CN111446721A - 一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法。对分布式光伏密集接入下的直流受端近区电网，采样直流闭锁后各节点的电压直至趋于稳态，得到多组节点电压向量并分组；根据分组计算各节点的暂态电压裕度，通过与裕度阈值进行比较得到电压薄弱点；依次扰动无功补偿设备的无功，计算各无功补偿设备的平均暂态电压灵敏度并排序，根据排序结果得到无功补偿设备调节顺序；根据调节顺序，结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备，直至各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度均大于裕度阈值。本发明协调各无功补偿设备参与特高压直流受端近区电网调压，从而提高电压薄弱点暂态电压稳定性。

Description

一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法

技术领域

本发明属于特高压直流受端近区电网调压控制技术领域，尤其涉及一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法。

背景技术

我国的能源中心和负荷中心呈现严重的逆向分布。西北地区的优质清洁能源和西南地区的水电通过多条特高压直流输电线路输送到位于华东及华中地区的负荷中心，这既产生了巨大的社会、经济和环境效益，同时也深刻改变了现代电网的结构，使其运行与控制具有新的特征。而在作为负荷中心和直流落点的安徽省，新能源装机呈爆发式增长，近三年内光伏规模增长8倍，风电规模增长近1 倍。但新能源并网电压等级低，分布式特点显著，全省110kV及以下电压等级并网的容量超过全省总容量的95％，且分散在35kV、10kV及380V等各个电压等级电网中。2018年底，吉泉特高压直流落地安徽古泉换流站。针对特高压直流受端近区电网的暂态电压稳定问题，常用的解决办法是加装调相、SVG、 STATCOM等动态无功补偿装置，而依靠分布式光伏提供无功支撑也是一种极为有效的解决途径。图1为分布式光伏密集接入的特高压直流受端近区电网系统结构图。对于类似分布式光伏密集接入的特高压直流受端近区电网而言，直流受端系统外来输电比例大幅度提高，且换流站需要消耗大量的无功功率。由于电力电子装置时间常数极小，动态响应速度非常快，故系统的等效惯性时间常数减小，直流受端电压调节能力减弱。并且由于分布式光伏的耐压能力低，特高压直流闭锁后的系统电压波动，可能造成分布式光伏大规模无序脱网，进一步恶化系统的电压，受端近区电网电压稳定面临更大的故障冲击威胁。综上所述，对于类似分布式光伏密集接入的特高压直流受端近区电网，暂态电压问题值得得到更多关注，需要提出更加有效的控制方法来保证特高压直流受端近区电网中的分布式光伏不会因为电压问题而脱网。

传统的光伏有功控制系统功率因数通常不具备常规机组的无功支撑能力。为了能够充分挖掘分布式光伏密集接入的特高压直流受端近区电网的调压能力，需要研究分布式光伏参与特高压直流受端近区电网调压的协调优化方法。

每个光伏电站和无功补偿设备的当前输出无功均能通过WAMS实施监测。在固定的故障校验水平(直流闭锁)，便能够找到当前运行点下的电压薄弱点，匹配出电压薄弱点附近各光伏电站和无功补偿设备的暂态电压灵敏度与分析出当前的约束条件，从而优化计算出各光伏电站和无功补偿设备的无功补偿量。通过各光伏电站和无功补偿设备来提供无功支撑，从而提高系统电压稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法。

本发明通过建立分布式光伏密集接入下的特高压直流受端近区电网等效仿真模型，获取直流闭锁后特高压直流受端近区电网的电压波动曲线；计算各节点的暂态电压稳定裕度，将每个节点的暂态电压稳定裕度ξ_u,i与裕度阈值比较，识别配电网模型中的电压薄弱节点，再依次扰动包含分布式光伏在内的各无功补偿设备，计算其对各电压薄弱节点的暂态电压灵敏度，然后将第k个无功补偿设备对各电压薄弱点的暂态电压灵敏度进行加权求和得到平均暂态电压灵敏度，根据平均暂态电压灵敏度对各无功补偿设备进行排序，结合构建的约束条件模型，按照灵敏度大小依次调节各无功补偿设备，直至各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度均大于裕度阈值。本发明实现了协调包括分布式光伏在内的各无功补偿设备参与特高压直流受端近区电网调压，改善了特高压直流受端近区电网直流闭锁扰动下的暂态电压稳定性。

本发明采用如下的技术方案：

一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，包括步骤：

步骤1，将多个分布式光伏电源、多个静态无功补偿设备特高压直流受端近区交流配电网中，模拟直流闭锁后，对特高压直流受端近区交流配电网的节点电压进行采样直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态，得到多组特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量，进一步构建特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组；

步骤2：根据特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组，计算特高压直流受端近区交流配电网中节点的暂态电压裕度，进一步通过与裕度阈值进行比较，得到特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点；

步骤3：依次对无功补偿设备进行无功扰动，计算特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点的无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，计算无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，将无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度进行从大至小排序得到排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，根据排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度得到无功补偿设备调节顺序；

步骤4：根据无功补偿设备的条件顺序，结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备；

步骤5：重复执行步骤4直至特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度均大于裕度阈值。

作为优选，步骤1所述特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量为：N 步骤1所述分布式光伏电源的数量为：M_pv，即特高压直流受端近区交流配电网中所述分布式光伏电源接入节点的数量为M_pv；

步骤1所述静态无功补偿设备的数量为：M_svg，即特高压直流受端近区交流配电网中所述静态无功补偿设备接入节点的数量为M_svg；

步骤1所述特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量为：

(u₁(m),u₂(m),...,u_N(m))m∈[1,M]

其中，(u₁(m),u₂(m),...,u_N(m))表示第m次采样的特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量，u_i(m)表示第m次采样的特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压，i∈[1,N]，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数；

步骤1所述进一步构建特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组：

其中，特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组为：

(u_i(n),u_i(n+1),...,u_i(n+τ_cr/T-1))

i∈[1,N],n∈[1,M-τ_cr/T+1]

其中，特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k个电压为：

u_i(n+k-1)

k∈[1,τ_cr/T]

其中，τ_cr为电压二元表的时间参数，T为采样的间隔时间，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数，M-τ_cr/T+1 为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的分组数量，τ_cr/T特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中电压的数量；

作为优选，步骤2所述计算特高压直流受端近区交流配电网中节点的暂态电压裕度为：

i∈[1,N],n∈[1,M-τ_cr/T+1],k∈[1,τ_cr/T]

其中，ξ_i,n为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组的暂态电压裕度，ξ_i为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的暂态电压裕度，u_cr为电压二元表的电压参数，τ_cr为电压二元表的时间参数，u_N为额定电压，T为采样的间隔时间，u_i(n+k-1)为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k个电压，u_i(n+k)为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k+1个电压，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数，M-τ_cr/T+1 为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的分组数量，τ_cr/T特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中电压的数量；

步骤2所述进一步通过与裕度阈值进行比较为：

ξ₁,ξ₂,...,ξ_N依次与裕度阈值进行比较，若小于等于裕度阈值则被判定为电压薄弱节点；

步骤2所述的特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点为：

(Weak₁,Weak₂,...,Weak_K)

其中，K为特高压直流受端近区交流配电网中的电压薄弱节点的数量， Weak_j为特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点，即特高压直流受端近区交流配电网中序号为Weak_j的节点，j∈[1,K]；

特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度为：

作为优选，步骤3所述无功补偿设备包括：

步骤1所述的M_pv台分布式光伏电源、步骤1所述的M_svg台静态无功补偿设备；

无功补偿设备的数量为：M_pv+M_svg；

第l台无功补偿设备的无功为：Q_l；

第l台无功补偿设备的扰动量为：ΔQ_l；

步骤3所述无功扰动为：

第l台无功补偿设备的无功由Q_l注入ΔQ_l后，扰动后第l台无功补偿设备的无功为Q_l+ΔQ_l；

步骤3中所述计算特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点的无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度为：

其中，λ_l,j为特高压直流受端近区交流配电网中第j个电压薄弱节点的第l台无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，Q_l+ΔQ_l为扰动后第l台无功补偿设备的无功，Q_l为第l台无功补偿设备的无功，ξ_j(Q_l+ΔQ_l)为步骤2所述特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点即第Weak_j节点的第l台无功补偿设备无功扰动后暂态电压裕度，

ξ_j(Q_l)为步骤2所述特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点即第Weak_j节点的暂态电压裕度，M_pv+M_svg为无功补偿设备的数量，K为特高压直流受端近区交流配电网中的电压薄弱节点的数量；

步骤3所述计算无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度为：

l∈[1,M_pv+M_svg]

其中，α_l为第l台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，λ_l为第l 台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，M_pv+M_svg为无功补偿设备的数量；

步骤3所述将无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度进行从大至小排序为：

将

从大至小排序，得到步骤3所述排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度为：

其中，

为排序后第z个位置上无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，

等效于第dg_z台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，

步骤3所述无功补偿设备调节顺序为：

需要进一步说明，灵敏度计算量大，此时需要计算各无功补偿设备无功摄动时的暂态响应计算，但各无功补偿设备的摄动计算本质上可并行进行，因此，在工程实践中，可通过并行运算来加快优化计算速度。

作为优选，步骤4所述根据无功补偿设备的调节顺序为：

根据步骤3所述无功补偿设备的调节顺序

步骤4所述结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备为：

若第dg_z台无功补偿设备为分布式光伏系统，其约束条件为：

z∈[1,M_pv+M_svg]

dg_z∈[1,M_pv+M_svg]

其中，

为第dg_z台无功补偿设备的分布式光伏系统无功输出，

为第dg_z台无功补偿设备的分布式光伏系统无功调节最大值；

根据第dg_z台无功补偿设备的约束条件，每次调节增加量均为Q^step，并通过步骤2得到特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度即

若

均大于裕度阈值则调节停止，否则继续参照Q^step调节；

若

达到

中仍存在小于等于裕度阈值的情况，则通过第dg_z+1台无功补偿设备继续调节；

若第dg_z台无功补偿设备为静态无功补偿设备，其约束条件为：

z∈[1,M_pv+M_svg]

dg_z∈[1,M_pv+M_svg]

其中，

为第dg_z台无功补偿设备的静态无功补偿设备无功输出，

为第dg_z台无功补偿设备的静态无功补偿设备无功调节最大值；

根据第dg_z台无功补偿设备的约束条件，每次调节增加量均为Q^step，并通过步骤2得到特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度即

若

均大于裕度阈值则调节停止，否则继续参照Q^step调节；

若

达到

中仍存在小于等于裕度阈值的情况，则通过第dg_z+1台无功补偿设备继续调节；

和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

可实时监测各机组输出无功和出力水平，匹配当下运行状态的暂态电压灵敏度，快速协调各无功补偿装置暂态无功支撑量，从而提高暂态电压稳定裕度。

引入分布式光伏做无功补偿设备，减少了SVG等动态无功补偿设备的投资，实现基于暂态电压灵敏度的协调包含分布式光伏在内的各无功补偿设备参与特高压直流受端近区电网调压，为提高电压薄弱点暂态电压裕度、增强含高比例可再生能源的特高压直流受端近区电网中无功调节能力提供了新的思路。

附图说明

图1：本发明仿真场景示意图；

图2：本发明方法流程图；

图3：本发明计算暂态电压裕度的示意图；

图4：本发明直流闭锁故障时分布式光伏不参与调压模式下故障时特高压直流受端近区电网的电压响应曲线；

图5：本发明分布式光伏系统提供无功支撑时不断迭代求解下电压薄弱点的电压响应曲线；

图6：是直流闭锁后分布式光伏系统的无功出力曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体实施设置直流双极闭锁故障场景，对某特高压直流受端近区电网进行DigSILENT仿真，考察分布式光伏系统在特高压直流受端近区电网中直流双极闭锁参与调压的效果。DigSILENT模型中的发电机、变压器、输电线路、励磁、调速器等原件的模型和参数均为现场实际调研参数。

本发明特高压直流受端近区电网仿真场景示意图如图1所示，

如图2所示为本发明的方法流程图。

下面结合图1至图6介绍本发明的具体实施方式为一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，包括以下步骤：

步骤1，将多个分布式光伏电源、多个静态无功补偿设备特高压直流受端近区交流配电网中，模拟直流闭锁后，对特高压直流受端近区交流配电网的节点电压进行采样直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态，得到多组特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量，进一步构建特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组；

步骤1所述特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量为：N＝147

步骤1所述分布式光伏电源的数量为：Mpv＝10，即特高压直流受端近区交流配电网中所述分布式光伏电源接入节点的数量为Mpv＝10；

步骤1所述静态无功补偿设备的数量为：Msvg＝2，即特高压直流受端近区交流配电网中所述静态无功补偿设备接入节点的数量为Msvg＝2；

步骤1所述特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量为：

(u₁(m),u₂(m),...,u_N(m)) m∈[1,M]

其中，(u₁(m),u₂(m),...,u_N(m))表示第m次采样的特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量，u_i(m)表示第m次采样的特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压，i∈[1,N]，N＝147为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M＝900为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数；

步骤1所述进一步构建特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组：

其中，特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组为：

(u_i(n),u_i(n+1),...,u_i(n+τ_cr/T-1))

i∈[1,N],n∈[1,M-τ_cr/T+1]

其中，特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k个电压为：

u_i(n+k-1)

k∈[1,τ_cr/T]

其中，τ_cr＝1为电压二元表的时间参数，T＝0.01为采样的间隔时间，N＝147 为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M＝900为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数，M-τ_cr/T+1＝801为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的分组数量，τ_cr/T＝100特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中电压的数量；

步骤2：根据特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组，计算特高压直流受端近区交流配电网中节点的暂态电压裕度，进一步通过与裕度阈值进行比较，得到特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点；

如图3所示，步骤2所述计算特高压直流受端近区交流配电网中节点的暂态电压裕度为：

i∈[1,N],n∈[1,M-τ_cr/T+1],k∈[1,τ_cr/T]

其中，ξ_i,n为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组的暂态电压裕度，ξ_i为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的暂态电压裕度，u_cr为电压二元表的电压参数，τ_cr＝1为电压二元表的时间参数，u_N为额定电压，T＝0.01为采样的间隔时间，u_i(n+k-1)为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k个电压，u_i(n+k)为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k+1个电压，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M＝900为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数，M-τ_cr/T+1＝801为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的分组数量，τ_cr/T＝100为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n 个分组中电压的数量；

步骤2所述进一步通过与裕度阈值进行比较为：

ξ₁,ξ₂,...,ξ_N依次与裕度阈值进行比较，若小于等于裕度阈值则被判定为电压薄弱节点；

步骤2所述的特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点为：

(Weak₁,Weak₂,...,Weak_K)

其中，K为特高压直流受端近区交流配电网中的电压薄弱节点的数量， Weak_j为特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点，即特高压直流受端近区交流配电网中序号为Weak_j的节点，j∈[1,K]；

特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度为：

步骤3：依次对无功补偿设备进行无功扰动，计算特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点的无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，计算无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，将无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度进行从大至小排序得到排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，根据排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度得到无功补偿设备调节顺序；

步骤3所述无功补偿设备包括：

步骤1所述的Mpv＝10台分布式光伏电源、步骤1所述的Msvg＝2台静态无功补偿设备；

无功补偿设备的数量为：Mpv+M_svg＝12；

第l台无功补偿设备的无功为：Q_l；

第l台无功补偿设备的扰动量为：ΔQ_l；

步骤3所述无功扰动为：

第l台无功补偿设备的无功由Q_l注入ΔQ_l后，扰动后第l台无功补偿设备的无功为Q_l+ΔQ_l；

步骤3中所述计算特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点的无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度为：

其中，λ_l,j为特高压直流受端近区交流配电网中第j个电压薄弱节点的第l台无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，Q_l+ΔQ_l为扰动后第l台无功补偿设备的无功，Q_l为第l台无功补偿设备的无功，ξ_j(Q_l+ΔQ_l)为步骤2所述特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点即第Weak_j节点的第l台无功补偿设备无功扰动后暂态电压裕度，

ξ_j(Q_l)为步骤2所述特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点即第 Weak_j节点的暂态电压裕度，Mpv＝60+M_svg为无功补偿设备的数量，K为特高压直流受端近区交流配电网中的电压薄弱节点的数量；

步骤3所述计算无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度为：

l∈[1,M_pv+M_svg]

其中，α_l为第l台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，λ_l为第l 台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，M_pv+M_svg＝12为无功补偿设备的数量；

步骤3所述将无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度进行从大至小排序为：

将

从大至小排序，得到步骤3所述排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度为：

其中，

为排序后第z个位置上无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，

等效于第dg_z台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，

步骤3所述无功补偿设备调节顺序为：

需要进一步说明，灵敏度计算量大，此时需要计算各无功补偿设备无功摄动时的暂态响应计算，但各无功补偿设备的摄动计算本质上可并行进行，因此，在工程实践中，可通过并行运算来加快优化计算速度。

步骤4：根据无功补偿设备的条件顺序，结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备；

步骤4所述根据无功补偿设备的调节顺序为：

根据步骤3所述无功补偿设备的调节顺序

步骤4所述结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备为：

若第dg_z台无功补偿设备为分布式光伏系统，其约束条件为：

z∈[1,M_pv+M_svg]

dg_z∈[1,M_pv+M_svg]

其中，

为第dg_z台无功补偿设备的分布式光伏系统无功输出，

为第dg_z台无功补偿设备的分布式光伏系统无功调节最大值；

根据第dg_z台无功补偿设备的约束条件，每次调节增加量均为Q^step，并通过步骤2得到特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度即

若

均大于裕度阈值则调节停止，否则继续参照Q^step调节；

若

达到

中仍存在小于等于裕度阈值的情况，则通过第dg_z+1台无功补偿设备继续调节；

若第dg_z台无功补偿设备为静态无功补偿设备，其约束条件为：

z∈[1,M_pv+M_svg]

dg_z∈[1,M_pv+M_svg]

其中，

为第dg_z台无功补偿设备的静态无功补偿设备无功输出，

为第dg_z台无功补偿设备的静态无功补偿设备无功调节最大值；

根据第dg_z台无功补偿设备的约束条件，每次调节增加量均为Q^step，并通过步骤2得到特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度即

若

均大于裕度阈值则调节停止，否则继续参照Q^step调节；

若

达到

中仍存在小于等于裕度阈值的情况，则通过第dg_z+l台无功补偿设备继续调节；

步骤5：重复执行步骤4直至特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度均大于裕度阈值。

图4为模拟直流闭锁后，采样得到的直流受端近区交流配电网各节点的暂态电压曲线，可以看到各节点能保持暂态电压稳定，但是陶楼变220kV母线的电压最低。

图5为陶楼变220kV母线电压在迭代计算过程中的电压取线变化情况，可以看到暂态电压明显的上升了，陶楼变220kV母线的暂态电压稳定性得到了改善。

图6为无功补偿设备提供的无功支撑，可以看到灵敏度最大的义井光伏电站首先达到了可调节的最大容量，然后是灵敏度次大的林庄光伏电站，最后皖能垃圾焚烧电站。

表1为分布式光伏不参与调压时的仿真运行工况。故障发生前，各无功补偿设备的无功出力、无功可调节容量见表2。

表1 仿真运行工况

表2 以陶楼一区为例、分布式发电不参与调压下各无功补偿设备出力及备用

直流闭锁后，特高压直流受端近区电网受到1000MW的功率扰动。设置在 t＝1.0s发生直流闭锁故障，在t＝1.1s切除换流站无功补偿设备，特高压直流受端近区电网各地区代表节点的电压动态响应曲线如图4所示，设系统需满足的电压二元表为(0.75pu，1s)，计算表明，系统总体上能够保持暂态电压稳定，但陶楼一区暂态电压稳定裕度偏低，其中，220kV母线暂态电压稳定裕度最低，为 0.574。

按照公式(2)计算出各分布式光伏的暂态电压灵敏度，其暂态灵敏度如表 3所示

表3 各无功补偿设备的暂态电压灵敏度

首先选取电压灵敏度最大和可调容量最大的义井光伏电站作为调节节点，设暂态电压稳定裕度下限ξ_u＝0.67，于是计算出义井应该补偿的容量为18.8009Mvar。使义井光伏电站的无功输出在1.2s增加18.8009MVar，再次仿真得到暂态电压曲线，由于电力系统的非线性，所得到的结果并不一定满足要求，所以将得到的曲线再次计算暂态电压裕度来检验是否满足要求。经过3次迭代后暂态稳定裕度满足要求，其迭代计算过程如表4所示。

表4 基于灵敏度分析的无功优化迭代过程

由表4可见，随着分布式光伏提供更多的无功支撑，而暂态稳定裕度也随之增大，陶楼一区的220kV母线的暂态电压裕度由0.5740提升到了0.6710，满足了预设要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将多个分布式光伏电源、多个静态无功补偿设备特高压直流受端近区交流配电网中，模拟直流闭锁后，对特高压直流受端近区交流配电网的节点电压进行采样直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态，得到多组特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量，进一步构建特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组；

步骤2：根据特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组，计算特高压直流受端近区交流配电网中节点的暂态电压裕度，进一步通过与裕度阈值进行比较，得到特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点；

步骤3：依次对无功补偿设备进行无功扰动，计算特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点的无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，计算无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，将无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度进行从大至小排序得到排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，根据排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度得到无功补偿设备调节顺序；

步骤4：根据无功补偿设备的条件顺序，结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备；

步骤5：重复执行步骤4直至特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度均大于裕度阈值。

2.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，其特征在于：

步骤1所述特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量为：N

步骤1所述分布式光伏电源的数量为：M_pv，即特高压直流受端近区交流配电网中所述分布式光伏电源接入节点的数量为M_pv；

步骤1所述静态无功补偿设备的数量为：M_svg，即特高压直流受端近区交流配电网中所述静态无功补偿设备接入节点的数量为M_svg；

步骤1所述特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量为：

(u₁(m),u₂(m),...,u_N(m)) m∈[1,M]

其中，(u₁(m),u₂(m),...,u_N(m))表示第m次采样的特高压直流受端近区交流配电网中节点电压向量，u_i(m)表示第m次采样的特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压，i∈[1,N]，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数；

步骤1所述进一步构建特高压直流受端近区交流配电网中节点电压分组：

其中，特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组为：

(u_i(n),u_i(n+1),...,u_i(n+τ_cr/T-1))

i∈[1,N],n∈[1,M-τ_cr/T+1]

其中，特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k个电压为：

u_i(n+k-1)

k∈[1,τ_cr/T]

其中，τ_cr为电压二元表的时间参数，T为采样的间隔时间，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数，M-τ_cr/T+1为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的分组数量，τ_cr/T特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中电压的数量。

3.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，其特征在于：

步骤2所述计算特高压直流受端近区交流配电网中节点的暂态电压裕度为：

i∈[1,N],n∈[1,M-τ_cr/T+1],k∈[1,τ_cr/T]

其中，ξ_i,n为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组的暂态电压裕度，ξ_i为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的暂态电压裕度，u_cr为电压二元表的电压参数，τ_cr为电压二元表的时间参数，u_N为额定电压，T为采样的间隔时间，u_i(n+k-1)为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k个电压，u_i(n+k)为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中第k+1个电压，N为特高压直流受端近区交流配电网中节点的数量，M为特高压直流受端近区交流配电网的节点电压直至特高压直流受端近区交流配电网趋于稳态的采样次数，M-τ_cr/T+1为特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的分组数量，τ_cr/T特高压直流受端近区交流配电网中第i个节点的电压的第n个分组中电压的数量；

步骤2所述进一步通过与裕度阈值进行比较为：

ξ₁,ξ₂,...,ξ_N依次与裕度阈值进行比较，若小于等于裕度阈值则被判定为电压薄弱节点；

步骤2所述的特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点为：

(Weak₁,Weak₂,...,Weak_K)

其中，K为特高压直流受端近区交流配电网中的电压薄弱节点的数量，Weak_j为特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点，即特高压直流受端近区交流配电网中序号为Weak_j的节点，j∈[1,K]；

特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度为：

4.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，其特征在于：

步骤3所述无功补偿设备包括：

步骤1所述的M_pv台分布式光伏电源、步骤1所述的M_svg台静态无功补偿设备；

无功补偿设备的数量为：M_pv+M_svg；

第l台无功补偿设备的无功为：Q_l；

第l台无功补偿设备的扰动量为：ΔQ_l；

步骤3所述无功扰动为：

第l台无功补偿设备的无功由Q_l注入ΔQ_l后，扰动后第l台无功补偿设备的无功为Q_l+ΔQ_l；

步骤3中所述计算特高压直流受端近区交流配电网中电压薄弱节点的无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度为：

其中，λ_l,j为特高压直流受端近区交流配电网中第j个电压薄弱节点的第l台无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，Q_l+ΔQ_l为扰动后第l台无功补偿设备的无功，Q_l为第l台无功补偿设备的无功，ξ_j(Q_l+ΔQ_l)为步骤2所述特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点即第Weak_j节点的第l台无功补偿设备无功扰动后暂态电压裕度，

ξ_j(Q_l)为步骤2所述特高压直流受端近区交流配电网中第j个薄弱节点即第Weak_j节点的暂态电压裕度，M_pv+M_svg为无功补偿设备的数量，K为特高压直流受端近区交流配电网中的电压薄弱节点的数量；

步骤3所述计算无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度为：

l∈[1,M_pv+M_svg]

其中，α_l为第l台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，λ_l为第l台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，M_pv+M_svg为无功补偿设备的数量；

步骤3所述将无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度进行从大至小排序为：

将

从大至小排序，得到步骤3所述排序后无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度为：

其中，

为排序后第z个位置上无功补偿设备无功扰动后暂态电压灵敏度，

等效于第dg_z台无功补偿设备无功扰动后平均暂态电压灵敏度，

步骤3所述无功补偿设备调节顺序为：

需要进一步说明，灵敏度计算量大，此时需要计算各无功补偿设备无功摄动时的暂态响应计算，但各无功补偿设备的摄动计算本质上可并行进行，因此，在工程实践中，可通过并行运算来加快优化计算速度。

5.根据权利要求1所述的基于暂态电压灵敏度的配电网调压控制方法，其特征在于：

作为优选，步骤4所述根据无功补偿设备的调节顺序为：

根据步骤3所述无功补偿设备的调节顺序

步骤4所述结合无功补偿设备的约束条件依次调节各无功补偿设备为：

若第dg_z台无功补偿设备为分布式光伏系统，其约束条件为：

z∈[1,M_pv+M_svg]

dg_z∈[1,M_pv+M_svg]

其中，

为第dg_z台无功补偿设备的分布式光伏系统无功输出，

为第dg_z台无功补偿设备的分布式光伏系统无功调节最大值；

根据第dg_z台无功补偿设备的约束条件，每次调节增加量均为Q^step，并通过步骤2得到特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度即

若

均大于裕度阈值则调节停止，否则继续参照Q^step调节；

若

达到

中仍存在小于等于裕度阈值的情况，则通过第dg_z+1台无功补偿设备继续调节；

若第dg_z台无功补偿设备为静态无功补偿设备，其约束条件为：

z∈[1,M_pv+M_svg]

dg_z∈[1,M_pv+M_svg]

其中，

为第dg_z台无功补偿设备的静态无功补偿设备无功输出，

为第dg_z台无功补偿设备的静态无功补偿设备无功调节最大值；

根据第dg_z台无功补偿设备的约束条件，每次调节增加量均为Q^step，并通过步骤2得到特高压直流受端近区交流配电网中各电压薄弱节点的暂态电压稳定裕度即

若

均大于裕度阈值则调节停止，否则继续参照Q^step调节；

若

达到

中仍存在小于等于裕度阈值的情况，则通过第dg_z+1台无功补偿设备继续调节。

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