提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法
【专利摘要】本发明提供一种提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法，包括以下步骤：确定影响交直流电网中长期电压稳定的关键故障集合；调整动态无功补偿设备的无功出力，并计算动态无功补偿设备的灵敏度；对m个动态无功补偿设备进行排序，并计算动态无功补偿设备的权重系数；计算动态无功补偿设备备用容量，建立动态无功备用优化模型，并求解该动态无功备用优化模型。本发明为提高多直流落点电网中长期电压稳定水平提供了辅助决策支持，对提高大规模交直流电网中长期电压稳定裕度，建立送、受端之间畅通的电力传输通道，提升交直流输电通道输送能力，改善电网运行的经济性和电能质量，均具有重大意义。
【专利说明】提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统【技术领域】，具体涉及一种提高交直流电网中长期电压稳定的 动态无功备用优化方法。
【背景技术】
[0002] 电压稳定问题被国内外学者重视W来，已经发展为多个研究分支，对电压稳定也 有了明确合理的定义，经过多年研究努力，电力学者们已经在电压稳定问题的某些领域中 取得了丰硕的成果，如对静态电压稳定分析、动态电压稳定中的小干扰电压稳定及暂态电 压稳定分析中，都已形成了一套较为完善的研究理论和分析方法，在电力系统调度运行及 监测控制等方面都发挥着不可替代的作用。然而目前国内对中长期电压稳定问题的研究尚 不够深入，没有形成较为统一的认识，人们对中长期电压失稳机理及过程不能进行详细严 谨的分析，因此，研究中长期电压稳定问题具有非常重要的理论意义。
[0003] 电力系统遭受大扰动后，由于负荷的电压灵敏性可能暂时保持电压稳定，然而电 力系统中很多影响电压稳定性的元件都存在慢动态动作过程，随着有载调压变压器分接头 的换接，W及具有负荷恢复特性的元件功率恢复，经过一个较长的时间过程后，系统仍然存 在发生电压崩溃的可能，该就是中长期电压稳定问题，中长期电压稳定分析所研究时域范 围为几分钟甚至几十分钟。负荷恢复特性对中长期电压失稳有极大影响，具有恢复特性的 元件主要有感应电动机和恒温负荷，同时有载调压变压器分接头换接是造成负荷恢复的重 要原因。由于上述3种动态元件的响应时间常数长短不一，从而形成快慢动态结合的中长 期电压失稳过程。
[0004] 当前，缺乏有效、快速、适应性强的电压稳定控制方法也是引发大停电事故的重要 原因之一。我国虽然未曾发生由电压稳定问题引起的大停电事故，但随着"西电东送，南北 互供"电力系统联网格局的形成，负荷中也水平不断增长，大容量远距离输电不断增加，我 国电力系统的电压稳定性问题日益突出，发生电压失稳事故的几率也越来越大。由于电压 稳定问题具有隐蔽性和突发性，事故期间难W察觉，一旦发生电压崩溃，在我国当前电网实 际情况下，势必造成极其巨大的损失。因此，研究提高中长期电压稳定的动态无功备用优化 问题，有效防止电压失稳和电压崩溃事故发生，具有重要的理论价值和实际意义。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种提高交直流电网中长期电压稳定 的动态无功备用优化方法，为提高多直流落点电网中长期电压稳定水平提供了辅助决策支 持，对提高大规模交直流电网中长期电压稳定裕度，建立送、受端之间畅通的电力传输通 道，提升交直流输电通道输送能力，改善电网运行的经济性和电能质量，均具有重大意义。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法，所述 方法包括W下步骤：
[0008] 步骤I ;确定影响交直流电网中长期电压稳定的关键故障集合；
[0009] 步骤2 ;调整动态无功补偿设备的无功出力，并计算动态无功补偿设备的灵敏度；
[0010] 步骤3 ;对m个动态无功补偿设备进行排序，并计算动态无功补偿设备的权重系 数；
[0011] 步骤4;计算动态无功补偿设备备用容量，建立动态无功备用优化模型，并求解该 动态无功备用优化模型。
[0012] 所述步骤1中，对交直流电网进行故障扫描，计算负荷母线i的电压稳定裕度 KlVSi ' 有：
[0013]
【权利要求】
1. 提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法，其特征在于：所述方法 包括以下步骤： 步骤1:确定影响交直流电网中长期电压稳定的关键故障集合； 步骤2 :调整动态无功补偿设备的无功出力，并计算动态无功补偿设备的灵敏度； 步骤3 :对m个动态无功补偿设备进行排序，并计算动态无功补偿设备的权重系数； 步骤4 :计算动态无功补偿设备备用容量，建立动态无功备用优化模型，并求解该动态 无功备用优化模型。
2. 根据权利要求1所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤1中，对交直流电网进行故障扫描，计算负荷母线i的电压稳定裕度 KllVSi，有：
其中，Zu为负荷母线i处的负荷等值阻抗，ZTi为系统戴维南等值阻抗； 选取Kwsi最小值为交直流电网的电压稳定裕度，记为Kmvsi，根据交直流电网的电压稳定 裕度值确定故障的严重情况，得到关键故障，从而得到关键故障集合。
3. 根据权利要求1所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤2中，动态无功补偿设备包括发电机、静止无功补偿器和静止同步补 偿器。
4. 根据权利要求1所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤： 步骤2-1 :分别调整各动态无功补偿设备的无功出力，并对关键故障再次进行时域仿 真； 步骤2-2 :在中长期时间尺度下，针对某故障1，计算动态无功补偿设备j的灵敏度 SIi, j ； 步骤2-3 :在中长期时间尺度下，针对多个故障，计算动态无功补偿设备j的灵敏度 SI』。
5. 根据权利要求4所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤2-2中，针对某故障1，动态无功补偿设备j的灵敏度SIu表示为：
其中，Q#为动态无功补偿设备j的初始无功出力；AQj为调整动态无功补偿设备j 的无功功率变化量；AQw为调整动态无功补偿设备j的无功备用变化量；IcmvsU (Q#+A Qj) 为调整动态无功补偿设备j的无功出力后，在故障F1下，交直流电网的负荷裕度值； k"vSu(QW为调整动态无功补偿设备j的无功出力前，在故障&下，交直流电网的负荷裕度 值。
6. 根据权利要求4所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤2-3中，针对多个故障，动态无功补偿设备j的灵敏度SL表示为：
其中，N1为关键故障总数。
7. 根据权利要求4所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤： 步骤3-1 :根据对m个动态无功补偿设备进行排序，最大值表征该动态无功补 偿设备对中长期电压稳定的贡献程度最大，贡献程度大的动态无功补偿设备留出更多无功 备用量； 步骤3-2 :以SL最大值SImax为基准，归一化处理SIp计算动态无功补偿设备的权重系 数!V 有 Pj = SiyisimaxU
8. 根据权利要求1所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤： 步骤4-1 :计算动态无功补偿设备的备用容量Qem ; 步骤4-2 :以提高Qem作为动态无功备用优化目标，建立动态无功备用优化模型； 步骤4-3 :采用遗传算法求解该动态无功备用优化模型。
9. 根据权利要求8所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方法， 其特征在于：所述步骤4-1中，动态无功补偿设备的备用容量Qem表示为：
其中，为中长期电压稳定中动态无功补偿设备j的无功出力上限，&为动态无功 补偿设备j的当前无功出力。
10. 根据权利要求8所述的提高交直流电网中长期电压稳定的动态无功备用优化方 法，其特征在于：所述步骤4-2中，动态无功备用优化模型的目标函数为：
动态无功备用优化模型的约束条件包括潮流方程约束和变量约束；所述变量约束为控 制变量约束和状态变量约束； (1)潮流方程约束： 在动态无功备用优化模型中，各个节点的有功出力和无功出力都满足以下潮流方程， 有：
其中，Pci和Qci分别为电力系统中发电机节点的有功出力和无功出力；Pu和Qu分别为 负荷节点的有功出力和无功出力；Qci为节点的无功补偿容量；Gir和Bir分别为节点i、r之 间的电导和电纳；Vi和t分别为节点i、r的电压；S &为节点i、r之间的电压相角差；n为 节点总数；Pti(dc;)和Qti(dc〇分别为直流节点的有功输入和无功输入，分为以下两种情况 ： 1) 节点i在整流侧换流母线上，Pti(dc;)和Qti(dc〇分别表示为：
其中，kp为换流器的极数；UdK为整流侧直流电压；Id为直流线路电流；K dK为整流侧换流 变压器变比；b为每极的6脉波串联桥数；VK为整流侧的交流母线电压幅值； 2) 节点i在逆变侧换流母线上，Pti((k)和Qti(dc0分别表示为：
其中，Udl为逆变侧直流电压；Kdl为逆变侧换流变压器变比；V1为逆变侧的交流母线电 压幅值； (2) 控制变量约束：
其中，HpNsvPNpNt和Nd。分别为发电机节点数、静止无功补偿器节点数、静止同步 补偿器节点数、并联电容器节点数、变压器可调分接头数和直流网络节点数；Vm为发电机 节点的端电压，、_和分别为Vm的下限值和上限值；Vsveg为静止无功补偿器节点的 端电压，1。_和Vsvesnax分别为Vsveg的下限值和上限值；Vsva为静止同步补偿器节点的端电 压，VsvQlmin 和 VsvQlmax 分别为Vsva下限值和上限值；Qeu为并联电容器组的补偿容量，Qamil^P Qamax分别为Qo:下限值和上限值；Tk为变压器可调分接头，Tkmin和T kmax分别为Tk下限值和 上限值；Udl、Idm、Pdn和0 d,分别为换流器控制电压、控制电流、控制功率以及控制角，Udlmin和 Udlmax、Idmmin 矛口 Idmmax、Pdnmin 矛口 Pdnmax、〇 drmin 矛口 〇 drmax 分别表示相应的下限值和上限值； (3) 状态变量约束：
其中，队为负荷节点数；Qm为发电机节点无功出力，Qwmin和Qwmax分别为Q m的下限值 和上限值；Bsvcg为静止无功补偿器电纳，Bsvcgmil^P Bsvcgniax分别为Bsvcg的下限值和上限值；Isvch为静止同步补偿器电流幅值，Isvamin和Isvehmax分别为Isveh的下限值和上限值；' p为负荷节 点电压幅值，Vlin和Vumx分别为Vuj的下限值和上限值。
【文档编号】G06Q10/04GK104362642SQ201410584184
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】王 琦, 张健, 刘丽平, 刘明松, 林伟芳 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院