專利名稱：一種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法，屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，人們對(duì)無功優(yōu)化在線控制的方法進(jìn)行了大量的研究，并取得了很多成果。無功優(yōu)化在線控制的方法主要有基于傳統(tǒng)的非線性規(guī)劃方法以及人工智能方法 ，但由于無功優(yōu)化本身是非線性求解問題，且變量眾多，連續(xù)與離散變量相結(jié)合，所以對(duì)于無功優(yōu)化算法和實(shí)際應(yīng)用效果仍值得研究。經(jīng)濟(jì)壓差法就是無功優(yōu)化在線控制的ー種方法，傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壓差算法考慮了電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)木偷仄胶饣驹?。但是，?duì)于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)壓差潮流的算法未能給出清晰的優(yōu)化過程，對(duì)于優(yōu)化控制的具體實(shí)現(xiàn)尚未給出明確的策略，而且無法確定分層節(jié)點(diǎn)的電壓最優(yōu)值。而且傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壓差算法僅適用于電網(wǎng)中存在大量動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的情況，這在當(dāng)前的技術(shù)水平往往很難達(dá)到，是ー種前瞻性較強(qiáng)而實(shí)用性偏弱的無功優(yōu)化算法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明目的是提出一種考慮SVC靜態(tài)模型特性基于經(jīng)濟(jì)壓差法和靈敏度分析的混合在線無功優(yōu)化自動(dòng)控制的實(shí)用化方法。技術(shù)方案本發(fā)明采用如下技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)ー種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟、混合計(jì)算步驟和實(shí)時(shí)自動(dòng)控制步驟，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟具體如下I)采用TCP/IP通信協(xié)議從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集得到電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；2)對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過接ロ進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選挑選出滿足基本潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)；3)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯上的互相判斷，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性校驗(yàn)，同時(shí)剔除數(shù)據(jù)不刷新的死數(shù)據(jù)和誤數(shù)據(jù)；4)當(dāng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)不正常，則顯示告警，結(jié)束計(jì)算；若數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)果正常，則建立SVC靜態(tài)等值模型；5)建立基于SVC靜態(tài)等值模型的PQ潮流計(jì)算；6)進(jìn)行初始潮流計(jì)算；7)當(dāng)潮流計(jì)算收斂，則直接進(jìn)入混合計(jì)算步驟；當(dāng)潮流計(jì)算不收斂，則顯示告警，結(jié)束計(jì)算；混合計(jì)算步驟具體如下I)求解無功電壓靈敏度矩陣；2)構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源控制空間；3)求解計(jì)算迭代初值；4)根據(jù)靈敏度矩陣計(jì)算新的電壓值；
5 )重新進(jìn)行潮流計(jì)算和迭代新值計(jì)算6)計(jì)算得到新的Q值7)通過max | Qw-Qi I〈 ε，判斷是否收斂，當(dāng)潮流計(jì)算收斂，則判斷是否節(jié)點(diǎn)電壓合格，系統(tǒng)網(wǎng)損最??；當(dāng)潮流計(jì)算不收斂，則回到步驟4重新計(jì)算直到潮流計(jì)算收斂為止；8)若符合節(jié)點(diǎn)電壓合格，滿足系統(tǒng)網(wǎng)上最小的要求，則確定平衡節(jié)點(diǎn)電壓幅值；若不符合節(jié)點(diǎn)電壓不合格，系統(tǒng)網(wǎng)上最小的要求，則重新選取平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行迭代計(jì)算，直至滿足要求；9)根據(jù)電壓幅值構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源空間； 10)判斷無功源類型，如果是動(dòng)態(tài)無功源，則輸出節(jié)點(diǎn)無功補(bǔ)償最終結(jié)果，形成控制方案；如果是離散無功源，則對(duì)離散無功源進(jìn)行差額補(bǔ)償。實(shí)時(shí)自動(dòng)控制步驟具體如下I)根據(jù)控制方案下發(fā)發(fā)電廠無功控制目標(biāo)值，下發(fā)SVC無功控制目標(biāo)值，下發(fā)電容電抗器投退指令和主變分接頭檔位調(diào)節(jié)指令；2)判斷控制命令中涉及的控制設(shè)備是否處于閉環(huán)控制狀態(tài)，即是否由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備投切，如果滿足閉環(huán)自動(dòng)控制要求，則執(zhí)行控制命令方案，將控制命令下發(fā)到控制設(shè)備；如果不滿足閉環(huán)自動(dòng)控制要求時(shí)，系統(tǒng)給出該設(shè)備的實(shí)時(shí)的建議命令；3)判斷控制命令是否執(zhí)行成功，如果控制命令執(zhí)行成功則將控制結(jié)果信息用文字形式顯示出來，否則根據(jù)實(shí)際執(zhí)行情況的反饋信息給出本次執(zhí)行失敗的原因；4)對(duì)控制失敗或其他異常信息給出語音報(bào)警提示；5)結(jié)束本次控制；以上步驟循環(huán)往復(fù)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟的步驟2中所述滿足基本潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)包含電網(wǎng)模型、各個(gè)變電站中母線上的電壓，電カ變壓器、輸電線路、電容器、電抗器等器件的有功、無功電流以及各個(gè)開關(guān)的開合狀態(tài)；混合計(jì)算步驟的步驟5中采用的潮流計(jì)算方法為P-Q潮流計(jì)算法?；旌嫌?jì)算步驟的步驟3中初值計(jì)算具體步驟如下I)開始遍歷變壓器模型2)計(jì)算變壓器各側(cè)無功損耗值3)判斷變壓器中低側(cè)是否接負(fù)荷，如果中低側(cè)接負(fù)荷則將接入的無功負(fù)荷累加進(jìn)變壓器無功損耗中，遍歷變壓器高，中壓側(cè)連接的各條線路；中低端沒有接負(fù)荷則直接遍歷變壓器高，中壓側(cè)連接的各條線路；4)計(jì)算每條線路上的無功損耗.5)線路無功損耗值的1/2分別累加進(jìn)其所連變壓器無功損耗中去.6)獲得經(jīng)濟(jì)壓最優(yōu)潮流下理想變壓器和線路的總無功補(bǔ)償容量值.7)將所得補(bǔ)償容量放入相應(yīng)存儲(chǔ)空間，作為后續(xù)無功優(yōu)化計(jì)算的迭代初始值。混合計(jì)算步驟中的步驟9構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源空間的具體步驟如下I)讀入電網(wǎng)模型信息。2)確定PQ和PV節(jié)點(diǎn)。
3)對(duì)動(dòng)態(tài)無功源的處理。4)求解控制靈敏度矩陣。5)求解每個(gè)動(dòng)態(tài)無功源的控制力。6)建立一維的無功控制カ空間。有益效果本發(fā)明是在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壓差最優(yōu)潮流的研究基礎(chǔ)上結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，提出了新的迭代求解方式，通過在穩(wěn)態(tài)潮流模型中加入SVC靜態(tài)等值模型和構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源進(jìn)行實(shí)用化處理等方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一般補(bǔ)償設(shè)備開關(guān)的投切控制，主變分接頭檔位控制，電廠無功出力的精細(xì)控制以及SVC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備的精細(xì)控制。本改進(jìn)發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)改善電壓質(zhì)量、減小電壓降落、降低網(wǎng)損的優(yōu)化效果；按照地區(qū)調(diào)度的實(shí)際情況和電壓等級(jí)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分層優(yōu)化，在同一電壓等級(jí)上減少了約束變量。在提高了計(jì)算的收斂性的同時(shí)，易于實(shí)際優(yōu)化控制。解決了用傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壓差計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)最優(yōu)補(bǔ)償容量后如何根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際補(bǔ)償設(shè)備情況實(shí)現(xiàn)定量的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償問題。


圖I是本發(fā)明的方法總體流程圖；圖2是迭代初值計(jì)算流程圖；圖3是動(dòng)態(tài)無功源構(gòu)造流程圖；圖4經(jīng)濟(jì)壓差線路最優(yōu)補(bǔ)償示意圖；圖5系統(tǒng)接駁示意圖； 圖6為無降壓變壓器的SVC示意圖；圖7為設(shè)置降壓變壓器的SVC示意圖；圖8為SVC模型的極限處理和母線類型轉(zhuǎn)換規(guī)則示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步詳細(xì)的描述。如圖I所示是本發(fā)明方法的總體流程圖，具體步驟如下步驟I :采用TCP/IP通信協(xié)議從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集得到電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；步驟2 :對(duì)上步采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過接ロ進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選挑選出滿足基本潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)；步驟3 :將上步得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯上的互相判斷，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性校驗(yàn)，同時(shí)剔除數(shù)據(jù)不刷新的死數(shù)據(jù)和誤數(shù)據(jù)；步驟4 :當(dāng)步驟A-3中數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)果正常，則直接進(jìn)入步驟5 ;當(dāng)步驟A-3中數(shù)據(jù)校驗(yàn)不正常，則進(jìn)入步驟10 ；步驟5 :建立SVC靜態(tài)等值模型；步驟6 :建立基于SVC靜態(tài)等值模型的PQ潮流計(jì)算；步驟7 :進(jìn)行初始潮流計(jì)算；步驟8 :當(dāng)步驟7中潮流計(jì)算收斂，則直接進(jìn)入步驟10 ；當(dāng)步驟7中潮流計(jì)算不收斂，則進(jìn)入步驟9 ；步驟9 :界面顯示告警，結(jié)束本次計(jì)算；
步驟10 :求解無功電壓靈敏度矩陣；步驟11 :構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源控制空間；步驟12 :求解計(jì)算迭代初值；步驟13 :根據(jù)靈敏度矩陣計(jì)算新的電壓值；步驟14 :重新進(jìn)行潮流計(jì)算和迭代新值計(jì)算；步驟15 :計(jì)算得到新的Q值；步驟16 :通過max | Qw-Qi I〈 ε，判斷是否收斂，當(dāng)步驟16中潮流計(jì)算收斂，則直接進(jìn)入步驟17 ；當(dāng)步驟16中潮流計(jì)算不收斂，則回到步驟13重新進(jìn)行計(jì)算；步驟17 :判斷是否節(jié)點(diǎn)電壓合格，系統(tǒng)網(wǎng)損最小當(dāng)步驟17中符合節(jié)點(diǎn)電壓合格，系統(tǒng)網(wǎng)上最小的要求，則直接進(jìn)入步驟19 ；當(dāng)步驟17中不符合節(jié)點(diǎn)電壓合格，系統(tǒng)網(wǎng)上最小的要求，則進(jìn)入步驟18 ；步驟18 :重新選取平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行迭代計(jì)算；步驟19 :確定平衡節(jié)點(diǎn)電壓幅值；步驟20 :構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源空間；步驟21 :判斷無功源類型，如果是動(dòng)態(tài)無功源直接以15計(jì)算出的Q為最優(yōu)無功值，轉(zhuǎn)入步驟23，如果是離散無功源，轉(zhuǎn)入步驟22 ；步驟22 :對(duì)離散無功源進(jìn)行差額補(bǔ)償，按照與步驟15中計(jì)算中最接近的離散無功值進(jìn)行無功補(bǔ)償，之后在其動(dòng)態(tài)無功源控制空間中尋找最具控制カ的動(dòng)態(tài)無功源進(jìn)行差額等值補(bǔ)償。由于差額往往較小，只需微調(diào)動(dòng)態(tài)無功源的無功出力；如果該點(diǎn)不具有無功補(bǔ)償能力，則將其無功補(bǔ)償值完全由動(dòng)態(tài)無功源等效補(bǔ)償。步驟23 :輸出節(jié)點(diǎn)無功補(bǔ)償最終結(jié)果，形成控制方案。步驟24:下發(fā)發(fā)電廠無功控制目標(biāo)值，下發(fā)SVC無功控制目標(biāo)值，下發(fā)電容電抗器投退指令和主變分接頭調(diào)節(jié)指令；步驟25 :判斷控制命令中涉及的控制設(shè)備是否處于閉環(huán)控制狀態(tài)，即是否由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備投切，如果是，則進(jìn)入步驟27 ;如果不是，則進(jìn)入步驟26 ；步驟26 :當(dāng)控制設(shè)備不滿足閉環(huán)自動(dòng)控制要求時(shí)，系統(tǒng)給出該設(shè)備的實(shí)時(shí)的建議命令；步驟27 :執(zhí)行控制命令方案，將控制命令下發(fā)到控制設(shè)備；步驟28 :判斷控制命令是否執(zhí)行成功，如果控制命令執(zhí)行成功則轉(zhuǎn)到步驟30，否則轉(zhuǎn)到步驟29 ；步驟29 :根據(jù)實(shí)際執(zhí)行情況的反饋信息給出本次執(zhí)行失敗的原因；步驟30 :將控制結(jié)果信息用文字形式顯示出來；步驟31 :對(duì)控制失敗或其他異常信息給出語音報(bào)警提示；步驟32 :結(jié)束本次控制；為了更清楚的說明本發(fā)明，下面將對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行展開說明。(一)系統(tǒng)接駁原理如圖5所示，一種考慮SVC靜態(tài)模型特性基于經(jīng)濟(jì)壓差法和靈敏度分析的混合在線無功優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)通過SCADA/EMS系統(tǒng)進(jìn)行接駁獲得電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和模型。系統(tǒng)通過EMS獲取實(shí)時(shí)模型和數(shù)據(jù)，經(jīng)過在線計(jì)算后獲得無功控制方案，控制方案通過與SCADA系統(tǒng)的接口下發(fā)到各個(gè)控制設(shè)備，控制設(shè)備主要包括無功補(bǔ)償設(shè)備(電容器/電抗器)，主變分接頭檔位，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備(SVC/SVG)，電廠無功出力設(shè)備。系統(tǒng)與SCADA/EMS系統(tǒng)，一區(qū)調(diào)度工作站、一區(qū)維護(hù)工作站、一區(qū)查詢工作站屬同一安全級(jí)別，WEB終端エ作站，遠(yuǎn)方維護(hù)工作站均通過正向隔離裝個(gè)隔離。(ニ)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壓差算法在有功功率傳輸值與線路平均電壓不變的情況下，維持輸電線路無功分點(diǎn)剛好位于線路中點(diǎn)，此時(shí)線路首末兩端電壓之差稱為經(jīng)濟(jì)壓差A(yù)U1 ;在上述條件下輸電線路上流過的無功潮流稱為經(jīng)濟(jì)壓差無功潮流。無功分點(diǎn)即是無功電流為零的點(diǎn)。經(jīng)過研究表明，當(dāng)線路上的過剩無功為△9^|(時(shí)，在線路兩端等量補(bǔ)償線路的無功消耗，即線路兩端分別補(bǔ)償-AQaflJ /2，線路上的有功損耗最小，線路運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。每條線路都有一個(gè)無功分點(diǎn)，且在本線的中點(diǎn)，這種潮流叫經(jīng)濟(jì)壓差無功潮流。線路在AUj支持下，只有有功在電阻上的電壓降落AUf(PR+QX)/U=PR/U)，電壓質(zhì)量最好，接 近直流線路運(yùn)行。線路傳輸無功造成的有功損耗最小，它為無功分點(diǎn)在首(或末)端母線上時(shí)有功損耗的1/4。( APQmin=APQM/2=l/4APa = (U=1，式中L=線路長(zhǎng)度)，而且也使線路兩端所接的主變壓器有功損失之和為最小或接近最小。為了便于理解，簡(jiǎn)單示意圖如圖4。通常線路的等值電阻、電抗、電納均勻分布。由圖可知，根據(jù)基爾霍夫電流定理，在此種補(bǔ)償方式下，線路的中點(diǎn)無功電流為0，即是維持輸電線路無功分點(diǎn)剛好位于線路中點(diǎn)，在其他補(bǔ)償方式均不能達(dá)到。在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壓差求解中，將電網(wǎng)中的變壓器作為ー個(gè)計(jì)算單元，求得變壓器高壓側(cè)節(jié)點(diǎn)注入電網(wǎng)的最佳無功功率值。以往的無功優(yōu)化通常單純地以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，而經(jīng)濟(jì)壓差算法在滿足電網(wǎng)中各高壓側(cè)節(jié)點(diǎn)之間的輸電線路上的電壓降落縱分量為最小的同時(shí)，達(dá)到線損最小。其目標(biāo)函數(shù)如式(2.1)
[mi η AU, = (PR + aV) / UI . . n /n2 ハ7、n ιττ1
UmnMt=AP +Q')RI Ij^( 2 ] 在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)壓差潮流計(jì)算時(shí)，將潮流計(jì)算中的部分約束(如無功出力上下限，檔位調(diào)整上下限)暫不考慮，而只考慮節(jié)點(diǎn)電壓約束，并將發(fā)電機(jī)無功設(shè)定為連續(xù)調(diào)節(jié)。經(jīng)濟(jì)壓差算法中不考慮變壓器內(nèi)部情況，所以檔位變量K不直接參與計(jì)算，設(shè)為靠中檔運(yùn)行，之后根據(jù)低壓側(cè)電壓情況決策出檔位動(dòng)作值。通過潮流計(jì)算之后得到各條輸電線路上的過剩無功情況，從而求出變壓器高壓側(cè)母線注入電網(wǎng)的無功功率優(yōu)化值Qtjpt、高壓側(cè)母線的優(yōu)化電壓Utjpt以及之前求出的變壓器整體無功補(bǔ)償值Q_p。通過微調(diào)Q_p的大小，直到變壓器高壓側(cè)注入電網(wǎng)的實(shí)際無功功率( 等于優(yōu)化值Qtjpt。(三)經(jīng)濟(jì)壓差最優(yōu)初值無功計(jì)算方法當(dāng)電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)壓差最優(yōu)無功潮流的理想狀態(tài)下，此時(shí)各個(gè)變電站完全能夠滿足就地平衡的原則。由此可以得到該狀態(tài)下變電站的理想補(bǔ)償容量，并可以將其作為無功迭代計(jì)算的初值。由此如圖2所示，構(gòu)建其經(jīng)濟(jì)壓差最優(yōu)補(bǔ)償容量初始值計(jì)算子模塊的計(jì)算流程如下步驟I.讀入電網(wǎng)模型和參數(shù)
步驟2.首先遍歷變壓器模型步驟3.計(jì)算變壓器各側(cè)無功損耗步驟4.判斷變壓器中低側(cè)是否接負(fù)荷，如果中低側(cè)接負(fù)荷轉(zhuǎn)入步驟5，否則轉(zhuǎn)入步驟6步驟5.如果步驟4中變壓器中低側(cè)接負(fù)荷則將接入的無功負(fù)荷累加進(jìn)變壓器無功損耗中，獲得變壓器總的無功損耗補(bǔ)償量，轉(zhuǎn)入步驟7。步驟6.如果步驟4中變壓器中低端沒有接負(fù)荷，則獲得變壓器的無功損耗補(bǔ)償量，轉(zhuǎn)入步驟7.步驟7.遍歷變壓器高，中壓側(cè)連接的各條線路.步驟8.計(jì)算每條線路上的無功損耗. 步驟9.線路無功損耗值的1/2分別累加進(jìn)其所連變壓器無功損耗中去.步驟10.獲得經(jīng)濟(jì)壓最優(yōu)潮流下理想變壓器和線路的總的無功補(bǔ)償容量值.步驟11.將所得補(bǔ)償容量放入相應(yīng)存儲(chǔ)空間，作為后續(xù)無功優(yōu)化計(jì)算的迭代初始值。(四)動(dòng)態(tài)無功源構(gòu)造方法根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壓差算法的要求，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠精細(xì)地調(diào)整無功出力，但是在實(shí)際電網(wǎng)中，具有調(diào)相能力的發(fā)電機(jī)、SVC、STATC0M等裝置才具有精細(xì)準(zhǔn)確的無功調(diào)節(jié)能力，普通變壓器節(jié)點(diǎn)往往無法達(dá)到此要求。本發(fā)明對(duì)此進(jìn)行了實(shí)用化改進(jìn)，通過構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源的控制區(qū)間，從動(dòng)態(tài)無功控制源的控制カ入手；然后從該控制區(qū)間中，選取最具控制カ的動(dòng)態(tài)無功源進(jìn)行等效補(bǔ)償，解決部分節(jié)點(diǎn)無法精細(xì)調(diào)節(jié)無功功率的問題，使之能夠在現(xiàn)有的區(qū)域內(nèi)控制條件下最大程度地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)壓差優(yōu)化。如圖3所示具體的構(gòu)造區(qū)域動(dòng)態(tài)無功控制源的步驟如下步驟I:讀入?yún)^(qū)域電網(wǎng)模型信息.。設(shè)整個(gè)電網(wǎng)中有d個(gè)動(dòng)態(tài)無功源，構(gòu)成集合D，有m個(gè)無法自身動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成集合M。步驟2:確定PQ和PV節(jié)點(diǎn)。對(duì)于屬于集合D中的第j個(gè)動(dòng)態(tài)無功源，將其設(shè)置為PQ節(jié)點(diǎn)。對(duì)于其他的動(dòng)態(tài)無功源，如果是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，可以假定其AVR調(diào)節(jié)速度足夠快，能夠保持機(jī)端電壓不變，將其設(shè)定為PV節(jié)點(diǎn)；當(dāng)其調(diào)節(jié)范圍處于極限吋，則按照PQ節(jié)點(diǎn)處理。步驟3:對(duì)動(dòng)態(tài)無功源的處理。如果是SVC、STATC0M這類動(dòng)態(tài)無功源，則將其考慮為PQ節(jié)點(diǎn)。在計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)的無功一電氣靈敏度時(shí)，應(yīng)包含PV節(jié)點(diǎn)的全維增益矩陣B"；同時(shí)在PV節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的對(duì)角元上加上一個(gè)很大的正數(shù)，這樣就能保證在進(jìn)行無功調(diào)節(jié)時(shí)不對(duì)其產(chǎn)生影響，反應(yīng)了 PV節(jié)點(diǎn)的對(duì)電壓的控制能力。步驟4:求解控制靈敏度矩陣。在第3步的基礎(chǔ)上，可以求解動(dòng)態(tài)無功源j對(duì)于集合M內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)電壓的控制靈敏度-[B" Γ1，對(duì)于無法自身動(dòng)態(tài)無功平衡的節(jié)點(diǎn)i(i eM)，表示為Sijil該數(shù)值越大表明動(dòng)態(tài)無功源j對(duì)節(jié)點(diǎn)m的控制カ越強(qiáng)，相應(yīng)的電氣距離就越小，反之則控制力越弱。步驟5:求解每個(gè)動(dòng)態(tài)無功源的控制力。對(duì)于集合M中的每個(gè)動(dòng)態(tài)無功源都通過步驟3、4進(jìn)行控制力求解。步驟6:建立一維的無功控制カ空間。將各個(gè)動(dòng)態(tài)無功源節(jié)點(diǎn)的控制能力看做一個(gè)ー維的d無功控制空間。在此空間中，使用d維矢量(Sn，Si2,…，Sid)來描述動(dòng)態(tài)無功源節(jié)點(diǎn)i的控制力。利用在B"矩陣相應(yīng)的對(duì)角元上加ー個(gè)非常大的正數(shù)，可以模擬具有快速調(diào)節(jié)能力的動(dòng)態(tài)無功源能夠維持其自身電壓不變的物理響應(yīng)，而且此物理相應(yīng)也將對(duì)與它關(guān)系密切的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。在求逆B"矩陣求解靈敏度時(shí)，該節(jié)點(diǎn)路集上的節(jié)點(diǎn)都會(huì)受到對(duì)角元大數(shù)的影響，相鄰的矩陣元素將相應(yīng)的成為ー個(gè)較小的數(shù)，反映在物理意義上即與該動(dòng)態(tài)無功源相鄰的節(jié)點(diǎn)電壓變化也較小。在此d維矢量空間，第j個(gè)分量充分體現(xiàn)了第j個(gè)動(dòng)態(tài)無功源的控制能力。在改進(jìn)經(jīng)濟(jì)壓差算法優(yōu)化計(jì)算時(shí)，對(duì)于自身無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)無功平衡的節(jié)點(diǎn)i，其所需的無功功率值將由選定控制力最強(qiáng)的動(dòng)態(tài)無功源j進(jìn)行分擔(dān)，且存在如下關(guān)系A(chǔ)Ui = Sij Δ Qj,即動(dòng)態(tài)無功源j無功功率變化時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)i的電壓影響；Λ Ui=Sii Λ Qi，即節(jié)點(diǎn)i自身無功功率變化時(shí)對(duì)自身電壓的影響。如果，上述兩種手段使得節(jié)點(diǎn)i電壓的變化有相同的效果，則有SuAQj=SuAQi, 即是AQi=SuAQ^Siit5如果令Ci=Si^Sii，則有AQi=Ci AQjo上式表明，對(duì)于自身無法無功平衡的節(jié)點(diǎn)i，可以通過動(dòng)態(tài)無功源j進(jìn)行無功分擔(dān)，其等效無功補(bǔ)償值可以用上式近似表示，通過構(gòu)造的動(dòng)態(tài)無功源空間能夠較好地解決傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壓差算法的實(shí)用性問題。(五)PQ潮流計(jì)算方法在經(jīng)濟(jì)壓差算法的求解過程中，需要獲取電力系統(tǒng)各元件的運(yùn)行情況、損耗情況等必要參數(shù)。采用P-Q分解潮流法能夠?qū)ι鲜鰠?shù)進(jìn)行精確求解，而且計(jì)算過程中形成的B"矩陣也可用在后續(xù)的計(jì)算中繼續(xù)使用。在電カ系統(tǒng)中，負(fù)荷消耗的有功、無功功率取決于用戶，這些變量稱為擾動(dòng)變量；發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功、無功可以自身控制，稱為控制變量；已知上述兩個(gè)變量，求解電カ系統(tǒng)運(yùn)行情況下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值、相角這些狀態(tài)變量這ー過程稱作潮流計(jì)算。在電カ網(wǎng)絡(luò)方程中，用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣求解功率方程Equation Section (Next)U7XYtjUj=P^jO1 i )
J=I 將f,7 = Gjj + JBtj ,Ui = et + JX帶入，并將有功、無功功率等式分別列出2J Iei (Gi ^ei. -B1 jp+fi (Gi Jj +B^ej )] = /
J=IΣ Ui (G,/, -BliZj- Yei (GljJj +Β ]β])] = Q
i=1(5.2)另外，電網(wǎng)中存在電壓大小給定的PV節(jié)點(diǎn)，則有ef+ズ2=ひ,2 い.”控制變量與狀態(tài)變量的約束條件為Ρο πι η^Ρο ^Pcimax) Q(imin〈Q(i〈QcimaxUZUimax (5.4)在電カ系統(tǒng)中，可以建立類似Af=JAx的修正方程組進(jìn)行求解，如式(5.5)
權(quán)利要求
1.一種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法，其特征在于包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟、混合計(jì)算步驟和實(shí)時(shí)自動(dòng)控制步驟， 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 步驟具體如下 1)采用TCP/IP通信協(xié)議從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集得到電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)； 2)對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選挑選出滿足基本潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)； 3)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯上的互相判斷，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性校驗(yàn)，同時(shí)剔除數(shù)據(jù)不刷新的死數(shù)據(jù)和誤數(shù)據(jù)； 4)當(dāng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)不正常，則顯示告警，結(jié)束計(jì)算；若數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)果正常，則建立SVC靜態(tài)等值模型； 5)建立基于SVC靜態(tài)等值模型的PQ潮流計(jì)算； 6)進(jìn)行初始潮流計(jì)算； 7)當(dāng)潮流計(jì)算收斂，則直接進(jìn)入混合計(jì)算步驟；當(dāng)潮流計(jì)算不收斂，則顯示告警，結(jié)束計(jì)算; 混合計(jì)算步驟具體如下 1)求解無功電壓靈敏度矩陣； 2)構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源控制空間； 3)求解計(jì)算迭代初值； 4)根據(jù)靈敏度矩陣計(jì)算新的電壓值； 5)重新進(jìn)行潮流計(jì)算和迭代新值計(jì)算 6)計(jì)算得到新的Q值 7)通過maxI Qw-Qi I〈 ε判斷是否收斂， 當(dāng)潮流計(jì)算收斂，則判斷是否節(jié)點(diǎn)電壓合格，系統(tǒng)網(wǎng)損最小；當(dāng)潮流計(jì)算不收斂，則回到步驟4重新計(jì)算直到潮流計(jì)算收斂為止； 8)若符合節(jié)點(diǎn)電壓合格，滿足系統(tǒng)網(wǎng)上最小的要求，則確定平衡節(jié)點(diǎn)電壓幅值； 若不符合節(jié)點(diǎn)電壓不合格，系統(tǒng)網(wǎng)上最小的要求，則重新選取平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行迭代計(jì)算，直至滿足要求； 9)根據(jù)電壓幅值構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源空間； 10)判斷無功源類型，如果是動(dòng)態(tài)無功源，則輸出節(jié)點(diǎn)無功補(bǔ)償最終結(jié)果，形成控制方案；如果是離散無功源，則對(duì)離散無功源進(jìn)行差額補(bǔ)償。
實(shí)時(shí)自動(dòng)控制步驟具體如下 1)根據(jù)控制方案下發(fā)發(fā)電廠無功控制目標(biāo)值，下發(fā)SVC無功控制目標(biāo)值，下發(fā)電容電抗器投退指令和主變分接頭檔位調(diào)節(jié)指令； 2)判斷控制命令中涉及的控制設(shè)備是否處于閉環(huán)控制狀態(tài)，即是否由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備投切，如果滿足閉環(huán)自動(dòng)控制要求，則執(zhí)行控制命令方案，將控制命令下發(fā)到控制設(shè)備；如果不滿足閉環(huán)自動(dòng)控制要求時(shí)，系統(tǒng)給出該設(shè)備的實(shí)時(shí)的建議命令； 3)判斷控制命令是否執(zhí)行成功，如果控制命令執(zhí)行成功則將控制結(jié)果信息用文字形式顯示出來，否則根據(jù)實(shí)際執(zhí)行情況的反饋信息給出本次執(zhí)行失敗的原因； 4)對(duì)控制失敗或其他異常信息給出語音報(bào)警提示； 5)結(jié)束本次控制；以上步驟循環(huán)往復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法，其特征在于數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟的步驟2中所述滿足基本潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)包含電網(wǎng)模型、各個(gè)變電站中母線上的電壓，電力變壓器、輸電線路、電容器、電抗器等器件的有功、無功電流以及各個(gè)開關(guān)的開合狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法，其特征在于混合計(jì)算步驟的步驟5中采用的潮流計(jì)算方法為P-Q潮流計(jì)算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的初值計(jì)算方法，其特征在于混合計(jì)算步驟的步驟3中初值計(jì)算具體步驟如下 1)開始遍歷變壓器模型 2)計(jì)算變壓器各側(cè)無功損耗值 3)判斷變壓器中低側(cè)是否接負(fù)荷，如果中低側(cè)接負(fù)荷則將接入的無功負(fù)荷累加進(jìn)變壓器無功損耗中，遍歷變壓器高，中壓側(cè)連接的各條線路；中低端沒有接負(fù)荷則直接遍歷變壓器高，中壓側(cè)連接的各條線路； 4)計(jì)算每條線路上的無功損耗. 5)線路無功損耗值的1/2分別累加進(jìn)其所連變壓器無功損耗中去. 6)獲得經(jīng)濟(jì)壓最優(yōu)潮流下理想變壓器和線路的總無功補(bǔ)償容量值. 7)將所得補(bǔ)償容量放入相應(yīng)存儲(chǔ)空間，作為后續(xù)無功優(yōu)化計(jì)算的迭代初始值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)無功源空間構(gòu)造方法，其特征在于混合計(jì)算步驟中的步驟9構(gòu)造動(dòng)態(tài)無功源空間的具體步驟如下 1)讀入電網(wǎng)模型信息。
2)確定PQ和PV節(jié)點(diǎn)。
3)對(duì)動(dòng)態(tài)無功源的處理。
4)求解控制靈敏度矩陣。
5)求解每個(gè)動(dòng)態(tài)無功源的控制力。
6)建立一維的無功控制力空間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合經(jīng)濟(jì)壓差和靈敏度分析的無功優(yōu)化在線控制方法，該方法包括電網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、經(jīng)濟(jì)壓差最優(yōu)無功初值計(jì)算、靈敏度在線分析計(jì)算、考慮SVC靜態(tài)模型的P-Q潮流計(jì)算方法、動(dòng)態(tài)無功源的構(gòu)造方法、迭代收斂判據(jù)方法以及設(shè)備實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。本方法通過對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無功優(yōu)化的控制設(shè)備中電容器和電抗器設(shè)備開關(guān)的投切，SVC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備無功的精細(xì)控制以及電廠無功出力調(diào)整，對(duì)優(yōu)化算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了新的迭代求解方式，構(gòu)造了的動(dòng)態(tài)無功源進(jìn)行實(shí)用化處理，而且對(duì)于分層節(jié)點(diǎn)優(yōu)化電壓的計(jì)算選取給出了解決方法，并對(duì)迭代判據(jù)進(jìn)行了改進(jìn)。提高了經(jīng)濟(jì)壓差優(yōu)化算法的收斂性和實(shí)用性。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102856919SQ20121035496
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者丁曉群, 陳光宇, 周玲, 姜?jiǎng)P 申請(qǐng)人:河海大學(xué)