CN101447671A - 一种潮流数据自动整合调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的方法在实际电网数据下开展计划校核数据整合和潮流调整的研究和尝试,提出了一种潮流数据整合和潮流调整的方法。该方法将网络拓扑数据,计划数据整合为潮流数据,并从参考潮流数据中提取缺失的数据,形成完整的潮流。潮流调整提出一种实用的方法,该方法不修改潮流程序,利用潮流计算的结果进行分析,自动实现潮流有功、无功平衡,自动调整越限电压,获得满足运行要求的潮流。为下一步进行安全稳定分析和辅助决策提供初值,有助于制定合理的日方式计划,提高电网的安全稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及对电力系统安全稳定评估的领域,具体涉及一种用于计划校核的潮流数据自动整合调整方法。
背景技术
计划校核是对未来某一点或几点的计划运行方式进行安全稳定评估,需要对这一点的运行方式数据进行潮流和稳定计算。由于计划数据不是完整的潮流数据,需要进行数据整合和调整才能形成收敛并满足运行要求的潮流。因此,潮流数据整合和潮流调整是整个计划校核工作的基础。潮流数据整合将各类计划数据,网络拓扑数据进行分析、补充,整合形成完整的潮流数据。潮流调整对整合形成的潮流数据进行计算调整使其收敛并满足运行要求。
潮流计算方程组包括等式约束和不等式约束。等式约束就是潮流的基本方程。不等式约束是指一些变量的允许运行极限,包括发电机出力上下限约束,节点电压上下限约束,可投切并联电抗器、电容器容量约束,变压器分接头调整范围约束等。当潮流基本方程无解的时候,潮流肯定无解。在潮流基本方程有解的情况下,有时候这个解不满足不等式约束,一些变量可能超过运行极限。这两种情况下,都需要对潮流进行调整,通过调整发电机出力,发电机端电压,无功补偿等措施使潮流收敛且满足运行要求。
现有技术的电力系统稳态计算中,潮流调整是最重要的一项工作。现阶段的潮流调整主要靠分析计算人员凭借经验人工调整。通过多次的试探,反复计算得到满足要求的潮流结果。调整的主要工作如下:
(1)有功不平衡量的调整。系统有功发电出力与有功负荷的相差较大时,潮流不合理,难于平衡,容易引起不收敛,需要调整发电机的出力,使有功不平衡量平衡;当潮流收敛后,如果平衡机的出力过大,也需要调整发电机出力;
(2)无功电压调整。合理的潮流应该满足无功区域平衡的原则,无功分配不合理会造成潮流不收敛。当潮流由于无功分配不合理而不收敛时,可以选择典型的节点,一般选择电压支撑较弱的点,设置为PV节点,强制该点电压为指定值,潮流将容易收敛。潮流计算收敛后,如果电压过高或过低的点过多,再继续调整潮流时容易不收敛。节点电压过高或过低也不满足运行要求,也需要调整这些点周边的发电机端电压,变压器分接头以及无功补偿设备,使节点电压更合理。对于PV节点,如果无功出力越限,也需要调整周边的无功补偿设备等,使潮流更加合理。
因此,现有技术方案存在以下的缺点:
(1)对计算人员的要求比较高
现有的潮流调整都是靠分析计算人员凭借经验进行调整。不同的潮流数据,调整的手段也不完全一致。需要计算人员具有较高的专业素质、较丰富的实际经验、对潮流数据有较高的熟悉程度和熟练的调整能力。
(2)计算速度较慢,效率低,耗费大量人力
现有的潮流调整完全依靠人工调整。计算过程需要反复的调整数据,计算量比较大,计算时间比较长。效率比较低。
发明内容
本发明基于各类计划数据、网络拓扑数据、参考潮流数据,自动进行潮流数据整合补充;预先设定运行极限约束,根据一定的调整原则和方法,自动对潮流进行调整计算,得到满足运行要求的潮流结果;为下一步的安全稳定计算提供初值。
因此,本发明提出了一种潮流数据自动整合调整方法,其包括以下步骤:
(1)、确定能够给出计划数据的内部网络范围、内部电网和外部电网的联络线、获得电网全网的网络拓扑数据;
(2)、获取各类计划数据及参考潮流数据;
(3)、整合形成完整的潮流数据,所述潮流数据的自动整合过程包括:
(3.1)断面功率调整,调整参考潮流数据中的发电机出力,使区域间联络线功率调整到区域间功率交易计划指定值;
(3.2)根据内网的有功负荷预测和功率因数,计算出内网的无功负荷预测;
(3.3)从内网计划数据中提取发电机出力,设备起停和检修计划,电网模型和设备参数的数据,从参考潮流数据中提取内网的无功补偿配置、变压器分接头和机端电压数据;
(3.4)从参考潮流数据中提取外网的发电机出力、机端电压、有功无功负荷、无功补偿配置和变压器分接头数据;
(3.5)将(3.2)~(3.4)获得的全部信息与网络拓扑数据整合,形成全网的完整潮流数据;
(4)、对整合形成的潮流数据进行调整计算,包括如下步骤:
(4.1)有功平衡检查与调整:
计算系统最大出力能力:PSGmax、系统最低出力限制:PSGmin、当前系统有功出力:PSG、当前系统负荷:PSD,估算当前系统损耗:PSL,系统当前不平衡功率为ΔPS=PSG-PSD-PSL。
按照平衡机的容量给定εΔPmax、εΔPmin,检查当ΔPS>εΔPmax或ΔPS<εΔPmin时,系统出力安排不合理,应调整出力,将不平衡功率ΔPS按照分担系数分配给各协调机组。
(4.2)电压/无功平衡检查调整:
首先,依据电网结构预先设定中枢节点,依据无功区域平衡的思想,根据网络拓扑,预先在中枢节点i周围选定m个具有无功补偿能力的节点,按照它们与节点i的距离由近到远到顺序,组成序列Ωi;
若潮流数据不收敛,将中枢节点设置为PV节点,将电压值指定在合理范围内,使潮流数据收敛。
潮流数据收敛后,检查节点电压,对电压越限的节点进行调整,设定其本身或其周边的中枢节点为PV节点,将电压值指定在合理范围内,重新计算潮流;
从潮流结果中提取强制转换为PV节点的未安排无功量,以节点i为例,将其未安排无功量分配到节点i本身或Ωi中的节点上,当节点i的未安排无功量小于一定值的时候,将其恢复为原节点类型。
(4.3)检查退出:
重复进行前两步,当系统有功不平衡量,节点电压都满足要求时,或是重复检查达到预设的次数后,退出调整;
(5)、汇总计算结果返回警告以及错误信息。
依据本发明的方法,所述潮流数据的自动整合调整中,还包括以下步骤:
(1)在计划数据不完备的情况下,对缺失的数据,自动从参考潮流数据中进行补充,形成完整的潮流。
(2)无功电压自动检查与调整,将中枢节点或电压越限节点设置为PV节点,指定其电压值,将产生的不平衡无功功率分配到其自身或周边的无功源上。
本发明的方法具有如下的特点和功能:
(1)自动整合潮流数据:在计划数据不完备的情况下,对缺失的数据,自动从参考潮流数据中进行补充,形成完整的潮流。
(2)有功平衡预检查和调整功能:程序在计算潮流之前自动对发电机有功出力和有功负荷进行比较分析,如果不平衡功率较大,程序将自动调整不平衡功率到有调节能力的发电机上。改善潮流收敛性。
(3)自动处理电压越限节点:程序自动从潮流结果中得到电压越限节点信息,并通过更改节点类型,调整其周边无功电源出力,合理分配无功不平衡量,使其电压满足运行要求。
本发明的有益效果是日方式计划,是对未来一天电网运行方式的安排,是未来一天实际运行方式的一个预测。日方式计划是否合理,直接关系到未来一天电网实际运行的安全稳定性。计划校核对方式计划进行仿真计算,安全稳定评估,并对可能出现的系统失稳进行预警,并给出辅助决策。它能够分析方式计划中的安全隐患,指导计划的制定和完善,对于电网的安全稳定运行有着重要的意义。由于计划数据不是完整的潮流数据,所以把计划数据,网络拓扑数据,参考数据整合形成潮流数据,并进行调整,获得满足运行要求的潮流是计划校核的关键部分,也是下一步进行安全稳定分析的前提。
本方法在实际电网数据下开展计划校核数据整合和潮流调整的研究和尝试,摸索出一种潮流数据整合和潮流调整的方法。该方法将网络拓扑数据,计划数据整合为潮流数据,并从参考潮流数据中提取缺失的数据,形成完整的潮流。潮流调整提出一种实用的方法,该方法不修改潮流程序,利用潮流计算的结果进行分析,自动实现潮流有功、无功平衡,自动调整越限电压,获得满足运行要求的潮流。为下一步进行安全稳定分析和辅助决策提供初值,有助于制定合理的日方式计划,提高电网的安全稳定性。
由于本方法自动进行潮流调整计算,不需要大量人力的参与,计算速度也明显提升,有效的解决了传统潮流调整计算中需要大量人力、依靠经验,计算速度慢,效率较低的弊病。
附图说明
图1是依据本发明的方法的潮流数据自动整合中的电网示意图;
图2是依据本发明的方法的潮流数据自动调整的流程图。
具体实施方式
本发明的潮流自动整合调整方法,先根据预先设定的方案进行潮流数据整合,然后根据预定的运行极限约束、调整的原则和方法,自动对潮流数据进行调整,直到潮流结果满足运行约束为止。
本发明主要包括两个部分,一个部分是潮流数据的自动整合,负责将各类计划数据、网络拓扑数据,参考潮流数据整合补充形成完整的潮流数据;另一个部分是潮流数据的自动调整,负责对潮流数据有功负荷和发电机有功出力的平衡检查与调整;电压越限检查与调整,无功合理分配,以获得满足运行约束的潮流。
1、潮流自动整合
潮流数据的自动整合方法是本方法的一个重要部分,该方法主要将各类计划数据与网络拓扑数据整合,并从参考潮流数据中补充计划数据中缺失的潮流数据,形成完整的潮流数据。
电网示意图如图1所示。
区域B、C、D分别通过联络线与区域A相连。目前已知区域A的计划数据,包括有功负荷预测、系统各设备起停和检修计划、电网模型和设备参数预测,发电机出力计划以及区域A与B、C、D之间的联络线有功交易计划。网络拓扑数据能够给出所有区域的网络拓扑关系。为对A区域的计划进行安全稳定分析,需要整合形成所有区域的潮流数据。整合数据须真实反映已给出的A区域的所有计划数据。对于缺失的数据,应当用能够反映电网实际情况的潮流参考数据予以补充。本方法采用与预测数据相近的历史数据或典型运行方式数据作为参考潮流数据。
本方法采用如下原则:
(1)区域A的无功负荷依据负荷功率因素和有功负荷预测给出;
(2)区域A的无功补偿配置,变压器分接头,机端电压数据从参考潮流数据中获得;
(3)区域B、C、D的所有数据从参考潮流数据中获得;
2、潮流自动调整
潮流数据的自动调整的流程图如图2所示。
(1)有功平衡检查调整
当潮流具有较大的功率不平衡问题的时候,系统的不平衡功率将全部由平衡机来承担。如果平衡机到不平衡功率区域(母线)的电气距离较大,无法通过这一功率,潮流将会不收敛。即使平衡机到不平衡功率区域、母线的电气距离较近,潮流可以收敛,这种情况下,得到的结果往往会使平衡机出力越限。因此,合理的做法是将不平衡功率预先分配到多台具有调节能力的机组。
有功平衡检查与调整分为计算检查与调整两部分。需要计算的量:
系统最大出力能力:PSGmax
系统最低出力限制:PSGmin
当前系统有功出力:PSG
当前系统负荷:PSD
当前系统损耗:PSL
系统当前不平衡功率:ΔPS=PSG-PSD-PSL
需要检查的内容:
ΔPS>εΔPmax或ΔPS<εΔPmin,系统出力安排不合理,应调整出力。εΔPmax、εΔPmin,应该按照平衡机的容量给定。
当系统出力安排不合理时,需要对系统不平衡功率进行调整,即将不平衡功率ΔPS按照分担系数分配给各协调机组。协调机组及分担系数可由预先指定,也可由程序自动指定。
(2)电压/无功平衡检查调整
无功功率应该符合无功就地平衡的原则。当无功分布不合理,局部地区无功功率不平衡量较大时,会造成该区域节点电压过低或过高,甚至导致潮流不收敛。电压/无功平衡的主要思想就是根据无功区域平衡的要求,将节点的无功不平衡量分配到周边的无功源上,实现无功合理分布,使节点的电压满足要求。
在进行电压/无功平衡检查调整时,需要反复调整计算潮流,从潮流结果中提取节点电压越限信息和节点无功不平衡量信息。当潮流不收敛时,选择一些典型的节点设置为PV节点。计算时会强制该点电压为指定的电压值,潮流更容易收敛。潮流收敛后,对电压越限的节点也采用同样的方法处理,强制其电压值为合理值。潮流程序会在这些类型节点强制增加无功补偿,计算结束后,根据潮流结果能够得到这些点因为强制电压而产生的无功不平衡量。程序将把这些无功不平衡量转移到周边节点上,实现无功区域平衡。
从潮流结果中提取节点电压信息,找出电压越限的节点及其电压值。当节点电压越上限时,将该节点类型设置为PV节点,并将其电压设置为电压上限值或低于上限的一个值。当节点电压越下限时,将该节点类型设置为PV节点,并将其电压设置为电压下限值或高于下限的一个值。重新计算潮流。当同一个站的不同电压等级的母线电压都越限的时候,应当调整其高压母线。
对于强制为PV节点类型的节点,程序为了保持该节点的电压,将会在这些节点自动加上无功补偿。从潮流结果中可以提取出这些节点的未安排无功量,也就是保持该点电压所需要的无功不平衡量。节点的无功不平衡量首先应该由该节点自身平衡,当该节点没有无功补偿能力,或是补偿能力不足以平衡无功不平衡量时,需要调整其周围的节点的无功补偿来达到无功区域平衡。
以节点i为例,依据无功区域平衡的思想,根据网络拓扑,预先选定其周围的m个有无功补偿能力的节点,按照它们与节点i距离由近到远到顺序,组成序列Ωi。节点i的无功不平衡量将由节点i和集合Ωi中的节点无功补偿来平衡。
平衡的原则为,当节点i的无功不平衡量小于其无功补偿能力时,调整节点i的无功补偿使无功平衡。当节点i的无功不平衡量大于其无功补偿能力时,先将节点i的无功补偿能力调整到其极限,然后将剩余的无功不平衡量顺序分配到Ωi中的节点上。先调节排序在前的节点,如果达到其补偿能力极限,则继续调节下一个节点。当节点i的无功不平衡量小于一定值时,无功已经实现区域平衡,此时将节点类型恢复为其原有类型,潮流一般都收敛,节点电压也能满足要求。
(3)退出条件
每完成一次有功平衡检查调整和电压/无功平衡检查调整,要计算一次潮流,重新提取有功不平衡信息、电压越限和无功不平衡信息。随着调整的过程进行到一定程度。系统的有功功率将趋于平衡,绝大部分无功功率趋于就地平衡,电压越限节点越来越少。当潮流结果满足预先设定的运行约束后,潮流调整完毕,输出计算结果。当调整次数大于某一设定的次数后,认为继续调整效果有限,潮流调整结束,输出结果以及错误和警告信息。
概括而言,本技术方案依次含有以下步骤:
(1)初始化:确定能够给出计划数据的内部电网范围、内部电网和外部电网的联络线、获得电网全网的网络拓扑数据。此项工作在建模初期完场,以后通常不变;
(2)获取内网的日方式计划数据,以及全网的参考潮流数据;
(3)将内网的日方式数据与全网网络拓扑数据整合,从参考潮流数据中提取计划数据缺失的潮流数据,添加到潮流数据中,并进行调整计算。调整形成完整的日方式96点潮流数据;
(4)对形成的每个点的潮流数据进行自动调整计算,使潮流收敛且满足运行要求;
(5)计算结果输出,用于进行安全稳定分析,辅助决策等计算分析。
以上步骤中,步骤(2)~(5)在每次校核时都要启动。在网络拓扑发生变化时,需要重新启动步骤(1)。
以上步骤中第(3)、(4)步是核心。其中的若干关键技术介绍如下:
(1)潮流整合的数据来源
潮流整合所形成的潮流数据必须完整且完全反映计划数据。数据来源有三个:内网的计划数据、全网的网络拓扑数据、参考潮流数据。如图1所示。区域A为内网,外网B、C、D分别通过联络线与区域A相连。目前已知区域A的计划数据,包括有功负荷预测、系统各设备起停和检修计划、电网模型和设备参数预测,发电机出力计划以及区域之间的联络线有功交易计划。网络拓扑数据能够给出所有区域的网络拓扑关系。对于缺失的数据,本方法采用与预测数据相近的历史数据或典型运行方式数据作为参考潮流数据。
内网的无功负荷依据负荷功率因素和有功负荷预测给出,内网的无功补偿配置,变压器分接头,机端电压数据从参考潮流数据中获得;外网的所有数据从参考潮流数据中获的。
(2)潮流整合的方法
整合的工作主要有如下几步:
(1)断面功率调整。调整参考潮流数据中的发电机出力,使区域间联络线功率调整到区域间功率交易计划指定值;
(2)根据内网的有功负荷预测和功率因数,计算出内网无功负荷预测;
(3)从内网计划数据中提取发电机出力,设备起停和检修计划,电网模型和设备参数的数据;从参考潮流数据中提取内网的无功补偿配置,变压器分接头,机端电压数据;
(4)从参考潮流数据中提取B、C、D区域的发电机出力、机端电压、有功无功负荷、无功补偿配置、变压器分接头数据;
(5)将(2)~(4)获得的全部信息与网络拓扑数据整合,形成全网的完整潮流。
(3)有功平衡检查调整
有功平衡检查与调整分为计算检查与调整两部分。需要计算的量:
系统最大出力能力:PSGmax
系统最低出力限制:PSGmin
当前系统有功出力:PSG
当前系统负荷:PSD
当前系统损耗:PSL
系统当前不平衡功率:ΔPS=PSG-PSD-PSL
需要检查的内容:
ΔPS>εΔPmas或ΔPS<εΔPmin,系统出力安排不合理,应调整出力。εΔPmax、εΔPmin,应该按照平衡机的容量给定。
当系统出力安排不合理时,需要对系统不平衡功率进行调整,即将不平衡功率ΔPS按照分担系数分配给各协调机组。
(4)电压/无功平衡检查调整
电压检查调整
从潮流结果中提取节点电压信息,找出电压越限的节点及其电压值。当节点电压越上限时,将该节点类型设置为PV节点,并将其电压设置为电压上限值或低于上限的一个值。当节点电压越下限时,将该节点类型设置为PV节点,并将其电压设置为电压下限值或高于下限的一个值。重新计算潮流。当同一个站的不同电压等级的母线电压都越限的时候,应当调整其高压母线。
无功不平衡量检查调整
对于强制为PV节点类型的节点,程序为了保持该节点的电压,将会在这些节点自动加上无功补偿。从潮流结果中可以提取出这些节点的未安排无功量,也就是保持该点电压所需要的无功不平衡量。
以节点i为例,依据无功区域平衡的思想,根据网络拓扑,预先选定其周围的m个有无功补偿能力的节点,按照它们与节点i距离由近到远到顺序,组成序列Ωi。节点i的无功不平衡量将由节点i和集合Ωi中的节点无功补偿来平衡。
平衡的原则为,当节点i的无功不平衡量小于其无功补偿能力时,调整节点i的无功补偿使无功平衡。当节点i的无功不平衡量大于其无功补偿能力时,先将节点i的无功补偿能力调整到其极限,然后将剩余的无功不平衡量顺序分配到Ωi中的节点上。先调节排序在前的节点,如果达到其补偿能力极限,则继续调节下一个节点。当节点i的无功不平衡量小于一定值时,无功已经实现区域平衡,此时将节点类型恢复为其原有类型,潮流一般都收敛,节点电压也能满足要求。
实际应用效果
本技术方案在某区域电网离线稳定分析与预警系统中得到应用。该电网包含五个省级电网。日方式计划数据能够给出其中一个省级电网的未来一天96个点的计划数据,包括有功负荷预测、省间联络线交易计划、电力系统各类设备的起停计划和检修计划、电网模型和设备参数等预测、机组发电有功出力计划。为对该日方式计划数据进行安全稳定评估,需要整合形成该区域全网96个点的完整潮流数据。
首先,获取该区域电网的网络拓扑数据和某一相似日的历史潮流数据作为参考数据。进行潮流数据整合得到96个点的完整潮流数据。然后对形成的潮流进行调整计算,得到符合计划并满足运行要求的潮流。
对计算的结果进行分析,生成的潮流结果全部满足计划数据要求。500kV母线电压均在运行要求范围内。
本方法在实际电网数据下开展计划校核数据整合和潮流调整的研究和尝试,摸索出一种潮流数据整合和潮流调整的方法。该方法将网络拓扑数据,计划数据整合为潮流数据,并从参考潮流数据中提取缺失的数据,形成完整的潮流。潮流调整提出一种实用的方法,该方法不修改潮流程序,利用潮流计算的结果进行分析,自动实现潮流有功、无功平衡,自动调整越限电压,获得满足运行要求的潮流。该方法不需要大量人力的参与,计算速度也明显提升,有效的解决了传统潮流调整计算中需要大量人力、依靠经验,计算速度慢,效率较低的弊病,具有广泛的推广应用前景。
已经根据优选的实施例描述了本发明。显然,在阅读和理解了上述详细说明书后能做出多种修正和替换。本发明意欲的是本申请构建成包括了落入附属的权利要求书或其等同物的范围之内的所有这些修正和替换。
Claims (2)
1、一种潮流数据自动整合调整方法,其包括以下步骤:
(1)确定能够给出计划数据的内部网络范围、内部电网和外部电网的联络线、获得电网全网的网络拓扑数据;
(2)获取各类计划数据及参考潮流数据;
(3)整合形成完整的潮流数据,所述潮流数据的自动整合过程包括:
(3.1)断面功率调整,调整参考潮流数据中的发电机出力,使区域间联络线功率调整到区域间功率交易计划指定值;
(3.2)根据内网的有功负荷预测和功率因数,计算出内网的无功负荷预测;
(3.3)从内网计划数据中提取发电机出力,设备起停和检修计划,电网模型和设备参数的数据,从参考潮流数据中提取内网的无功补偿配置、变压器分接头和机端电压数据;
(3.4)从参考潮流数据中提取外网的发电机出力、机端电压、有功无功负荷、无功补偿配置和变压器分接头数据;
(3.5)将(3.2)~(3.4)获得的全部信息与网络拓扑数据整合,形成全网的完整潮流数据;
(4)对整合形成的潮流数据进行调整计算,包括如下步骤:
(4.1)有功平衡检查与调整:
计算系统最大出力能力:PSGmax、系统最低出力限制:PSGmin、当前系统有功出力:PSG、当前系统负荷:PSD,估算当前系统损耗:PSL,系统当前不平衡功率为ΔPS=PSG-PSD-PSL。
按照平衡机的容量给定εΔPmax、εΔPmin,检查当ΔPS>εΔPmax或ΔPS<εΔPmin时,系统出力安排不合理,应调整出力,将不平衡功率ΔPS按照分担系数分配给各协调机组。
(4.2)电压/无功平衡检查调整:
首先,依据电网结构预先设定中枢节点,依据无功区域平衡的思想,根据网络拓扑,预先在中枢节点i周围选定m个具有无功补偿能力的节点,按照它们与节点i的距离由近到远到顺序,组成序列Ωi;
若潮流数据不收敛,将中枢节点设置为PV节点,将电压值指定在合理范围内,使潮流数据收敛。
潮流数据收敛后,检查节点电压,对电压越限的节点进行调整,设定其本身或其周边的中枢节点为PV节点,将电压值指定在合理范围内,重新计算潮流;
从潮流结果中提取强制转换为PV节点的未安排无功量,以节点i为例,将其未安排无功量分配到节点i本身或Ωi中的节点上,当节点i的未安排无功量小于一定值的时候,将其恢复为原节点类型。
(4.3)检查退出:
重复进行前两步,当系统有功不平衡量,节点电压都满足要求时,或是重复检查达到预设的次数后,退出调整;
(5)汇总计算结果返回警告以及错误信息。
2、如权利要求1所述的潮流数据自动整合调整方法,其特征在于所述潮流数据的自动整合调整中,还包括以下步骤:
(1)在计划数据不完备的情况下,对缺失的数据,自动从参考潮流数据中进行补充,形成完整的潮流。
(2)无功电压自动检查与调整,将中枢节点或电压越限节点设置为PV节点,指定其电压值,将产生的不平衡无功功率分配到其自身或周边的无功源上。
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