本發(fā)明屬于配電網(wǎng)電壓分級控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮無功源響應(yīng)特性的配電網(wǎng)無功電壓分區(qū)方法。

背景技術(shù)：

電壓分級控制是法國電力公司最早提出的以主導(dǎo)節(jié)點和控制區(qū)域為基礎(chǔ)的電壓控制方案，目前世界上有多個國家采用這種控制方法。近年來，我國也開始進(jìn)行電壓分級控制的相關(guān)研究，并取得了比較理想的實踐結(jié)果。

在分級電壓控制中，如何將配電網(wǎng)劃分為多個相互解耦的區(qū)域成為了一個重要的研究項目。現(xiàn)階段對配電網(wǎng)的分區(qū)大都基于節(jié)點之間靈敏度的計算，根據(jù)靈敏度計算節(jié)點之間的電氣距離，再運用不同的分區(qū)算法對節(jié)點進(jìn)行分區(qū)。

無功電壓分區(qū)的目的是為了加強區(qū)域內(nèi)部節(jié)點間的聯(lián)系，減少區(qū)域間的耦合度。分區(qū)準(zhǔn)則有如下幾條：

1)被控節(jié)點應(yīng)該與對它控制最靈敏的無功源節(jié)點分在同一個區(qū)域，

2)每個子區(qū)域應(yīng)有充足的無功源來控制本區(qū)域的電壓變化；

3)區(qū)域之間應(yīng)該為弱耦合關(guān)系，區(qū)域內(nèi)節(jié)點之間呈強耦合關(guān)系；

傳統(tǒng)的分區(qū)方法有基于潮流方程雅各比矩陣的特征結(jié)構(gòu)分析、基于專家知識的向上分級法、構(gòu)造了無功源控制空間分區(qū)；有使用α嵌套分解法實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的分區(qū)；還有考慮區(qū)域負(fù)荷無功裕度對電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)等；但是不能夠完全適應(yīng)當(dāng)前對電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和安全性的需求。

上述傳統(tǒng)的配電網(wǎng)分區(qū)中，都將所有無功源的無功出力視為同等出力，忽略了無功源之間響應(yīng)速度的快慢，影響節(jié)點分區(qū)的精確性，本發(fā)明考慮了無功源的響應(yīng)特性，并提出了二次分區(qū)的概念。并基于無功‐無功靈敏度距離首先對無功源節(jié)點進(jìn)行分區(qū)，然后根據(jù)無功控制區(qū)域?qū)ω?fù)荷節(jié)點的控制能力進(jìn)行對負(fù)荷節(jié)點進(jìn)行歸并。最后，本發(fā)明通過IEEE33節(jié)點系統(tǒng)進(jìn)行驗證分析，并通過分析能夠發(fā)現(xiàn)此方法的精確性更強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出了一種考慮無功源響應(yīng)特性的配電網(wǎng)無功電壓分區(qū)方法，其特征在于，具體步驟包括：

步驟1、基于無功源響應(yīng)特性的快慢將無功源分成快機組和慢機組兩類；

步驟2、判斷配電網(wǎng)的系統(tǒng)響應(yīng)時間t是否小于無功源響應(yīng)時間門檻值T，若是，則執(zhí)行步驟4，若否，則執(zhí)行步驟3；

步驟3、計算所有無功源節(jié)點之間的靈敏度，并計算其電氣距離，跳至步驟5；

步驟4、計算含慢機組的無功源節(jié)點之間的靈敏度，并進(jìn)而計算其電氣距離；

步驟5、根據(jù)電氣距離，對無功源節(jié)點進(jìn)行分區(qū)；

步驟6、按照無功源對負(fù)荷的綜合控制能力，將負(fù)荷歸并到與之靈敏度最大的無功源分區(qū)中，完成分區(qū)；

所述無功源的快慢機組根據(jù)無功源響應(yīng)特性時間的快慢來定義。

所述無功源節(jié)點之間的靈敏度由某節(jié)點的無功攝動對另一節(jié)點無功注入的影響來確定。

所述考慮無功源響應(yīng)特性的快慢后對配電網(wǎng)進(jìn)行二次分區(qū)，使得分區(qū)結(jié)果更合理有效。

本發(fā)明的有益效果在于：充分考慮了無功源的響應(yīng)特性對配電網(wǎng)分區(qū)的影響，并使得分區(qū)結(jié)果能夠根據(jù)配電網(wǎng)實時變化而隨之進(jìn)行有效變化，分區(qū)結(jié)果考慮無功源響應(yīng)特性的快慢后更為合理、精確和有效。

附圖說明

圖1是基于無功源響應(yīng)特性改進(jìn)的配電網(wǎng)無功電壓分區(qū)方法的流程圖

圖2是含慢機組的無功源節(jié)點的分區(qū)譜系圖；

圖3是含慢機組的無功源節(jié)點的分區(qū)個數(shù)‐合并距離折線圖；

圖4是IEEE39節(jié)點系統(tǒng)4分區(qū)示意圖；

圖5是所有無功源節(jié)點的分區(qū)譜系圖；

圖6是所有無功源節(jié)點的分區(qū)個數(shù)‐合并距離折線圖；

圖7是IEEE39節(jié)點系統(tǒng)6分區(qū)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種考慮無功源響應(yīng)特性的配電網(wǎng)無功電壓分區(qū)方法，

下面結(jié)合附圖，對實施例作詳細(xì)說明。

如圖1所示是基于無功源響應(yīng)特性改進(jìn)的配電網(wǎng)無功電壓分區(qū)方法的流程圖。具體包括以下步驟：

步驟1、基于無功源響應(yīng)特性的快慢將無功源分成快機組和慢機組兩類；

步驟2、判斷配電網(wǎng)的系統(tǒng)響應(yīng)時間t是否小于無功源響應(yīng)時間門檻值T，若是，則執(zhí)行步驟4，若否，則執(zhí)行步驟3；

步驟3、計算所有無功源節(jié)點之間的靈敏度，并計算其電氣距離，跳至步驟5；

步驟4、計算含慢機組的無功源節(jié)點之間的靈敏度，并進(jìn)而計算其電氣距離；

步驟5、根據(jù)電氣距離，對無功源節(jié)點進(jìn)行分區(qū)；

步驟6、按照無功源對負(fù)荷的綜合控制能力，將負(fù)荷歸并到與之靈敏度最大的無功源分區(qū)中，完成分區(qū)；

對考慮無功源響應(yīng)特性的配電網(wǎng)無功電壓分區(qū)方法的具體說明如下：

一、靈敏度與電氣距離

靈敏度是指某一個電氣量發(fā)生單位變化時，其他電氣量的變化程度。靈敏度用來反應(yīng)節(jié)點之間耦合程度的大小，是計算電氣距離的基礎(chǔ)。

1.1無功源間的靈敏度

現(xiàn)在相關(guān)研究主要考慮負(fù)荷節(jié)點之間的電氣距離，負(fù)荷節(jié)點通常為PQ節(jié)點(PQ節(jié)點指已知節(jié)點注入有功功率P和無功功率Q的節(jié)點)，因此采用電壓/無功靈敏度來表示負(fù)荷節(jié)點的電位無功變化對其他負(fù)荷節(jié)點電壓幅值的影響。但首先需要研究無功源之間的靈敏度關(guān)系，無功源節(jié)點通常為PV節(jié)點(PV節(jié)點指已知節(jié)點注入有功功率P和電壓幅值V的節(jié)點)，因此無功源節(jié)點之間的靈敏度采用無功‐無功靈敏度來表示某一無功源節(jié)點的單位無功變化對其他無功源節(jié)點注入無功的影響程度，采用下式對無功‐無功靈敏度進(jìn)行定義：

式中，無功‐無功靈敏度s_ij表示無功源節(jié)點i無功的單位變化對無功源節(jié)點j注入無功變化的靈敏度；ΔQ_i為無功源節(jié)點i的單位變化量，ΔQ_j為無功源節(jié)點j相應(yīng)的變化量，

已知牛拉法潮流修正方程

配電網(wǎng)系統(tǒng)有無功源節(jié)點n個，潮流計算后得到每個無功源節(jié)點的無功輸出矩陣Q＝[Q₁ Q₂ … Q_n]^T，無功源之間的靈敏度采用逐次遞歸法求解，具體步驟如下：

步驟1：將待求的無功源節(jié)點i由PV節(jié)點轉(zhuǎn)換為PQ節(jié)點，其余無功源節(jié)點依舊為PV節(jié)點；

步驟2：單位減少無功源節(jié)點i的無功注入Q_i的值，再次進(jìn)行潮流計算，得到新的無功輸出矩陣Q'＝[Q'₁ Q'₂ … Q'_n]^T

步驟3：計算兩次結(jié)果的無功輸出差值并除單位無功變化量，得到無功源節(jié)點i與其他無功源節(jié)點之間的靈敏度，以無功源節(jié)點i和無功源節(jié)點j為例，

步驟4：重復(fù)步驟1‐3，直到所有的PV節(jié)點計算完畢。

按照以上步驟，我們可以得到無功源節(jié)點之間的無功‐無功靈敏度矩陣S_GG

式中用無功‐無功靈敏度s_ij為負(fù)數(shù)。

1.2電氣距離

靈敏度矩陣S_GG是非對稱矩陣，但兩節(jié)點之間的電氣距離應(yīng)該是一致的，利用對數(shù)形式將電氣距離化為對稱矩陣，定義無功源節(jié)點i與無功源j之間的電氣距離d_ij為

d_ij＝-lg|s_ij*s_ji| (4)

顯然，d_ij值越小，無功源節(jié)點i與無功源節(jié)點j之間的靈敏度越大，表示無功源節(jié)點i對無功源節(jié)點j的影響越大。這樣便可以得到對稱的電氣距離矩陣D:

二、負(fù)荷節(jié)點歸并

當(dāng)無功源的分區(qū)確定之后，需要將負(fù)荷節(jié)點按照電氣距離最短，靈敏度最強原則歸并到相應(yīng)的無功源分區(qū)里?？紤]到多個無功源對單一負(fù)荷的綜合控制能力，負(fù)荷節(jié)點無功發(fā)生單位波動后，每個分區(qū)中的無功源對其的補償之和定義為該區(qū)域無功源對負(fù)荷節(jié)點的綜合控制能力。而傳統(tǒng)的負(fù)荷歸并策略中，可能會導(dǎo)致負(fù)荷節(jié)點被并入電氣距離近但是對其電壓綜合控制能力差的分區(qū)。該方法能夠根據(jù)區(qū)域內(nèi)多個無功源對單一負(fù)荷的綜合控制能力來歸并負(fù)荷，使負(fù)荷分區(qū)結(jié)果更精確更合理。

負(fù)荷與無功源分區(qū)之間的靈敏度關(guān)系為

其中，q為無功源分區(qū)中所有的無功源個數(shù)。

三、基于無功源響應(yīng)特性的分區(qū)

根據(jù)無功源響應(yīng)特性的快慢，規(guī)定一個時間門檻值T，定義響應(yīng)速度小于門檻值T的機組為慢機組，響應(yīng)速度大于門檻值T的機組為快機組。某處負(fù)荷電壓發(fā)生波動，當(dāng)時間不充裕時，快機組已對無功補償完畢，而慢機組無功還在調(diào)節(jié)中，即快機組比慢機組有更快的調(diào)控電壓的能力，慢機組無功補償能力不及快機組，故可以認(rèn)為慢機組沒有出力，在此類情況下對配電網(wǎng)進(jìn)行一次分區(qū)；當(dāng)時間充足時，慢機組也能在有效時間內(nèi)發(fā)揮調(diào)控電壓的作用，不再區(qū)分快機組和慢機組的區(qū)別，故對配電網(wǎng)進(jìn)行第二次分區(qū)。

如圖4、圖7所示，本實施例用IEEE33節(jié)點系統(tǒng)進(jìn)行驗證，IEEE33節(jié)點系統(tǒng)自身有一個平衡節(jié)點，其余為PQ節(jié)點，為了便于研究，在節(jié)點18、19、23和33加上靜止無功補償器SVC,使該四個節(jié)點變?yōu)镻V節(jié)點。其中19節(jié)點對應(yīng)的無功源SVC設(shè)置為慢機組，其余無功源機組設(shè)置為快機組。其含慢機組的無功源節(jié)點一次分區(qū)的無功‐無功靈敏度距離對應(yīng)的譜系圖如圖2所示，其無功源節(jié)點分區(qū)個數(shù)與合并距離如圖3所示。其對所有無功源節(jié)點的二次分區(qū)的無功‐無功靈敏度距離對應(yīng)的譜系圖如圖5所示，其無功源節(jié)點分區(qū)個數(shù)與合并距離如圖5所示。兩次分區(qū)的分區(qū)結(jié)果如圖4、圖7所示。

對比兩次分區(qū)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)從圖2的三個分區(qū)到圖7的四個分區(qū)的變化過程中，有些分區(qū)發(fā)生拆分，有些負(fù)荷節(jié)點和無功源節(jié)點重新組合成了一個新的區(qū)域，有些分區(qū)中的個別節(jié)點遷移到其他分區(qū)中。這些現(xiàn)象都是考慮無功源的響應(yīng)特性的快慢后引起的。分區(qū)結(jié)果較傳統(tǒng)結(jié)果更為合理。

這種依據(jù)無功源響應(yīng)特性的配電網(wǎng)分區(qū)方法是獨創(chuàng)的。它能更合理的對配電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，使分區(qū)結(jié)果更精確，是一個有效的方法。

所述無功源的快慢機組根據(jù)其響應(yīng)特性時間的快慢來定義。

所述無功源節(jié)點之間的靈敏度由某節(jié)點的無功攝動對另一節(jié)點無功注入的影響來確定。

所述分區(qū)結(jié)果考慮無功源響應(yīng)特性的快慢。

所述方法考慮無功源響應(yīng)特性的快慢后對配電網(wǎng)進(jìn)行二次分區(qū)，使得分區(qū)結(jié)果更合理有效。

該方法充分考慮了無功源的響應(yīng)特性對配電網(wǎng)分區(qū)的影響，并使得分區(qū)結(jié)果能夠根據(jù)配電網(wǎng)實時變化而隨之進(jìn)行有效變化，分區(qū)結(jié)果更為合理、精確和有效。