CN105552921A - 一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统运行控制领域，特别涉及发电机励磁控制系统参数优化整定方法。本发明提供一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其基本思路是：首先采用聚类算法对电网公司分层管理体制下的电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群；然后假定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。本发明使得电网中大量发电机的励磁系统调差系数整定在考虑管理方便、考虑发电机出力的相似特征的基础上更加优化和可行，可用于电网运行中发电机励磁系统调差系数整定。

Description

一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化方法

技术领域

本发明属于电力系统运行控制领域，特别涉及发电机励磁控制系统参数优化整定方法。

背景技术

维持合理的电压水平是电网运行要求的重要保障。电网电压水平取决于电力系统无功功率的平衡，当无功电源与无功负荷平衡关系被打破时，会引起电压变化，严重时导致电压越限，影响系统的安全运行。而同步发电机作为电力系统中主要的无功电源，具有无功调节范围大，品质好，调节快速，无须附加投资等优点，合理地利用其无功调节潜力对提高电网电压水平具有重要意义。同步发电机励磁系统调差系数是描述同步发电机无功电压调节特性的重要参数，其值大小不但对发电机电压和无功功率具有重要影响，也间接影响到电网电压水平。因此有必要对其进行优化整定。

在目前的很多研究和应用中，对发电机励磁系统调差系数的整定有如下处理方法：

(1)电网企业管理部门按照发电机励磁系统技术要求的国家标准，大致地限定在某较合理的补偿范围内，以保证发电厂内发电机安全运行和并列运行发电机间无功合理分配.该方法完全依据人工整定，未考虑发电机励磁系统调差系数对改善电网侧电压水平的作用，致使现有电力系统中存在各发电机间励磁系统调差系数整定值差异较大，未允分发挥发电机的无功调节能力的现象。

(2)有些国内外学者对励磁系统调差系数的研究偏重于高压侧电压控制对电力系统稳定性的影响。如分析高压侧电压控制对暂态稳定性、电压稳定和小干扰稳定性的影响。这类文献仅从一个侧面进行研究，未能提出发电机励磁系统调差系数的优化整定方法。

(3)部分文献基于全网网损最小为目标，研究了典型运行方式下部分发电机励磁系统调差系数优化配置方案，并分析优化后的配置方案对系统暂态稳定性和电压稳定性的影响。这些文献试图对所有发电机励磁系统调差系数进行优化，显然不能适应大规模电力系统发电机众多，无法对所有发电机调差系数进行一一整定的特点。

(4)部分文献基于电网分区结果的基础上，从改善电网全运行电压水平的角度出发，提出发电机励磁系统调差系数优化整定策略。这些文献采用的分区没有照顾电网公司现有管理思路，并且分区方法按照对负荷贡献的相似特性来处理，不是考虑发电机出力的相似特征，从发电机励磁系统调差系数整定来说是不合适的。

发明内容

本发明的目的是针对目前发电机励磁系统调差系数整定中存在的问题，提供一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，使得电网中大量发电机的励磁系统调差系数整定在考虑管理方便、考虑发电机出力的相似特征的基础上更加优化和可行，用于电网运行中发电机励磁系统调差系数整定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法。

所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法是：首先采用聚类算法对电网公司分层管理体制下的电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群；然后假定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。

所述电气距离的计算公式是：

$D_{ji}=-\lg \left|\frac{{\mathrm{\ΔV}}_j}{{\mathrm{\ΔQ}}_i}\right|---\left(1\right)$

式中ΔV_j表示节点j电压幅值大小；ΔQ_i表示节点i无功变化量。

定义欧几里得距离计算：

$p_{ab}=\sqrt{{(D_{1a}-D_{1b})}^2+...+{(D_{ma}-D_{mb})}^2}---\left(2\right)$

所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中按照电气距离进行聚类的步骤是：

(1)把每个被控发电机节点单独成为一类，按照式(2)计算各个类之间的距离；

(2)将同一分层管理部门管理合并类间距离最小的2个类成为一个新类，并重新按照式(2)计算各个类之间的距离，并把类间距离的最小值作为该步的合并距离。定义最小距离为类间距离。不同分层管理部门管理合并类间距离不能合并。

(3)重复步骤(2)，直到某一步的合并距离大于门槛值(可根据实际情况选取门槛值)，此时得到的分区数为最优分区数，每一分区所包含的发电机群称为无功同调机群。

所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中全网调差系数优化的方法是：采用式(3)的目标函数在假定已知本电网等值调差系数不变的条件下进行无功同调机群间的调差系数优化。

$\min F=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(\frac{V_i^j-V_i^s}{{\mathrm{\ΔV}}_i^{max}}\right)}^2}---\left(3\right)$

式中：i＝1，2，…，m，m为区域电网中枢点个数；j＝1，…，N，为第i个中枢点第j个运行点的电压；为第i个中枢点的期望电压；为节点上最大允许的电压偏差。

采用以上方案的发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法方法，具有这些显著优点和有益效果：

(1)相比于现有方法，本发明方法可以对接入本级电网的发电机励磁系统调差系数在上级给定的调差系数约束下进行优化，优化出的结果不超出本级电网管理范围，符合电网分层管理的要求；

(2)相比于现有方法，本发明方法考虑无功同调特性，更加符合发电机励磁系统调差系数整定的定义和要求；

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施情况,但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

我国的电网公司都是采用分层管理的体制，如国家电网、大区电网(例如华中电网)、省级电网等。某一级电网中发电机组励磁系统参数都由该级电网管理部门负责整定。因此，需要考虑调查系数分层管理思路，上一层电网只要求下一层的等值调差系数。

某一级电网进行调差系数整定时可采用的方法是：一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法。首先采用聚类算法对电网公司分层管理体制下的电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群；然后假定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。

其中电气距离的计算公式采用式(1)。；欧几里得距离采用式(2)。

所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中按照电气距离进行聚类的步骤是：

(1)把每个被控发电机节点单独成为一类，按照式(2)计算各个类之间的距离；

(2)将同一分层管理部门管理合并类间距离最小的2个类成为一个新类，并重新按照式(2)计算各个类之间的距离，并把类间距离的最小值作为该步的合并距离。定义最小距离为类间距离。不同分层管理部门管理合并类间距离不能合并。

(3)重复步骤(2)，直到某一步的合并距离大于门槛值(可根据实际情况选取门槛值)，此时得到的分区数为最优分区数，每一分区所包含的发电机群称为无功同调机群。

所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中全网调差系数优化的方法是：采用式(3)的目标函数在假定已知本电网等值调差系数不变的条件下进行无功同调机群间的调差系数优化。

$\min F=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(\frac{V_i^j-V_i^s}{{\mathrm{\ΔV}}_i^{max}}\right)}^2}---\left(3\right)$

式中：i＝1，2，…，m，m为区域电网中枢点个数；j＝1，…，N，为第i个中枢点第j个运行点的电压；为第i个中枢点的期望电压；为节点上最大允许的电压偏差。

优化的结果可作为本级电网发电机励磁系统调差系数整定依据。

其它未经详细说明的部分均为现有技术。

Claims (3)

1.一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其特征是：采用聚类算法在管理体制约束下对电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群；假定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。

2.根据权利要求1所述的一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其特征是：若定义电气距离的计算公式是：

式中ΔV_j表示节点j电压幅值大小；ΔQ_i表示节点i无功变化量。

定义欧几里得距离计算：

则所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中按照电气距离进行聚类的步骤是：

(1)把每个被控发电机节点单独成为一类，按照式(2)计算各个类之间的距离；

(2)将同一分层管理部门管理的合并类间距离最小的2个类成为一个新类，并重新按照式(2)计算各个类之间的距离，并把类间距离的最小值作为该步的合并距离。定义最小距离为类间距离。不同分层管理部门管理的合并类间距离不能合并。

(3)重复步骤(2)，直到某一步的合并距离大于门槛值(可根据实际情况选取门槛值)，此时得到的分区数为最优分区数，每一分区所包含的发电机群称为无功同调机群。

3.根据权利要求1所述的一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其特征是：所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中全网调差系数优化的方法是：采用下式的目标函数在假定已知本电网等值调差系数不变的条件下进行无功同调机群间的调差系数优化。

式中：i＝1，2，…，m，m为区域电网中枢点个数；j＝1，…，N，为第i个中枢点第j个运行点的电压；为第i个中枢点的期望电压；为节点上最大允许的电压偏差。