光伏發(fā)電多級匯集電網區(qū)域模型的自動生成方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動電壓控制技術領域，特別涉及大規(guī)模多級自動電壓控制 中，通過對電網進行多級拓撲分析自動生成光伏匯集區(qū)的方法。
【背景技術】
[0002] 自動電壓控制（以下簡稱AVC，Automatic Voltage Control)系統(tǒng)是實現(xiàn)電網安 全（提高電壓穩(wěn)定裕度）、經濟（降低網絡損耗）、優(yōu)質（提高電壓合格率）運行的重要手 段，其基本原理是通過協(xié)調控制發(fā)電機無功出力、變壓器分接頭和無功補償設備，實現(xiàn)電網 內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)電已經成為繼煤電和水電之后的第三大主力 電源。以青海電網為例，近年來青海電網光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，目前已經投產光伏裝機容量 500萬千瓦，2014年內將有100萬千瓦光伏繼續(xù)投產，目前青海電網對光伏資源采取的是 大規(guī)模集中式的開發(fā)模式，單個光伏電站的裝機容量都達到5麗以上。由于光伏發(fā)電固 有的間歇性特點，導致光伏出力的變化會引發(fā)較大的電壓波動。電壓問題已成為阻礙光 伏發(fā)電正常并網運行的主要障礙之一，大規(guī)模光伏發(fā)電匯集并網區(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)國家標準《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》（GB/T 19964-2012)，在光伏電站中需要建設AVC子站，并將光伏電站AVC子站接入省調AVC主站 中，接受省調AVC主站的實時控制指令。
[0004] 為了對大規(guī)模光伏匯集區(qū)域電網實現(xiàn)自動無功電壓控制，首先需要對光伏匯集區(qū) 域的電氣結構和無功電壓控制特性進行分析和研究。
[0005] 還是以青海為例進行分析，青海電網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兩個電壓等級的匯集站集中接入并送出：一方面，在匯集接入的電 網局部區(qū)域，多個35kV光伏電站匯集接入到上級IlOkV匯集站送出；另一方面，在整個光伏 匯集接入?yún)^(qū)域，多座IlOkV的光伏電站或匯集站進一步集中接入上級330kV的匯集站集中 送出。在330kV和IlOkV兩級匯集站內部，為了對匯集區(qū)域進行無功補償，均配備了一定容 量的靜止無功補償器（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)，同時匯集站內的有載調壓變壓器也具有調節(jié)的能力。 為了實現(xiàn)對整個光伏發(fā)電并網區(qū)域的自動電壓控制，需要同時將匯集站納入到電網調控中 心AVC的自動控制范圍內，實現(xiàn)對匯集站的自動電壓控制。
[0006] 青海電網光伏電站并網點包含了 330kV、110kV、35kV等多個電壓等級，光伏匯集 接入方式多種多樣，調度中心AVC主站需要對不同接入方式的光伏電站和匯集站實施不 同的自動電壓控制方法；同時，由于在大規(guī)模光伏并網區(qū)域形成了光伏電站通過330kV、 I IOkV兩級匯集接入的格局，AVC主站也需要考慮各級匯集站和光伏電站之間的無功電壓 協(xié)調控制，從而實現(xiàn)對整個光伏并網區(qū)域的有整體協(xié)調控制。
[0007] 根據(jù)光伏發(fā)電匯集區(qū)域內變電站的功能和接線結構，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的變電站為升壓站。
[0009] 匯集站：有2座及以上光伏電站/風電場通過主變升壓并網的變電站為匯集站。
[0010] 對上述升壓站，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] 對上述匯集站中的I IOkV站，根據(jù)接線結構和匯集方式，可以進一步分為A類匯集 站和B類匯集站。
[0012] A類匯集站：匯集站低壓側母線只連接SVC/SVG和35kV線路，并通過35kV線路連 接到下級35kV光伏電站，低壓母線不直接連光伏陣列。
[0013] B類匯集站：匯集站低壓側母線除連接SVC/SVG和35kV線路，同時直接連接光伏 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AVC子站，省調AVC主站向AVC子站下發(fā)的控制指 令為升壓站高壓側IlOkV母線電壓的設定值和參考值，由光伏電站的AVC子站控制站內主 變分頭、SVC和光伏陣列，滿足省調的控制指令。
[0017] 2) A類匯集站：省調AVC主站直接控制A類匯集站內的主變分接頭和SVC/SVG，向 匯集站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送分頭遙調指令，向SVC/SVG裝置同時下發(fā)電壓上、下限值和無功指令 值，SVC/SVG裝置能夠實現(xiàn)無功和電壓的協(xié)調控制。
[0018] 3) B類匯集站：在B類匯集站建設AVC子站，匯集站低壓側的SVC/SVG裝置和低壓 側直接連接的光伏陣列組由AVC子站控制，省調AVC主站向該AVC子站發(fā)送的控制指令為 匯集35kV母線的設定值和參考值；同時，匯集站主變有載調壓分接頭接入省調AVC直接控 制，省調AVC主站向匯集站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送分頭遙調指令。
[0019] 在青海電網的光伏發(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匯集，最終匯集到330kV的區(qū)域匯集站。典型的兩級匯集的電網 運行結構圖如圖2所示
[0020] 圖中，A站為整個光伏發(fā)電區(qū)域的總匯集站，為330kV電壓等級；B1、B2為IlOkV光 伏電站，其通過IlOkV線路匯集到上級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，同時又通過IlOkV線路接入上級 的330kV匯集站。整個區(qū)域形成了跨330kV-110kV-35kV多電壓等級的匯集接入格局。
[0021] 針對這種多級光伏電站匯集的運行方式，需要形成一種光伏發(fā)電匯集區(qū)，來為AVC 的協(xié)調控制來奠定基礎，而由于電網的運行方式經常發(fā)生變化，匯集區(qū)中的元素隨著運行 方式經常發(fā)生變化，無法預先由人工設定。因此在AVC系統(tǒng)中，需要實時自動生成這種多級 光伏匯集區(qū)域的協(xié)調控制分區(qū)。而從已經公開的文獻發(fā)現(xiàn)，目前尚無方法能夠實時在線實 時自動生成這種多級光伏發(fā)電匯集區(qū)。
[0022] 本
【發(fā)明內容】
中涉及到對電網拓撲結構的描述，在行業(yè)標準《能量管理系統(tǒng)應用程 序接口（EMS-API)第301部分：公共信息模型（CHM)基礎》（DL/T 890. 301-2004)中對電 網設備的連接方式給出了規(guī)范的描述方法，主要內容如下。
[0023] 為了描述設備建立連接關系，定義了導電設備（ConductingEquipment)、連接端子 (Terminal)、連接節(jié)點（ConnectivityNode)和拓撲島（TopologicalIsland)，分別如下：
[0024] 導電設備：電力系統(tǒng)的組成部分，是為輸送電流或與導電連接相關而設計的，一般 包括輸電線路、變壓器、變壓器繞組、物理母線、隔離開關、斷路器、電容器、電抗器等。
[0025] 連接端點：導電設備的電氣連接點，一個導電設備可以有1個或多個連接端點，變 壓器繞組具有1個連接端點，隔離開關和斷路器具有2個連接端點，無功補償設備具有1個 連接端點、母線具有1個連接端點。
[0026] 連接節(jié)點：連接節(jié)點是這樣的一些點，在這些點上導電設備的連接端點通過零阻 抗連接在一起。一個連接節(jié)點可以包含任何數(shù)目的連接端點，從而表明這些連接端點所屬 的導電設備連接在一起。
[0027] 拓撲島：網絡的一個電氣連接的子集，包含電氣連接在一起的導電設備、連端點和 連接節(jié)點。拓撲島會隨著當前網絡狀態(tài)的變化（即隔離開關、斷路器等改變狀態(tài)）而變化。

【發(fā)明內容】

[0028] 本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種光伏發(fā)電多級匯集電網區(qū) 域模型的自動生成方法。該方法采用對多級光伏匯集區(qū)域的自動辨識技術，可以根據(jù)光伏 匯集區(qū)域的運行方式，自動實現(xiàn)在線的"軟分區(qū)"，為實現(xiàn)匯集區(qū)域的協(xié)調電壓控制奠定基 礎。
[0029] 本發(fā)明提出的一種光伏發(fā)電多級匯集電網區(qū)域模型的自動生成方法，主要用于 330kV-110kV-35kV光伏發(fā)電匯集電網區(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)通過在線網絡拓撲分析，形成330kV-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匯集站高壓側母線子集；為匯集區(qū) 中330kV匯集站中壓側IlOkV母線子集；為匯集區(qū)中IlOkV光伏電站高壓側母線子集， 為匯集區(qū)中IlOkV匯集站高壓側母線子集；
[0033] 形成Zf5的具體方法包括以下步驟：
[0034] I - a)從電網能量管理系統(tǒng)（EMS)獲取完整的電網模型；
[0035] I -b)對完整的電網模型進行處理，刪除IlOkV電壓等級以外的全部線路，刪除 UOkV電壓等級以外的全部開關和刀閘，刪除IlOkV電壓等級內全部處于分狀態(tài)的開關和 刀閘后，形成IlOkV電網的模型；
[0036] I - c)對步驟I - b)刪除處理后電網模型進行拓撲著色編碼，形成若干拓撲島，每 個拓撲島包括了若干在電氣上有直接聯(lián)系的電網設備；
[0037] I - d)對全部拓撲島進行掃描，若拓撲島i中含有330kV主變和IlOkV光伏電站， 則將拓撲島i定義為一個匯集區(qū)Z1 33*3;
[0038] I -e)將拓撲島i上的330kV主變高壓側330kV母線記為，中壓側IlOkV母線 記為將拓撲島i上IlOkV光伏電站高壓側母線記為將拓撲島i上IlOkV匯集站 高壓側母線記為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，記人嚴山"^廣及加分別為對應上述各種母線的子集^寸應 (1.1)式中的Af ,Bf ,Cl1Q，