CN104852386A - 考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法。本发明包括下列步骤：对需要分区的电力系统初始化计算；定义发电机节点与负荷节点的电压控制距离为该发电机节点与负荷节点的电压灵敏度值，对所有负荷节点预分区。建立无功功率平衡判据，校验所有预分区节点的无功预分区结果；对没有通过校验的预分区节点确定其再分区结果；通过无功功率平衡判据判断再分区结果；对发电机节点建立以电机节点间无功/电压灵敏度矩阵为变量的目标函数，对再分区结果进行融合，得到每个发电机节点和预分区节点所属的分区结果。本发明能够提供便利系统电压控制和无功区域平衡管理的分区方案，为后续研究和实际系统运行控制管理提供帮助。

Description

考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体涉及一种考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法。

背景技术

随着电力工业发展，我国电力系统已发展成规模最大，层次最大，复杂度最高的人造网络之一，这对电力系统自身的控制可靠性，电压稳定性和功率区域平衡性提出了更高的要求。电压分级控制是法国电力公司最早提出的以主导节点和控制区域为基础的电压控制方案，以达到优化电压控制方案，无功管理的目的。进行合理的电力系统无功功率分区是电压分级控制的基础。

电力系统无功功率分区的目标是将电力系统整体分解为电压控制耦合松散以优化区域电压控制；无大范围无功功率传递以增强电网的功率传输能力及减小电网损耗的若干区域。传统的无功功率聚类分区算法从发电机控制灵敏度出大，考虑了对节点电压的控制能力，但难以保证区域间无大范围无功功率转移。

以发电机与负荷节点之间的灵敏度为指标对系统进行预分区，通过判断分区边界是否有大范围无功交换检验预分区的合理性。以考虑了电压控制和无功功率平衡的目标函数对预分区结果进行再分区，最后，通过再分区将耦合度大的发电机所在的分区融合。以达到每个分区内部关联度强，分区间耦合松散，无功功率交换量小的的合理分区结果。

因此，设计良好有效的考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法是本申请人致力于解决的问题。

发明内容

本发明考虑电压控制及无功功率平衡等重要分区因素，本发明提供了一种考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法。具体的通过预分区、再分区、分区融合三步能够提供便利系统电压控制和无功区域平衡管理的分区方法，为后续研究和实际系统运行控制管理提供帮助。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤S1、对需要分区的电力系统初始化计算，潮流计算得到每条支路传输的无功功率值及发电机节点间无功/电压灵敏度矩阵、发电机节点与负荷节点的电压灵敏度矩阵。

步骤S2、定义发电机节点与负荷节点的电压控制距离为该发电机节点与负荷节点的电压灵敏度值，初始分区数为发电机节点个数。按照把负荷节点分到最大的电压控制距离发电机节点所在区内的原则，对所有负荷节点预分区。

步骤S3、建立无功功率平衡判据，校验所有预分区节点的无功预分区结果。如果所有预分区节点通过校验，转至步骤S6；否则，进入步骤S4。

步骤S4、对没有通过校验的预分区节点按照目标函数最大原则确定其再分区结果。

步骤S5、按照步骤S3提出的无功功率平衡判据判断再分区结果。如果仍有不通过判据的预分区节点，转至步骤S4，直到所有再分区结果通过判据。

步骤S6、对发电机节点建立以电机节点间无功/电压灵敏度矩阵为变量的目标函数，对再分区结果进行融合，直到目标函数Ⅰ不再减小，无功分区结束，得到每个发电机节点和预分区节点所属的分区结果。

所述的步骤S1中，对分区中初始化灵敏度矩阵的内容和定义如下：

考虑电网的所有节点，则P-Q分解潮流算法中的无功修正方程表示为

ΔQ_G＝S_GGΔV_G

              (公式1)

ΔV_G＝S_GLΔV_L

式中：下标G代表无功源节点集；下标L代表负荷节点集；ΔQ_G、ΔV_G分别为无功源节点注入无功和电压幅值的变化量；ΔQ_L、ΔV_L分别为负荷节点注入无功和电压幅值的变化量；B_GG、B_GL、B_LG和B_LL为灵敏度矩阵，用节点导纳矩阵的虚部代替。

令负荷节点注入无功恒定不变，通过对公式1线性变换，可求得

ΔQ_G＝S_GGΔV_G

ΔV_G＝S_GLΔV_L        (公式2)

其中，S_GG为电机节点间无功/电压灵敏度矩阵，S_GL为发电机节点与负荷节点的电压灵敏度矩阵。

所述的步骤S3中的无功功率平衡判据的内容如下：

判断预分区节点和与该预分区节点相连支路中传输无功功率最大的支路是否属于同一预分区；如果有预分区节点不通过判据，进入步骤S4；反之，转至步骤S6。

所述的步骤S4中，节点再分区目标函数的内容和定义如下：

$\max \left(F\right)=\frac{Q_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{Q}_{\mathrm{ij}}}+S_{\mathrm{GL}(i,k)}$    (公式3)

其中，Q_ij为预分区节点i相连支路中传输的最大无功功率值，   为此预分区节点所有连接支路的传输无功功率之和，S_GL(i，j)为预分区节点i与其所在预分区发电机k的电压灵敏度值。对预分区节点的再分区结果应使得此目标函数最大。i、j、k、n都是正整数。

所述的步骤S6中，再分区融合目标函数Ⅰ的内容和定义如下：

$\min \left(Q\right)=\frac{1}{m}{\mathrm{\Σ}}_{i,j}[S_{\mathrm{GG}}(i,j)-\frac{S_{\mathrm{GG}}\left(i\right)S_{\mathrm{GG}}\left(j\right)}{m}]f(i,j)$    (公式4)

其中，S_GG(i，j)为电机节点i，j间无功/电压灵敏度值，S_GG(i)为所有与节点i同区的无功/电压灵敏度之和，S_GG(j)为所有与节点i同区的无功/电压灵敏度之和；如果电机节点i，j在同一分区，f(i，j)＝１，反之为0，m＝Σ_i，jS_GG(i，j)为所有发电机节点间无功/电压灵敏度值之和。

本发明的有益效果是：本发明在传统的电压分区方法的基础上，建立预分区、再分区、分区融合的三步的无功分区方法。发电机以及负荷节点的分区融合，达到关联度强的发电机及其复合节点位于同一分区内。本分区方法能够提供便利系统电压控制和无功区域平衡管理的分区方案，为后续研究和实际系统运行控制管理提供帮助。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法，包括下列步骤：

步骤S1、对需要分区的电力系统初始化计算，潮流计算得到每条支路传输的无功功率值及发电机节点间无功/电压灵敏度矩阵、发电机节点与负荷节点的电压灵敏度矩阵。

步骤S2、定义发电机节点与负荷节点的电压控制距离为该发电机节点与负荷节点的电压灵敏度值，初始分区数为发电机节点个数。按照把负荷节点分到最大的电压控制距离发电机节点所在区内的原则，对所有负荷节点预分区。

步骤S3、建立无功功率平衡判据，校验所有预分区节点的无功预分区结果。如果所有预分区节点通过校验，转至步骤S6；否则，进入步骤S4。

步骤S4、对没有通过校验的预分区节点按照目标函数最大原则确定其再分区结果。

步骤S5、按照步骤S3提出的无功功率平衡判据判断再分区结果。如果仍有不通过判据的预分区节点，转至步骤S4，直到所有再分区结果通过判据。

步骤S6、对发电机节点建立以电机节点间无功/电压灵敏度矩阵为变量的目标函数，对再分区结果进行融合，直到目标函数Ⅰ不再减小，无功分区结束，得到每个发电机节点和预分区节点所属的分区结果。

所述的步骤S1中，对分区中初始化灵敏度矩阵的内容和定义如下：

考虑电网的所有节点，则P-Q分解潮流算法中的无功修正方程表示为

ΔQ_C＝S_CCΔV_C

          (公式1)

ΔV_G＝S_GLΔV_L

式中：下标G代表无功源节点集；下标L代表负荷节点集；ΔQ_G、ΔV_G分别为无功源节点注入无功和电压幅值的变化量；ΔQ_L、ΔV_L分别为负荷节点注入无功和电压幅值的变化量；B_GG、B_GL、B_LG和B_LL为灵敏度矩阵，用节点导纳矩阵的虚部代替。

令负荷节点注入无功恒定不变，通过对公式1线性变换，可求得

ΔQ_G＝S_GGΔV_G

ΔV_G＝S_GLΔV_L  (公式2)

其中，S_GG为电机节点间无功/电压灵敏度矩阵，S_GL为发电机节点与负荷节点的电压灵敏度矩阵。

所述的步骤S3中的无功功率平衡判据的内容如下：

判断预分区节点和与该预分区节点相连支路中传输无功功率最大的支路是否属于同一预分区；如果有预分区节点不通过判据，进入步骤S4；反之，转至步骤S6。

所述的步骤S4中，节点再分区目标函数的内容和定义如下：

$\max \left(F\right)=\left.\begin{array}{c}{Q}_{\mathrm{ij}}\\ {\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{Q}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right|S_{\mathrm{GL}}(i,k)$    (公式3)

其中，Q_ij为预分区节点i相连支路中传输的最大无功功率值，   为此预分区节点所有连接支路的传输无功功率之和，S_GL(i，j)为预分区节点i与其所在预分区发电机k的电压灵敏度值。对预分区节点的再分区结果应使得此目标函数最大。i、j、k、n都是正整数。

所述的步骤S6中，再分区融合目标函数Ⅰ的内容和定义如下：

$\min \left(Q\right)=\frac{1}{m}{\mathrm{\Σ}}_{i,j}[S_{\mathrm{GG}}(i,j)-\frac{S_{\mathrm{GG}}\left(i\right)S_{\mathrm{GG}}\left(j\right)}{m}]f(i,j)$    (公式4)

其中，S_GG(i，j)为电机节点i，j间无功/电压灵敏度值，S_GG(i)为所有与节点i同区的无功/电压灵敏度之和，S_GG(j)为所有与节点i同区的无功/电压灵敏度之和；如果电机节点i，j在同一分区，f(i，j)＝１，反之为0，m=Σ_i，jS_GG(i，j)为所有发电机节点间无功/电压灵敏度值之和。

Claims (5)

1.考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1、对需要分区的电力系统初始化计算，潮流计算得到每条支路传输的无功功率值及发电机节点间无功/电压灵敏度矩阵、发电机节点与负荷节点的电压灵敏度矩阵；

步骤S2、定义发电机节点与负荷节点的电压控制距离为该发电机节点与负荷节点的电压灵敏度值，初始分区数为发电机节点个数；按照把负荷节点分到最大的电压控制距离发电机节点所在区内的原则，对所有负荷节点预分区；

步骤S3、建立无功功率平衡判据，校验所有预分区节点的无功预分区结果；如果所有预分区节点通过校验，转至步骤S6；否则，进入步骤S4；

步骤S4、对没有通过校验的预分区节点按照目标函数最大原则确定其再分区结果；

步骤S5、按照步骤S3提出的无功功率平衡判据判断再分区结果；如果仍有不通过判据的预分区节点，转至步骤S4，直到所有再分区结果通过判据；

步骤S6、对发电机节点建立以电机节点间无功/电压灵敏度矩阵为变量的目标函数，对再分区结果进行融合，直到目标函数Ⅰ不再减小，无功分区结束，得到每个发电机节点和预分区节点所属的分区结果。

2.如权利要求1所述的考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法，其特征在于所述的步骤S1中，对分区中初始化灵敏度矩阵的内容和定义如下：

考虑电网的所有节点，则P-Q分解潮流算法中的无功修正方程表示为

ΔQ_G＝S_GGΔV_G

             (公式1)

ΔV_G＝S_GLV_L

式中：下标G代表无功源节点集；下标L代表负荷节点集；ΔQ_G、ΔV_G分别为无功源节点注入无功和电压幅值的变化量；ΔQ_L、ΔV_L分别为负荷节点注入无功和电压幅值的变化量；B_GG、B_GL、B_LG和B_LL为灵敏度矩阵，用节点导纳矩阵的虚部代替；

令负荷节点注入无功恒定不变，通过对公式1线性变换，可求得

ΔQ_G＝S_GGΔV_G

ΔV_G＝S_GLΔV_L

                (公式2)

其中，S_GG为电机节点间无功/电压灵敏度矩阵，S_GL为发电机节点与负荷节点的电压灵敏度矩阵。

3.如权利要求1所述的考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法，其特征在于所述的步骤S3中的无功功率平衡判据的内容如下：

判断预分区节点和与该预分区节点相连支路中传输无功功率最大的支路是否属于同一预分区；如果有预分区节点不通过判据，进入步骤S4；反之，转至步骤S6。

4.如权利要求1所述的考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法，其特征在于所述的步骤S4中，节点再分区目标函数的内容和定义如下：

$\max \left(F\right)=\frac{Q_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{Q}_{\mathrm{ij}}}+S_{\mathrm{GL}}(i,k)$    (公式3)

其中，Q_ij为预分区节点i相连支路中传输的最大无功功率值，为此预分区节点所有连接支路的传输无功功率之和，S_GL(i，j)为预分区节点i与其所在预分区发电机k的电压灵敏度值；对预分区节点的再分区结果应使得此目标函数最大；i、j、k、n都是正整数。

5.如权利要求1所述的考虑电压控制及无功功率平衡的电力系统无功分区方法，其特征在于所述的步骤S6中，再分区融合目标函数Ⅰ的内容和定义如下：

$\min \left(Q\right)=\frac{1}{m}{\mathrm{\Σ}}_{i,j}[S_{\mathrm{GG}}(i,j)-\frac{S_{\mathrm{CC}}\left(i\right)S_{\mathrm{CC}}\left(j\right)}{m}]f(i,j)$    (公式4)

其中，S_GG(i，j)为电机节点i，j间无功/电压灵敏度值，S_GG(i)为所有与节点i同区的无功/电压灵敏度之和，S_GG(j)为所有与节点i同区的无功/电压灵敏度之和；如果电机节点i，j在同一分区，f(i，j)＝1，反之为0，m＝Σ_i，jS_CC(i，j)为所有发电机节点间无功/电压灵敏度值之和。