CN105262101A - 基于极限运行方式的无功电压校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网无功电压控制技术领域，尤其涉及一种基于极限运行方式的无功电压校核方法。通过读入电网数据信息，形成四种运行方式，比较电压计算结果选择极限运行方式；选择一个电压越限最严重的厂站；检查该厂站变压器两侧或三侧电压，是否同时越电压上限U_max，或电压下限U_min；设定补偿因子ε，计算该厂站无功应补偿量Q_C或Q_L；判断无功应补偿量Q_C/Q_L与无功补偿实际已投入量Q_Cr/Q_Lr之和，是否超出无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax；经上述调整后，重新计算电压。该流程循环进行，直至未有电压越限。本发明通过计算极限运行方式，可有效校核无功补偿设备配置现状是否满足相关规定及电压调整需要，指导电网运行决策；填补了无功电压校核方法的空白，贴近电网运行实际，适合在线应用。

Description

基于极限运行方式的无功电压校核方法

技术领域

本发明属于电网无功电压控制技术领域，尤其涉及一种基于极限运行方式的无功电压校核方法。

背景技术

在目前的电力系统中，随着负荷不断增长，特高压等各项新增工程不断开展，无功电压控制面临各种新的挑战。为保障电网电压运行质量，有必要对电网无功电压情况进行校核，掌握电网无功补偿设备配置情况，校核是否满足相关规定和电压调整需要，对无功优化、节能降损和AVC系统建设奠定基础。无功电压校核是目前建设智能电网的一项不可或缺的工作，对电网的安全、稳定、经济运行具有重要意义。

目前，对无功电压控制的研究大多集中在无功优化方面,而对无功电压校核方法的研究较为缺乏，并未提出一种切实可行的电网无功电压校核方法。虽然各地方电网可能开展过无功电压校核工作，但并未对无功电压校核方法进行提炼总结，该项工作纯靠技术人员经验，目前并无方法可循。

因此，发明一种切实可行的、易于理解和实现、并贴近电网运行实际的无功电压校核方法具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于极限运行方式的无功电压校核方法，其目的是为了提供一种可以填补无功电压校核方法的空白，为电网运行决策提供指导的无功电压校核方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于极限运行方式的无功电压校核方法，包括以下步骤：

步骤1：读入所研究电网数据信息。

所述数据信息包括以下方面：所研究电网范围内的厂站夏季最大、最小负荷、各机组夏季最大、最小出力，以及厂站冬季最大、最小负荷、机组冬季最大、最小出力；所研究电网各厂站无功装置配置情况：无功补偿装置配置情况Q_Cmax、Q_Lmax，变压器档位分接头设置情况；实际无功运行情况：目前无功补偿装置实际投退情况Q_Cr、Q_Lr，目前电压器分接头所处档位信息；无功控制限制：各电压等级上下限要求U_max、U_min，各发电机功率因数限制；其他用于潮流计算的电网数据。

步骤2：从读入的数据信息中形成四种运行方式，分别计算电压，并选择极限运行方式。

所述运行方式是指电力系统运行方式，根据本系统实际情况，合理使用资源，使整个系统在安全、优质、经济运行情况下的决策。运行方式表征电网的一种运行状态。本专利中的运行方式侧重于所研究电网的发电机组出力、运行负荷、无功补偿装置配置等情况。

所述形成的四种运行方式包括：

①夏季最大负荷，夏季最小出力，实际无功运行情况

②冬季最大负荷，冬季最小出力，实际无功运行情况

③夏季最小负荷，夏季最大出力，实际无功运行情况

④冬季最小负荷，冬季最大出力，实际无功运行情况

所述计算电压，是指用高斯-赛德尔法对四种运行方式进行潮流计算，得到各母线电压，采用公式其中，Y_ii、Y_ij分别为节点导纳矩阵的导纳值，Y_ii(i＝1,2,…,n)为节点导纳矩阵的对角元，称为自导纳；Y_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n；i≠j)为节点导纳矩阵的非对角元，称为互导纳；分别为节点i、j的电压，初值均设为1∠0°；P_i、Q_i分别为i节点注入的有功功率、无功功率幅值；jQ_i为i节点注入功率的虚部，表征注入无功功率幅值和相位；-jQ_i是由于公式推导时有反相，所以前为负号；n为节点导纳矩阵的阶数。

所述选择极限运行方式是指，在方式①和②中，选择电压水平最低的情况，作为低电压极限运行方式；在方式③和④中，选择电压水平最高的情况，作为高电压极限运行方式。

步骤3：分别对两种极限运行方式的电压计算结果进行排序，并与电压运行规定上下限进行比较，选择一个电压越限最严重的厂站。

步骤4：检查该厂站变压器两侧或三侧电压，是否同时越电压上限U_max，或者同时越电压下限U_min。若电压同时越上限，或同时越下限，则进行下一步操作；否则，在可调整范围内，调整变压器分接头，之后重新计算该方式电压，回至步骤3。

所述检查该厂站变压器两侧或三侧电压是指，若该厂站为两绕组变压器，则检查变压器两侧电压；若该厂站为三绕组变压器，则检查变压器三侧电压。

步骤5：设定补偿因子ε，计算该厂站无功应补偿量Q_C或Q_L。

所述计算该厂站无功应补偿量采用公式Q_C＝(U_min-U)ε或Q_L＝(U-U_max)ε，其中，Q_C为容性无功应补偿量；Q_L为感性无功应补偿量；U为该厂站电压值；U_min为电压运行下限；U_max为电压运行下限；ε为设定的补偿因子，通常取1-10，可通过实际电网情况得到。若该厂站电压U低于运行电压下限U_min，则利用公式Q_C＝(U_min-U)ε计算容性无功应补偿量Q_C；若该厂站电压U高于运行电压上限U_max，则利用公式Q_L＝(U-U_max)ε计算感性无功应补偿量Q_L。

步骤6：判断无功应补偿量Q_C/Q_L与无功补偿实际已投入量Q_Cr/Q_Lr之和，是否超出无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax。

1)若Q_C+Q_Cr＞Q_Cmax或Q_L+Q_Lr＞Q_Lmax成立，判断该变电站附近是否有发电机可在功率因数限制内调整无功出力，帮助调节电压。

若这样的发电机存在，则在功率因数限制内调节发电机无功出力，并投入现有无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax，之后重新计算该方式电压，回至步骤3；

若不存在这样的发电机，投入容量为无功应补偿量Q_C/Q_L的无功补偿，并输出记录该变电站名称，以及该变电站无功应补偿量Q_C/Q_L、无功补偿已投入量Q_Cr/Q_Lr、无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax。之后进行下一步操作。

2)否则，投入最接近无功应补偿量Q_C/Q_L的无功补偿容量，进行下一步操作。

步骤7：经上述调整后，重新计算电压，之后回至步骤3；

上述步骤循环进行，一旦步骤3判断未有电压越限时，则退出程序。

所述步骤2中：计算电压也可用牛顿-拉夫逊法等各种计算方法对四种运行方式进行潮流计算，得到各母线电压，不局限于一种潮流计算方法；

牛顿拉夫逊极坐标法中，潮流方程的修正方程为式(1)，由式(1)可推导出电压计算公式(2)，式(2)各项的具体计算公式为(3)-(10)；

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}H& N\\ J& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}U/U\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}U/U\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}H& N\\ J& L\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]---\left(2\right)$

${\mathrm{\ΔP}}_i=P_i-P_{is}=P_i-U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_j(G_{ij}{\cos }_i+B_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(3\right)$

${\mathrm{\ΔQ}}_i=Q_i-Q_{is}=Q_i-U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(4\right)$

$H_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔP}}_i}{\∂{\mathrm{\δ}}_j}=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(5\right)$

$N_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔP}}_i}{\∂U_j}{U}_j=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(6\right)$

$J_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔQ}}_i}{\∂{\mathrm{\δ}}_j}=-U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(7\right)$

$L_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔQ}}_i}{\∂U_j}{U}_j=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(8\right)$

${\mathrm{\Δ\δ}}_i={\mathrm{\δ}}_i^{(k+1)}-{\mathrm{\δ}}_i^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_i/U_i=(U_i^{(k+1)}-U_i^{\left(k\right)})/U_i^{\left(k\right)}---\left(10\right)$

其中，(2)式中，ΔP为注入有功功率的修正值；ΔQ为注入无功功率的修正值；H、N、J、L为雅克比矩阵的元素；Δδ为电压相角修正值，Δδ_i表征节点i的电压相角修正值，计算公式为(9)，为i节点电压相角k+1、k次迭代值，一般初值为0；ΔU为电压幅值修正值，ΔU_i表征节点i的电压幅值修正值，计算公式为(10)，为i节点电压幅值k+1、k次迭代值，一般初值为1；

(3)、(4)式中ΔP_i、ΔQ_i分别为节点i注入有功功率、无功功率的修正值；P_i、Q_i为节点i注入有功功率、无功功率实际值，为常数；P_is、Q_is为节点i注入有功功率、无功功率的计算值；U_i、U_j为节点i、j的电压幅值；δ_ij为节点i、j的电压相角差，δ_ij＝δ_i-δ_j，δ_i、δ_j为节点i、j的电压相角；Y_ij＝G_ij+jB_ij，Y_ij为节点导纳矩阵第i行、第j列的元素，G_ij、B_ij为Y_ij的实部、虚部；

(5)-(8)式中，H_ij、N_ij、J_ij、L_ij分别雅克比矩阵H、N、J、L部分第i行、第j列的元素。

本发明的优点及有益效果是：

本发明提供的方法，通过对电压极限运行方式进行计算，有效地校核了电网无功补偿设备配置情况是否满足相关规定和电压调整需要，从而对电网运行决策提供指导；另外，本方法填补了无功电压校核方法的空白，易于理解和实现、并贴近电网运行实际，适合在线应用。

附图说明

图1是本发明基于极限运行方式的无功电压校核方法流程图；

图2是本发明实施例提供的电网接线图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1：

图1是基于极限运行方式的无功电压校核方法流程图。如图1所示，本发明提出的基于极限运行方式的无功电压校核方法包括：

步骤1：读入所研究电网数据信息。

所述数据信息包括所研究电网范围内的厂站夏季最大、最小负荷、各机组夏季最大、最小出力，以及厂站冬季最大、最小负荷、机组冬季最大、最小出力；所研究电网各厂站无功装置配置情况：无功补偿装置配置情况Q_Cmax、Q_Lmax，变压器档位分接头设置情况；实际无功运行情况：目前无功补偿装置实际投退情况Q_Cr、Q_Lr，目前电压器分接头所处档位信息；无功控制限制：各电压等级上下限要求U_max、U_min，各发电机功率因数限制；用于潮流计算的其他电网数据。

可将上述电网数据信息输入电力系统分析综合程序(PSASP)，形成仿真数据库，用于开展以下无功电压校核工作。

步骤2：从读入的数据信息中形成四种运行方式，分别计算电压，并选择极限运行方式。

所述运行方式是指电力系统运行方式，根据本系统实际情况，合理使用资源，使整个系统在安全、优质、经济运行情况下的决策。运行方式表征电网的一种运行状态。本专利中的运行方式侧重于所研究电网的发电机组出力、运行负荷、无功补偿装置配置等情况。

所述形成的四种运行方式包括：

①夏季最大负荷，夏季最小出力，实际无功运行情况

②冬季最大负荷，冬季最小出力，实际无功运行情况

③夏季最小负荷，夏季最大出力，实际无功运行情况

④冬季最小负荷，冬季最大出力，实际无功运行情况

所述计算电压，是指用高斯-赛德尔法对四种运行方式进行潮流计算，得到各母线电压。采用高斯-赛德尔法，电压计算公式为：

${\stackrel{\·}{U}}_i=\frac{1}{Y_{ii}}\[\frac{P_i-{\mathrm{jQ}}_i}{{\stackrel{*}{U}}_i}-\underset{\underset{j\≠i}{j=1}}{\overset{j=n}{\Σ}}{Y}_{ij}{\stackrel{\·}{U}}_j\]---\left(1\right)$

其中，Y_ii、Y_ij分别为节点导纳矩阵的导纳值，Y_ii(i＝1,2,…,n)为节点导纳矩阵的对角元，称为自导纳；Y_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n；i≠j)为节点导纳矩阵的非对角元，称为互导纳；节点导纳矩阵可通过电网数据信息得到；分别为节点i、j的电压，初值均设为1∠0°；P_i、Q_i分别为i节点注入的有功功率、无功功率幅值；jQ_i为i节点注入功率的虚部，表征注入无功功率幅值和相位；-jQ_i是由于公式推导时有反相，所以前为负号；n为节点导纳矩阵的阶数，也等于网络中除参考节点外的节点数。

采用电力系统分析综合程序(PSASP)搭建上述四种运行方式，进行潮流计算，可方便得到并输出电压计算结果。

在方式①和②中，选择电压水平最低的情况，作为低电压极限运行方式；

在方式③和④中，选择电压水平最高的情况，作为高电压极限运行方式。

步骤3：分别对两种极限运行方式的电压计算结果进行排序，并与电压运行规定上下限进行比较，选择一个电压越限最严重的厂站。

PSASP中电压计算结果可用Excel输出，并且越限电压会用星号标示。利用Excel排序功能，可方便排序，表格最上方或最大方即为越限最严重的厂站。

步骤4：检查该厂站变压器两侧或三侧电压，是否同时越电压上限U_max，或者同时越电压下限U_min。

若该厂站为两绕组变压器，则检查变压器两侧电压；若该厂站为三绕组变压器，则检查变压器三侧电压。

若电压同时越上限，或同时越下限，则进行下一步操作；否则，在可调整范围内，调整变压器分接头，之后重新计算该方式电压，回至步骤3。

PSASP以Excel形式输出各电压等级电压计算结果，可方便筛选同一厂站不同电压等级侧电压，可用于检查是否同时越上限，或越下限。

采用PSASP可方便查看并调整变压器分接头，重新进行潮流计算即可得分接头调整后的电压计算结果。

步骤5：设定补偿因子ε，计算该厂站无功应补偿量Q_C或Q_L。

计算该厂站无功应补偿量采用公式

Q_C＝(U_min-U)ε(2)

Q_L＝(U-U_max)ε(3)

其中，Q_C为容性无功应补偿量；Q_L为感性无功应补偿量；U为该厂站电压值；U_min为电压运行下限；U_max为电压运行下限；ε为设定的补偿因子，通常取1-10，可通过实际电网情况得到。若该厂站电压U低于运行电压下限U_min，则利用公式(2)计算容性无功应补偿量Q_C；若该厂站电压U高于运行电压上限U_max，则利用公式(3)计算感性无功应补偿量Q_L。

步骤6：判断无功应补偿量Q_C/Q_L与无功补偿实际已投入量Q_Cr/Q_Lr之和，是否超出无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax。

1)若Q_C+Q_Cr＞Q_Cmax或Q_L+Q_Lr＞Q_Lmax成立，判断该变电站附近是否有发电机可在功率因数限制内调整无功出力，帮助调节电压。

若这样的发电机存在，则在功率因数限制内调节发电机无功出力，并投入现有无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax，之后重新计算该方式电压，回至步骤3；

若不存在这样的发电机，投入容量为无功应补偿量Q_C/Q_L的无功补偿，并输出记录该变电站名称，以及该变电站无功应补偿量Q_C/Q_L、无功补偿已投入量Q_Cr/Q_Lr、无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax。之后进行下一步操作。

2)否则，投入最接近无功应补偿量Q_C/Q_L的无功补偿容量，进行下一步操作。

采用PSASP可方便对厂站无功补偿装置进行投退，并可以按照需要修改无功补偿容量。

步骤7：经上述调整后，重新计算电压，之后回至步骤3。

上述步骤循环进行，一旦步骤3判断未有电压越限时，则退出程序。输出记录的变电站，即为校核得到的无功补偿容量不足的变电站。输出的无功应补偿量Q_C/Q_L、无功补偿已投入量Q_Cr/Q_Lr、无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax，可计算该变电站应配置的无功总容量(Q_C+Q_Cr、Q_L+Q_Lr)，以及需增设的无功容量(Q_C+Q_Cr-Q_Cmax、Q_L+Q_Lr-Q_Lmax)。

实施例2：

下面以2015年内蒙古通辽地区电网作为本发明的一个实施例，对本发明的发明内容做进一步说明。

内蒙古通辽地区电网接线图如图2所示。其中通辽电网电压控制要求：500kV母线电压控制在520-540kV之间，220kV变电站母线电压控制在220-237之间；风电场升压变电所有220kV母线电压需控制在225-235kV之间。

通过对四种运行方式进行计算，选出通辽电网电压极限运行方式分别为：

夏季最大负荷，夏季机组最小出力，作为低电压极限运行方式；

夏季最小负荷，夏季机组最大出力，作为高电压极限运行方式。

对两种方式电压计算结果进行排序，并与电压运行规定上下限进行比较，可得夏小负荷的高电压极限运行方式中，各母线电压均未越限；夏大负荷的低电压极限运行方式中，电压存在越下限情况。

在夏大负荷方式下，220kV开鲁变、开鲁开发区变、奈曼变、红星变和和谊变电压均低于220kV，其中奈曼变电压216kV，为通辽全网最低电压。奈曼接入风电母线电压均低于220kV，难以满足正常运行。

检查发现奈曼变变压器两侧电压同时越下限，无需调整变压器分接头。设定补偿因子ε＝5，U_min此时为220kV，计算得奈曼变容性无功应补偿量Q_C＝20Mvar。目前运行方式中，奈曼变配置的21.3Mvar电容已全部投入，并且奈曼变附近的吉利、萨日、永兴风场功率因数已达最低限值0.98。因此，奈曼变再增投20Mvar电容，重新计算该方式电压。

奈曼变增投20Mvar电容后，奈曼变、红星变、和谊变电压均上升至220kV以上。开鲁开发区变、开鲁变电压仍低于220kV，其中开鲁开发区变电压最低，为218kV。判断无需调整变压器分接头。计算得开鲁开发区变容性无功应补偿量Q_C＝10Mvar。目前开鲁开发区未配置无功补偿装置。开鲁开发区变附近的北清河、木仁、义和、塔拉风场功率因数已达最低限值0.98。因此，开鲁开发区变增投10Mvar电容，重新计算该方式电压。

经上述电压调整后，开鲁、奈曼地区电压均提高至220kV以上。奈曼变和开鲁变接入风电的母线电压，以及红星变、开鲁变、和谊变66kV母线电压均提高至正常运行范围内。开鲁、奈曼地区电压偏低问题得以解决。输出的电压信息如表1：输出的无功补偿信息表。

通过本方法校核可知，开鲁、奈曼地区存在电压偏低问题，奈曼变、开鲁开发区变无功补偿容量不足。需在奈曼变新增20Mvar的容性无功补偿，开鲁开发区变新增10Mvar的容性无功补偿。

实施例3：

本发明实施例1中的步骤2中，计算电压也可用牛顿-拉夫逊法等各种计算方法对四种运行方式进行潮流计算，得到各母线电压，不局限于一种潮流计算方法；

牛顿拉夫逊极坐标法中，潮流方程的修正方程为式(1)，由式(1)可推导出电压计算公式(2)，式(2)各项的具体计算公式为(3)-(10)；

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}H& N\\ J& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}U/U\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}U/U\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}H& N\\ J& L\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]---\left(2\right)$

${\mathrm{\ΔP}}_i=P_i-P_{is}=P_i-U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(3\right)$

${\mathrm{\ΔQ}}_i=Q_i-Q_{is}=Q_i-U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(4\right)$

$H_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔP}}_i}{\∂{\mathrm{\δ}}_j}=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(5\right)$

$N_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔP}}_i}{\∂U_j}{U}_j=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(6\right)$

$J_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔQ}}_i}{\∂{\mathrm{\δ}}_j}=-U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(7\right)$

$L_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔQ}}_i}{\∂U_j}{U}_j=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(8\right)$

${\mathrm{\Δ\δ}}_i={\mathrm{\δ}}_i^{(k+1)}-{\mathrm{\δ}}_i^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_i/U_i=(U_i^{(k+1)}-U_i^{\left(k\right)})/U_i^{\left(k\right)}---\left(10\right)$

其中，(2)式中，ΔP为注入有功功率的修正值；ΔQ为注入无功功率的修正值；H、N、J、L为雅克比矩阵的元素；Δδ为电压相角修正值，Δδ_i表征节点i的电压相角修正值，计算公式为(9)，为i节点电压相角k+1、k次迭代值，一般初值为0；ΔU为电压幅值修正值，ΔU_i表征节点i的电压幅值修正值，计算公式为(10)，为i节点电压幅值k+1、k次迭代值，一般初值为1；

(3)、(4)式中ΔP_i、ΔQ_i分别为节点i注入有功功率、无功功率的修正值；P_i、Q_i为节点i注入有功功率、无功功率实际值，为常数；P_is、Q_is为节点i注入有功功率、无功功率的计算值；U_i、U_j为节点i、j的电压幅值；δ_ij为节点i、j的电压相角差，δ_ij＝δ_i-δ_j，δ_i、δ_j为节点i、j的电压相角；Y_ij＝G_ij+jB_ij，Y_ij为节点导纳矩阵第i行、第j列的元素，G_ij、B_ij为Y_ij的实部、虚部；

(5)-(8)式中，H_ij、N_ij、J_ij、L_ij分别雅克比矩阵H、N、J、L部分第i行、第j列的元素。

其它同实施例1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

表1：输出的无功补偿信息表。

Claims (2)

1.基于极限运行方式的无功电压校核方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：读入所研究电网数据信息；

所述数据信息包括以下方面：所研究电网范围内的厂站夏季最大、最小负荷、各机组夏季最大、最小出力，以及厂站冬季最大、最小负荷、机组冬季最大、最小出力；所研究电网各厂站无功装置配置情况：无功补偿装置配置情况Q_Cmax、Q_Lmax，变压器档位分接头设置情况；实际无功运行情况：目前无功补偿装置实际投退情况Q_Cr、Q_Lr，目前电压器分接头所处档位信息；无功控制限制：各电压等级上下限要求U_max、U_min，各发电机功率因数限制；其他用于潮流计算的电网数据；

步骤2：从读入的数据信息中形成四种运行方式，分别计算电压，并选择极限运行方式；

所述运行方式是指电力系统运行方式，根据本系统实际情况，合理使用资源，使整个系统在安全、优质、经济运行情况下的决策；运行方式表征电网的一种运行状态；这里的运行方式侧重于所研究电网的发电机组出力、运行负荷、无功补偿装置配置情况；

所述形成的四种运行方式包括：

①夏季最大负荷，夏季最小出力，实际无功运行情况；

②冬季最大负荷，冬季最小出力，实际无功运行情况；

③夏季最小负荷，夏季最大出力，实际无功运行情况；

④冬季最小负荷，冬季最大出力，实际无功运行情况；

所述计算电压，用高斯-赛德尔法对四种运行方式进行潮流计算，得到各母线电压，采用公式其中，Y_ii、Y_ij分别为节点导纳矩阵的导纳值，Y_ii(i＝1,2,…,n)为节点导纳矩阵的对角元，称为自导纳；Y_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n；i≠j)为节点导纳矩阵的非对角元，称为互导纳；分别为节点i、j的电压，初值均设为1∠0⁰；P_i、Q_i分别为i节点注入的有功功率、无功功率幅值；jQ_i为i节点注入功率的虚部，表征注入无功功率幅值和相位；-jQ_i是由于公式推导时有反相，所以前为负号；n为节点导纳矩阵的阶数；

所述选择极限运行方式是指，在方式①和②中，选择电压水平最低的情况，作为低电压极限运行方式；在方式③和④中，选择电压水平最高的情况，作为高电压极限运行方式；

步骤3：分别对两种极限运行方式的电压计算结果进行排序，并与电压运行规定上下限进行比较，选择一个电压越限最严重的厂站；

步骤4：检查该厂站变压器两侧或三侧电压，是否同时越电压上限U_max，或者同时越电压下限U_min；若电压同时越上限，或同时越下限，则进行下一步操作；否则，在可调整范围内，调整变压器分接头，之后重新计算该方式电压，回至步骤3；

所述检查该厂站变压器两侧或三侧电压是指，若该厂站为两绕组变压器，则检查变压器两侧电压；若该厂站为三绕组变压器，则检查变压器三侧电压；

步骤5：设定补偿因子ε，计算该厂站无功应补偿量Q_C或Q_L；

所述计算该厂站无功应补偿量采用公式Q_C＝(U_min-U)ε或Q_L＝(U-U_max)ε，其中，Q_C为容性无功应补偿量；Q_L为感性无功应补偿量；U为该厂站电压值；U_min为电压运行下限；U_max为电压运行下限；ε为设定的补偿因子，通常取1-10，可通过实际电网情况得到；若该厂站电压U低于运行电压下限U_min，则利用公式Q_C＝(U_min-U)ε计算容性无功应补偿量Q_C；若该厂站电压U高于运行电压上限U_max，则利用公式Q_L＝(U-U_max)ε计算感性无功应补偿量Q_L；

步骤6：判断无功应补偿量Q_C/Q_L与无功补偿实际已投入量Q_Cr/Q_Lr之和，是否超出无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax；

1)若Q_C+Q_Cr＞Q_Cmax或Q_L+Q_Lr＞Q_Lmax成立，判断该变电站附近是否有发电机可在功率因数限制内调整无功出力，帮助调节电压；

若这样的发电机存在，则在功率因数限制内调节发电机无功出力，并投入现有无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax，之后重新计算该方式电压，回至步骤3；

若不存在这样的发电机，投入容量为无功应补偿量Q_C/Q_L的无功补偿，并输出记录该变电站名称，以及该变电站无功应补偿量Q_C/Q_L、无功补偿已投入量Q_Cr/Q_Lr、无功补偿配置容量Q_Cmax/Q_Lmax；之后进行下一步操作；

2)否则，投入最接近无功应补偿量Q_C/Q_L的无功补偿容量，进行下一步操作；

步骤7：经上述调整后，重新计算电压，之后回至步骤3；

上述步骤循环进行，一旦步骤3判断未有电压越限时，则退出程序。

2.根据权利要求1所述的基于极限运行方式的无功电压校核方法，其特征在于：所述步骤2中：计算电压也可用牛顿-拉夫逊法等各种计算方法对四种运行方式进行潮流计算，得到各母线电压，不局限于一种潮流计算方法；

牛顿拉夫逊极坐标法中，潮流方程的修正方程为式(1)，由式(1)可推导出电压计算公式(2)，式(2)各项的具体计算公式为(3)-(10)；

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}H& N\\ J& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}U/U\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}U/U\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}H& N\\ J& L\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]---\left(2\right)$

${\mathrm{\ΔP}}_i=P_i-P_{is}=P_i-U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(3\right)$

${\mathrm{\ΔQ}}_i=Q_i-Q_{is}=Q_i-U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_j\left(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}\right)---\left(4\right)$

$H_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔP}}_i}{\∂{\mathrm{\δ}}_j}=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(5\right)$

$N_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔP}}_i}{\∂U_j}{U}_j=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(6\right)$

$J_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔQ}}_i}{\∂{\mathrm{\δ}}_j}=-U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij}+B{\mathrm{sin\δ}}_{ij})---\left(7\right)$

$L_{ij}=\frac{\∂{\mathrm{\ΔQ}}_i}{\∂U_j}{U}_j=U_i{U}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\δ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\δ}}_{ij})---\left(8\right)$

${\mathrm{\Δ\δ}}_i={\mathrm{\δ}}_i^{\left(k+1\right)}-{\mathrm{\δ}}_i^{\left(k\right)}---\left(9\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_i/U_i=(U_i^{(k+1)}-U_i^{\left(k\right)})/U_i^{\left(k\right)}---\left(10\right)$

其中，(2)式中，ΔP为注入有功功率的修正值；ΔQ为注入无功功率的修正值；H、N、J、L为雅克比矩阵的元素；Δδ为电压相角修正值，Δδ_i表征节点i的电压相角修正值，计算公式为(9)，为i节点电压相角k+1、k次迭代值，一般初值为0；ΔU为电压幅值修正值，ΔU_i表征节点i的电压幅值修正值，计算公式为(10)，为i节点电压幅值k+1、k次迭代值，一般初值为1；

(3)、(4)式中ΔP_i、ΔQ_i分别为节点i注入有功功率、无功功率的修正值；P_i、Q_i为节点i注入有功功率、无功功率实际值，为常数；P_is、Q_is为节点i注入有功功率、无功功率的计算值；U_i、U_j为节点i、j的电压幅值；δ_ij为节点i、j的电压相角差，δ_ij＝δ_i-δ_j，δ_i、δ_j为节点i、j的电压相角；Y_ij＝G_ij+jB_ij，Y_ij为节点导纳矩阵第i行、第j列的元素，G_ij、B_ij为Y_ij的实部、虚部；

(5)-(8)式中，H_ij、N_ij、J_ij、L_ij分别雅克比矩阵H、N、J、L部分第i行、第j列的元素。