CN109742769B - 一种直流受端区域调相机无功置换方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流受端区域调相机无功置换方法和系统，包括：根据交直流混联电网信息，计算当前调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；若当前时刻调相机节点动态无功裕度小于裕度阈值或调相机无功出力相对值大于出力阈值，根据电网信息，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；在无功出力预测值对应时刻，将非调相无功补偿设备的无功出力升高至无功出力预测值，并对应减少调相机的无功出力。该方法和系统定量化评估调相机节点动态无功裕度情况，并当动态无功裕度不充足时，通过无功置换释放调相机的无功资源，以免在下次故障发生时由于动态无功储备不足引发连锁故障，对系统造成更大的危害，提升了电网运行的安全性与经济性。

Description

一种直流受端区域调相机无功置换方法和系统

技术领域

本发明属于电力系统运行控制技术领域，具体涉及一种直流受端区域调相机无功置换方法和系统。

背景技术

目前已建成的多个高压直流输电系统，优化了资源配置的同时也带来了一定的电压安全问题，尤其是近两年已发生多起直流系统闭锁事故，引起人们的广泛关注。为解决特高压电网“强直弱交”问题并提高电网动态无功支撑能力，各分区电网部分直流换流站配置了适量的调相机。调相机的投入为直流系统受端电网提供了很好地无功支撑，有效预防了直流系统闭锁导致的连锁故障，然而故障发生的概率较低，调相机长时间处于闲置状态，这就浪费了宝贵的动态无功资源投资；若将其应用于稳态电压控制，可能因为动态无功资源的过度使用反而在系统故障时无法提供支撑。因此目前亟需研究调相机在交直流系统受端电网新的电压控制策略，充分利用调相机良好的无功调节性能，在保证有能力应对故障的前提下，将其投入稳态的电压控制，从而进一步提升电网运行安全性与经济性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种直流受端区域调相机无功置换方法和系统。该方法和系统建立了受端电网动态无功储备在线评估优化模型，并针对动态无功储备不充足的情况提出了稳态的调相机无功置换模型，为电网节约了宝贵的动态无功资源，提升了电网运行的安全性与经济性。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种直流受端区域调相机无功置换方法，其改进之处在于，包括：

根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；

若当前时刻所述调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据所述电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；

在无功出力预测值对应时刻，将所述非调相无功补偿设备的无功出力升高至所述无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力；

所述电网信息包括：电压、电力、有功和无功。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述受端电网动态无功储备在线评估优化模型的建立，包括：

以考虑相机无功出力相对值的最小化电压运行安全域为第一目标函数，以交流系统潮流约束、直流系统潮流约束、调相机无功补偿设备出力约束、非调相无功补偿设备出力约束和电网运行约束为约束条件，建立受端电网动态无功储备在线评估优化模型。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述第一目标函数如下式所示：

其中，F₁表示第一目标函数，

表示系统设定节点电压矢量，v表示系统设定节点电压安全域的最小值，

表示系统设定节点电压安全域的最大值，W_v表示预设电压权重系数，W_q表示预设无功出力权重系数，且W_v>W_q，Θ_s表示调相机无功出力相对值；Θ_s如下式计算：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

如下式计算：

其中，Q_s'表示调相机前一时刻无功出力，Q_s 表示调相机额定无功出力下限；

调相机节点动态无功裕度计算式如下：

其中，Θ₀表示调相机节点动态无功裕度，

表示表示调相机额定无功出力上限。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述交流系统潮流约束如下式所示：

其中，N表示系统全部节点集合，k代表第k个节点，P表示系统节点有功功率，Q表示系统节点无功功率，上标spec表示注入量，上标ac表示交流系统，上标dc表示交流系统，θ表示系统节点电压相角，V表示系统节点电压幅值。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述直流系统潮流约束如下式所示：

其中，下标i表示直流系统整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端电压幅值，

表示直流系统两端有功功率，I_dc表示直流电流，

表示直流系统两端无功功率，

表示直流系统两端空载电压幅值。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述调相机无功补偿设备出力约束如下式所示：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力值，

表示调相机当前无功出力裕度的上限，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

和

计算式如下：

其中，Q_s'表示前一时刻调相机无功出力值，

表示调相机额定出力上限，Q_s 表示调相机额定出力下限。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述非调相无功补偿设备出力约束如下式所示：

其中，Q_c表示非调相无功补偿设备无功出力，

表示非调相无功补偿设备无功出力裕度上限，

表示非调相无功补偿设备无功出力裕度下限。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述调相机无功置换模型的建立，包括：

以考虑调相机无功出力的罚函数项的最小化电压偏移为第二目标函数，以设备无功出力约束和电网运行约束为约束条件，建立调相机无功置换模型；

其中，所述设备包括调相机和非调相无功补偿设备，所述非调相无功补偿设备包括离散设备和发电机。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述第二目标函数如下式所示：

其中，F₂表示第二目标函数，V^pre(t_x,y)表示t_x,y时刻受端电压的预测值，V^ref表示预设受端电压的参考值，α表示惩罚因子；

表示预设的调相机无功出力参考值，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，t_x,y表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时刻，t_x,y的计算式如下：

t_x,y＝(M_sx+y)△t

式中，△t表示相邻预测周期间隔，M_s表示单个控制周期包含的预测周期个数；

V^pre计算式如下：

其中，t_0,0表示当前时刻，S表示预设的灵敏度矩阵，

表示有功负荷预测值，

表示离散设备无功出力预测值，

表示发电机无功出力预测值，

表示调相机无功出力预测值。

本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述设备无功出力约束如下式所示：

其中，

表示离散设备无功出力预测值，Q_dis 表示离散设备无功出力下限，

表示离散设备无功出力上限，

表示预设的调相机无功出力设定值，

表示调相机无功出力预测值，Q_s表示调相机当前时刻无功出力值，△Q_s表示调相机无功出力调节死区，δ表示调相机无功出力调节速率约束，

表示发电机无功出力预测值，Q_g 表示发电机无功出力下限，

表示发电机无功出力上限；t_x,y表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时刻，t_x,y的计算式如下：

t_x,y＝(M_sx+y)△t

式中，△t表示相邻预测周期间隔，M_s表示单个控制周期包含的预测周期个数。

本发明提供的第十优选技术方案，其改进之处在于，11、如权利要求2或8所述的方法，其特征在于，所述电网运行约束如下式所示：

I_dc≥I_{ic_min}

其中，N表示系统全部节点集合，k代表第k个节点，v^current表示系统节点当前电压幅值，△v表示系统发生N-1故障后节点电压的变化量，M表示系统故障后全部正常节点集合，v表示系统设定节点电压安全域的最小值，

表示系统设定节点电压安全域的最大值，

表示直流系统两端电压幅值，下标i表示整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端直流电压过载限制，I_dc表示直流电流，I_{ic_min}表示最小断续电流。

一种直流受端区域调相机无功置换系统，其改进之处在于，包括：

调相机裕度和出力计算模块、补偿出力预测模块和调控模块；

所述调相机裕度和出力计算模块，用于根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；

所述补偿出力预测模块，用于若当前时刻所述调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据所述电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；

所述调控模块，用于在无功出力预测值对应时刻，将所述非调相无功补偿设备的无功出力升高至所述无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力；

所述电网信息包括：电压、电力、有功和无功。

本发明提供的第十一优选技术方案，其改进之处在于，还包括第一建模模块；

所述第一建模模块，用于以考虑相机无功出力相对值的最小化电压运行安全域为第一目标函数，以交流系统潮流约束、直流系统潮流约束、调相机无功补偿设备出力约束、非调相无功补偿设备出力约束和电网运行约束为约束条件，建立受端电网动态无功储备在线评估优化模型。

本发明提供的第十二优选技术方案，其改进之处在于，还包括第二建模模块；

所述第二建模模块，用于以考虑调相机无功出力的罚函数项的最小化电压偏移为第二目标函数，以设备无功出力约束和电网运行约束为约束条件，建立调相机无功置换模型；

其中，所述设备包括调相机和非调相无功补偿设备，所述非调相无功补偿设备包括离散设备和发电机。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本申请根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；若当前时刻调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；在无功出力预测值对应时刻，将非调相无功补偿设备的无功出力升高至无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力，定量化评估了交直流混联电网系统的调相机节点动态无功裕度情况，并当动态无功裕度不充足时，通过无功置换释放调相机的无功资源，以免在下次故障发生时由于动态无功储备不足引发连锁故障，对系统造成更大的危害，提升了电网运行的安全性与经济性。

附图说明

图1为本发明提供的一种直流受端区域调相机无功置换方法流程示意图；

图2为本发明涉及的直流系统受端电网区域节点电压及电压安全域时域分布示意图；

图3为本发明涉及的直流系统受端电网区域动态无功储备时域分布示意图；

图4为本发明涉及的调相机应用于稳态电压控制最优无功出力设定示意图；

图5为本发明涉及的调相机无功置换控制结果示意图；

图6为本发明提供的一种直流受端区域调相机无功置换系统基本结构示意图；

图7为本发明提供的一种直流受端区域调相机无功置换系统详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种直流受端区域调相机无功置换方法流程示意图如图1所示，包括：

步骤1：根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；

步骤2：若当前时刻调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；

步骤3：在无功出力预测值对应时刻，将非调相无功补偿设备的无功出力升高至无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力；

电网信息包括：电压、电力、有功和无功。

具体的，受端电网动态无功储备在线评估优化模型的建立，包括：

1-1建立考虑相机无功出力相对值的最小化电压运行安全域为第一目标函数。

其中，F₁表示第一目标函数，

表示设定系统节点电压矢量，V^max表示系统节点电压幅值的最大值，V^min表示系统节点电压幅值的最小，W_v表示根据现场实际运行情况预设的电压权重系数，W_q表示根据现场实际运行情况预设的无功裕度权重系数，选取原则为W_v>W_q，Θ_s表示调相机无功出力相对值，定义为：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

如下式计算：

其中，Q_s'表示调相机前一时刻无功出力，Q_s 表示调相机额定无功出力下限。

调相机节点动态无功裕度定义为：

其中，Θ₀为调相机节点动态无功裕度矢量，

表示调相机当前无功出力裕度的上限，计算式如下：

其中，

表示调相机额定出力上限。

考虑Θ₀和Θ_s的定义，将Θ_s代入Θ₀的表达式，可得：

1-2：建立约束条件，包括：

交流系统潮流约束

交流系统潮流约束如下式所示：

其中，N表示系统节点集合，k代表第k个节点，P表示系统节点有功功率，Q表示系统节点无功功率，上标spec表示注入量，上标ac表示交流系统，上标dc表示交流系统，θ表示系统节点电压相角，V表示系统节点电压幅值。

直流系统潮流约束

直流系统潮流约束如下式所示：

其中，

表示直流系统两端电压幅值，下标i表示整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端有功功率，I_dc表示直流电流，

表示直流系统两端无功功率，

表示直流系统两端空载电压幅值。

调相机无功补偿设备出力约束

调相机无功补偿设备出力约束如下式所示：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力值，

表示调相机当前无功出力裕度的上限，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

和

计算式如下：

其中，Q_s'表示前一时刻调相机无功出力值，

表示调相机额定出力上限，Q_s 表示调相机额定出力下限。

非调相无功补偿设备出力约束

非调相无功补偿设备出力约束如下式所示：

其中，Q_c表示非调相无功补偿设备出力，

表示非调相无功补偿设备无功出力裕度上限，

表示非调相无功补偿设备无功出力裕度下限。其中，非调相无功补偿设备包括调相机以外的具有无功补偿功能的设备，包括离散设备例如直流系统换流站的离散容抗器，以及发电机。

电网运行约束

电网运行约束包括交流系统电压安全约束和直流系统安全约束。其中，交流系统电压安全约束如下式所示：

其中，N表示系统节点集合，k代表第k个节点，v^current表示系统节点当前电压幅值，△v表示系统发生N-1故障后节点电压的变化量，此时系统节点数由N变为M，v表示系统节点电压安全域的最小值，

表示系统节点电压安全域的最大值。

直流系统安全约束如下式所示：

I_dc≥I_{ic_min}

其中，

表示直流系统两端电压幅值，下标i表示整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端直流电压过载限制，I_dc表示直流电流，I_{ic_min}表示最小断续电流。

根据获取的交直流混联电网的电压、电力、有功和无功等信息，通过受端电网动态无功储备在线评估优化模型，可计算出当前时刻的调相机节点动态无功裕度、调相机无功出力相对值，以及系统节点电压安全域的最小值和最大值，用于后续计算。

当根据步骤1计算出的调相机无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设预设出力阈值，对调相机的无功资源与其他无功补偿设备进行无功置换，避免在下次故障发生时由于动态无功储备不足引发连锁故障。调相机无功置换模型中，根据受端电网负荷预测求解未来一定宽度的时间窗内交直流系统耦合节点的电压变化趋势，以电压偏移最小为目标，同时为保证多次调节后调相机无功出力满足要求，加入调相机无功出力的罚函数项。

调相机无功置换模型的建立，包括：

2-1：建立考虑调相机无功出力的罚函数项的最小化电压偏移为第二目标函数。

第二目标函数如下式所示：

其中，F₂表示第二目标函数，V^pre(t_x,y)表示t_x,y时刻受端电压的预测值，V^ref表示预设受端电压的参考值，t_x,y＝(M_sx+y)△t表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时间断面，△t表示相邻预测周期间隔，单个控制周期包含M_s个预测周期，α表示惩罚因子；

表示预设的调相机无功出力设定值。

V^pre计算式如下：

其中，t_0,0表示当前时刻，S表示预设的灵敏度矩阵，

表示有功负荷预测值，

表示离散设备无功出力预测值，

表示发电机无功出力预测值，

表示调相机无功出力预测值。

2-2：建立约束条件，包括：

各类设备无功出力约束

即包括调相机、离散设备和发电机的可提供无功出力的设备的约束，如下式所示：

其中，t_x,y＝(M_sx+y)△t表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时间断面，

表示离散设备无功出力预测值，Q_dis 表示离散设备无功出力下限，

表示离散设备无功出力上限，

表示预设的调相机无功出力设定值，

表示调相机无功出力预测值，Q_s表示调相机当前时刻无功出力值，△Q_s表示调相机无功出力调节死区，δ表示调相机无功出力调节速率约束，

表示发电机无功出力预测值，Q_g 表示发电机无功出力下限，

表示发电机无功出力上限。

电网运行约束

I_dc≥I_{ic_min}

其中，N表示系统节点集合，k代表第k个节点，v^current表示系统节点当前电压幅值，△v表示系统发生N-1故障后节点电压的变化量，此时系统节点数由N变为M，v表示系统节点电压安全域的最小值，

表示系统节点电压安全域的最大值，

表示直流系统两端电压幅值，下标i表示整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端直流电压过载限制，I_dc表示直流电流，I_{ic_min}表示最小断续电流。

在无功出力预测值对应时刻，将非调相无功补偿设备的无功出力升高至无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力，保持电压稳定。由于系统设定节点电压对各无功补偿设备的灵敏度矩阵元素可能不同，所以进行无功出力调节时，调相机的无功出力减少值和非调相无功补偿设备的无功出力增加值有可能不同，具体调节无功出力时，优先升高灵敏度高的非调相无功补偿设备无功出力，以达到快速收敛的目的。

本发明提出的基于模型预测控制的交直流混联电网直流受端区域调相机无功置换方法中，与调相机进行无功置换的无功补偿设备为直流系统换流站的离散容抗器以及直流受端电网近区内的发电机组。

本发明提出的基于模型预测控制的交直流混联电网直流受端区域调相机无功置换方法中，灵敏度矩阵S是在每个时间断面下，通过摄动法预先求得。

本发明提出的基于模型预测控制的交直流混联电网直流受端区域调相机无功置换方法中，调相机与变电站监控系统进行信息交互，调相机控制装置将上行遥测遥信数据发送到变电站监控系统，变电站监控系统转发到调度主站；调度主站能量管理EMS系统将下行无功控制指令发送给变电站监控系统，变电站监控系统再转发到调相机控制装置。

实施例2：

下面给出一个具体的实施例。

选取某实际直流系统受端电网区域，取系统某天电压实际值、调相机无功出力的实际值、负荷波动的实际值及相关设备状态，通过上述模型计算电压安全域时域分布如图2所示，受端电网动态无功储备时域分布如图3所示。

图3中，上层区域表示调相机应为故障预留的动态无功调节裕度，下层区域表示调相机可应用于稳态电压调节的动态无功容量。从计算结果可以看出，由于受端电网在发生故障后电压会瞬间跌落，因此调相机应为故障预留更多的向上调节空间。同时，由于当天系统没有故障发生，因此调相机只有为响应电压常规波动的小幅度出力变化，但是其出力设定值并不在调节可行域范围内，因此故障发生后系统将没有充足的动态无功储备来应对，因此系统并没有处于运行的最佳状态。

由于调相机无功出力越限且该系统拥有较多的动态无功容量可应用于稳态电压调节，因此需要进行无功置换。根据上述模型进行无功置换控制，调相机应用于稳态电压控制的最优策略如图4所示，计算所得调相机的无功置换结果如图5所示。

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种直流受端区域调相机无功置换系统，由于这些设备解决技术问题的原理与直流受端区域调相机无功置换方法相似，重复之处不再赘述。

该系统基本结构如图6所示，包括：

调相机裕度和出力计算模块、补偿出力预测模块和调控模块；

其中，调相机裕度和出力计算模块，用于根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；

补偿出力预测模块，用于若当前时刻调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；

调控模块，用于在无功出力预测值对应时刻，将非调相无功补偿设备的无功出力升高至无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力；

电网信息包括：电压、电力、有功和无功。

其中，直流受端区域调相机无功置换系统详细结构示意图如图7所示，还包括：第一建模模块；

第一建模模块，用于以考虑相机无功出力相对值的最小化电压运行安全域为第一目标函数，以交流系统潮流约束、直流系统潮流约束、调相机无功补偿设备出力约束、非调相无功补偿设备出力约束和电网运行约束为约束条件，建立受端电网动态无功储备在线评估优化模型。

其中，该系统还包括第二建模模块；

第二建模模块，用于以考虑调相机无功出力的罚函数项的最小化电压偏移为第二目标函数，以设备无功出力约束和电网运行约束为约束条件，建立调相机无功置换模型；

其中，设备包括调相机和非调相无功补偿设备，非调相无功补偿设备包括离散设备和发电机。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流受端区域调相机无功置换方法，其特征在于，包括：

根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；

若当前时刻所述调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据所述电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；

在无功出力预测值对应时刻，将所述非调相无功补偿设备的无功出力升高至所述无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力；

所述电网信息包括：电压、电流、有功和无功；

所述受端电网动态无功储备在线评估优化模型的建立，包括：

以考虑调相机无功出力相对值的最小化电压运行安全域为第一目标函数，以交流系统潮流约束、直流系统潮流约束、调相机无功补偿设备出力约束、非调相无功补偿设备出力约束和电网运行约束为约束条件，建立受端电网动态无功储备在线评估优化模型；

所述调相机无功置换模型的建立，包括：

以考虑调相机无功出力的罚函数项的最小化电压偏移为第二目标函数，以设备无功出力约束和电网运行约束为约束条件，建立调相机无功置换模型；

其中，所述设备包括调相机和非调相无功补偿设备，所述非调相无功补偿设备包括离散设备和发电机；

所述第一目标函数如下式所示：

其中，F₁表示第一目标函数，

表示系统设定节点电压矢量，v表示系统设定节点电压安全域的最小值，

表示系统设定节点电压安全域的最大值，W_v表示预设电压权重系数，W_q表示预设无功出力权重系数，且W_v＞W_q，Θ_s表示调相机无功出力相对值；Θ_s如下式计算：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

如下式计算：

其中，Q'_s表示调相机前一时刻无功出力，Q_s 表示调相机额定无功出力下限；

调相机节点动态无功裕度计算式如下：

其中，Θ₀表示调相机节点动态无功裕度，

表示表示调相机额定无功出力上限；

所述第二目标函数如下式所示：

其中，F₂表示第二目标函数，V^pre(t_x,y)表示t_x,y时刻受端电压的预测值，V^ref表示预设受端电压的参考值，α表示惩罚因子；

表示预设的调相机无功出力参考值，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，t_x,y表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时刻，t_x,y的计算式如下：

t_x,y＝(M_sx+y)Δt

式中，Δt表示相邻预测周期间隔，M_s表示单个控制周期包含的预测周期个数；

V^pre计算式如下：

其中，t_0,0表示当前时刻，S表示预设的灵敏度矩阵，

表示有功负荷预测值，

表示离散设备无功出力预测值，

表示发电机无功出力预测值，

表示调相机无功出力预测值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流系统潮流约束如下式所示：

其中，N表示系统全部节点集合，k代表第k个节点，P表示系统节点有功功率，Q表示系统节点无功功率，上标spec表示注入量，上标ac表示交流系统，上标dc表示交流系统，θ表示系统节点电压相角，V表示系统节点电压幅值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流系统潮流约束如下式所示：

其中，下标i表示直流系统整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端电压幅值，

表示直流系统两端有功功率，I_dc表示直流电流，

表示直流系统两端无功功率，

表示直流系统两端空载电压幅值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调相机无功补偿设备出力约束如下式所示：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力值，

表示调相机当前无功出力裕度的上限，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

和

计算式如下：

其中，Q'_s表示前一时刻调相机无功出力值，

表示调相机额定无功出力上限，Q_s表示调相机额定无功出力下限。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非调相无功补偿设备出力约束如下式所示：

其中，Q_c表示非调相无功补偿设备无功出力，

表示非调相无功补偿设备无功出力裕度上限，

表示非调相无功补偿设备无功出力裕度下限。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备无功出力约束如下式所示：

其中，

表示离散设备无功出力预测值，Q_dis 表示离散设备无功出力下限，

表示离散设备无功出力上限，

表示预设的调相机无功出力设定值，

表示调相机无功出力预测值，Q_s表示调相机当前时刻无功出力值，ΔQ_s表示调相机无功出力调节死区，δ表示调相机无功出力调节速率约束，

表示发电机无功出力预测值，Q_g 表示发电机无功出力下限，

表示发电机无功出力上限；t_x,y表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时刻，t_x,y的计算式如下：

t_x,y＝(M_sx+y)Δt

式中，Δt表示相邻预测周期间隔，M_s表示单个控制周期包含的预测周期个数。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网运行约束如下式所示：

I_dc≥I_{ic_min}

其中，N表示系统全部节点集合，k代表第k个节点，v^current表示系统节点当前电压幅值，Δv表示系统发生N-1故障后节点电压的变化量，M表示系统故障后全部正常节点集合，v表示系统设定节点电压安全域的最小值，

表示系统设定节点电压安全域的最大值，

表示直流系统两端电压幅值，下标i表示整流侧，下标j表示逆变侧，

表示直流系统两端直流电压过载限制，I_dc表示直流电流，I_{ic_min}表示最小断续电流。

8.一种直流受端区域调相机无功置换系统，其特征在于，包括：

调相机裕度和出力计算模块、补偿出力预测模块和调控模块；

所述调相机裕度和出力计算模块，用于根据获取的交直流混联电网信息，采用预先建立的受端电网动态无功储备在线评估优化模型，计算当前时刻调相机节点动态无功裕度和调相机无功出力相对值；

所述补偿出力预测模块，用于若当前时刻所述调相机节点动态无功裕度小于预设裕度阈值或调相机无功出力相对值大于预设出力阈值，根据所述电网信息，采用预先建立的调相机无功置换模型，得到非调相无功补偿设备无功出力预测值；

所述调控模块，用于在无功出力预测值对应时刻，将所述非调相无功补偿设备的无功出力升高至所述无功出力预测值，并根据非调相无功补偿设备升高无功出力导致的设定节点电压升高值对应减少调相机的无功出力；

所述电网信息包括：电压、电流、有功和无功；

还包括第一建模模块；

所述第一建模模块，用于以考虑调相机无功出力相对值的最小化电压运行安全域为第一目标函数，以交流系统潮流约束、直流系统潮流约束、调相机无功补偿设备出力约束、非调相无功补偿设备出力约束和电网运行约束为约束条件，建立受端电网动态无功储备在线评估优化模型；

还包括第二建模模块；

所述第二建模模块，用于以考虑调相机无功出力的罚函数项的最小化电压偏移为第二目标函数，以设备无功出力约束和电网运行约束为约束条件，建立调相机无功置换模型；

其中，所述设备包括调相机和非调相无功补偿设备，所述非调相无功补偿设备包括离散设备和发电机；

所述第一目标函数如下式所示：

其中，F₁表示第一目标函数，

表示系统设定节点电压矢量，v表示系统设定节点电压安全域的最小值，

表示系统设定节点电压安全域的最大值，W_v表示预设电压权重系数，W_q表示预设无功出力权重系数，且W_v＞W_q，Θ_s表示调相机无功出力相对值；Θ_s如下式计算：

其中，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，

表示调相机当前无功出力裕度的下限，

如下式计算：

其中，Q'_s表示调相机前一时刻无功出力，Q_s 表示调相机额定无功出力下限；

调相机节点动态无功裕度计算式如下：

其中，Θ₀表示调相机节点动态无功裕度，

表示表示调相机额定无功出力上限；

所述第二目标函数如下式所示：

其中，F₂表示第二目标函数，V^pre(t_x,y)表示t_x,y时刻受端电压的预测值，V^ref表示预设受端电压的参考值，α表示惩罚因子；

表示预设的调相机无功出力参考值，Q_s表示调相机当前时刻无功出力，t_x,y表示当前时刻起第x个控制周期内的第y个预测时刻，t_x,y的计算式如下：

t_x,y＝(M_sx+y)Δt

式中，Δt表示相邻预测周期间隔，M_s表示单个控制周期包含的预测周期个数；

V^pre计算式如下：

其中，t_0,0表示当前时刻，S表示预设的灵敏度矩阵，

表示有功负荷预测值，

表示离散设备无功出力预测值，

表示发电机无功出力预测值，

表示调相机无功出力预测值。

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