CN107248747B - 特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法及装置，涉及无功补偿技术领域，该方法包括：采用故障极限切除时间法，确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集；基于所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集；建立多指标评价体系，并求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；采用主观和客观赋权值方法，求取所述各个方案指标值的加权值；采用主客观加权最优分析法，分析各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案。本发明建立多指标评价体系，提高了动态无功补偿装置布点方案的准确性，具有良好的推广应用价值。

Description

特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法及 装置

技术领域

本发明涉及无功补偿技术领域，尤其涉及一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法及装置。

背景技术

特高压直流输电系统将大规模新能源发电送往负荷中心消纳，是实现资源优化配置的较好方式。但是，特高压直流馈入交流电网后，当电网发生故障时，特高压直流在电网故障过程中吸收的无功功率大幅增加，导致交流电网局部动态无功功率补偿能力不足，电网电压失稳风险大幅增加。为了提高受端交流电网的电压稳定性，需在电网中配置大容量的动态无功补偿装置。目前，动态无功补偿装置主要有同步调相机、静止同步补偿器和静止无功补偿器等。而确定动态无功补偿装置在交流电网中的最优布点对改善电网暂态稳定性等方面具有重要的实际意义。

目前国内外，动态无功补偿装置在电网中的布点问题大都采用基于经验或者单一的指标方法来确定其布点方案。这些方法难以全面反映动态无功补偿装置在受端交流电网中的作用和效果，从而影响动态无功补偿装置的布点。而本申请通过建立动态无功补偿装置的多指标体系，准确衡量动态无功补偿装置对受端交流电网的影响，为动态无功补偿装置的最优布点研究提供了技术基础。

发明内容

针对现有技术中存在的，目前动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的布点方案大多采用单一指标来确定，没有全面考虑动态无功补偿装置的作用，难以得到最优的布点方案的问题，本发明提出了采用多指标评价体系的一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法，该方法包括：

步骤S1：采用故障极限切除时间法，确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集；

步骤S2：基于步骤S1确定的所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集；

步骤S3：建立多指标评价体系，并求取步骤S2确定的所述初始布点方案集中各个方案的指标值，其中，多指标包括特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

步骤S4：采用主观和客观赋权值方法，求取步骤S3中得到的各个方案指标值的加权值；

步骤S5：采用主客观加权最优分析法，分析步骤S4中得到的各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案。

进一步的，所述步骤S1具体包括：

步骤S1.1：通过对特高压直流受端交流电网的线路进行三相短路接地故障扫描，求取各处线路的故障极限切除时间；

步骤S1.2：确定所述故障极限切除时间最短的线路，将所述线路确定为暂态稳定薄弱故障集；

其中，故障极限切除时间定义为电网线路三相短路接地故障后，保持电网暂态稳定的故障最长切除时间。

在进行特高压直流受端交流电网动态无功补偿配置前，首先要确定交流电网的暂态稳定薄弱环节，针对交流电网的薄弱环节进行动态无功补偿配置，才能最有效地弥补电网的暂态稳定薄弱点。采用故障极限切除时间法可以直观反映复杂电网的暂态稳定性，较好地评估电网故障的暂态冲击，分析电网的暂态稳定薄弱环节，从而形成有效的暂态稳定薄弱故障集。

进一步的，所述步骤S2具体包括：

步骤S2.1：将动态无功补偿装置配置在电网中的不同母线处，得到多个不同布点方案；

步骤S2.2：通过在所述暂态稳定薄弱故障集设置三相短路接地故障，求取不同布点方案的所述故障极限切除时间；

步骤S2.3：将不同布点方案根据其对应的所述故障极限切除时间从大到小的顺序进行排列，选取前n个方案构成所述初始布点方案集，其中，n为整数且小于电网中的总母线数。

在确定电网暂态稳定薄弱环节之后，后续重点就是针对电网暂态稳定薄弱环节，如何在交流电网中进行动态无功补偿装置的布点。本发明的方案是，先根据暂态稳定薄弱故障集，进行有效的动态无功补偿装置布点分析，得到初步的布点方案，为后续通过多指标评价体系全面分析动态无功补偿装置布点奠定基础。与现有技术的不同在于，本发明不是仅仅通过传统简单的薄弱故障集分析，就直接确定布点方案。

进一步的，所述步骤S3具体包括：

步骤S3.1：建立多指标评价体系，采用指标包括：特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

步骤S3.2：求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，所述特高压直流接入短路比定义为

式中：M为直流所对应的短路比，S_ac为直流线路逆变侧母线的短路容量，即换流母线处短路电流与额定电压的乘积，P_d为直流额定有功功率，即直流输电系统的固有属性值，Q_c为换流母线交流侧投入电抗器或电容器的容量，即根据实际投入的电容器或电抗器组数确定的测量值；

所述特高压直流输电能力定义为特高压直流受端交流电网接纳特高压直流输送功率的大小；

所述母线电压恢复时间定义为电网故障后所有母线的电压值恢复到0.8p.u.以上所需时间的平均值。

现有技术中，仅通过单一的指标值来确定布点方案，比如仅通过特高压直流接入短路比指标来确定布点方案，该指标值越大，布点方案越优。但是该指标仅仅反映特高压直流受端交流电网与直流系统的相对强弱关系，难以全面反映动态无功补偿装置对受端交流电网的影响，因此，不能有效确定动态无功补偿装置的最优布点方案。

而本发明通过采用特高压直流接入短路比(用于反映受端交流电网与直流系统的相对强弱关系和交流电网电压稳定性)、故障极限切除时间(用于反映受端交流电网的暂态稳定性)、特高压直流输电能力(用于反映受端交流电网最大接纳特高压直流受电能力)和母线电压回复时间(用于反映故障冲击后电网母线电压恢复到正常水平的能力)这四个指标，建立多指标评价体系，经过全面综合分析评估后，更加全面有效地确定动态无功补偿装置的最佳布点方案。

进一步的，所述步骤S4具体包括：

步骤S4.1：对所述初始布点方案集中各个方案的指标值进行归一化处理；

步骤S4.2：根据动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的影响情况，确定多指标体系中各个指标的重要程度排序，求取同一类指标值的主观加权值；

其中，所述重要程度排序为特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间，按照所述重要程度的顺序将动态无功补偿装置指标集简记为D＝{x₁,x₂,…x_m}，因此，指标x_i与x_i+1的重要性程度之比ω_i/ω_i+1表示为

h_i＝ω_i/ω_i+1，i＝1,2,…,m-1 (2)

其中：ω_i是指标x_i的主观加权值，h_i根据指标x_i与x_i+1的主观重要性程度人为确定，h_i的取值范围包括：1、1.2、1.5或2；

h_i一般按照如下原则确定取值：1)指标x_i与x_i+1同等重要，h_i＝1；2)指标x_i比x_i+1略微重要，h_i＝1.2；3)指标x_i比x_i+1重要，h_i＝1.5；4)指标x_i比x_i+1很重要，h_i＝2。

在给定h_i后，第m个指标的主观加权值为

在求得第m个指标的主观加权值后，利用式(2)求取其余m-1个指标的主观加权值；

步骤S4.3：采用客观熵值法，求取同一类指标值的客观加权值；

其中，第i个指标的熵值为

其中：s＝1/lnn，i＝1,2,…,m。假定当f_ij＝0时，f_ijlnf_ij＝0。

那么第i个指标的客观加权值为

其中：0≤ω_i≤1，

进一步的，所述步骤S5具体包括：

步骤S5.1：通过二次规划法求解式(6)，得出各个指标值的主观加权值和客观加权值的系数α、β：

式中：各个指标的主观加权值为ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m)，客观加权值为k＝(k₁,k₂…,k_i,…,k_m)，其中，ω_i为第i个指标值对应的主观加权值，k_i为第i个指标值对应的客观加权值，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，J为目标函数，表示使得所有布点方案下各指标主观加权和客观加权的差值平方最小的函数，即各指标经过主观加权和客观加权后趋于统一，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；

步骤S5.2：利用式(7)求取所述初始布点方案集中各个布点方案的贴近度T_j：

式中：g_ij＝(αω_i+βk_i)r_ij，p_i＝max{g_ij|j＝1,2,…,n}，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，g_ij和p_i为计算中间量；

步骤S5.3：将所述初始布点方案集中各个布点方案根据其对应的贴近度T_j按照从小到大的方式排序，将T_j值最小的布点方案确定为动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的最优布点方案。

因为主观加权值反映对各项指标重要性的主观认知程度，具有一定程度的主观随意性，不能反映指标大小的客观差异性；而客观加权值反映各指标值客观数据大小的差异性，但不能考虑各指标的重要程度。所以本发明采用主客观加权最优分析法，通过对主观加权值和客观加权值进行偏差最小化处理(即求解式(6))，使得主观加权值与客观加权值趋于一致性，减小主观加权值和客观加权值的偏差，兼顾主观重要程度和客观指标值大小，既能反映出各个指标的重要程度，又能展示出各个指标值的实际数值大小，提高了布点方案中各个指标的利用的合理性，更准确地利用各个指标确定动态无功补偿装置的最优布点方案，使得获得的布点方案达到最优，获得最好的技术效果。

本发明还提供了一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点装置，所述装置包括：

所述暂态稳定薄弱故障集生成单元，用于通过故障极限切除时间法确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集；

所述初始布点方案集生成单元，用于根据所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集；

所述多指标评价单元，用于建立多指标评价体系，并求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值，其中，多指标包括特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

所述加权值求取单元，用于通过主观和客观赋权值方法，求取所述多指标评价单元中得到的各个方案指标值的加权值；

所述最优布点方案生成单元，用于通过主客观加权最优分析法，分析加权值求取单元中得到的各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案。

进一步的，所述暂态稳定薄弱故障集生成单元具体包括：

故障扫描子单元，用于对特高压直流受端交流电网的线路进行三相短路接地故障扫描，并求取各处线路的故障极限切除时间；

暂态稳定薄弱故障集确定子单元，用于确定所述故障极限切除时间最短的线路，将所述线路确定为暂态稳定薄弱故障集；

其中，故障极限切除时间定义为电网线路三相短路接地故障后，保持电网暂态稳定的故障最长切除时间；

所述初始布点方案集生成单元具体包括：

候选布点方案生成子单元，用于将动态无功补偿装置配置在电网中的不同母线处，得到多个不同布点方案；

分析子单元，用于通过在所述暂态稳定薄弱故障集设置三相短路接地故障，求取不同布点方案的所述故障极限切除时间；

初始布点方案确定子单元，用于将不同布点方案根据其对应的所述故障极限切除时间从大到小的顺序进行排列，选取前n个方案构成所述初始布点方案集，其中，n为整数且小于电网中的总母线数。

进一步的，所述多指标评价单元具体包括：

体系建立子单元，用于建立多指标评价体系，采用指标包括：特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

指标值求取子单元，用于求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，所述特高压直流接入短路比定义为

式中：M为直流所对应的短路比，S_ac为直流线路逆变侧母线的短路容量，即换流母线处短路电流与额定电压的乘积，P_d为直流额定有功功率，即直流输电系统的固有属性值，Q_c为换流母线交流侧投入电抗器或电容器的容量，即根据实际投入的电容器或电抗器组数确定的测量值；

所述特高压直流输电能力定义为特高压直流受端交流电网接纳特高压直流输送功率的大小；

所述母线电压恢复时间定义为电网故障后所有母线的电压值恢复到0.8p.u.以上所需时间的平均值。

进一步的，所述加权值求取单元具体包括：

归一化处理子单元，用于对所述初始布点方案集中各个方案的指标值进行归一化处理；

主观加权值子单元，用于根据动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的影响情况，确定多指标体系中各个指标的重要程度排序，求取同一类指标值的主观加权值；

其中，所述重要程度排序为特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间，按照所述重要程度的顺序将动态无功补偿装置指标集简记为D＝{x₁,x₂,…x_m}，因此，指标x_i与x_i+1的重要性程度之比ω_i/ω_i+1表示为

h_i＝ω_i/ω_i+1，i＝1,2,…,m-1 (2)

其中：ω_i是指标x_i的主观加权值，h_i根据指标x_i与x_i+1的主观重要性程度人为确定，h_i的取值范围包括：1、1.2、1.5或2；

h_i一般按照如下原则确定取值：1)指标x_i与x_i+1同等重要，h_i＝1；2)指标x_i比x_i+1略微重要，h_i＝1.2；3)指标x_i比x_i+1重要，h_i＝1.5；4)指标x_i比x_i+1很重要，h_i＝2。

在给定h_i后，第m个指标的主观加权值为

在求得第m个指标的主观加权值后，利用式(2)求取其余m-1个指标的主观加权值；

客观加权值子单元，用于采用客观熵值法，求取同一类指标值的客观加权值；其中，第i个指标的熵值为

其中：s＝1/lnn，i＝1,2,…,m。假定当f_ij＝0时，f_ijlnf_ij＝0。

那么第i个指标的客观加权值为

其中：0≤ω_i≤1，

所述最优布点方案生成单元具体包括：

系数求取子单元，用于通过二次规划法求解式(6)，得出各个指标值的主观加权值和客观加权值的系数α、β：

式中：各个指标的主观加权值为ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m)，客观加权值为k＝(k₁,k₂…,k_i,…,k_m)，其中，ω_i为第i个指标值对应的主观加权值，k_i为第i个指标值对应的客观加权值，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，J为目标函数，表示使得所有布点方案下各指标主观加权和客观加权的差值平方最小的函数，即各指标经过主观加权和客观加权后趋于统一，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；

贴近度求取子单元，用于利用式(7)求取所述初始布点方案集中各个布点方案的贴近度T_j：

式中：g_ij＝(αω_i+βk_i)r_ij，p_i＝max{g_ij|j＝1,2,…,n}，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，g_ij和p_i为计算中间量；

最优布点方案确定子单元，用于将所述初始布点方案集中各个布点方案根据其对应的贴近度T_j按照从小到大的方式排序，将T_j值最小的布点方案确定为动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的最优布点方案。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明充分考虑动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的综合影响，提出了一种基于该多指标评价体系的动态无功补偿装置布点方法及装置，先通过故障极限切除时间法确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集，再通过暂态稳定薄弱故障集确定初始布点方案，之后建立多指标评价体系(多指标包括特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间)，并获取初始布点方案集中各个方案的指标值，然后采用主观和客观赋权值方法得到各个方案指标值的加权值，最后通过主客观加权最优分析法确定动态无功补偿装置的最优布点方案。本方法及装置提高了动态无功补偿装置布点方案的准确性，充分发挥了动态无功补偿装置对电网的综合支撑能力；尤其是，采用主客观加权最优分析法，综合考虑动态无功补偿装置的多指标因素，能较好地确定动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的布点方案，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的布点方法的基本流程图；

图2是本发明实施例一提供的布点装置的结构示意图；

图3是本发明实施例二中的电网结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法，该方法采用多指标评价体系，全面综合考虑多项指标，以获得动态无功补偿装置的最优布点方案。下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例一

图1示出了本发明实施例一提供的一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法的基本流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S1：采用故障极限切除时间法，确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集。

本发明采用故障极限切除时间法确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集，所谓“故障极限切除时间”是指：电网线路三相短路接地故障后，保持电网暂态稳定的故障最长切除时间。步骤S1在实施过程中具体包括：

步骤S1.1：通过对特高压直流受端交流电网的线路进行三相短路接地故障扫描，求取各处线路的故障极限切除时间，即对于一个包含N个母线的特高压直流受端交流电网而言，可以采用仿真法求取所有线路三相短路接地故障的故障极限切除时间；

步骤S1.2：确定所述故障极限切除时间最短的线路，将所述线路确定为暂态稳定薄弱故障集，即将故障极限切除时间最短的线路记为L，即L为本实施例的暂态稳定薄弱故障集。

步骤S2：基于步骤S1确定的所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集。具体包括：

步骤S2.1：将动态无功补偿装置配置在电网中的不同母线处，得到多个不同布点方案；

步骤S2.2：通过在所述暂态稳定薄弱故障集L设置三相短路接地故障，求取不同布点方案的所述故障极限切除时间；

步骤S2.3：将不同布点方案根据其对应的所述故障极限切除时间从大到小的顺序进行排列，选取前n个方案构成所述初始布点方案集，其中，n<N且n为整数。

步骤S3：建立多指标评价体系，并求取步骤S2确定的所述初始布点方案集中各个方案的指标值，具体包括：

步骤S3.1：建立多指标评价体系，采用指标包括：特高压直流接入短路比M、故障极限切除时间t_limt、特高压直流输电能力P_dlimt和母线电压恢复时间t_r；

步骤S3.2：求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，所述特高压直流接入短路比M定义为

式中：M为直流所对应的短路比，S_ac为直流线路逆变侧母线的短路容量，即换流母线处短路电流与额定电压的乘积，P_d为直流额定有功功率，即直流输电系统的固有属性值，Q_c为换流母线交流侧投入电抗器或电容器的容量，即根据实际投入的电容器或电抗器组数确定的测量值；

所述特高压直流输电能力P_dlimt定义为特高压直流受端交流电网接纳特高压直流输送功率的大小；

所述母线电压恢复时间t_r定义为电网故障后所有母线的电压值恢复到0.8p.u.以上所需时间的平均值；

其中，各个方案中的特高压直流输电能力P_dlimt和母线电压恢复时间t_r均通过仿真法求得。

步骤S4：采用主观和客观赋权值方法，求取步骤S3中得到的各个方案指标值的加权值。

本发明采用主观和客观赋权值方法来求取各个方案指标值的加权值，具体而言包括：

步骤S4.1：对所述初始布点方案集中各个方案的指标值进行归一化处理，即对于初始布点方案集中n个布点方案，每个方案包含m个指标，则可以表示为

其中：x_ij表示第j个布点方案的第i个指标值；

对于故障极限切除时间t_limt、特高压直流接入短路比M和特高压直流输电能力P_dlimt，归一化处理后其值为

r_ij＝x_ij/x_imax (9)

对于母线电压恢复时间t_r，归一化处理后其值为

r_ij＝x_imin/x_ij (10)

其中：r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小，x_imax表示矩阵X中第i行元素的最大值，x_imin表示矩阵X中第i行元素的最小值，即x_imax＝max(x_i1,x_i2,…x_in)，x_imin＝min(x_i1,x_i2,…x_in)；

由式(9)和(10)可得，归一化后矩阵X变换为矩阵R，即

步骤S4.2：根据动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网作用的重要程度，求取同一类指标值的主观加权值；

动态无功补偿装置主要提高直流受端交流电网的电压稳定性，而特高压直流接入短路比是衡量直流接入后电网电压稳定的重要依据。因此，多指标体系中，各个指标的重要程度排序为特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间，并按照上述重要程度的顺序将动态无功补偿装置指标集简记为D＝{x₁,x₂,…x_m}；因此，指标x_i与x_i+1的重要性程度之比ω_i/ω_i+1表示为

h_i＝ω_i/ω_i+1，i＝1,2,…,m-1 (2)

其中：ω_i是指标x_i的主观加权值，h_i根据指标x_i与x_i+1的主观重要性程度人为确定，h_i的取值范围包括：1、1.2、1.5或2；

h_i一般按照如下原则确定取值：1)指标x_i与x_i+1同等重要，h_i＝1；2)指标x_i比x_i+1略微重要，h_i＝1.2；3)指标x_i比x_i+1重要，h_i＝1.5；4)指标x_i比x_i+1很重要，h_i＝2。

在给定h_i后，第m个指标的主观加权值为

在求得第m个指标的主观加权值后，利用式(2)求取其余m-1个指标的主观加权值；

步骤S4.3：采用客观熵值法，求取同一类指标值的客观加权值；第i个指标的熵值为

其中：s＝1/lnn，i＝1,2,…,m。假定当f_ij＝0时，f_ijlnf_ij＝0。

那么第i个指标的客观加权值为

其中：0≤ω_i≤1，

步骤S5：采用主客观加权最优分析法，分析步骤S4中得到的各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案。

本发明采用主客观加权最优分析法，分析各个方案指标值的加权值，具体而言包括：

步骤S5.1：通过二次规划法求解式(6)，得出各个指标值的主观加权值和客观加权值的系数α、β：

式中：各个指标的主观加权值为ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m)，客观加权值为k＝(k₁,k₂…,k_i,…,k_m)，其中，ω_i为第i个指标值对应的主观加权值，k_i为第i个指标值对应的客观加权值，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，J为目标函数，表示使得所有布点方案下各指标主观加权和客观加权的差值平方最小的函数，即各指标经过主观加权和客观加权后趋于统一，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；

步骤S5.2：利用式(7)求取初始布点方案集中各个布点方案的贴近度：

式中：g_ij＝(αω_i+βk_i)r_ij，p_i＝max{g_ij|j＝1,2,…,n}，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，g_ij和p_i为计算中间量；

步骤S5.3：将所述初始布点方案集中各个布点方案根据其对应的贴近度T_j按照从小到大的方式排序，将T_j值最小的布点方案确定为动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的最优布点方案。

因为T_j值越小，说明动态无功补偿装置布点方案在特高压直流受端交流电网中的综合效果越好，所以，动态无功补偿装置的最优布点方案为贴近度T_j最小的方案。

图2示出了本发明实施例一提供的一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点装置的结构示意图，该装置包括暂态稳定薄弱故障集生成单元10、初始布点方案集生成单元20、多指标评价单元30、加权值求取单元40和最优布点方案生成单元50；

所述暂态稳定薄弱故障集生成单元10，用于采用故障极限切除时间法确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集,具体包括：

故障扫描子单元11，用于对特高压直流受端交流电网的线路进行三相短路接地故障扫描，并求取各处线路的故障极限切除时间；

暂态稳定薄弱故障集确定子单元12，用于确定所述故障极限切除时间最短的线路，将所述线路确定为暂态稳定薄弱故障集；

其中，故障极限切除时间定义为电网线路三相短路接地故障后，保持电网暂态稳定的故障最长切除时间。

所述初始布点方案集生成单元20，用于根据所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集，具体包括：

候选布点方案生成子单元21，用于将动态无功补偿装置配置在电网中的不同母线处，得到多个不同布点方案；

分析子单元22，用于通过在所述暂态稳定薄弱故障集设置三相短路接地故障，求取不同布点方案的所述故障极限切除时间；

初始布点方案确定子单元23，用于将不同布点方案根据其对应的所述故障极限切除时间从大到小的顺序进行排列，选取前n个方案构成所述初始布点方案集，其中，n为整数且小于电网中的总母线数。

所述多指标评价单元30，用于建立多指标评价体系，并求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值，具体包括：

体系建立子单元31，用于建立多指标评价体系，采用指标包括：特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

指标值求取子单元32，用于求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，所述特高压直流接入短路比定义为

式中：M为直流所对应的短路比，S_ac为直流线路逆变侧母线的短路容量，即换流母线处短路电流与额定电压的乘积，P_d为直流额定有功功率，即直流输电系统的固有属性值，Q_c为换流母线交流侧投入电抗器或电容器的容量，即根据实际投入的电容器或电抗器组数确定的测量值；

所述特高压直流输电能力定义为特高压直流受端交流电网接纳特高压直流输送功率的大小；

所述母线电压恢复时间定义为电网故障后所有母线的电压值恢复到0.8p.u.以上所需时间的平均值。

所述加权值求取单元40，用于采用主观和客观赋权值方法，求取所述各个方案的指标值的加权值，具体包括：

归一化处理子单元41，用于对所述初始布点方案集中各个方案的指标值进行归一化处理；

主观加权值子单元42，用于根据动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的影响情况，确定多指标体系中各个指标的重要程度排序，求取同一类指标值的主观加权值；

其中，所述重要程度排序为特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间，按照所述重要程度的顺序将动态无功补偿装置指标集简记为D＝{x₁,x₂,…x_m}，因此，指标x_i与x_i+1的重要性程度之比ω_i/ω_i+1表示为

h_i＝ω_i/ω_i+1，i＝1,2,…,m-1 (2)

其中：ω_i是指标x_i的主观加权值，h_i根据指标x_i与x_i+1的主观重要性程度人为确定，h_i的取值范围包括：1、1.2、1.5或2；

一般按如下原则选取：1)指标x_i与x_i+1同等重要，h_i＝1；2)指标x_i比x_i+1略微重要，h_i＝1.2；3)指标x_i比x_i+1重要，h_i＝1.5；4)指标x_i比x_i+1很重要，h_i＝2。

在给定h_i后，第m个指标的主观加权值为

在求得第m个指标的主观加权值后，利用式(2)求取其余m-1个指标的主观加权值；

客观加权值子单元43，用于采用客观熵值法，求取同一类指标值的客观加权值；

其中，第i个指标的熵值为

其中：s＝1/lnn，i＝1,2,…,m。假定当f_ij＝0时，f_ijlnf_ij＝0。

那么第i个指标的客观加权值为

其中：0≤ω_i≤1，

所述最优布点方案生成单元50，用于采用主客观加权最优分析法，分析所述加权值求取单元得到的各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案，具体包括：

系数求取子单元51，用于通过二次规划法求解式(6)，得出各个指标值的主观加权值和客观加权值的系数α、β：

式中：各个指标的主观加权值为ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m)，客观加权值为k＝(k₁,k₂…,k_i,…,k_m)，其中，ω_i为第i个指标值对应的主观加权值，k_i为第i个指标值对应的客观加权值，n为初始布点方案集中的方案总数，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，J为目标函数，表示使得所有布点方案下各指标主观加权和客观加权的差值平方最小的函数，即各指标经过主观加权和客观加权后趋于统一，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；

贴近度求取子单元52，用于利用式(7)求取所述初始布点方案集中各个布点方案的贴近度T_j：

式中：g_ij＝(αω_i+βk_i)r_ij，p_i＝max{g_ij|j＝1,2,…,n}，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，g_ij和p_i为计算中间量；

最优布点方案确定子单元53，用于将所述初始布点方案集中各个布点方案根据其对应的贴近度T_j按照从小到大的方式排序，将T_j值最小的布点方案确定为动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的最优布点方案。

关于上述装置实施例中各个单元具体工作原理可参照上述方法实施例中各个步骤的实施细节的相应部分的描述，此处不再赘述。

本发明实施例一提供的一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法及装置，通过充分考虑动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的综合影响，建立多指标评价体系，并基于该多指标评价体系来优化和确定动态无功补偿装置的最优布点方案，提高了布点方案的准确性，充分发挥了动态无功补偿装置对电网的综合支撑能力，同时利用主客观加权最优分析法，综合考虑动态无功补偿装置的多指标因素，能较好地确定动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的布点方案，具有良好的推广应用价值。

实施例二

图3示出了本发明实施例二中的实际电网结构示意图。在该电网中，主网包括21个主变电站、13个发电厂以及3条外区域联络线；母线1处为特高压直流换流站；计划在该电网中配置额定容量为300Mvar的同步调相机以提高该直流受端电网的电压稳定性。采用本发明布点方法的具体操作步骤如下：

步骤S1：采用仿真分析方法得到在线路l_1-4(l_1-4表示母线1和母线4之间的线路)三相短路接地故障的极限切除时间最短，因此该系统的薄弱故障集为线路l_1-4。

步骤S2：在电网21个变电站分别配置同步调相机后，通过在线路l_1-4处三相短路接地故障，得到同步调相机不同布点方案下的极限切除时间，结果如表1所示。将不同布点方案的极限切除时间按从大到小的顺序排序，选取电网变电站总数的50％作为初始布点方案数量，即同步调相机初始布点方案为母线12、13、11、5、1、3、2、15、6和4，总共10个。

步骤S3：利用式(1)分别求取上述10种布点方案的特高压直流接入短路比，并采用仿真分析方法求取各布点方案的特高压直流输送能力和母线电压恢复时间，结果如表1所示。

表1同步调相机不同布点方案下各指标值大小

步骤S4：将表1中各布点方案的指标体系表示成矩阵形式，即记为X。并且利用式(9)和式(10)将矩阵X归一化后变换为矩阵R。按特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间的重要程度，设置上述4个指标的的重要程度之比，即{h₁＝1.5,h₂＝1.5,h₃＝1.2}。并利用式(3)求取各指标的主观加权系数为

{ω₁＝0.403,ω₂＝0.2687,ω₃＝0.1791,ω₄＝0.1493}

另一方面，利用式(4)和式(5)，求取各指标的客观加权系数为

{k₁＝0.2502,k₂＝0.2498,k₃＝0.2500,k₄＝0.2495}

步骤S5：通过式(6)和式(7)，求取各布点方案的贴近度，结果如表2所示。由表2可见，通过主客观加权最优分析方法得出同步调相机的最优布点方案是在母线12处，其次较好的方案是直流换流站交流侧母线1处。

表2同步调相机不同布点方案的贴近度

而已有布点方法主要通过单一指标来确定布点，比如仅通过特高压直流接入短路比分析，同步调相机在直流换流站交流侧母线1处最好，而通过极限切除时间来看，同步调相机在母线12处最好。因此，通过传统的布点方法，难以准确确定动态无功补偿装置在直流受端交流电网的最优布点。采用本发明所提方法，通过综合考虑动态无功补偿装置的多重影响因素，确定动态无功补偿装置在直流受端交流电网中的最优布点，可充分发挥动态无功补偿装置对电网的综合支撑能力。

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 (7)

1.一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：采用故障极限切除时间法，确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集；

步骤S2：基于步骤S1确定的所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集；

步骤S3：建立多指标评价体系，并求取步骤S2确定的所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，多指标包括特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

步骤S4：采用主观和客观赋权值方法，求取步骤S3中得到的各个方案指标值的加权值；

步骤S5：采用主客观加权最优分析法，分析步骤S4中得到的各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案；

所述步骤S1具体包括：

步骤S1.1：通过对特高压直流受端交流电网的线路进行三相短路接地故障扫描，求取各处线路的故障极限切除时间；

步骤S1.2：确定所述故障极限切除时间最短的线路，将所述线路确定为暂态稳定薄弱故障集；

其中，故障极限切除时间定义为电网线路三相短路接地故障后，保持电网暂态稳定的故障最长切除时间；

所述步骤S2具体包括：

步骤S2.1：将动态无功补偿装置配置在电网中的不同母线处，得到多个不同布点方案；

步骤S2.2：通过在所述暂态稳定薄弱故障集设置三相短路接地故障，求取不同布点方案的所述故障极限切除时间；

步骤S2.3：将不同布点方案根据其对应的所述故障极限切除时间从大到小的顺序进行排列，选取前n个方案构成所述初始布点方案集，其中，n为整数且小于电网中的总母线数。

2.根据权利要求1所述的特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S3.1：建立多指标评价体系，采用指标包括：特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

步骤S3.2：求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，所述特高压直流接入短路比定义为

式中：M为直流所对应的短路比，S_ac为直流线路逆变侧母线的短路容量，即换流母线处短路电流与额定电压的乘积，P_d为直流额定有功功率，即直流输电系统的固有属性值，Q_c为换流母线交流侧投入电抗器或电容器的容量，即根据实际投入的电容器或电抗器组数确定的测量值；

所述特高压直流输电能力定义为特高压直流受端交流电网接纳特高压直流输送功率的大小；

所述母线电压恢复时间定义为电网故障后所有母线的电压值恢复到0.8p.u.以上所需时间的平均值。

3.根据权利要求2所述的特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S4.1：对所述初始布点方案集中各个方案的指标值进行归一化处理；

步骤S4.2：根据动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的影响情况，确定多指标体系中各个指标的重要程度排序，求取同一类指标值的主观加权值；

其中，所述重要程度排序为特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间，按照所述重要程度的顺序将动态无功补偿装置指标集简记为D＝{x₁,x₂,…x_m}，因此，指标x_i与x_i+1的重要性程度之比ω_i/ω_i+1表示为

h_i＝ω_i/ω_i+1，i＝1,2,…,m-1 (2)

其中：ω_i是指标x_i的主观加权值，h_i根据指标x_i与x_i+1的主观重要性程度人为确定，h_i的取值范围包括：1、1.2、1.5或2；

在给定h_i后，第m个指标的主观加权值为

在求得第m个指标的主观加权值后，利用式(2)求取其余m-1个指标的主观加权值；

步骤S4.3：采用客观熵值法，求取同一类指标值的客观加权值；

其中，第i个指标的熵值为

其中：s＝1/ln n，i＝1,2,…,m，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；假定当f_ij＝0时，f_ijln f_ij＝0；

那么第i个指标的客观加权值为

其中：0≤ω_i≤1，

4.根据权利要求3所述的特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

步骤S5.1：通过二次规划法求解式(6)，得出各个指标值的主观加权值和客观加权值的系数α、β：

式中：各个指标的主观加权值为ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m)，客观加权值为k＝(k₁,k₂…,k_i,…,k_m)，其中，ω_i为第i个指标值对应的主观加权值，k_i为第i个指标值对应的客观加权值，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，J为目标函数，表示使得所有布点方案下各指标主观加权和客观加权的差值平方最小的函数，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；

步骤S5.2：利用式(7)求取所述初始布点方案集中各个布点方案的贴近度T_j：

式中：g_ij＝(αω_i+βk_i)r_ij，p_i＝max{g_ij|j＝1,2,…,n}，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，g_ij和p_i为计算中间量；

步骤S5.3：将所述初始布点方案集中各个布点方案根据其对应的贴近度T_j按照从小到大的方式排序，将T_j值最小的布点方案确定为动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的最优布点方案。

5.一种特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点装置，其特征在于，所述装置包括：

暂态稳定薄弱故障集生成单元，用于通过故障极限切除时间法确定特高压直流受端交流电网的暂态稳定薄弱故障集；

初始布点方案集生成单元，用于根据所述暂态稳定薄弱故障集，确定动态无功补偿装置在电网中的初始布点方案集；

多指标评价单元，用于建立多指标评价体系，并求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，多指标包括特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

加权值求取单元，用于通过主观和客观赋权值方法，求取所述多指标评价单元中得到的各个方案指标值的加权值；

最优布点方案生成单元，用于通过主客观加权最优分析法，分析加权值求取单元中得到的各个方案指标值的所述加权值，确定动态无功补偿装置的最优布点方案；

所述暂态稳定薄弱故障集生成单元具体包括：

故障扫描子单元，用于对特高压直流受端交流电网的线路进行三相短路接地故障扫描，并求取各处线路的故障极限切除时间；

暂态稳定薄弱故障集确定子单元，用于确定所述故障极限切除时间最短的线路，将所述线路确定为暂态稳定薄弱故障集；

其中，故障极限切除时间定义为电网线路三相短路接地故障后，保持电网暂态稳定的故障最长切除时间；

所述初始布点方案集生成单元具体包括：

候选布点方案生成子单元，用于将动态无功补偿装置配置在电网中的不同母线处，得到多个不同布点方案；

分析子单元，用于通过在对所述暂态稳定薄弱故障集设置三相短路接地故障，求取不同布点方案的所述故障极限切除时间；

初始布点方案确定子单元，用于将不同布点方案根据其对应的所述故障极限切除时间从大到小的顺序进行排列，选取前n个方案构成所述初始布点方案集，其中，n为整数且小于电网中的总母线数。

6.根据权利要求5所述的特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点装置，其特征在于，所述多指标评价单元具体包括：

体系建立子单元，用于建立多指标评价体系，采用指标包括：特高压直流接入短路比、故障极限切除时间、特高压直流输电能力和母线电压恢复时间；

指标值求取子单元，用于求取所述初始布点方案集中各个方案的指标值；

其中，所述特高压直流接入短路比定义为

式中：M为直流所对应的短路比，S_ac为直流线路逆变侧母线的短路容量，即换流母线处短路电流与额定电压的乘积，P_d为直流额定有功功率，即直流输电系统的固有属性值，Q_c为换流母线交流侧投入电抗器或电容器的容量，即根据实际投入的电容器或电抗器组数确定的测量值；

所述特高压直流输电能力定义为特高压直流受端交流电网接纳特高压直流输送功率的大小；

所述母线电压恢复时间定义为电网故障后所有母线的电压值恢复到0.8p.u.以上所需时间的平均值。

7.根据权利要求6所述的特高压直流受端交流电网的动态无功补偿装置布点装置，其特征在于，所述加权值求取单元具体包括：

归一化处理子单元，用于对所述初始布点方案集中各个方案的指标值进行归一化处理；

主观加权值子单元，用于根据动态无功补偿装置对特高压直流受端交流电网的影响情况，确定多指标体系中各个指标的重要程度排序，求取同一类指标值的主观加权值；

其中，所述重要程度排序为特高压直流接入短路比>故障极限切除时间>特高压直流输电能力>母线电压恢复时间，按照所述重要程度的顺序将动态无功补偿装置指标集简记为D＝{x₁,x₂,…x_m}，因此，指标x_i与x_i+1的重要性程度之比ω_i/ω_i+1表示为

h_i＝ω_i/ω_i+1，i＝1,2,…,m-1 (2)

其中：ω_i是指标x_i的主观加权值，h_i根据指标x_i与x_i+1的主观重要性程度人为确定，h_i的取值范围包括：1、1.2、1.5或2；

在给定h_i后，第m个指标的主观加权值为

在求得第m个指标的主观加权值后，利用式(2)求取其余m-1个指标的主观加权值；

客观加权值子单元，用于采用客观熵值法，求取同一类指标值的客观加权值；

其中，第i个指标的熵值为

其中：s＝1/ln n，i＝1,2,…,m；假定当f_ij＝0时，f_ijln f_ij＝0；

那么第i个指标的客观加权值为

其中：0≤ω_i≤1，

所述最优布点方案生成单元具体包括：

系数求取子单元，用于通过二次规划法求解式(6)，得出各个指标值的主观加权值和客观加权值的系数α、β：

式中：各个指标的主观加权值为ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m)，客观加权值为k＝(k₁,k₂…,k_i,…,k_m)，其中，ω_i为第i个指标值对应的主观加权值，k_i为第i个指标值对应的客观加权值，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，J为目标函数，表示使得所有布点方案下各指标主观加权和客观加权的差值平方最小的函数，r_ij为第j个布点方案中第i个指标值的大小；

贴近度求取子单元，用于利用式(7)求取所述初始布点方案集中各个布点方案的贴近度T_j：

式中：g_ij＝(αω_i+βk_i)r_ij，p_i＝max{g_ij|j＝1,2,…,n}，n为初始布点方案集中的方案总数，m为多指标评价体系中指标的数量，g_ij和p_i为计算中间量；

最优布点方案确定子单元，用于将所述初始布点方案集中各个布点方案根据其对应的贴近度T_j按照从小到大的方式排序，将T_j值最小的布点方案确定为动态无功补偿装置在特高压直流受端交流电网中的最优布点方案。