CN112165104A - 一种多站点快速投切电容器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多站点快速投切电容器控制方法，包括获取方式数据、待优化的变电站的母线集合和故障集；根据所述方式数据、所述待优化的变电站的母线集合和故障集，建立关于快速投切电容器投入量和动作电压阈值的优化模型；对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，将所述优化模型的最优解作为投切控制参数；根据投切控制参数，控制多站点快速投切电容器的运行。所述方法充分考虑了不同站点间快速投切电容器的控制参数对系统电压暂态稳定性的影响，确定每个变电站中快速投切电容器的最佳容量以及动作电压阈值，保证多站点间的快速投切电容器的协调，使得每个变电站内快速投切电容器发挥最大效用。

Description

一种多站点快速投切电容器控制方法
技术领域
本发明涉及变电站电容器控制技术领域，尤其涉及一种多站点快速投切电容器控制方法。
背景技术
对于大型受端电网(特别是存在多回常规直流馈入情况)，在交流系统发生严重短路故障以及故障切除后的系统恢复阶段，受端电网往往需要大量的动态无功支撑，以维持其暂态电压稳定。使用快速投切电容器作为有效的动态无功源应用于受端电网是较为常见的手段。快速投切电容器是指在变电站(主要是220kV及以上电压等级)内快速投切无功控制装置控制的低压电容器组，可通过改造站内低压电容器组的监控系统得到。快速投切电容器能够在系统发生故障导致电压跌落时快速投入，给系统提供动态无功支撑，有效提高系统的暂态电压稳定性。
目前，快速投切电容器的控制策略一般是在交流系统发生短路故障下，电压下降到事先设定的阈值以下时，延迟一段时间后投入一定量的电容器。但是这种控制策略只能考虑到单一站点，没有考虑到各站点间的协调，不能发挥每个变电站内电容器最大效用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多站点快速投切电容器控制方法，保证多站点间的快速投切电容器的协调的同时，使得每个变电站内快速投切电容器发挥最大效用。
本发明提供一种多站点快速投切电容器控制方法，包括：
获取方式数据、待优化的变电站的母线集合和故障集；所述方式数据是指电力系统在特定负荷水平和接线方式下运行的工作数据；
根据所述方式数据、所述待优化的变电站的母线集合和故障集，建立关于快速投切电容器投入量和动作电压阈值的优化模型；
对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，将所述优化模型的最优解作为投切控制参数；
根据投切控制参数，控制多站点快速投切电容器的运行。
作为上述方案的改进，所述对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，包括：
采用布谷鸟优化算法对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解。
作为上述方案的改进，所述采用布谷鸟优化算法对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，具体包括：
根据所述各个待优化变电站的快速投切电容器的动作电压阈值及快速投切电容器的动作时投入的电容器量设定对应的鸟窝；
计算每个鸟窝的适应度值；
对所述每个鸟窝的适应度值进行迭代更新；
将适应度值最小的鸟窝记为所述优化模型的最优解。
作为上述方案的改进，所述投切控制参数包括快速投切电容器的动作电压阈值和快速投切电容器投入量。
作为上述方案的改进，所述快速投切电容器关于快速投切电容器投入量和电压阈值的优化模型是一种非线性优化模型。
作为上述方案的改进，所述优化模型的目标函数是快速投切电容器投入量和系统电压恢复效果的线性组合。
实施本实施例具有如下有益效果：
考虑了不同站点间快速投切电容器的控制参数(包括快速投切电容器的动作电压阈值和快速投切电容器投入量)对系统电压暂态稳定性的影响，建立了以快速投切电容器投入量最少和系统电压恢复效果最好为目的的、基于各站点快速投切电容器投入量和电压阈值的优化模型，在根据优化模型的求解控制参数过程兼顾了多站点间的快速投切电容器的协调，能充分发挥每个变电站内电容器最大效用，提高整个大型受端电网系统的电压稳定性，为系统安全运行提供有效的决策支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种多站点快速投切电容器控制方法流程示意图。
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。
为了便于对本发明的理解，下面将对本发明的优选实施例做更进一步的描述。
快速投切电容器的控制策略一般是在交流系统发生短路故障下，电压下降到事先设定的阈值一下时，延迟一段时间后投入一定量的电容器。站点内快速投切电容器的投入量和电压阈值均是影响快速投切电容器效果的重要因素。因此，考虑各站点间的协调，确定每个变电站中作为快速投切电容器的最佳容量，以及动作电压阈值，使得每个变电站内快速投切电容器发挥最大效用，具有重要的实际意义。
参见图1，本发明实施例一提供的一种多站点快速投切电容器控制方法流程示意图。
本发明提供了一种多站点快速投切电容器控制方法，包括：
S10、获取方式数据、待优化的变电站的母线集合和故障集；所述方式数据是指电力系统在特定负荷水平和接线方式下运行的工作数据。
S11、根据所述方式数据、所述待优化的变电站的母线集合和故障集，建立关于快速投切电容器投入量和动作电压阈值的优化模型。
S12、对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，将所述优化模型的最优解作为投切控制参数。
S13、根据投切控制参数，控制多站点快速投切电容器的运行。
本发明实施例以投入的快速投切电容器总量最少和站点故障后电压恢复效果最佳为目标，兼顾了多站点间的快速投切电容器的协调，更能充分发挥每个变电站内电容器最大效用，提高电力系统的电压稳定性。
示例性地，S11中所述对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，包括：
采用布谷鸟优化算法对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解。
举例来说，假设所考察的电网共有N座变电站(220kV及以上)配置了快速投切电容器控制系统。设第i座变电站的快速投切电容器的最大容量为QidmaxMVar，在交流系统发生故障后投入的快速投切电容器量为QidMVar，则有：
0≤Qid≤Qidmax (1)
假设第i座变电站的快速投切电容器的动作规则为：当所监控的母线电压低于电压动作阈值Vi,cr，总延时固定时间投入。Vi,cr满足：
Vi,cr_min≤Vi,cr≤Vi,cr_max (2)
首先确定分析用的方式数据(对于考察电压稳定问题，一般采用大负荷方式)，需要考核的站点的母线集合{B1,…,BM}、以及故障集{F1,…,FL}。本实施例构建的优化模型(目标函数)如下式所示：
minαf1+βf2 (3)
Figure BDA0002734593910000051
Figure BDA0002734593910000052
式(3)中，α和β为权重系数；式(4)中，Qid_l为考核的第l个故障下，站点i所投入的快速投切电容器量；式(5)中，Vjt_l为站点母线j在Fl考核故障下仿真时间为t时刻的电压值，tl0为故障Fl切除时刻，T为仿真总时长，K为一取值很大的正实数，Vj0为需要考核的母线j的期望稳态电压值。
示例性地，S12具体包括：
根据所述各个待优化变电站的快速投切电容器的动作电压阈值及快速投切电容器的动作时投入的电容器量设定对应的鸟窝。
计算每个鸟窝的适应度值。
对所述每个鸟窝的适应度值进行迭代更新。
将适应度值最小的鸟窝记为所述优化模型的最优解。
上述实施例的优化模型为一非线性的优化模型，采用改进的布谷鸟优化算法求解。具体步骤如下：
假设鸟窝群为X＝[X1 … XR]，个体为
Figure BDA0002734593910000053
R为鸟窝的规模，鸟窝Xi中第j行第一个元素代表第j座变电站的快速投切电容器的动作电压阈值，满足：Vj,cr_min≤xi,j1≤Vj,cr_max；第j行第二个元素代表第j座变电站的快速投切电容器的动作时投入的电容器量，满足：0≤xi,j2≤Qj,dmax。根据式(4)～(5)，计算αf1+βf2作为每个鸟窝的适应度值，通过仿真计算得到。设适应度最小的个体(鸟窝)为
Figure BDA0002734593910000061
记为全局最优解。
按照下式对第i个体(鸟窝)进行进化更新：
Figure BDA0002734593910000062
Figure BDA0002734593910000063
式(6)中，k表示第k次迭代，c1、c2为正实常数，λ1、λ2为正实常数且1＜λ1，λ2≤3，s1、s2为迭代步长(正实常数)。若
Figure BDA0002734593910000064
越上(下)限，则取相应的上(下)限值。
针对上述更新好的个体，如第i个个体，随机产生一正态分布的随机数r，若r＞Pa(Pa为一小于1的正实数，如0.9)，则按下述公式就行重新更新：
Figure BDA0002734593910000065
式(8)中，r1、r2为[0,1]的均匀随机分布随机数。
计算各个体最终更新后的适应度值，更新全局最优解。若达到最大的迭代次数则终止迭代，把全局最优解作为最终的各站点快速投切电容器的控制参数。
本发明实施例充分考虑了不同站点间快速投切电容器的控制参数(包括快速投切电容器的动作电压阈值和快速投切电容器投入量)对系统电压暂态稳定性的影响，建立了以快速投切电容器投入量最少和系统电压恢复效果最好为目的的、基于各站点快速投切电容器投入量和电压阈值的优化模型，在根据优化模型的求解控制参数过程兼顾了多站点间的快速投切电容器的协调，能充分发挥每个变电站内电容器最大效用，提高整个大型受端电网系统的电压稳定性，为电力系统安全运行提供有效的决策支持。
示例性地，所述投切控制参数包括快速投切电容器的动作电压阈值和快速投切电容器投入量。
示例性地，所述快速投切电容器关于快速投切电容器投入量和电压阈值的优化模型是一种非线性优化模型。
示例性地，所述优化模型的目标函数是快速投切电容器投入量和系统电压恢复效果的线性组合。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多站点快速投切电容器控制方法，其特征在于，包括：
获取方式数据、待优化的变电站的母线集合和故障集；所述方式数据是指电力系统在特定负荷水平和接线方式运行下的工作数据；
根据所述方式数据、所述待优化的变电站的母线集合和故障集，建立关于快速投切电容器投入量和动作电压阈值的优化模型；
对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，将所述优化模型的最优解作为投切控制参数；
根据投切控制参数，控制多站点快速投切电容器的运行。
2.根据权利要求1所述的多站点快速投切电容器控制方法，其特征在于，所述对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，包括：
采用布谷鸟优化算法对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解。
3.根据权利要求2所述的多站点快速投切电容器控制方法，其特征在于，所述采用布谷鸟优化算法对所述优化模型进行求解，得到所述优化模型的最优解，具体包括：
根据所述各个待优化变电站的快速投切电容器的动作电压阈值及快速投切电容器的动作时投入的电容器量设定对应的鸟窝；
计算每个鸟窝的适应度值；
对所述每个鸟窝的适应度值进行迭代更新；
将适应度值最小的鸟窝记为所述优化模型的最优解。
4.根据权利要求1所述的多站点快速投切电容器控制方法，其特征在于，所述投切控制参数包括快速投切电容器的动作电压阈值和快速投切电容器投入量。
5.根据权利要求1所述的多站点快速投切电容器控制方法，其特征在于，所述快速投切电容器关于快速投切电容器投入量和电压阈值的优化模型是一种非线性优化模型。
6.根据权利要求1所述的多站点快速投切电容器控制方法，其特征在于，所述优化模型的目标函数是快速投切电容器投入量和系统电压恢复效果的线性组合。
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