計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化運 行的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)無功電壓自動控制可有效改善電壓質(zhì)量，減少系統(tǒng)有功損耗，對電力系 統(tǒng)的經(jīng)濟安全運行有重要意義。但是傳統(tǒng)優(yōu)化模型中僅通過將節(jié)點電壓限制在合格范圍內(nèi) 可能會導(dǎo)致系統(tǒng)無功儲備的降低，從而造成電壓穩(wěn)定性下降。隨著電力市場的發(fā)展W及負 荷的加重，電壓穩(wěn)定問題日益突出，近年來計及電壓穩(wěn)定性的電力系統(tǒng)無功電壓控制研究 成為熱點。
[0003]目前在考慮電壓穩(wěn)定性的無功電壓優(yōu)化中描述電壓穩(wěn)定程度的方法大致有=種： 1.狀態(tài)指標法。文獻一《基于量子免疫克隆算法的多目標無功優(yōu)化》（電力自動化設(shè)備， 2013年第33卷第9期第31頁）將雅克比矩陣的最小奇異值作為衡量電壓穩(wěn)定性的指標， 建立了多目標無功電壓控制優(yōu)化模型。文獻二《自適應(yīng)多目標差分進化算法在計及電壓穩(wěn) 定性的無功優(yōu)化中的應(yīng)用》（電網(wǎng)技術(shù)，2011年第35卷第8期第81頁）WL指標作為優(yōu)化 目標W提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。采用狀態(tài)指標評估系統(tǒng)電壓穩(wěn)定程度具有實現(xiàn)簡便，計算 快速的特點，但由于狀態(tài)指標線性性不好，無法計及發(fā)電機無功約束等非線性因素。2.負荷 裕度指標法。文獻=《計及靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的無功優(yōu)化規(guī)劃》（電力系統(tǒng)自動化，2005年 第29卷第5期第21頁）在優(yōu)化模型中引入負荷裕度指標W實現(xiàn)在無功電壓控制的同時保 證電壓穩(wěn)定裕度的目的。負荷裕度指標在電壓穩(wěn)定評估中被廣泛使用，可直觀表征電壓穩(wěn) 定程度，但是預(yù)定義的負荷增長模式可能與實際情況相差較大，且所需計算量較大；3.動 態(tài)無功儲備指標法。文獻四《Improving voltage stability by reactive power reserve management》（I邸E Transactions on Power Systems, 2005年第20卷第1期第338頁）和 文獻五《計及靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的多目標無功潮流優(yōu)化》（上海交通大學(xué)博±論文，2008年） W動態(tài)無功儲備作為電壓穩(wěn)定性的量度加入目標函數(shù)中，提出了一種多目標無功電壓控制 優(yōu)化模型。動態(tài)無功儲備可有效反映系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度，具有直觀、計算簡便的優(yōu)點。
[0004] 在計算系統(tǒng)動態(tài)無功儲備時需計及不同無功源對電壓穩(wěn)定的不同支撐作用，目前 主要有2種處理方法。（1).通過不同的權(quán)重系數(shù)表征各無功源的重要程度，將無功源的無 功儲備進行加權(quán)求和得到系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備。該方法的重點在于權(quán)重系數(shù)的計算。文 獻四將系統(tǒng)分為若干分區(qū)，通過計算每個分區(qū)的無功負荷裕度得到該分區(qū)各無功源的權(quán)重 系數(shù)。該方法對同分區(qū)中的不同無功源采用相同的權(quán)重系數(shù)是不合適的。文獻五通過無 功源所屬分區(qū)的有功負荷裕度及其在分區(qū)中所處的電氣位置確定該無功源的加權(quán)系數(shù)。 文獻六《Justificationofeffectivereactivepowerreserveswithrespecttoa particularbususinglinearsensitivity》（IEEETransactionsonPowerSystems， 2011年第26卷第4期第2118頁）則是基于無功電壓靈敏度矩陣得到各無功源的權(quán)重因 子。但是，基于節(jié)點間電氣距離或無功電壓靈敏度的權(quán)重系數(shù)無法考慮系統(tǒng)的非線性特 征。（2).先計算各無功源的有效無功儲備，再將其相加得到系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備。文獻走《Reactivereserved-basedcontingencyconstrainedoptimalpowerflow(RCCOPF)for enhancementofvoltagestabilitymargins》（IEEETransactionsonPowerSystems， 2003年第18卷第4期第1538頁）將故障情況下PV曲線鼻點無功源的無功出力與當(dāng)前無 功出力的差值作為無功源的有效無功儲備，W監(jiān)測該故障態(tài)的電壓穩(wěn)定程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了計及分區(qū)動態(tài)無 功儲備的無功電壓控制方法，建立了目標函數(shù)包括系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備，約束條件包括各 分區(qū)最小無功備用容量限值的無功電壓控制模型，解決了僅通過將電壓限制在合格范圍內(nèi) 會導(dǎo)致系統(tǒng)無功儲備降低W及僅通過目標函數(shù)中的總無功儲備項提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定程度 不能確保電網(wǎng)各分區(qū)具有保證其穩(wěn)定性的最小無功儲備容量的技術(shù)問題。
[0006] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0007] 計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，包括如下步驟：
[000引 A.確定電網(wǎng)的無功電壓控制分區(qū)并識別各分區(qū)的關(guān)鍵節(jié)點；
[0009] B.計算關(guān)鍵節(jié)點的VQ曲線W及分區(qū)動態(tài)無功儲備；
[0010] C.計算各分區(qū)在最嚴重故障下所需的最小無功儲備限值；
[0011] D.建立包含W系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備為優(yōu)化目標，W各分區(qū)在最嚴重故障下所需的 最小無功儲備限值為約束條件的無功電壓控制模型；
[0012] E.求解無功電壓控制模型。
[0013] 作為所述計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法的進一步優(yōu)化方案，步驟B 中由表達式：
【主權(quán)項】
1. 計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，其特征在于，包括如下步驟： A. 確定電網(wǎng)的無功電壓控制分區(qū)并識別各分區(qū)的關(guān)鍵節(jié)點； B. 計算關(guān)鍵節(jié)點的VQ曲線以及分區(qū)動態(tài)無功儲備； C. 計算各分區(qū)在最嚴重故障下所需的最小無功儲備限值； D. 建立包含以系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備為優(yōu)化目標，以各分區(qū)在最嚴重故障下所需的最小 無功儲備限值為約束條件的無功電壓控制模型； E. 求解無功電壓控制模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，其特征在于， 步驟B中由表達式
計算分區(qū)動態(tài)無功儲備，N_a為電網(wǎng)分區(qū)個數(shù)， Ne，k為分區(qū)k中無功源節(jié)點個數(shù)，Q為分區(qū)k的動態(tài)無功儲備，k= 1，. ..，NaMa，〇&1和Q&i，rff分別為無功源i的無功出力及其最大有效無功出力，無功源i最大有效無功出力由 其在電壓崩潰點時的實際輸出確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，其特征在于， 步驟C由表達式
算各分區(qū)在最嚴重故障下所需的最小無功儲 備限值，為分區(qū)k的動態(tài)無功儲備下限值，和分別為無功源i在故障情況 下VQ曲線鼻點及運行點處的無功出力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，其特征在于， 步驟D中建立的無功電壓控制模型為：
其中：隊和&分別為系統(tǒng)中節(jié)點和無功源的個數(shù)，《i、《2和《 3為各優(yōu)化目標的權(quán)重 系數(shù)，《1+?2+?3= 1，目標函數(shù)第一項系統(tǒng)有功網(wǎng)損，目標第二項為電壓偏移量， VjPV^^分別為被控節(jié)點j的電壓及其期望值，目標函數(shù)第三項為系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備， /T、A和//分別為三個子目標函數(shù)的最優(yōu)值，\_和V^^分別為被控節(jié)點j的電壓上 下限，Qg，i，_和Q&i，min分別為無功源i的無功出力上下限，NK和Nc分別為變壓器可調(diào)變比 和并聯(lián)電容電抗的個數(shù)，9(^、9(^_和9(^ 1^分別為電容電抗9的補償值及其上下限，1(1)、 KP，max和Kp，min分別為變壓器p的變比及其上下限，x為控制變量和狀態(tài)變量構(gòu)成的向量，x =[Qg，K，Q。，V，0 ]，Qg為無功源無功出力向量，K為變壓器變比向量，Q。為電容電抗補償值 向量，V為節(jié)點電壓向量，0為電壓相角向量，g(x)為潮流平衡方程。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方 法，其特征在于，步驟A具體包括如下步驟： A1.計算無功源節(jié)點對被控節(jié)點的電氣距離，構(gòu)建電氣距離矩陣D:
&為無功源節(jié)點i對被控節(jié)點j的電氣距離，
A\ 為無功源節(jié)點i的電壓偏移量，為被控節(jié)點j的電壓偏移量，AQi為無功源節(jié)點i的 無功注入變化量，m為被控節(jié)點的個數(shù)，n為無功源節(jié)點的個數(shù)； A2.計算任意兩個被控節(jié)點x與y之間的電氣距離Mxy:
A3.由步驟A1確定的無功源節(jié)點與被控節(jié)點之間的電氣距離以及由步驟A2確定的任 意兩被控節(jié)點之間的電氣距離，采用凝聚的層次聚類算法確定系統(tǒng)的最優(yōu)分區(qū)數(shù)和無功源 節(jié)點所屬的分區(qū)號，再采用映射分區(qū)算法將每個被控節(jié)點劃分到離它電氣距離最小的無功 源節(jié)點所屬的分區(qū)中， A4.由表達式
計算被控節(jié)點j到其所屬分區(qū)k中各無功源節(jié)點的綜合 平均電氣距離g，選擇綜合平均電氣距離最小的被控節(jié)點作為該分區(qū)的關(guān)鍵節(jié)點，Gk為分 區(qū)k中無功源的集合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方 法，其特征在于，步驟E中采用非線性原對偶內(nèi)點法求解無功電壓控制模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了計及分區(qū)動態(tài)無功儲備的無功電壓控制方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化運行的技術(shù)領(lǐng)域。實現(xiàn)方法：確定電網(wǎng)的無功電壓控制分區(qū)并識別各分區(qū)的關(guān)鍵節(jié)點；計算關(guān)鍵節(jié)點的VQ曲線以及分區(qū)動態(tài)無功儲備；計算各分區(qū)在最嚴重故障下所需的最小無功儲備限值；建立包含以系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備為優(yōu)化目標，以各分區(qū)在最嚴重故障下所需的最小無功儲備限值為約束條件的無功電壓控制模型；求解無功電壓控制模型。本發(fā)明建立了包含系統(tǒng)總動態(tài)無功儲備優(yōu)化項以及各分區(qū)最小無功儲備限值約束的無功電壓控制模型，以均衡系統(tǒng)各分區(qū)動態(tài)無功儲備的分布，避免電壓崩潰現(xiàn)象的發(fā)生，同時實現(xiàn)減小系統(tǒng)有功網(wǎng)損，改善電壓質(zhì)量和提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的目的。
【IPC分類】H02J3-16
【公開號】CN104701858
【申請?zhí)枴緾N201510144969
【發(fā)明人】趙晉泉, 居俐潔
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月30日