CN103840467A - 一种基于改进五区图的无功综合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于改进五区图的无功综合控制方法，包括以下步骤：1：基于动态无功补偿装置对改进后五区图的边界进行界定，从而得到改进后五区图边界的变化范围；2：根据已知的五区图边界条件和步骤1得到的改进后五区图边界变化范围，得到改进后五区图的示意图，从而获取基于动态无功补偿装置连续变化范围的新的区域部分，3：基于已经得出的改进后的五区图，得到了新型五区图的无功综合控制方法。本发明有效避免了某些时候控制顺序混乱的缺陷，为智能变电站等设备的综合无功控制提供安全可靠的控制方法；并可以应对当今电力系统无功频繁变化的特点，对于动态无功补偿装置进行了更为有效的利用，达到了更为精准的控制效果。

Description

一种基于改进五区图的无功综合控制方法

技术领域

本发明属于电力系统的安全技术稳定运行领域，更具体地涉及一种基于改进五区图的无功综合控制方法。

背景技术

电压是用来衡量电能质量的重要指标之一，良好的电能质量对于电力设备的安全运行，企业的经济效益，群众的日常生活以及电网的整体稳定具有十分重要的意义。而电压的稳定性与系统无功是不可分割的，因此我们就要进行对于无功的优化控制。

随着无功优化装置的不断发展，调节无功的装置除了传统的变压器和电容器之外，出现了包括SVC及STATCOM等的新型的动态无功补偿装置，这些装置具有灵活的调节范围，更高的精度和不同于传统补偿装置的新特点，可以应对当今电力系统中无功功率频繁变化的特点。针对这些装置的出现，目前已有的九区图，五区图等无功综合控制方法具有一定的不适应性。

最基础的控制方法是“九区图”控制理论，但传统的“九区图”控制方法存在着频繁动作，投切振荡，长期处于电压无功不合格边缘状态等缺点。为了达到更好的控制效果，出现了改进“九区图”及模糊边界等控制方法，这些控制方法虽然在一定程度上改善了传统“九区图”的控制缺陷，但是依旧存在着上下限边界只是简单地基于固定的电压无功整定的上下限值，并没有考虑电压无功控制之间的相互影响等缺点。而基于人工智能算法的无功控制方法又有实现相对复杂的缺陷，经过比较分析发现“五区图”的控制策略具有其独特的优势。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于改进五区图的无功综合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于动态无功补偿装置对改进后五区图的边界进行界定，从而得到改进后五区图边界的变化范围；

步骤2：根据已知的的五区图边界条件和步骤1得到的改进后五区图边界变化范围，得到改进后五区图的示意图，从而获取基于动态无功补偿装置连续变化范围的新的区域部分，具体方法是：

当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段A₁B₁，投C与不动作界限为线段A₁D，切C与不动作界限为B₁C，升档与投C界限为DD₁，降档与投C界限为A₀A₁，降档与切C界限为B₀B₁，升档与切C界限为CC₁；当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段A₂B₂，投C与不动作界限为线段A₂D，切C与不动作界限为B₂C，升档与投C界限为DD₂，降档与投C界限为A₀A₂，降档与切C界限为B₀B₂，升档与切C界限为CC₂；五区图原有界限中，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段AB，投C与不动作界限为线段AD，切C与不动作界限为BC，升档与投C界限为DD₀，降档与投C界限为A₀A，降档与切C界限为B₀B，升档与切C界限为CC₀，其中AA₁、BB₁为取极限值Q_C-ΔQ时，在原降档与不动作界限AB基础上的偏移，C₀C₁、D₀D₁为取极限值Q_C-ΔQ时，原CC₀、DD₀线段分别在U轴和Q轴上的偏移；AA₂、BB₂为取极限值Q_C+ΔQ时，在原降档与不动作界限AB基础上的偏移，C₀C₂、D₀D₂为取极限值Q_C+ΔQ时，原CC₀、DD₀线段分别在U轴和Q轴上的偏移；

步骤3：基于已经得出的改进后的五区图，对于各个区域的无功控制策略进行分析，从而得到了新型五区图的无功综合控制方法；

对于五区图改进后的0,1,2,3,4区域，控制策略依然与原五区图的这几个区域的控制方式相同，在0区域保持不动作，1区域升档，2区域降档，3区域投入电容器组，4区域切除电容器组；

边界区域分为六大部分，对于B₀B₁B、C₀C₂C区域原来属于4区，动作为切除电容器，依然保持切除电容器的动作，同时为达到更好的控制的效果，可以使用动态无功补偿装置进行微调；B₀B₂B、A₀A₁A区域可以由原来的调节分接头转换为使用动态无功补偿装置进行相应的调节，从而减少了分接头的动作；A₀AA₂、DD₀D₁区域原属于区域3，在这里我们可以保持投入电容器组的动作，同时使用动态无功补偿装置进行微调；C₀CC₁、D₀DD₂原属于区域1，在新的五区图中，我们可以采用动态无功补偿装置代替原有的分接头动作；BCB₂、A₁DA位于原有的不动作区域，为了保持系统的稳定性，新的五区图控制策略在这两个区域内依然保持不动作；B₁BC、ADA₂区域原来位于对电容器进行投切的区域，在这里可以依旧选择对电容器进行投切，或选择使用动态无功补偿装置的正反向调整功能。

与单纯地以电压无功上下边界划分电压无功控制区域的“九区图”及其相关改进控制策略相比，“五区图”以电压无功操作动作划分区域的思路为电压无功控制策略的发展提供了一个新的方向。基于“五区图”的控制策略的划分，解决了“九区图”控制策略中某些工作点难以判断如何动作的矛盾；基于操作动作的“五区图”控制策略也很好的避免了“九区图”中存在的对于分接头变比调节和电容器投切的优先级判断问题。而与基于人工智能算法的无功控制策略相比，“五区图”的实现又相对比较简单。因而我们选定五区图，并对其进行改进来适应动态无功补偿装置的引入，形成了一种改进后新的无功综合控制方法。

在上述的一种基于改进五区图的无功综合控制方法，改进后五区图边界的变化范围基于以下定义：

定义一：降档动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{AB}}:U=U_p+\frac{1}{2}\mathrm{dU}$    式一

其中L_AB表示降档动作与不动作的界限，U表示工作点电压值，U_p为最优工作点电压值，dU指调节一档变压器分接头引起的电压偏移的数值。

定义二：升档动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{CD}}:U=U_p-\frac{1}{2}\mathrm{dU}$    式二

其中L_CD表示升档动作与不动作的界限，U表示工作点电压值，U_p为最优工作点电压值，dU指调节一档变压器分接头引起的电压偏移的数值。

定义三：投C动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{AD}1}:U=U_p-\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式三

$L_{\mathrm{AD}2}:U=U_p-\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式四

L_AD1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，投C与不动作的界限，L_AD2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，投C与不动作的界限。U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

定义四：切C动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{BC}1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式五

$L_{\mathrm{BC}2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式六

L_BC1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，切C与不动作的界限，L_BC2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，切C与不动作的界限。U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，ΔQ指动态无功补偿装置的容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值。

定义五：升档动作与投C动作界限：

$L_{D1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式七 $L_{D2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式八

L_D1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与投C的界限，L_D2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与投C的界限。U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

定义六：降档动作与投C动作界限：

$L_{A1}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式九

$L_{A2}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十

L_A1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，降档与投C的界限，L_D2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，降档与投C的界限。U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

定义七：降档动作与切C动作界限：

$L_{B1}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式十一

$L_{B2}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式十二

L_B1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，降档与切C的界限，L_B2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，降档与切C的界限。U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

定义八：升档动作与切C动作界限：

$L_{C1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-{\mathrm{dU}}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十三

$L_{C2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十四

L_C1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与切C的界限，L_C2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与切C的界限。U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

因此，本发明具有如下优点：1、本发明直接以装置动作作为控制对象，有效避免了某些时候控制顺序混乱的缺陷，通过对于控制区域的全新划分，为智能变电站等设备的综合无功控制提供安全可靠的控制方法；2、本发明考虑动态无功补偿装置特点，将控制图形边界由曲线变为区域，更加贴合动态无功补偿装置的需求；3、本发明基于改进后的图形，对于不同区域采取了合适的控制方式，可以应对当今电力系统无功频繁变化的特点，并且对于动态无功补偿装置进行了更为有效的利用，达到了更为精准的控制效果。

附图说明

附图1为改进五区图边界示意图。

附图2为五区图改进前后网损的变化量。

附图3为九区图及五区图改进前后各点电压的变化情况。

附图4为九区图、五区图改进五区图控制网损效果对比。

附图5为九区图、五区图与改进五区图故障状态下控制效果对比。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

首先介绍一下本发明所涉及的方法原理，本发明包括以下步骤：

步骤1：基于动态无功补偿装置对改进后五区图的边界进行界定，从而得到改进后五区图边界的变化范围；

步骤2：根据已知的的五区图边界条件和步骤1得到的改进后五区图边界变化范围，得到改进后五区图的示意图，从而获取基于动态无功补偿装置连续变化范围的新的区域部分，具体方法是：

当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段A₁B₁，投C与不动作界限为线段A₁D，切C与不动作界限为B₁C，升档与投C界限为DD₁，降档与投C界限为A₀A₁，降档与切C界限为B₀B₁，升档与切C界限为CC₁；当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段A₂B₂，投C与不动作界限为线段A₂D，切C与不动作界限为B₂C，升档与投C界限为DD₂，降档与投C界限为A₀A₂，降档与切C界限为B₀B₂，升档与切C界限为CC₂；五区图原有界限中，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段AB，投C与不动作界限为线段AD，切C与不动作界限为BC，升档与投C界限为DD₀，降档与投C界限为A₀A，降档与切C界限为B₀B，升档与切C界限为CC₀，其中AA₁、BB₁为取极限值Q_C-ΔQ时，在原降档与不动作界限AB基础上的偏移，C₀C₁、D₀D₁为取极限值Q_C-ΔQ时，原CC₀、DD₀线段分别在U轴和Q轴上的偏移；AA₂、BB₂为取极限值Q_C+ΔQ时，在原降档与不动作界限AB基础上的偏移，C₀C₂、D₀D₂为取极限值Q_C+ΔQ时，原CC₀、DD₀线段分别在U轴和Q轴上的偏移；

改进后五区图边界的边界界定具体变化范围为：

定义一：降档动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{AB}}:U=U_p+\frac{1}{2}\mathrm{dU}$    式一

其中L_AB表示降档动作与不动作的界限，U表示工作点电压值，U_p为最优工作点电压值，dU指调节一档变压器分接头引起的电压偏移的数值；

定义二：升档动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{CD}}:U=U_p-\frac{1}{2}\mathrm{dU}$    式二

其中L_CD表示升档动作与不动作的界限，U表示工作点电压值，U_p为最优工作点电压值，dU指调节一档变压器分接头引起的电压偏移的数值；

定义三：投C动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{AD}1}:U=U_p-\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式三

$L_{\mathrm{AD}2}:U=U_p-\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式四

L_AD1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，投C与不动作的界限，L_AD2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，投C与不动作的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义四：切C动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{BC}1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式五

$L_{\mathrm{BC}2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式六

L_BC1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，切C与不动作的界限，L_BC2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，切C与不动作的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，ΔQ指动态无功补偿装置的容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值；

定义五：升档动作与投C动作界限：

$L_{D1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式七 $L_{D2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式八

L_D1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与投C的界限，L_D2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与投C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义六：降档动作与投C动作界限：

$L_{A1}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式九

$L_{A2}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十

L_A1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，降档与投C的界限，L_D2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，降档与投C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义七：降档动作与切C动作界限：

$L_{B1}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式十一

$L_{B2}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式十二

L_B1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，降档与切C的界限，L_B2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，降档与切C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义八：升档动作与切C动作界限：

$L_{C1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-{\mathrm{dU}}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十三

$L_{C2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十四

L_C1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与切C的界限，L_C2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与切C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

步骤3：基于已经得出的改进后的五区图，对于各个区域的无功控制策略进行分析，从而得到了新型五区图的无功综合控制方法；

对于五区图改进后的0,1,2,3,4区域，控制策略依然与原五区图的这几个区域的控制方式相同，在0区域保持不动作，1区域升档，2区域降档，3区域投入电容器组，4区域切除电容器组；

边界区域分为六大部分，对于B₀B₁B、C₀C₂C区域原来属于4区，动作为切除电容器，依然保持切除电容器的动作，同时使用动态无功补偿装置进行微调；B₀B₂B、A₀A₁A区域由原来的调节分接头转换为使用动态无功补偿装置进行相应的调节，从而减少了分接头的动作；A₀AA₂、DD₀D₁区域原属于区域3，保持投入电容器组的动作，同时使用动态无功补偿装置进行微调；C₀CC₁、D₀DD₂原属于区域1，在改进后五区图中，采用动态无功补偿装置代替原有的分接头动作；BCB₂、A₁DA位于原有的不动作区域，为了保持系统的稳定性，改进后五区图控制策略在这两个区域内依然保持不动作；B₁BC、ADA₂区域原来位于对电容器进行投切的区域，选择对电容器进行投切，亦均可以使用动态无功补偿装置的正反向调整功能。

下面是应用上述方法的一个具体案例：

本发明采用IEEE30节点系统进行算例分析。该系统节点有30个，37条支路，6台发电机，无功补偿节点为2个，有载调压变压器的分接头为4个。

图2显示的是五区图改进前后网损的变化量，改进前有功网损为7.82MW，改进后有功网损为7.21MW，电网损耗降低0.61MW，明显降低了有功网损，具有较好的经济效益。

图3显示的九区图及五区图改进前后各点电压的变化情况，我们可以看到经过改进五区图有效控制后各补偿点的电压质量都得到了改善，电压偏移减小，部分电压过低或过高的节点的情况都得到了改善。电压偏移范围缩小，对于电压的安全校正及电压质量的提高提供了有利条件。

表1是在非故障情况下利用九区图对系统进行控制时，系统的网损变化情况，表2为非故障情况下利用五区图进行控制时的网损情况，表2为非故障情况下利用改进五区图进行控制时的网损情况。由表中可知，在采用改进五区图对系统进行控制时，加入了动态无功补偿装置的使用，控制过程中，系统的有功网损更快接近优化值且达到了更好的控制效果，经济效果更为显著。

表1九区图控制下网损情况

表2五区图控制下网损情况

表3改进五区图控制下网损情况

假设发电机13退出，此时系统处于故障状态，分别采用九区图、五区图和改进五区图进行控制。表4为采用九区图控制的控制效果，表.5为采用五区图控制的分步控制效果，表6为采用改进五区图的分步控制结果。由控制结果对比分析可知，与九区图和原有的五区图控制方法相比较，改进五区图在控制过程中更为平稳，波动较小且能够较快的恢复到静态的稳定值，有利于系统的安全运行。

表4故障情况下九区图控制效果

表5故障情况下五区图控制效果

表6故障情况下改进五区图控制效果

经以上仿真结果可知，经改进后的五区图，可有效减小系统网损，减小电压波动，有利于电压校正和系统经济运行。在故障状态下，改进五区图可以使系统更有效的过渡到安全静态值，具有良好的安全控制效果。

本发明针对新型无功补偿装置对五区图边界进行了改进，并通过仿真验证了这种控制方法的有效性，证明采用考虑加入动态无功补偿装置后的改进五区图的无功综合控制方法可以提高电能质量，提高电压的利用率和稳定性，达到更高的控制精度，更理想的控制效果。随着新型无功补偿装置，智能电网的普及和发展，本发明具有较为广阔的发展前景。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种基于改进五区图的无功综合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于动态无功补偿装置对改进后五区图的边界进行界定，从而得到改进后五区图边界的变化范围；

步骤2：根据已知的的五区图边界条件和步骤1得到的改进后五区图边界变化范围，得到改进后五区图的示意图，从而获取基于动态无功补偿装置连续变化范围的新的区域部分，具体方法是：

当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段A₁B₁，投C与不动作界限为线段A₁D，切C与不动作界限为B₁C，升档与投C界限为DD₁，降档与投C界限为A₀A₁，降档与切C界限为B₀B₁，升档与切C界限为CC₁；当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段A₂B₂，投C与不动作界限为线段A₂D，切C与不动作界限为B₂C，升档与投C界限为DD₂，降档与投C界限为A₀A₂，降档与切C界限为B₀B₂，升档与切C界限为CC₂；五区图原有界限中，升档与不动作界限为线段CD，降档与不动作界限为线段AB，投C与不动作界限为线段AD，切C与不动作界限为BC，升档与投C界限为DD₀，降档与投C界限为A₀A，降档与切C界限为B₀B，升档与切C界限为CC₀，其中AA₁、BB₁为取极限值Q_C-ΔQ时，在原降档与不动作界限AB基础上的偏移，C₀C₁、D₀D₁为取极限值Q_C-ΔQ时，原CC₀、DD₀线段分别在U轴和Q轴上的偏移；AA₂、BB₂为取极限值Q_C+ΔQ时，在原降档与不动作界限AB基础上的偏移，C₀C₂、D₀D₂为取极限值Q_C+ΔQ时，原CC₀、DD₀线段分别在U轴和Q轴上的偏移；

步骤3：基于已经得出的改进后的五区图，对于各个区域的无功控制策略进行分析，从而得到了新型五区图的无功综合控制方法；

对于五区图改进后的0,1,2,3,4区域，控制策略依然与原五区图的这几个区域的控制方式相同，在0区域保持不动作，1区域升档，2区域降档，3区域投入电容器组，4区域切除电容器组；

边界区域分为六大部分，对于B₀B₁B、C₀C₂C区域原来属于4区，动作为切除电容器，依然保持切除电容器的动作，同时使用动态无功补偿装置进行微调；B₀B₂B、A₀A₁A区域由原来的调节分接头转换为使用动态无功补偿装置进行相应的调节，从而减少了分接头的动作；A₀AA₂、DD₀D₁区域原属于区域3，保持投入电容器组的动作，同时使用动态无功补偿装置进行微调；C₀CC₁、D₀DD₂原属于区域1，在改进后五区图中，采用动态无功补偿装置代替原有的分接头动作；BCB₂、A₁DA位于原有的不动作区域，为了保持系统的稳定性，改进后五区图控制策略在这两个区域内依然保持不动作；B₁BC、ADA₂区域原来位于对电容器进行投切的区域，选择对电容器进行投切，或选择使用动态无功补偿装置的正反向调整功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进五区图的无功综合控制方法，其特征在于，改进后五区图边界的变化范围基于以下定义：

定义一：降档动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{AB}}:U=U_p+\frac{1}{2}\mathrm{dU}$    式一

其中L_AB表示降档动作与不动作的界限，U表示工作点电压值，U_p为最优工作点电压值，dU指调节一档变压器分接头引起的电压偏移的数值；

定义二：升档动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{CD}}:U=U_p-\frac{1}{2}\mathrm{dU}$    式二

其中L_CD表示升档动作与不动作的界限，U表示工作点电压值，U_p为最优工作点电压值，dU指调节一档变压器分接头引起的电压偏移的数值；

定义三：投C动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{AD}1}:U=U_p-\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式三

$L_{\mathrm{AD}2}:U=U_p-\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式四

L_AD1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，投C与不动作的界限，L_AD2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，投C与不动作的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义四：切C动作与不动作界限：

$L_{\mathrm{BC}1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式五

$L_{\mathrm{BC}2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2U_C}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{U_C}$    式六

L_BC1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，切C与不动作的界限，L_BC2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，切C与不动作的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，ΔQ指动态无功补偿装置的容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值；

定义五：升档动作与投C动作界限：

$L_{D1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式七

$L_{D2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式八

L_D1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与投C的界限，L_D2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与投C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义六：降档动作与投C动作界限：

$L_{A1}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式九

$L_{A2}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十

L_A1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，降档与投C的界限，L_D2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，降档与投C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义七：降档动作与切C动作界限：

$L_{B1}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2+2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式十一

$L_{B2}:U=U_p+\frac{{\mathrm{dU}}^2-{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2-{U_C}^2+2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}-U_C)}-\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}-U_C}$    式十二

L_B1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，降档与切C的界限，L_B2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，降档与切C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量；

定义八：升档动作与切C动作界限：

$L_{C1}:U=U_p+\frac{{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-{\mathrm{dU}}^2-2(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C-\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十三

$L_{C2}:U=U_p+\frac{{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})}^2+{U_C}^2-d{U}^2-2(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q_p}{2(\mathrm{dU}+U_C)}+\frac{(Q_C+\mathrm{\ΔQ})Q}{\mathrm{dU}+U_C}$    式十四

L_C1表示当取极限值Q_C-ΔQ时，升档与切C的界限，L_C2表示当取极限值Q_C+ΔQ时，升档与切C的界限；U表示工作点电压值，Q指工作点无功值，U_p为最优工作点电压值，Q_p为最优工作点无功值，Q_C指投切电容器组的单组容量，U_C为投切单组电容器所引起的电压偏移的数值，ΔQ指动态无功补偿装置的容量。

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