基于电压稳定约束的智能AVC控制方法研究

1.基于电压稳定约束的智能AVC电压及动态无功储备下限计算方法

从系统的运行实践和经验来说，当全网的电压水平足够高时，一般能保证系统在正常和预想故障方式下具有期望的电压稳定裕度。随着电压水平的下降，系统的电压稳定裕度逐渐减小，最终可能导致系统在某一预想故障条件下电压稳定裕度不足甚至电压失稳。故协调方案之一是给出保证系统具有期望电压稳定裕度的AVC控制电压下限。

另一方面，相对于并联补偿的电容器、电抗器，发电机的动态无功具有响应快速，调节平稳等优势。国际上已发生的电压失稳事故表明，发电机无功储备耗尽导致的发电机过励保护动作，引起的机端或高压母线电压失控，是故障后系统电压失稳形成、扩散，乃至发生系统电压崩溃的重要因素之一。故保留足够的发电机动态无功储备是遏制系统故障后电压崩溃事故突发的有效措施之一。然而保留过多的发电机动态无功储备，不充分利用已有的发电机无功容量显然是不经济和不合理的，其对策是通过电压稳定分析，给出系统在正常和所有故障方式下满足期望电压稳定裕度的最小无功储备。

一般来说，发电机无功出力增大（无功储备减少），将使电压稳定裕度减少。故障后，如果并联电容不能及时投入，则发电机动态无功储备将决定电压稳定的程度。在电网的实际运行中，发电机动态无功储备可分为两部分：一部分是为保证电网的安全运行而预留的必需的无功储备；另一部分是由于电网的当前实际无功需求不足而多出来的不必要的无功储备。在计算发电机最小动态无功储备时应剔除不必要的无功储备。根据这一思想，可在发电机机端添加虚拟的无功负荷，以吸收多余的无功储备，并保证在所有预想故障条件下，仅依靠发电机的动态无功储备，就能满足期望的电压稳定裕度。

根据上述分析，电压稳定约束的AVC控制电压及动态无功储备下限计算问题的数学模型可简要描述如下：

式中，Q_Si表示拓扑点i的虚拟无功负荷；目标函数f（U⁰）应保证在电压控制域内是单调递增的，以使上述优化问题的目标总体上倾向于降低控制点的电压水平。

由于电压水平的下降存在下降方向的问题，即从某一较高的初始电压水平沿着不同的方向降低控制点的电压，均可给出相应的电压下限。遗憾的是，若在上述优化问题中指定电压的下降方向，各控制点的电压幅值将耦合在一起，严重破坏海森矩阵的稀疏性，所需的内存空间及CPU时间在实际系统中都将是难以承受的。出于算法性能的考虑，我们不指定电压的确切下降方向，而是通过选择不同的目标函数来影响电压的下降方向。实用中，取下述的目标函数可获得较为合理的结果。

采用上述的数学模型，计算结果正常运行方式下的节点电压值即构成AVC控制电压下限，正常运行方式下各机组的无功储备即为动态无功储备下限。当所有AVC控制点的电压都高于所给电压下限，各机组实际无功储备均大于动态无功储备下限时，可保证系统在正常和故障条件下均具有期望的电压稳定裕度。

由于电网的实际运行点一般为某一较优解，若电网的当前实际运行点在正常和预想故障方式下均具有期望的电压稳定裕度，给出的AVC控制电压及机组动态无功储备下限应保证当前实际运行点位于可行域内，即所有AVC控制电压下限均应低于当前的实际电压，所有发电机的无功储备下限均应低于当前的实际无功储备。

2.计及电压稳定约束的智能AVC在线控制流程

传统AVC在控制中甚少涉及电压稳定问题，智能AVC的在线控制则需要考虑了电压稳定和电压预防控制等问题，控制流程如图5-5所示。(www.xing528.com)

图5-5 计及电压稳定约束的智能AVC在线控制流程

具体控制流程：

1）首先读入电网数据和模型；

2）进行初始潮流的计算；

3）进行电压稳定预度计算；

4）对当前电压稳定预度进行判断，当电压稳定预度小于设定值时转入步骤5），如果电压稳定预度大于设定值，则进行步骤6）；

5）进行电压稳定预防计算和控制，提高电压稳定预度；

6）进行电压稳定约束下的AVC控制电压及动态无功储备下限计算；

7）将计算的限值替换无功优化限制；

8）进行无功优化计算，如果计算收敛进入步骤9），否则进入步骤2）；

9）下发控制方案。