CN105512816B - 快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法，步骤为：（1）建立基于电网实际状态的、包含电压和无功双目标优化的函数模型；（2）不以求解该双优化目标函数为目的，而是以可拓关联函数法求解双目标优化数学模型中，不同状态下对目标函数影响最大的影响因素；（3）依据不同电压和无功分布的重要影响因素，制定不同电压、无功分布情况下的首要调整手段，形成电网电压、无功调整策略；使得运行人员在按照策略人工调整母线电压时，既能确保调整能满足电压合格指标，又能使得调整结果满足电网无功平衡需求，从而降低系统损耗。

Description

快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，具体来说涉及一种快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法。

背景技术

部分电网目前未开始实施AVC控制对电网电压无功的管理，变电站母线电压调整主要靠系统运行部下达各电压等级母线的电压曲线，运行单位根据电压曲线人工调整母线电压。由于母线电压的人工调整，受电网运行单位组织机构不同、相应运行单位人员的技术能力、分析水平不同、甚至于思想观念影响，侧重点各不相同。部分人员侧重于系统电压监测点(电压质量考核点)的电压合格，部分人员侧重于系统小片区的电压合格，极小部分人员在关注电压质量考核点的同时能兼顾到系统无功分布。从而导致电网变电站母线电压调整首重电压合格，系统无功的平衡及网损的降低难以被兼顾。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种能快速确定电网不同电压、无功分布情况下对应的重要影响因素的方法，通过电网的实际情况建立相应电压及无功调整的数学模型，但不从求解复杂数学模型出发，而是通过可拓关联函数法，快速寻找影响片区电压、无功分布的重大影响因素，作为片区电网电压和无功调整策略。使得运行人员在按照策略人工调整母线电压时，既能确保调整能满足电压合格指标，又能使调整结果满足电网无功平衡需求，从而降低系统损耗。

本发明通过如下技术方案予以实现：一种快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法，包括如下步骤：

(1)、以电网实际电压和无功分布情况为基础，结合经典无功优化模型及电网的实际特点，建立基于电网的电压、无功双目标优化模型。

式中：α、β为双优化目标的加权因子，根据目标函数的重要度进行设定，α+β＝1；f₁(V_ad)为电压质量最优目标函数，n为除平衡节点外的节点总数，U为监测节点实际电压，U_j为节点给定电压，ΔU_j为节点电压给定最大偏移值；f₂(P_loss)为网损最优目标函数，n₁ 为系统总支路数，G_k(i，j)为支路i至j的电导，U_i，U_j 分别为节点i和j的电压，θ_i，j分别为节点i和j的相角；G(P_i)为给定系统潮流情况下的i机组无功出力，其中G_i1为机组最大进相运行开功出力值，G_i2为机组最大迟相运行无功出力值；B(P_i)为节点i在给定潮流情况下的无功补偿值，B_i1为该节点最大无功补偿值；T(P_i)为主变i在给定潮流下的监测点侧电压值，一般取中压、低压侧，T_i1为主变i在最高档位时的电压调节能力，T_i2为主变i在最低档位时的电压调节能力；U(P_i)为上级调度对系统在i状态下的电压评估结果，U_i1为相应状态下可能的最低电压，U_i2为相应状态下可能的最高电压。

(2)以应用可拓关联函数法来求解该双目标优化函数模型，过程中制定可拓关联函数的影响因素物元集及节点状态物元集，

2.1)影响因素物元集如下：

式中：Rs为影响因素物元集，含节点小电发电出力变化集G(P_i)、节点无功补偿集B(P_i)、节点主变各档位调节导致的电压变化集T(P_i)、运行方式变化集U(P_i)，i为各物元集对应的电网不同状态。

2.2)节点状态物元集如下：

式中：Rd为节点状态物元集，含节点潮流集P_i、节点阻抗参数集X_i、节点额定电压集U_i 、节点功率因数集cosθ _i ；i为各物元集对应的电网不同状态。

2.3)通过可拓关联函数计算方法，寻找基于昆明电网实际电压、无功分布情况的重要影响因素。

在运用可拓关联函数计算前，需将影响因素集与节点状态集转化为节点电压无功变化特征物元集。设电网状态N，若N产生电压变化I_i，则记为I_i(N)，(i＝1，2，…N)，从而设定特征物元集如下：

{M}＝{M_ij，i＝1，2，3...N；j＝1，2，3...K}

M_ij＝(Rs_ij，Rd_ij)i＝1，2，3...N

式中：Rs_ij及Rd_ij为影响因素集与节点状态集的转化，从而形成特征物元集M_ij

2.4)利用可拓关联函数法计算如下：

当ρ(V_ij，V_ij-2)-ρ(V_ij，V_ij-1)＝0时，

ρ(V_ij，V_ij-1)＝|V_ij-0.5(Rs_ij+Rd_ij)|-0.5(Rd_ij-Rs_ij)

式中：V_ij及V_ij-1为M_ij中的对应矩阵元素，ρ(V_ij，V_ij-1)为相应矩阵元素的相关性，K_ij(V_ij)为矩阵元素重要度权重值。i＝1，2，3...N为不同电网状态，j＝1，2，3...K为不同电网状态下的不同特征。

(3)对地区电网不同片区实际情况下的电压、无功调整最大影响因素进行分析，罗列出不同片区的两项重大影响因素。从而制定昆明电网不同片区的电压、无功调整策略。

应用地区电网电压、无功双目标优化模型及通过可拓关联函数法对各类状态下的相关影响因素重要性进行分析，得出监测点电压在不同状态下的相关因素最大的如下：

为了便于运行人员更好的掌握电压、无功补偿的调整手段，将涉及电网调整的相关影响因素去除，根据变电站、电厂的电压、无功出力情况，制定了适合运行人员掌握的，基于电压、无功象限分布的电压无功匹配调节策略。其中电压正常范围及无功正常范围根据调度下达的电压无功曲线的限值明确。

如图1所示：

1、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限1的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电容器组，2)降低无功出力，3)调整主变档位以降低母线电压，4)投入电抗器组。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

2、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限2的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电容器组，2)降低无功出力，3)调整主变档位以提高母线电压，4)投入电抗器组。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

3、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限3的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电抗器组，2)投入电容器组，3)提高无功出力，4) 调整主变档位以提高母线电压。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

4、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限4的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电抗器组，2)投入电容器组，3)提高无功出力，4) 调整主变档位以降低母线电压。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

所述象限1为监测点电压值超过调度下达的电压上限值，监测点无功上送值超过调度下达的无功上限值；象限2为监测点电压值超过调度下达的电压下限值，监测点无功上 送值超过调度下达的无功上限值；象限3为监测点电压值超过调度下达的电压下限值，监测点无功下送值超过调度下达的无功下限值；象限4为监测点电压值超过调度下达的电压上限值，监测点无功下送值超过调度下达的无功下限值。

本发明的技术效果如下：

1)能通过详细的数学模型建立方法，建立适合于不同特征电网的基于电压、无功双优化数学模型；

2)能在不求解电压、无功双优化数学模型的情况下，通过可拓关联函数法快速寻找不同特征电网影响电压、无功分布的重要因素；

3)借助电压、无功的四象限分布，对影响电压、无功分布的重要因素分象限列出，作为电压无功不同象限分布情况下的主要控制手段，能更好的指导变电站、电厂运行人员快速决策。

附图说明

图1为本发明基于电压和无功象限分布的电压无功匹配调节策略示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种快速确定电网电压、无功分布重要影响因素的方法，具体包含以下步骤：

(1)建立基于电网实际状态的，包含电压、无功双目标优化的函数模型：

式中：α、β为双优化目标的加权因子，根据目标函数的重要度进行设定，α+β＝1；f₁(V_ad)为电压质量最优目标函数，n为除平衡节点外的节点总数，U为监测节点实际电压，U_j为节点给定电压，ΔU_j为节点电压给定最大偏移值；f₂(P_loss)为网损最优目标函数，n₁ 为系统总支路数，G_k(i，j)为支路i至j的电导，Ui，Uj分别为节点i和j的电压，θ_i，j分别为节点i和j的相角；G(P_i)为给定系统潮流情况下的i机组无功出力，其中G_i1为机组最大进相运行无功出力值，G_i2为机组最大迟相运行无功出力值；B(Pi)为节点i在给定潮流情况下的无功补偿值，B_i1为该节点最大无功补偿值；T(P_i)为主变i在给定潮流下的监测点侧电压值，一般取中压、低压侧，T_i1为主变i在最高档位时的电压调节能力，T_i2为主变i在最低档位时的电压调节能力；U(P_i)为上级调度对系统在i状态下的电压评估结果，U_i1为相应状态下可能的最低电压，U_i2为相应状态下可能的最高电压。

(2)不求解该复杂的双目标优化数学模型，而是以可拓关联函数法求解双目标优化数学模型中，不同状态下对目标函数影响最大的影响因素。本求解过程分为以下步骤：

1)建立影响因素物元集如下：

式中：Rs为影响因素物元集，含节点小电发电出力变化集G(P_i)、节点无功补偿集B(P_i)、节点主变各档位调节导致的电压变化集T(P_i)、运行方式变化集U(P_i)，i为各物元集对应的电网不同状态。

2)建立节点状态物元集如下：

式中：Rd为节点状态物元集，含节点潮流集P_i、节点阻抗参数集X_i、节点额定电压集U_i 、节点功率因数集cosθ _i ；i为各物元集对应的电网不同状态。

3)将影响因素集与节点状态集转化为节点电压无功变化特征物元集，设电网状态N，若N产生电压变化I_i，则记为I_i(N)，(i＝1，2，…N)，从而设定特征物元集如下：

{M}＝{M_ij，i＝1，2，3...N；j＝1，2，3...K}

M_ij＝(Rs_ij，Rd_ij) i＝1，2，3...N

式中：Rs_ij及Rd_ij为影响因素集与节点状态集的转化，从而形成特征物元集M_ij；

4)利用可拓关联函数法计算如下：

当ρ(V_ij，V_ij-2)-ρ(V_ij，V_ij-1)＝0时，

ρ(V_ij，V_ij-1)＝|V_ij-0.5(Rs_ij+Rd_ij)|-0.5(Rd_ij-Rs_ij)

式中：V_ij及V_ij-1为M_ij中的对应矩阵元素，ρ(V_ij，V_ij-1)为相应矩阵元素的相关性，K_ij(V_ij)为矩阵元素重要度权重值。i＝1，2，3...N为不同电网状态，j＝1，2，3...K为不同电网状态下的不同特征。

(3)制定昆明电网不同片区的电压、无功调整策略

应用昆明电网电压、无功双目标优化模型及通过可拓关联函数法对各类状态下的相关影响因素重要性进行分析，得出监测点电压在不同状态下的相关因素最大的如下：

为了便于运行人员更好的掌握电压、无功补偿的调整手段，将涉及电网调整的相关影响因素去除，根据变电站、电厂的电压、无功出力情况，制定了适合运行人员掌握的，基于电压、无功象限分布的电压无功匹配调节策略。其中电压正常范围及无功正常范围根据调度下达的电压无功曲线的限值明确。

如图1所示：

1、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限1的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电容器组，2)降低无功出力，3)调整主变档位以降低母线电压，4)投入电抗器组。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

2、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限2的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电容器组，2)降低无功出力，3)调整主变档位以提高母线电压，4)投入电抗器组。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

3、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限3的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电抗器组，2)投入电容器组，3)提高无功出力，4) 调整主变档位以提高母线电压。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

4、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限4的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电抗器组，2)投入电容器组，3)提高无功出力，4) 调整主变档位以降低母线电压。当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止。

象限1为监测点电压值超过调度下达的电压上限值，监测点无功上送值超过调度下达的无功上限值；象限2为监测点电压值超过调度下达的电压下限值，监测点无功上送值 超过调度下达的无功上限值；象限3为监测点电压值超过调度下达的电压下限值，监测点无功下送值超过调度下达的无功下限值；象限4为：监测点电压值超过调度下达的电压上限值，监测点无功下送值超讨调度下达的无功下限值。

Claims (2)

1.一种快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)建立基于电网实际状态的、包含电压和无功双目标优化的函数模型：

式中：a、β为双优化目标的加权因子，根据目标函数的重要度进行设定，α+β＝1；f₁(V_ad)为电压质量最优目标函数，n为除平衡 节点外的节点总数，U为监测节点实际电压，U_j为节点给定电压，ΔU_j为节点电压给定最大偏移值；f₂(P_loss) 为网损最优 目标函数，n₁为系统总支路数，G_k(i，j)为支路i 至j的电导，U_i，U_j分别为节点i 和j的电压，θ_i，j分别为节点i 和j的相角；G(P_i)为给定系统潮流情况下的i 机组无功出力，其中G_i1为机组最大进相运行 无功出力值，G_i2为机组最大迟相运行 无功出力值；B(P_i)为节点i 在给定潮流情况下的无功补偿值，B_i1为该节点最大无功补偿值；T(P_i)为主变i 在给定潮流下的监测点侧电压值，T_i1为主变i 在最高档位时的电压调节能力，T_i2为主变i 在最低档位时的电压调节能力；U(P_i)为上级调度对系统在i 状态下的电压评估结果，U_i1为相应状态下可能的最低电压，U_i2为相应状态下可能的最高电压；

(2)不以求解该双优化目标函数为目的，而是以可拓关联函数法求解双目标优化数学模型中，不同状态下对目标函数影响最大的影响因素，步骤如下：

1)建立影响因素物元集 如下：

式中：Rs为影响因素物元集 ，含节点小电发电出力变化集G(P_i)、节点无功补偿集B(P_i)、节点主变各档位调节导致的电压变化集T(P_i)和运行方式变化集U(P_i)，i 为各物元集对应的电网不同状态；

2)建立节点状态物元集 如下：

式中：Rd为节点状态物元集 ，含节点潮流集P_i、节点阻抗参数集X_i、节点额定电压集U_i、节点功率因数集cos θ _i ；i 为各物元集 对应的电网不同状态；

3)通过可拓关联函数计算方法，寻找基于电网实际电压和无功分布情况的重要影响因素：在运用可拓关联函数计算前，需将影响因素集与节点状态集转化为节点电压无功变化特征物元集 ，设电网状态N，若N产生电压变化I_i，则记为I_i(N)，(i＝1，2，…N)，从而设定特征物元集 如下：

{M}＝{M_ij，i＝1，2，3...N；j＝1，2，3...K}

M_ij＝(Rs_ij，Rd_ij) i＝1，2，3...N

式中：Rs_ij及Rd_ij为影响因素集与节点状态集的转化，从而形成特征物元集 M_ij；

4)利用可拓关联函数法计算如下：

当ρ(V_ij，V_ij-2)-ρ(V_ij，V_ij-1)＝0时，

ρ(V_ij，V_ij-1)＝|V_ij-0.5(Rs_ij+Rd_ij)|-0.5(Rd_ij-Rs_ij)

式中：V_ij及V_ij-1为M_ij中的对应矩阵元素，ρ(V_ij，V_ij-1)为相应矩阵元素的相关性，K_ij(V_ij)为矩阵元素重要度权重值，i ＝1，2，3...N，为不同电网状态；j＝1，2，3...K为不同电网状态下的不同特征；

(3)制定地区电网不同片区的电压、无功调整策略：

应用地区电网电压和无功双目标优化模型及通过可拓关联函数法对各类状态 下的相关影响因素重要性进行分析，得出监测点电压在不同状态下的相关因素最大的如下所示：

2.根据权利要求1所述的快速确定电网电压和无功分布重要影响因素的方法，其特征在于，将涉及电网调整的相关影响因素去除，根据变电站、电厂的电压和无功出力情况，制定了适合运行人员掌握的，基于电压、无功象限分布的电压无功匹配调节策略，其中电压正常范围及无功正常范围根据调度下达的电压无功曲线的限值明确，

(1)、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限1的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电容器组，2)降低无功出力，3)调整主变档位以降低母线电压，4)投入电抗器组；当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止；

(2)、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限2的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电容器组，2)降低无功出力，3)调整主变档位以提高母线电压，4)投入电抗器组；当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止；

(3)、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限3的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电抗器组，2)投入电容器组，3)提高无功出力，4)调整主变档位以提高母线电压；当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止；

(4)、当某段母线上体现的电压无功分布处于象限4的正常范围外时，顺序选择以下四种措施调节母线电压及无功分布：1)退出电抗器组，2)投入电容器组，3)提高无功出力，4)调整主变档位以降低母线电压；当无某一措施时，选择下一措施，直到该段母线电压无功处于正常范围为止；

所述象限1为监测点电压值超过调度下达的电压上限值，监测点无功上送值超过 调度下达的无功上限值；象限2为监测点电压值超过调度下达的电压下限值，监测点无功上送值超过 调度下达的无功上限值；象限3为监测点电压值超过调度下达的电压下限值，监测点无功下送值超过 调度下达的无功下限值；象限4为监测点电压值超过调度下达的电压上限值，监测点无功下送值超过 调度下达的无功下限值。

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