光伏發(fā)電多級(jí)匯集電網(wǎng)區(qū)域模型的自動(dòng)生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及大規(guī)模多級(jí)自動(dòng)電壓控制 中，通過對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行多級(jí)拓?fù)浞治鲎詣?dòng)生成光伏匯集區(qū)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動(dòng)電壓控制（以下簡稱AVC，Automatic Voltage Control)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安 全（提高電壓穩(wěn)定裕度）、經(jīng)濟(jì)（降低網(wǎng)絡(luò)損耗）、優(yōu)質(zhì)（提高電壓合格率）運(yùn)行的重要手 段，其基本原理是通過協(xié)調(diào)控制發(fā)電機(jī)無功出力、變壓器分接頭和無功補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng) 內(nèi)無功電壓的合理分布。
[0003] 近年來光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，光伏發(fā)電已經(jīng)成為繼煤電和水電之后的第三大主力 電源。以青海電網(wǎng)為例，近年來青海電網(wǎng)光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，目前已經(jīng)投產(chǎn)光伏裝機(jī)容量 500萬千瓦，2014年內(nèi)將有100萬千瓦光伏繼續(xù)投產(chǎn)，目前青海電網(wǎng)對(duì)光伏資源采取的是 大規(guī)模集中式的開發(fā)模式，單個(gè)光伏電站的裝機(jī)容量都達(dá)到5麗以上。由于光伏發(fā)電固 有的間歇性特點(diǎn)，導(dǎo)致光伏出力的變化會(huì)引發(fā)較大的電壓波動(dòng)。電壓問題已成為阻礙光 伏發(fā)電正常并網(wǎng)運(yùn)行的主要障礙之一，大規(guī)模光伏發(fā)電匯集并網(wǎng)區(qū)域需要充分利用本地 無功資源，維持電壓安全穩(wěn)定。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T 19964-2012)，在光伏電站中需要建設(shè)AVC子站，并將光伏電站AVC子站接入省調(diào)AVC主站 中，接受省調(diào)AVC主站的實(shí)時(shí)控制指令。
[0004] 為了對(duì)大規(guī)模光伏匯集區(qū)域電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無功電壓控制，首先需要對(duì)光伏匯集區(qū) 域的電氣結(jié)構(gòu)和無功電壓控制特性進(jìn)行分析和研究。
[0005] 還是以青海為例進(jìn)行分析，青海電網(wǎng)光伏電站主要采用集中大規(guī)模接入的方式， 主要通過IlOkV和330kV兩個(gè)電壓等級(jí)的匯集站集中接入并送出：一方面，在匯集接入的電 網(wǎng)局部區(qū)域，多個(gè)35kV光伏電站匯集接入到上級(jí)IlOkV匯集站送出；另一方面，在整個(gè)光伏 匯集接入?yún)^(qū)域，多座IlOkV的光伏電站或匯集站進(jìn)一步集中接入上級(jí)330kV的匯集站集中 送出。在330kV和IlOkV兩級(jí)匯集站內(nèi)部，為了對(duì)匯集區(qū)域進(jìn)行無功補(bǔ)償，均配備了一定容 量的靜止無功補(bǔ)償器（以下簡稱SVC，Static Var Compensator)或者靜止無功發(fā)生器（以 下簡稱SVG，Static Var Generator)，同時(shí)匯集站內(nèi)的有載調(diào)壓變壓器也具有調(diào)節(jié)的能力。 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電并網(wǎng)區(qū)域的自動(dòng)電壓控制，需要同時(shí)將匯集站納入到電網(wǎng)調(diào)控中 心AVC的自動(dòng)控制范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)匯集站的自動(dòng)電壓控制。
[0006] 青海電網(wǎng)光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)包含了 330kV、110kV、35kV等多個(gè)電壓等級(jí)，光伏匯集 接入方式多種多樣，調(diào)度中心AVC主站需要對(duì)不同接入方式的光伏電站和匯集站實(shí)施不 同的自動(dòng)電壓控制方法；同時(shí)，由于在大規(guī)模光伏并網(wǎng)區(qū)域形成了光伏電站通過330kV、 I IOkV兩級(jí)匯集接入的格局，AVC主站也需要考慮各級(jí)匯集站和光伏電站之間的無功電壓 協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏并網(wǎng)區(qū)域的有整體協(xié)調(diào)控制。
[0007] 根據(jù)光伏發(fā)電匯集區(qū)域內(nèi)變電站的功能和接線結(jié)構(gòu)，將變電站分為如下2類：
[0008] 升壓站：僅有1座光伏電站通過主變升壓并網(wǎng)的變電站為升壓站。
[0009] 匯集站：有2座及以上光伏電站/風(fēng)電場通過主變升壓并網(wǎng)的變電站為匯集站。
[0010] 對(duì)上述升壓站，由于只有1座光伏電站接入，因此也可以等效稱之為光伏電站。
[0011] 對(duì)上述匯集站中的I IOkV站，根據(jù)接線結(jié)構(gòu)和匯集方式，可以進(jìn)一步分為A類匯集 站和B類匯集站。
[0012] A類匯集站：匯集站低壓側(cè)母線只連接SVC/SVG和35kV線路，并通過35kV線路連 接到下級(jí)35kV光伏電站，低壓母線不直接連光伏陣列。
[0013] B類匯集站：匯集站低壓側(cè)母線除連接SVC/SVG和35kV線路，同時(shí)直接連接光伏 逆變器，即匯集站35kV母線直接連接就地的光伏電站。
[0014] 上述分類方法如圖1所示，圖中（a)為光伏電站，（b)為A類匯集站，（c)為B類匯 集站。
[0015] 對(duì)光伏電站、A類匯集站和B類匯集站的控制方法分別是：
[0016] 1)光伏電站：在光伏電站建設(shè)AVC子站，省調(diào)AVC主站向AVC子站下發(fā)的控制指 令為升壓站高壓側(cè)IlOkV母線電壓的設(shè)定值和參考值，由光伏電站的AVC子站控制站內(nèi)主 變分頭、SVC和光伏陣列，滿足省調(diào)的控制指令。
[0017] 2) A類匯集站：省調(diào)AVC主站直接控制A類匯集站內(nèi)的主變分接頭和SVC/SVG，向 匯集站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送分頭遙調(diào)指令，向SVC/SVG裝置同時(shí)下發(fā)電壓上、下限值和無功指令 值，SVC/SVG裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無功和電壓的協(xié)調(diào)控制。
[0018] 3) B類匯集站：在B類匯集站建設(shè)AVC子站，匯集站低壓側(cè)的SVC/SVG裝置和低壓 側(cè)直接連接的光伏陣列組由AVC子站控制，省調(diào)AVC主站向該AVC子站發(fā)送的控制指令為 匯集35kV母線的設(shè)定值和參考值；同時(shí)，匯集站主變有載調(diào)壓分接頭接入省調(diào)AVC直接控 制，省調(diào)AVC主站向匯集站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送分頭遙調(diào)指令。
[0019] 在青海電網(wǎng)的光伏發(fā)電匯集區(qū)域中，既有IlOkV的光伏電站，也有35kV的光伏電 站，這些光伏電站通過兩級(jí)匯集，最終匯集到330kV的區(qū)域匯集站。典型的兩級(jí)匯集的電網(wǎng) 運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖如圖2所示
[0020] 圖中，A站為整個(gè)光伏發(fā)電區(qū)域的總匯集站，為330kV電壓等級(jí)；B1、B2為IlOkV光 伏電站，其通過IlOkV線路匯集到上級(jí)A站；IlOkV的C站為圖I (b)所描述的A類匯集站， 其通過35kV線路匯集接入了 Dl~D4的35kV光伏電站，同時(shí)又通過IlOkV線路接入上級(jí) 的330kV匯集站。整個(gè)區(qū)域形成了跨330kV-110kV-35kV多電壓等級(jí)的匯集接入格局。
[0021] 針對(duì)這種多級(jí)光伏電站匯集的運(yùn)行方式，需要形成一種光伏發(fā)電匯集區(qū)，來為AVC 的協(xié)調(diào)控制來奠定基礎(chǔ)，而由于電網(wǎng)的運(yùn)行方式經(jīng)常發(fā)生變化，匯集區(qū)中的元素隨著運(yùn)行 方式經(jīng)常發(fā)生變化，無法預(yù)先由人工設(shè)定。因此在AVC系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)自動(dòng)生成這種多級(jí) 光伏匯集區(qū)域的協(xié)調(diào)控制分區(qū)。而從已經(jīng)公開的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前尚無方法能夠?qū)崟r(shí)在線實(shí) 時(shí)自動(dòng)生成這種多級(jí)光伏發(fā)電匯集區(qū)。
[0022] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
中涉及到對(duì)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程 序接口（EMS-API)第301部分：公共信息模型（CHM)基礎(chǔ)》（DL/T 890. 301-2004)中對(duì)電 網(wǎng)設(shè)備的連接方式給出了規(guī)范的描述方法，主要內(nèi)容如下。
[0023] 為了描述設(shè)備建立連接關(guān)系，定義了導(dǎo)電設(shè)備（ConductingEquipment)、連接端子 (Terminal)、連接節(jié)點(diǎn)（ConnectivityNode)和拓?fù)鋶u（TopologicalIsland)，分別如下：
[0024] 導(dǎo)電設(shè)備：電力系統(tǒng)的組成部分，是為輸送電流或與導(dǎo)電連接相關(guān)而設(shè)計(jì)的，一般 包括輸電線路、變壓器、變壓器繞組、物理母線、隔離開關(guān)、斷路器、電容器、電抗器等。
[0025] 連接端點(diǎn)：導(dǎo)電設(shè)備的電氣連接點(diǎn)，一個(gè)導(dǎo)電設(shè)備可以有1個(gè)或多個(gè)連接端點(diǎn)，變 壓器繞組具有1個(gè)連接端點(diǎn)，隔離開關(guān)和斷路器具有2個(gè)連接端點(diǎn)，無功補(bǔ)償設(shè)備具有1個(gè) 連接端點(diǎn)、母線具有1個(gè)連接端點(diǎn)。
[0026] 連接節(jié)點(diǎn)：連接節(jié)點(diǎn)是這樣的一些點(diǎn)，在這些點(diǎn)上導(dǎo)電設(shè)備的連接端點(diǎn)通過零阻 抗連接在一起。一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)可以包含任何數(shù)目的連接端點(diǎn)，從而表明這些連接端點(diǎn)所屬 的導(dǎo)電設(shè)備連接在一起。
[0027] 拓?fù)鋶u：網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)電氣連接的子集，包含電氣連接在一起的導(dǎo)電設(shè)備、連端點(diǎn)和 連接節(jié)點(diǎn)。拓?fù)鋶u會(huì)隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化（即隔離開關(guān)、斷路器等改變狀態(tài)）而變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028] 本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種光伏發(fā)電多級(jí)匯集電網(wǎng)區(qū) 域模型的自動(dòng)生成方法。該方法采用對(duì)多級(jí)光伏匯集區(qū)域的自動(dòng)辨識(shí)技術(shù)，可以根據(jù)光伏 匯集區(qū)域的運(yùn)行方式，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在線的"軟分區(qū)"，為實(shí)現(xiàn)匯集區(qū)域的協(xié)調(diào)電壓控制奠定基 礎(chǔ)。
[0029] 本發(fā)明提出的一種光伏發(fā)電多級(jí)匯集電網(wǎng)區(qū)域模型的自動(dòng)生成方法，主要用于 330kV-110kV-35kV光伏發(fā)電匯集電網(wǎng)區(qū)，其特征在于，該方法事先確定控制周期，具體步驟 如下：
[0030] 1)通過在線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，形?30kV-110kV匯集區(qū)模型，該匯集區(qū)模型描述為 如下集合Zf i:
[0031]
(LI)
[0032] 其中Af為330kV_110kV匯集區(qū)中330kV匯集站高壓側(cè)母線子集；為匯集區(qū) 中330kV匯集站中壓側(cè)IlOkV母線子集；為匯集區(qū)中IlOkV光伏電站高壓側(cè)母線子集， 為匯集區(qū)中IlOkV匯集站高壓側(cè)母線子集；
[0033] 形成Zf5的具體方法包括以下步驟：
[0034] I - a)從電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS)獲取完整的電網(wǎng)模型；
[0035] I -b)對(duì)完整的電網(wǎng)模型進(jìn)行處理，刪除IlOkV電壓等級(jí)以外的全部線路，刪除 UOkV電壓等級(jí)以外的全部開關(guān)和刀閘，刪除IlOkV電壓等級(jí)內(nèi)全部處于分狀態(tài)的開關(guān)和 刀閘后，形成IlOkV電網(wǎng)的模型；
[0036] I - c)對(duì)步驟I - b)刪除處理后電網(wǎng)模型進(jìn)行拓?fù)渲幋a，形成若干拓?fù)鋶u，每 個(gè)拓?fù)鋶u包括了若干在電氣上有直接聯(lián)系的電網(wǎng)設(shè)備；
[0037] I - d)對(duì)全部拓?fù)鋶u進(jìn)行掃描，若拓?fù)鋶ui中含有330kV主變和IlOkV光伏電站， 則將拓?fù)鋶ui定義為一個(gè)匯集區(qū)Z1 33*3;
[0038] I -e)將拓?fù)鋶ui上的330kV主變高壓側(cè)330kV母線記為，中壓側(cè)IlOkV母線 記為將拓?fù)鋶ui上IlOkV光伏電站高壓側(cè)母線記為將拓?fù)鋶ui上IlOkV匯集站 高壓側(cè)母線記為d|1&,將sf5、cf、df加入到2^中，最終形成的可以表示 為如式（1. 1)表示的的集合，記人嚴(yán)山"^廣及加分別為對(duì)應(yīng)上述各種母線的子集^寸應(yīng) (1.1)式中的Af ,Bf ,Cl1Q，