專利名稱:通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本申請(qǐng)涉及一種通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,更具體地講,涉及這樣一種通過無功電源協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,所述方法通過計(jì)算電源系統(tǒng)的無功功率和電壓靈敏度,來分析無功功率補(bǔ)償?shù)奈恢煤蛻?yīng)用補(bǔ)償設(shè)備的效果,從而改善電源系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。
背景技術(shù):
近來,無功功率的供給和需求變得不穩(wěn)定,這是因?yàn)樵趶倪h(yuǎn)程電源的長(zhǎng)距離功率傳輸過程中功率損耗增加,以及耗電裝置的負(fù)載特性改變,這樣會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的斷電。
一種廣泛地用于解決不穩(wěn)定的無功功率供給的方法利用相位調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)無功功率。
在這樣的情況下,當(dāng)在電源系統(tǒng)中因缺少無功功率使得電壓很低時(shí),使用用于提供無功功率的電容器,或者中斷消耗無功功率的無功器件(reactor)。相反,當(dāng)在電源系統(tǒng)中因過多的無功功率而出現(xiàn)過電壓(over-voltage)時(shí),中斷用于提供無功功率的電容器,或者使用消耗無功功率的無功器件。
利用相位調(diào)節(jié)裝置來控制無功功率的優(yōu)點(diǎn)在于,以相對(duì)簡(jiǎn)單的操作和相對(duì)低的成本來實(shí)現(xiàn)其期望的目的。
然而,根據(jù)用于控制相位調(diào)節(jié)裝置的傳統(tǒng)方法,因?yàn)閮H基于設(shè)置有相位調(diào)節(jié)裝置的總線(變電所)的電壓來執(zhí)行控制操作,所以有會(huì)在外圍系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓和低電壓的可能性。
此外,因獨(dú)立的控制而可能沒有執(zhí)行優(yōu)化的控制操作,并且因?yàn)閮H出于保持電壓的目的來執(zhí)行控制操作,所以這樣導(dǎo)致電源系統(tǒng)的損耗增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于解決上述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題,本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,所述方法可以解決不穩(wěn)定的無功功率供給問題,由在從遠(yuǎn)程電源長(zhǎng)距離功率傳輸過程中功率雖好增加、以及耗電裝置的負(fù)載特性改變而導(dǎo)致該問題。
根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,所述方法包括步驟通過計(jì)算機(jī)程序在測(cè)試系統(tǒng)的總線中確認(rèn)電壓違反總線,所述電壓違反總線具有超過預(yù)定電壓參考值的電壓;與確認(rèn)的電壓違反總線相關(guān)地利用八個(gè)變電所至十個(gè)變電所配置本地系統(tǒng);與配置的本地系統(tǒng)內(nèi)的總線相關(guān)地利用縮小本地算法產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng);與縮小的本地系統(tǒng)相關(guān)地通過確定用于將電壓違反總線的電壓恢復(fù)到正常值的電壓控制量來計(jì)算功率流;基于電壓控制量和控制操作來計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值。
產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟可以利用下面的算法 其中,ΔQ0表示沒有包括在本地系統(tǒng)中的總線的無功功率的改變,ΔV0表示沒有包括在本地系統(tǒng)中的總線的電壓的改變,ΔQS表示包括在本地系統(tǒng)中的總線的無功功率的改變,ΔVS表示包括在本地系統(tǒng)中的總線電壓的改變,其中,表示為子集的縮小的本地系統(tǒng)被細(xì)分為與具有變壓器抽頭、平行電容器、無功器件的每條總線相關(guān)的多個(gè)縮小的本地系統(tǒng)。
產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟可以包括基于利用縮小本地算法計(jì)算的電距離根據(jù)影響電壓違反總線的總線的控制水平,來配置漸進(jìn)系統(tǒng)。
產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟可以包括基于在縮小的本地系統(tǒng)中具有相位調(diào)節(jié)裝置的總線,通過重復(fù)產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟,來產(chǎn)生每個(gè)縮小的本地系統(tǒng)。
計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值的步驟可以利用下面的算法 ki∈{-1,0,1} 其中,ki表示相位調(diào)節(jié)裝置的切換,Ci表示相位調(diào)節(jié)裝置的切換成本,F(xiàn)(k1,...,kn)表示用于確定相位調(diào)節(jié)裝置的操作優(yōu)先級(jí)的懲罰函數(shù),Nsw表示在控制方法的一次重復(fù)計(jì)算步驟中能夠允許的切換操作的最大次數(shù),-1表示相位調(diào)節(jié)裝置開路,0表示不切換,+1表示相位調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行,其中,Nsw值越小,控制結(jié)果越穩(wěn)妥。
即,根據(jù)ki計(jì)算以尋找最小值的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)
其中,ki諸如為 ki∈{-1,0,1} 當(dāng)本地系統(tǒng)的電壓在電壓保持的范圍內(nèi)時(shí),懲罰函數(shù)變?yōu)?。并且當(dāng)本地系統(tǒng)的電壓超出所述范圍時(shí),用戶設(shè)置具體控制裝置的操作的優(yōu)先級(jí)或設(shè)定懲罰以挽回。懲罰函數(shù)的值越大,控制裝置的操作被設(shè)置越晚。
使目標(biāo)函數(shù)的值最小化的控制元件、控制量、控制操作可以被選擇為目標(biāo)函數(shù)的解。
通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說,本發(fā)明的上面和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚,附圖中 圖1是示出根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)選系統(tǒng)電壓控制方法中使用的測(cè)試系統(tǒng); 圖2是優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法的流程圖; 圖3是示出與電壓控制相關(guān)的目標(biāo)系統(tǒng)中S.C應(yīng)用的狀態(tài)的表; 圖4是示出在目標(biāo)系統(tǒng)中用于產(chǎn)生低電壓的假設(shè)事故的列表的表; 圖5是示出應(yīng)用了假設(shè)事故之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓(低于0.95PU)的出現(xiàn)狀態(tài)的表; 圖6是示出在將相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第五總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表; 圖7和圖8是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第五總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表; 圖9至圖11是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第七總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表; 圖12和圖13是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第九總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
具體實(shí)施例方式 下文中,將在下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例,從而本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
在整個(gè)說明書中,通過指示具有相似的結(jié)構(gòu)和功能的相同元件的相同的標(biāo)號(hào)來表示具有相似的結(jié)構(gòu)和功能的元件。
圖2是示出根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法的流程圖。
參照?qǐng)D2,通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法包括電壓違反總線確認(rèn)步驟S1;本地系統(tǒng)配置步驟S2;縮小的本地系統(tǒng)產(chǎn)生步驟S3;功率流計(jì)算步驟S4;目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟S5。
下面,將參照?qǐng)D2至圖13來詳細(xì)描述根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法。
首先,如圖1中所示,具有總功率需求為6,247MW的測(cè)試系統(tǒng)包括十個(gè)發(fā)電機(jī)G1至G10、三十五條線路徑1至35、十二個(gè)變壓器。
然后,如圖2中所示,執(zhí)行電壓違反總線確認(rèn)步驟S1。即,確認(rèn)具有超過預(yù)定參考值的電壓的電壓違反總線。
然后,基于電壓違反總線確認(rèn)步驟S1的結(jié)果來執(zhí)行本地系統(tǒng)配置步驟S2。
在本地系統(tǒng)配置步驟S2中,與電壓違反總線相關(guān)地利用八至十個(gè)變電所來配置本地系統(tǒng)。
將總線的數(shù)量限制為八至十條的原因在于縮小用于計(jì)算電距離的總線的數(shù)量。
參照?qǐng)D3至圖5,示出了用于執(zhí)行縮小的本地系統(tǒng)產(chǎn)生步驟S3的表,縮小的本地系統(tǒng)產(chǎn)生步驟S3即為從在本地系統(tǒng)配置步驟S2中劃分的總線中產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)。
圖3是示出在與電壓控制相關(guān)的目標(biāo)系統(tǒng)中靜態(tài)電容器(S.C)安裝的狀態(tài)的表。圖4是示出目標(biāo)系統(tǒng)中用于產(chǎn)生低電壓的假設(shè)事故的列表的表。圖4中示出的假設(shè)事故同時(shí)應(yīng)用,以在目標(biāo)系統(tǒng)中產(chǎn)生低電壓。圖5是示出在應(yīng)用了假設(shè)事故之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓(低于0.95PU)出現(xiàn)的狀態(tài)的表。換句話說,參照?qǐng)D3至圖5,僅對(duì)于在本地系統(tǒng)配置步驟S2中產(chǎn)生并在本地系統(tǒng)內(nèi)的總線,在計(jì)算距電壓控制目標(biāo)總線的電距離之后,產(chǎn)生包括位于預(yù)定的電距離內(nèi)的總線的縮小的本地系統(tǒng)。
在這樣的情況下,如果包括在本地系統(tǒng)中的總線的子集表示為S,則構(gòu)成縮小的本地系統(tǒng)的算法可以通過下面的式子來表示 其中,ΔQ0和ΔV0為與位于子集S外部的總線相關(guān)的因子,ΔQS和ΔVS為與位于子集S中的總線相關(guān)的因子。
即,ΔQ0可以表示沒有包括在本地系統(tǒng)中的總線的無功功率的改變,ΔV0可以表示沒有包括在本地系統(tǒng)中的總線的電壓的改變,ΔQS可以表示包括在本地系統(tǒng)中的總線的無功功率的改變,ΔVS可以表示包括在本地系統(tǒng)中的總線電壓的改變。
如上所述,因?yàn)樵诒镜叵到y(tǒng)算法式中假設(shè)ΔV0≈0,即,調(diào)節(jié)位于子集S中的相位調(diào)節(jié)裝置不影響位于子集S外部的總線的電壓的改變,所以可以如下表示上面的式子 這里,與具有變壓器抽頭(tap)、平行電容器、無功器件的總線中的每條總線相關(guān)地產(chǎn)生表示為子集S的本地系統(tǒng)。
這樣,利用本地系統(tǒng)算法來執(zhí)行縮小的本地系統(tǒng)產(chǎn)生步驟。產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的原因在于選擇在分析電壓控制效果過程中施加電壓懲罰(voltagepenalty)的總線。
然后,在功率流計(jì)算步驟S4中,通過與具有相位調(diào)節(jié)裝置的電壓違反總線中的每條總線相關(guān)地重復(fù)縮小的本地系統(tǒng)產(chǎn)生步驟S3,經(jīng)由功率流計(jì)算,來確定用于將電壓違反總線的電壓恢復(fù)為正常值的電壓控制量。
參照?qǐng)D6至圖13,在目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟S5中,基于在功率流計(jì)算步驟S4中得到的每個(gè)電壓控制量和控制操作(開路和運(yùn)行)來計(jì)算用于優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)值。在這樣的情況下,目標(biāo)函數(shù)包括每條總線的電壓違反值、循環(huán)無功流、與在上面配置的本地系統(tǒng)中的控制裝置的應(yīng)用和使用相關(guān)的權(quán)重值。
在目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟S5中使用的算法如下。
ki∈{-1,0,1} 其中,ki表示相位調(diào)節(jié)裝置的切換,-1表示相位調(diào)節(jié)裝置開路,0表示不切換,+1表示相位調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行,Nsw表示在控制方法的一次重復(fù)計(jì)算步驟中可允許的切換操作的最大次數(shù)。
一般,因?yàn)橄到y(tǒng)操作員傾向于避免同時(shí)切斷多個(gè)電壓控制器,所以將Nsw設(shè)置為1,Nsw值越小,控制結(jié)果越穩(wěn)妥。
通常,與電壓無功功率控制相關(guān)的優(yōu)化方法可以通過使有功功率損耗最小化或使無功功率的累積最大化來實(shí)現(xiàn)。考慮到相位調(diào)節(jié)裝置開路和運(yùn)行導(dǎo)致的成本,通過在系統(tǒng)中使在運(yùn)行過程中的相位調(diào)節(jié)裝置的數(shù)量最小化,并通過使在以后的電壓控制過程中可用的相位調(diào)節(jié)裝置的數(shù)量最大化,來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化方法。
然后,使利用上述的目標(biāo)函數(shù)算法得到的結(jié)果最小化的控制元件、控制量、控制操作被選擇為優(yōu)化方法的解。然后,如果所有總線的電壓被恢復(fù)為參考電壓,或者如果不需要操作控制器,則優(yōu)化方法終止。
下面,將參照?qǐng)D6至圖13來詳細(xì)描述目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟S5。
圖6是示出在將相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到圖1中示出的第五總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。即,可以看出,當(dāng)將S.C 50MVAR應(yīng)用到第五總線時(shí),增加第十三總線的電壓以落入?yún)⒖贾祪?nèi),并且還增加其他六條總線的電壓。
圖7是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第五總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
圖8是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第五總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
在將S.C 50MVAR額外地應(yīng)用到第五總線(總量為150MVAR)之后,去除了第十五總線的低電壓。
圖9是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第七總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
圖10是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第七總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
在將S.C 50MVAR應(yīng)用到第七總線之后,仍然明顯違反電壓的總線為第七總線。因此,基于與每個(gè)控制器相關(guān)的控制效果的分析結(jié)果,決定將S.C50MVAR額外地應(yīng)用到第七總線,以有效地改善第七總線的電壓。
圖11是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第七總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
在將S.C 50MVAR額外地應(yīng)用到第七總線(總量為100MVAR)之后,仍然明顯違反電壓的總線為第七總線。因此,基于與每個(gè)控制器相關(guān)的控制效果的分析結(jié)果,決定將S.C 50MVAR額外地應(yīng)用到第七總線,以有效地改善第七總線的電壓。
圖12是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第九總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
在將S.C 50MVAR額外地應(yīng)用到第七總線(總量為150MVAR)之后,仍然明顯違反電壓的總線改變?yōu)榈诎丝偩€。因此,基于與每個(gè)控制器相關(guān)的控制效果的分析結(jié)果,決定將S.C 50MVAR額外地應(yīng)用到第九總線,以有效地改善第八總線的電壓。
圖13是示出在將另一相位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到第九總線之后目標(biāo)系統(tǒng)中低電壓總線狀態(tài)的表。
在將S.C 100MVAR應(yīng)用到第九總線之后,仍然明顯違反電壓的總線改變?yōu)榈谒目偩€。因此,基于與每個(gè)控制器相關(guān)的控制效果的分析結(jié)果,決定將S.C 100MVAR額外地應(yīng)用到第九總線(總量為200MVAR),以有效地改善第四總線的電壓。
然后,基于與每個(gè)控制器相關(guān)的控制效果的分析結(jié)果,決定將S.C100MVAR額外地應(yīng)用到第九總線(總量為300MVAR),以解決第四總線的電壓違反。結(jié)果,所有總線的電壓落入?yún)⒖贾祪?nèi)。
如上所述,根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法可以以這樣的方式用在最小的調(diào)節(jié)量有效地控制系統(tǒng)電壓,即,系統(tǒng)操作員考慮到電壓和無功功率控制而設(shè)置有效的控制區(qū)域,并基于控制區(qū)域內(nèi)的功率信息來計(jì)算每條總線的電壓和無功電源之間的靈敏度,以在最佳位置操作相位調(diào)節(jié)裝置。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是,在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,可以對(duì)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例進(jìn)行各種修改。因此,本發(fā)明意在覆蓋所有這樣的修改,只要它們落入權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,所述方法包括步驟
通過計(jì)算機(jī)程序在測(cè)試系統(tǒng)的總線中確認(rèn)電壓違反總線,所述電壓違反總線具有超過預(yù)定電壓參考值的電壓;
與確認(rèn)的電壓違反總線相關(guān)地利用八個(gè)變電所至十個(gè)變電所內(nèi)的總線配置本地系統(tǒng);
與配置的本地系統(tǒng)內(nèi)的總線相關(guān)地利用縮小本地算法產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng);
與縮小的本地系統(tǒng)相關(guān)地通過確定用于將電壓違反總線的電壓恢復(fù)到正常值的電壓控制量來計(jì)算功率流;
基于電壓控制量和控制操作來計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,其中,產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟利用下面的算法
其中,ΔQ0表沒有包括在本地系統(tǒng)中的總線的無功功率的改變,ΔV0表示沒有包括在本地系統(tǒng)中的總線的電壓的改變,ΔQS表示包括在本地系統(tǒng)中的總線的無功功率的改變,ΔVS表示包括在本地系統(tǒng)中的總線的電壓的改變,
表示為子集的縮小的本地系統(tǒng)被細(xì)分為與具有變壓器抽頭、平行電容器、無功器件的每條總線相關(guān)的多個(gè)縮小的本地系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,其中,產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟包括基于利用縮小本地算法計(jì)算的電距離根據(jù)影響電壓違反總線的總線的控制水平,來配置漸進(jìn)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,其中,產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟包括通過基于在縮小的本地系統(tǒng)中具有相位調(diào)節(jié)裝置的總線重復(fù)產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng)的步驟,來產(chǎn)生每個(gè)縮小的本地系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,其中,計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值的步驟利用下面的算法
ki∈{-1,0,1}
其中,ki表示相位調(diào)節(jié)裝置的切換,Nsw表示在控制方法的一次重復(fù)計(jì)算步驟中能夠允許的切換操作的最大次數(shù),-1表示相位調(diào)節(jié)裝置開路,0表示不切換,+1表示相位調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行,
其中,Nsw值越小,控制結(jié)果越穩(wěn)妥。
6.如權(quán)利要求5所述的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,使目標(biāo)函數(shù)的值最小化的控制元件、控制量、控制操作被選擇為目標(biāo)函數(shù)的解。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過協(xié)調(diào)控制無功電源的優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法,所述方法通過計(jì)算電源系統(tǒng)的無功功率和電壓靈敏度,來分析無功功率補(bǔ)償?shù)奈恢煤蛻?yīng)用補(bǔ)償設(shè)備的效果,從而改善電源系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。所述優(yōu)化系統(tǒng)電壓控制方法包括步驟通過計(jì)算機(jī)程序在測(cè)試系統(tǒng)的總線中確認(rèn)電壓違反變電所,所述電壓違反變電所具有超過預(yù)定值參考值的電壓;與確認(rèn)的電壓違反變電所相關(guān)地利用八個(gè)變電所至十個(gè)變電所配置本地系統(tǒng);與配置的本地系統(tǒng)內(nèi)的總線相關(guān)地利用縮小本地算法產(chǎn)生縮小的本地系統(tǒng);與縮小的本地系統(tǒng)相關(guān)地通過確定用于將電壓違反變電所的電壓恢復(fù)到正常值的電壓控制量來計(jì)算功率流;基于電壓控制量和控制操作來計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值。
文檔編號(hào)H02J3/00GK101728828SQ200910177359
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者南守喆, 申政勛, 車乘臺(tái), 李宰杰, 金泰均 申請(qǐng)人:韓國(guó)電力公社