CN103746377B - 基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，包括：仿真获取电网中存在电压恢复问题的关键母线；以关键母线电压和发电机组无功输出为对象，构建电压无功灵敏度模型；根据积分映射函数计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值；将所述关键母线电压和发电机组无功出力的增量测度值代入电压无功灵敏度模型进行灵敏度求解，获得电网的电压无功灵敏度。本发明的技术，准确地检测系统电压跌落后的电压无功灵敏度，用以评估扰动后各发电厂的发电机组无功出力对关键母线的电压恢复的影响，能够反映故障发生后邻近发电厂的励磁控制对关键母线电压恢复贡献大小情况，用以补偿故障导致的区域无功不足，改善关键母线电压恢复缓慢问题。

Description

基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统电压稳定和发电机无功控制技术领域，尤其是涉及一种基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法。

背景技术

我国能源与经济分布极度不均衡，为了满足经济发达地区的用电需求，部分区域已发展为交直流并联运行的超高压、远距离、大容量送电的互联电网。受端电网具有负荷高度密集、外区送入电力比例高、多回直流集中馈入等特点，受端系统无功电压问题与交直流相互影响问题紧密联系，相互交织，稳定特性非常复杂。

发电机作为电力系统重要的动态无功电源，在系统故障电压跌落的情况下启动励磁控制，能够快速输出动态无功，为系统受端电压跌落提供动态支撑。

合理利用发电机动态无功资源，优化发电机的无功出力，能够快速输出动态无功，为系统受端电压跌落提供及时有效地无功控制，提高电网动态无功支持能力，确保电网安全稳定运行。

传统的电压无功灵敏度分析方法属于静态电压稳定研究的范畴，它以潮流方程为基础，利用潮流工作点的雅克比矩阵计算，研究发电厂的发电机组无功变化对系统电压的影响，无法准确地检测系统电压跌落后的电压无功灵敏度，用以评估扰动后各发电厂的发电机组无功出力对关键母线的电压恢复的影响，难以解决现有电网所考核的故障后关键母线存在电压恢复时间较长的问题。

发明内容

基于此，本发明提出一种基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，能够准确地检测系统电压跌落后的电压无功灵敏度，用以评估扰动后各发电厂的发电机组无功出力对关键母线的电压恢复的影响，可以解决现有电网所考核的故障后关键母线存在电压恢复时间较长的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其包括如下步骤：

仿真获取电网中存在电压恢复问题的关键母线；

以关键母线电压和发电机组无功输出为对象，构建电压无功灵敏度模型；

根据积分映射函数计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值；

将所述关键母线电压和发电机组无功出力的增量测度值代入电压无功灵敏度模型进行灵敏度求解，获得电网的电压无功灵敏度。

综上所述，本发明基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，构建以关键母线电压和发电机组无功输出为对象的电压无功灵敏度模型，通过基于积分映射的方法计算电压无功灵敏度转变为关键母线电压的增量测度值和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值的比值，利用电压无功灵敏度模型求解电网的电压无功灵敏度；能够准确地检测系统电压跌落后的电压无功灵敏度，用以评估扰动后各发电厂的发电机组无功出力对关键母线的电压恢复的影响，能够反映故障发生后邻近发电厂的励磁控制对关键母线电压恢复贡献大小情况，可以补偿故障导致的区域无功不足，改善关键母线电压恢复缓慢问题。关键母线电压对发电机无功的积分映射灵敏度能够准确反映出系统电压跌落后的恢复特征信息，为进一步分析扰动后关键母线电压恢复问题，制定合理的控制策略奠定了理论基础。

附图说明

图1为本发明发基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法流程图；

图2为母线电压幅值仿真波形示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，图1为本发明基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法流程图，具体包括如下步骤：

步骤S10，仿真获取电网中存在电压恢复问题的关键母线。

具体的，可以通过电力系统故障后录波记录或BPA仿真获取存在电压恢复问题的关键母线。

例如，在2013年丰大极限方式下，负荷采用50%感应电动机+50%恒阻抗模型，应用BPA仿真软件对某省级电网进行了故障仿真分析，其中莞城-宝安线路莞城侧三永中开关拒动故障后大朗站220kV母线电压存在电压恢复问题，其相应的母线电压幅值仿真波形如图2所示。

莞城-宝安线路莞城侧三永中开关拒动故障，故障情况为安莞线莞城侧在0.1s（5周波）时发生三相短路故障，0.2s（10周波）时宝安侧三相开关断开、莞城侧三相开关单相拒动，0.45s（22.5周波）时水莞甲线被切除，莞城侧线路三相短路单相开关拒动故障消失。水莞甲线切除后，莞城站附近区域220kV大朗站则明显出现电压恢复问题。如图2所示，故障后220kV大朗站母线电压低于0.75pu的持续时间为79周波，低于0.95pu的持续时间为206.5周波，存在电压恢复时间过长的问题。

步骤S20，以关键母线电压和发电机组无功输出为对象，构建电压无功灵敏度模型。

具体的，所述电压无功灵敏度模型为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{li}}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{li}}}}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{Q_{\mathrm{li}}}}$

式中，为关键母线电压的增量测度值，为发电机组i无功出力增测度值，μ_li为关键母线电压对发电机组i无功出力的基于积分映射的灵敏度。

上述电压无功灵敏度模型，以关键母线电压的增量测度值与发电厂的发电机组i无功出力的增测度量值的比值作为关键母线电压对发电机组的无功出力的基于积分映射灵敏度μ_li；将系统扰动后的关键母线电压作为状态变量，将发电机组的励磁参考电压阶跃控制后的无功出力作为控制变量；其中，所述基于积分映射灵敏度μ_li越大，表明发电厂的发电机组i相同的无功出力增量对电网的关键母线电压恢复的贡献就越大，使之能够准确反映扰动后电网结构的变化。

步骤S30，根据积分映射函数计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值。

对于所述发电厂，可以根据关键母线所在供电区域和邻近供电区域确定参与电压无功控制的发电厂。

对于所述积分映射函数，表示如下：

$F\left(t\right)={\∫}_{t_1}^{t_2}f\left(t\right)\mathrm{dt}/(t_2-t_1)$

式中，f(t)为关键母线电压或发电厂的发电机组的无功输出，t₁和t₂为所述积分映射函数积分时间的上、下限。

对于计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值的方法，具体包括如下：

（1）对关键母线电压的增量测度值的积分映射进行评估，基于积分映射函数计算关键母线电压的增量测度值

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{li}}}={\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{li}}^{\left(2\right)}-{\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{li}}^{\left(1\right)}=({\∫}_{t_0}^{t_w}{V}_{\mathrm{li}}^{\left(2\right)}\left(t\right)\mathrm{dt}-{\∫}_{t_0}^{t_w}{V}_{\mathrm{li}}^{\left(1\right)}\left(t\right)\mathrm{dt})/(t_w-t_0)$

式中，和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2%阶跃和1%阶跃控制后，在t时刻的关键母线l的电压；t₀和t_w分别对应故障发生和电压恢复至稳定的时间；和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2%和1%阶跃励磁控制后的关键母线电压的恢复测度值。

采用积分微元面积等值处理，将故障恢复时间均分为N等分，Δt为均分时间间隔；则所述关键母线电压的增量测度值具体为：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{li}}}=\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(V_{\mathrm{li}}^{\left(2\right)}\left(t_k\right)-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(V_{\mathrm{li}}^{\left(1\right)}\left(t_k\right)\right)\mathrm{\Δt}/(t_w-t_0)$

式中，和分别为第i电厂机组励磁参考电压实施2%和1%阶跃励磁控制后的关键母线电压在t_k时刻的BPA仿真输出值。

（2）对发电厂的发电机组无功出力的增量测度值的积分映射评估，基于积分映射函数计算发电厂的发电机组i无功出力的增量测度值为：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{Q_{\mathrm{li}}}={\stackrel{\‾}{Q}}_{\mathrm{li}}^{\left(2\right)}-{\stackrel{\‾}{Q}}_{\mathrm{li}}^{\left(1\right)}=({\∫}_{t_0}^{t_w}{Q}_{\mathrm{li}}^{\left(2\right)}\left(t\right)\mathrm{dt}-{\∫}_{t_0}^{t_w}{Q}_{\mathrm{li}}^{\left(1\right)}\left(t\right)\mathrm{dt})/(t_w-t_0)$

式中，和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2%阶跃和1%阶跃控制后发电厂的发电机组的无功出力在t时刻的值；t₀和t_w分别对应故障发生和电压恢复至稳定的时间；和分别对应励磁参考电压实施2%和1%阶跃控制后的发电机组i相应的无功出力测度值。

采用积分微元面积等值处理，将故障恢复时间均分为N等分，Δt为均分时间间隔；所述发电厂的发电机组i相应无功出力的增量测度值具体为：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{Q_{\mathrm{li}}}=\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{li}}^{\left(2\right)}\left(t_k\right)-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{\mathrm{li}}^{\left(1\right)}\left(t_k\right)\right)\mathrm{\Δt}/(t_w-t_0)$

步骤S40，将所述关键母线电压和发电机组无功出力的增量测度值代入电压无功灵敏度模型进行灵敏度求解，获得电网的电压无功灵敏度。

例如，对莞城-宝安线路莞城侧三永中开关拒动，故障点邻近区域各个发电厂的发电机组分别参与励磁控制，励磁参考电压实施2%和1%阶跃励磁控制后，大朗站220kV母线电压对发电厂的发电机组无功出力的积分映射灵敏度，电压无功灵敏度求解结果，可以如下表所示：

利用上述的电压无功灵敏度，评估扰动后各发电厂的发电机组无功出力对关键母线的电压恢复的影响；进一步的，将所述电压无功灵敏度按大小进行排序，并根据电压无功灵敏度的排序来确定参与励磁控制的强相关的发电厂；将扰动后与关键母线的电压强相关电厂的确定问题转化为基于积分映射的关键母线电压对电厂机组无功出力的灵敏度大小排序问题。

综上所述，本发明基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法达到的技术效果包括：

（1）通过基于积分映射的方法，将电网电压无功灵敏度转变为关键母线电压的增量测度值和发电厂的发电机组的无功出力增量测度值的比值计算，不仅能够反映故障发生后邻近发电厂设定的励磁控制对关键母线电压恢复贡献的大小，而且可以反映故障发生后邻近区域发电厂通过励磁参考电压阶跃控制增发无功的能力，用以补偿故障导致的区域无功不足，改善关键母线电压恢复缓慢的问题。

（2）计算的电压无功灵敏度，用以评估扰动后各发电厂的发电机组无功出力对关键母线电压恢复的影响；通过仿真可以评估参与无功控制的发电厂的有效性，使之能够准确反映扰动后电网结构的变化。

（3）进一步的，可以将扰动后与关键母线电压强相关的发电厂的确定问题转化为基于积分映射的关键母线电压对发电厂的发电机组无功出力的灵敏度大小排序问题，简化处理流程。

（4）关键母线电压对发电厂的发电机组无功的积分映射灵敏度，能够准确反映出电网电压跌落后的恢复特征信息，为进一步分析研究扰动后关键母线电压恢复问题提出合理的控制策略奠定了理论基础。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

仿真获取电网中存在电压恢复问题的关键母线；

以关键母线电压和发电机组无功输出为对象，构建电压无功灵敏度模型；

根据积分映射函数计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值；

将所述关键母线电压和发电机组无功出力的增量测度值代入电压无功灵敏度模型进行灵敏度求解，获得电网的电压无功灵敏度。

2.根据权利要求1所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，还包括：

将所述电压无功灵敏度按大小进行排序，并根据电压无功灵敏度的排序来确定参与励磁控制的强相关的发电厂。

3.根据权利要求1所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，所述电压无功灵敏度模型为：

${\mathrm{\μ}}_{li}=\frac{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{V_{li}}}{\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{Q_{li}}}$

式中，为关键母线电压的增量测度值，为发电机组i无功出力增测度值，μ_li为关键母线电压对发电机组i无功出力的基于积分映射的灵敏度。

4.根据权利要求1所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，所述仿真获取电网中存在电压恢复问题的关键母线的步骤包括：

通过电力系统故障后录波记录或BPA仿真获取存在电压恢复问题的关键母线。

5.根据权利要求1所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，根据积分映射函数计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值的步骤前还包括：

根据关键母线所在供电区域和邻近供电区域确定参与电压无功控制的发电厂。

6.根据权利要求1所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，根据积分映射函数计算关键母线电压和发电厂的发电机组无功出力的增量测度值的步骤包括：

对关键母线电压的增量测度值的积分映射进行评估，基于积分映射函数计算关键母线电压的增量测度值

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{V_{li}}={\stackrel{\‾}{V}}_{li}^{\left(2\right)}-{\stackrel{\‾}{V}}_{li}^{\left(1\right)}=\left({\∫}_{t_0}^{t_w}{V}_{li}^{\left(2\right)}\left(t\right)dt-{\∫}_{t_0}^{t_w}{V}_{li}^{\left(1\right)}\left(t\right)dt/\left(t_w-t_0\right)\right)$

式中，和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2％阶跃和1％阶跃控制后，在t时刻的关键母线l的电压；t₀和t_w分别对应故障发生和电压恢复至稳定的时间；和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2％和1％阶跃励磁控制后的关键母线电压的恢复测度值；

对发电厂的发电机组无功出力的增量测度值的积分映射评估，基于积分映射函数计算发电厂的发电机组i无功出力的增量测度值为：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{Q}}_{li}={\stackrel{\‾}{Q}}_{li}^{\left(2\right)}-{\stackrel{\‾}{Q}}_{li}^{\left(1\right)}=\left({\∫}_{t_0}^{t_w}{Q}_{li}^{\left(2\right)}\right(t)dt-{\∫}_{t_0}^{t_w}{Q}_{li}^{\left(1\right)}\left(t\right)dt)/(t_w-t_0)$

式中，和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2％阶跃和1％阶跃控制后发电厂的发电机组的无功出力在t时刻的值；t₀和t_w分别对应故障发生和电压恢复至稳定的时间；和分别对应励磁参考电压实施2％和1％阶跃控制后的发电机组i相应的无功出力测度值。

7.根据权利要求6所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，采用积分微元面积等值处理，将故障恢复时间均分为N等分，Δt为均分时间间隔；

所述关键母线电压的增量测度值具体为：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{V}}_{li}=\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{V}_{li}^{\left(2\right)}\left(t_k\right)-\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{V}_{li}^{\left(1\right)}\left(t_k\right)\right)\mathrm{\Δ}t/\left(t_w-t_0\right)$

所述发电厂的发电机组i相应无功出力的增量测度值具体为：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{Q}}_{li}=\left(\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{Q}_{li}^{\left(2\right)}\right(t_k)-\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{Q}_{li}^{\left(1\right)}\left(t_k\right))\mathrm{\Δ}t/(t_w-t_0)$

式中，和分别为第i电厂机组励磁参考电压实施2％和1％阶跃励磁控制后的关键母线电压在t_k时刻的BPA仿真输出值，和分别对应发电机组i的励磁参考电压实施2％阶跃和1％阶跃控制后发电厂的发电机组的无功出力在t时刻的值。

8.根据权利要求1至7任一项所述的基于积分映射的电压无功灵敏度的检测方法，其特征在于，所述积分映射函数为：

$F\left(t\right)={\∫}_{t_1}^{t_2}f\left(t\right)dt/\left(t_2-t_1\right)$

式中，f(t)为关键母线电压或发电厂的发电机组的无功输出，t₁和t₂为所述积分映射函数积分时间的上、下限。