSVC）策略
　　如何克服分散电压控制的缺陷，这是设计协调电压控制策略的出发点，其目标是从全局的观点来实现无功的调度和电压的控制。在原先分散电压控制中几个独立的控制分区由于电网联系的日益紧密其解耦性越来越弱，从而由这些控制分区形成了一个大的区域，通过协调二级控制能够实现整个大区的电压控制设备的相互配合。在CSVC中，可控发电机的数目即控制变量的数目要大于主导节点即输出变量的数目，因此除了维持主导节点电压以外，还有一定的可控自由度用于实现其它的控制目标。
　　CSVC的基本原理仍是使主导节点上的电压维持在整定值，但控制信号的计算是针对包含几个主导节点的地区，并考虑各发电机对所有主导节点的作用。这样可以防止这些联系紧密地区各自独立进行电压控制可能造成的相互间不稳定。控制中心搜集所有主导节点和电压敏感节点的电压遥测值，以及参与二级电压控制的控制机组的母线电压和有功/无功出力。将这些信息输入多变量二级电压协调控制器。控制信号直接加于每台发电机的电压调节器，这样可避免出现传统二级电压控制系统在无功功率控制中可能造成的不良作用。由于可控发电机的数目即控制变量的数目要大于主导节点数目，因此，CSVC还能充分利用这些控制变量来满足其他额外的运行约束，对提高系统的电压稳定性起到很好的作用。
　　4二级电压控制问题的不足
　　纵观现有的二级电压控制策略的研究，主要存在如下问题：
　　（1）所选择的二级电压控制设备大多为连续调节的无功电源，如发电机、静止无功补偿器等，对应的二级电压控制优化模型符合二次规划模型，一般采用二次规划法求解。对于快速投切电容电抗器组等离散型无功源，其处理方法是先把这些无功电源当作可连续调节设备，再把计算结果和实际的调节档位相比较，按接近的档位调节。这样做就有可能得到调节的次优解，而并非最优解。
　　（2）没有选择有载调压变压器（OLTC）作为二级电压控制设备。虽然有载调压变压器不是无功源，但可以改变系统无功的分布，是系统电压调节的有效手段。尽管有载调压变压器的响应速度比较慢，大概在20～100 s之间，但足以满足二级电压控制的要求，故选择有载调压变压器作为等级电压控制中的电压控制设备是必要的。
　　5结束语
　　在电力互联网络和电力市场发展的大背景下，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无功电压快速协调控制显得越来越重要。在众多解决该问题的研究中，由法国电力公司提出的二级电压控制是一种很有竞争力的方案，并得到了广泛的关注。但是，现有的二级电压控制方式多采用连续调节设备，没有考虑有载调压变压器、切负荷等离散控制方法，这在今后的研究工作中需要得到重视。
　　
　　参考文献
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　　A Simple Real－time and On－line Voltage Stability Index Under Test in Italian Secondary Voltage Regulation［C］.CIGRE Conference,Paris，2000：38～115
　　Discusses the Research Present Situation and the Insufficiency of the
　　Electrical Power System Two Level for Voltage Controls Shallowly
　　Hua Liang
　　Abstract: Along with electric power network development and voltage regulation question day by day prominent, proposed to the big network voltage/idle work’s coordination control a higher request. The voltage step control is coordinated the voltage control the effective measure and the method, the second－level voltage control strategy is also the voltage grades the control key link. This article and has carried on the elaboration insufficient to the second－level voltage control’s research present situation.
　　Key words: idle work electricity; presses the step control; second－level voltage control

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