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这样，无功功率已达到上限或下限的发电机收到限制无功出力的信号后，可将其无功功率控制在极限范围内；而且调节先导节点所需的无功功率信号ΔQref可在无功没有越限的控制发电机之间重新分配，为系统提供所需的无功支持，由此达到区域内各控制发电机之间无功功率的相互协调和补充。
2 仿真算例［8］
本节以中国电力科学研究院EPRI—36节点系统为例，在调度员培训仿真软件上进行仿真计算。系统规模：8台发电机，全部装设PID励磁控制器和调速器，并考虑其励磁限流器的作用；9个负荷节点，其中3个取感应电动机模型（60%恒阻抗），3个为动态负荷恢复模型（60%恒阻抗），另外3个取恒阻抗特性；28条AC输电线路；16台变压器(其中有2台为OLTC)。仿真系统的初始潮流：发电总量为2643.0 MW+1555.4 Mvar，负荷总量为2543.7 MW+1169.3 Mvar。
根据本文所提出的灵敏度方法选择先导节点和控制发电机，并用电气距离法校核，得到如表1所示的二级电压控制方案。由该控制方案，对照图3中的系统接线图，EPRI—36节点系统大致可划分为两个控制区域：东一区和西二区。区域划分、先导节点及相应的控制发电机均已标在图3中。
表1 EPRI-36节点系统二级电压控制方案
Table 1 Secondary voltage control for EPRI-36 system
先导节点
控制发电机
B21
B26，B29，B33
B11
B1，B8
图3 EPRI-36节点系统
Fig.3 EPRI-36 system
二级电压控制器的设计如1.3节中所述，其参数为：KP=10，TP=10 s，TR=20 s。
为了分析该系统的电压稳定性，假设在节点B5和B22上存在负荷微增，并由此引发系统的电压崩溃。从而可以分析电压失稳过程中各动态元件的特性及二级电压控制器的作用。节点B5和节点B22分属于东一区和西二区。
2.1 二级电压控制器的动态特性
图4～图7为西二区内二级电压控制器的动态响应过程。该控制区域的先导节点为B21，控制发电机有3台：B26，B29和B33（图中简记作G1，G2，G3）。可见：随着VP(t)的下降，电压偏差ΔVP(t)逐渐增大，ΔQref随之上升；当没有发电机越限时，即ΔQG1，ΔQG2，ΔQG3均大于零的时间内，ΔQref信号按发电机无功裕量的比例在3台控制发电机之间分配，由于B33的无功裕量最大，其对应的ΔQG3也最大，随着时间的推移，B29和B26相继无功越限，其对应的参与因子转化为无功越限的绝对值，以保证限制发电机的无功出力，而区域无功控制信号则完全由B33承担。由图7可以看到各控制发电机的无功输出情况，当发电机越限时，由于ΔQGi的调节作用，可将QG限制在最大无功功率值附近。而B33在B29和B26无功越限后，无功出力明显增大，也很快到达其无功上限，不能再为系统提供更多的电压/无功支持。在t=65.3 s左右，系统发生了电压崩溃。
图4 先导节点B21电压曲线
Fig.4 Voltage curve of pilot node B21
图5 二级电压控制器的区域无功信号
Fig.5 Reactive power signal of secondary
voltage controller
图6 西二区控制发电机单元控制器输入信号ΔQGi
Fig.6 Input signal ΔQGi of control generators
in area west 2
图7 西二区各控制发电机无功功率
Fig.7 Reactive powers of control generators
in area west 2
2.2 二级电压控制改善系统电压/无功稳定性的效果分析
图8和图9比较了系统在二级电压控制下和没有二级电压控制时的先导节点和负荷节点电压幅值。系统中没有二级电压控制时，所有发电机都装设了励磁限流器，以保证发电机的无功功率不能长时间越限运行。当系统中采用二级电压控制时，因为二级电压控制器已经将控制发电机无功越限的因素考虑在内，所以只在非控制发电机上装设励磁限流器。由仿真结果可以看出，在二级电压控制下系统的电压水平有明显的改善。这说明在发生电压扰动的情况下，二级电压控制能够充分利用系统中已有的电压/无功支持源，将本区域内的电压水平维持在较好的状态。由图中还可以看出，由于二级电压控制协调了区域内的一级电压控制器的动作，使得电压崩溃发生的时间由原来的59.0 s推迟至65.3 s。
图8 先导节点电压幅值
Fig.8 Voltage magnitudes of pilot nodes
图9 负荷节点电压幅值
Fig.9 Voltage magnitudes of load nodes
图10为两种方式下负荷微增曲线的比较，图11为Q—V曲线的比较（P—V曲线与之类似）。由此可见，在二级电压控制的作用下，负荷微增的无功极限功率由原来的Qcr=4.851增至Q*cr=5.380，增加的幅度为 。
图10 负荷微增比较曲线
Fig.10 Load increment curves
图11 Q-V曲线
Fig.11 Q-V curves
图12 西二区先导节点与负荷节点电压
Fig.12 Voltage curves of pilot nodes and load nodes
in area west 2
图12为西二区内先导节点和负荷节点电压在二级电压控制下和没有二级电压控制下的变化曲线，由该图可以看出先导节点与区域负荷节点的耦合性较好，能够比较准确地反映出负荷的电压水平。
从仿真结果可以看出，二级电压控制能改善系统的电压水平，并增强其动态电压稳定性。因为二级电压控制是一种区域协调控制，能够根据本区域的负荷电压水平调整区域内一级电压控制器的动作，从而达到增强电压稳定性的目的。其“区域性”体现在二级电压控制器中的区域无功信号ΔQref上，因为ΔQref是根据先导节点电压偏差得到的，所以代表着整个区域的电压水平状况；而其“协调性”则体现在控制发电机的参与因子QRi上，当区域中没有发电机无功越限时，QRi按照无功裕量的比例在各发电机之间分配，期望使系统中的发电机能保持无功功率的同步调节，同时到达其上限。但在系统的实际运行中，这个目标却很难实现。当某些发电机首先到达其无功越限，不能为系统提供更多的无功支持时，二级电压控制器会自动调整发电机的参与因子，使区域无功信号ΔQref在没有越限的发电机之间重新分配。如果系统中缺乏这种以维持区域电压水平为目标的协调控制，仅仅依靠各一级电压/无功控制器的运行实现电压调节，就无法充分、有效地利用区域内已有的无功电源改善其电压稳定性。
3 结语
二级电压控制作为区域协调控制，是电压分级控制系统中连接一级电压控制和三级电压控制的关键环节，其有效性取决于两个重要方面：一是合适的控制方案，包括控制区域的划分和先导节点及控制发电机的选择；二是设计正确的二级电压控制器实现其控制规律。
本文设计的动态电压控制器遵循了二级电压控制的基本原理，体现了其“局域性”和“协调性”。二级控制器的输入信号为先导节点的电压偏差，反映出本区域的电压水平；二级电压控制器的区域无功信号ΔQref在各台控制发电机单元之间的分配以及对发电机无功越限的处理则体现了控制的协调性。在EPRI—36节点系统上的仿真结果证明：动态电压稳定仿真分析模块中所建立的各动态元件的模型能够反映实际元件在电压扰动过程中表现出来的基本动态特性；本文所设计的二级电压控制器在系统发生电压扰动期间，能够从区域电压稳定的角度出发，调整各一级电压控制器的电压参考值，从而调整其无功出力，为系统提供所需的电压支持，使得本区域的负荷电压水平维持在较好的状态，并且在一定程度上提高了系统的电压稳定性。
参考文献
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