一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法，属于电力系统优化调度控制【技术领域】。建立包含相互强耦合的厂厂协调组，定义厂厂协调组无功负载率偏差指标，若中枢母线电压未调节到位，考虑厂厂协调约束的协调二级电压控制，使得中枢母线电压追踪优化设定值；若中枢母线电压已经调节到位，进行基于厂厂协调目标的无功校正控制，降低强耦合电厂间的无功负载率偏差，并保证中枢母线电压维持在控制死区范围内。本方法使电力系统自动电压控制主站系统根据电力系统的实时运行状态以及电厂间的无功分布情况，实施最适宜的无功电压协调控制，减少强耦合电厂间的不合理无功分布，满足电力系统运行的安全、优质、经济控制需求。
【专利说明】一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法，属于电力 系统运行和控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 运行于控制中心的自动电压控制（Automatic Voltage Control, AVC)主站系统协 调控制电力系统内的无功资源，对保障电力系统的安全、优质、经济运行发挥了重要作用。 典型的自动电压控制主站系统包括小时级的全网无功优化计算、分钟级的分区控制决策两 部分组成，通过全网无功优化计算，给出各关键母线电压的优化设定值，为分区控制提供控 制目标；通过分区控制决策，调整各无功手段的控制调节量，使得各关键母线电压追踪全网 无功优化给出的优化设定值。
[0003] 在分区控制决策环节，传统AVC主站以保证电力系统关键母线（人工指定，以下简 称为中枢母线）电压满足优化设定值为主要控制目标，当电厂与电厂之间相互电气联系紧 密（强耦合）时，有可能为了电压满足要求，而使得强耦合电厂之间出现不合理的无功分 布，从而影响电力系统整体的安全经济运行。为此本发明提出一种强耦合电厂之间的无功 电压协调自动控制方法，通过电压追踪无功跟踪控制和电压保持无功校正控制，减少强耦 合电厂之间的不合理的无功流动。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法， 建立包含相互强耦合的厂厂协调组，并作为协调单元，定义厂厂协调组无功负载率偏差指 标，若中枢母线电压未调节到位，进行考虑厂厂协调约束的协调二级电压控制，使得中枢母 线电压追踪优化设定值的同时保证强耦合电厂间的无功负载率偏差满足控制要求，保证中 枢母线电压维持在控制死区范围内。
[0005] 本发明提出的基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法，包括以下步 骤：
[0006] (1)将电力系统的各无功功率电压控制分区中的发电机划分成多个厂厂协调组， 具体过程如下：
[0007] (1-1)设电力系统的第d个无功功率电压控制分区中的第i个电厂与第j个电厂 之间的互耦合系数为λ u，
【权利要求】
1. 一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法，其特征在于该方法包括 以下步骤： (1) 将电力系统的各无功功率电压控制分区中的发电机划分成多个厂厂协调组，具体 过程如下： (1-1)设电力系统的第d个无功功率电压控制分区中的第i个电厂与第j个电厂之间 JiJi 的互耦合系数为Ω=是第d个无功功率电压控制分区中 所有电厂的集合，I^i为第i个电厂无功功率的变化对第j个电厂高压侧母线电压变化的灵 敏度； (1-2)建立第d个无功功率电压控制分区中各电厂间的互耦合关系矩阵Ad:
其中，N为第d个无功功率电压控制分区中参与电力系统电压控制的电厂个数； (1-3)设定一个电厂间互耦合系数的阈值λtto，λ的取值范围为〇. 1-0. 5,利用聚类 分析法，将第d个无功功率电压控制分区中所有电厂集合中的电厂划分成多个厂厂协 调组，使同一个厂厂协调组中任意两个电厂之间的互耦合系数大于Athr，不同厂厂协调组 的两个电厂之间的互耦合系数小于'并对多个厂厂协调组进行编号； (2) 遍历第d个无功功率电压控制分区中的所有电厂，若所有电厂中的第h个电厂所属 的厂厂协调组中只有一个电厂，则heNC，若第h个电厂所在的厂厂协调组中有多个电厂， 则heC，NC为不参与无功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发电机集合，C为参与无 功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发电机集合； (3) 根据电力系统调度中心获取的中枢母线电压实测值、设定值和控制死区阈值，分别 对电力系统中各无功功率电压控制分区的中枢母线电压进行判定： (3-1)若中枢母线的电压实测值与设定值之间的偏差大于控制死区阈值，则进行步骤 (4)； (3-2)若中枢母线的电压实测值与设定值之间的偏差小于或等于控制死区阈值，则进 行步骤（5); (4) 建立基于厂厂协调约束的电力系统发电机无功功率跟踪控制模型，具体过程如 下： (4-1)建立基于厂厂协调约束的电力系统发电机无功功率跟踪控制模型的目标函数如 下：
其中，AQgl为电力系统的无功功率电压控制分区内发电机的无功功率调节量，\和 分别表示中枢母线的电压实测值和电压设定值，Cg为电力系统的无功功率电压控制分 区内发电机的无功功率变化量对中枢母线电压变化量的灵敏度，Wp和Wq分别为权重系数， Wp取值范围是5-20,Wq的取值范围是0. 01-0. 02,Lk为无功功率电压控制分区内第k台发 电机的无功功率负载率：
上式中，、@和@分别表示第k台发电机的当前无功功率、无功功率下限和无功 功率上限； (4-2)建立基于厂厂协调约束的电力系统发电机无功功率跟踪控制模型的约束条件如 下： (4-2-1)无功功率电压控制分区的第z个电厂的高压侧母线的调节步长约束为： 其中，G为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该分区内第z个电厂的高 压侧母线电压的控制灵敏度向量，为该分区内第z个电厂高压侧母线的单次最大调节 步长，取值范围是1.0-2.OkV; (4-2-2)无功功率电压控制分区内第y个电厂高压侧母线的电压上、下限约束为： ri<vg^+c;:gAQgl<v^ 其中，I、^和分别表示第y个电厂高压侧母线的电压下限、电压实测值和电压 上限，Gg为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该分区内第y个电厂的高压 侧母线电压的控制灵敏度向量； (4-2-3)无功功率电压控制分区内第m个中枢母线的电压运行上限约束和下限约束：Vl<V；：+C；；gAQgl<V； 其中，G为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该控制分区内第m条中 枢母线电压的控制灵敏度向量，;5；、巧"、f分别表示第m条中枢母线的电压下限、电压 实测值、电压上限； (4-2-4)第X个控制发电机无功功率上、下限约束： 0 ' <Q' +AO' <〇 ' 上式中，β〖、&和分别表示第X台发电机的当前无功功率、无功功率下限和无功 功率上限； 第X个发电机无功功率负载率协调约束： -Sq <Lt -L' <{：,: 其中，ε?为发电机无功功率负载率偏差控制死区，取值范围是〇. 1-0. 2,w为与第X个 发电机相对应的厂厂协调组的编号，<为第w个厂厂协调组的平均负载率：
其中，为第d个无功功率电压控制分区中第w个厂厂协调组的发电机集合； (4-3)利用内点法求解步骤（4-1)和步骤（4-2)构成的控制模型，得到无功功率电压控 制分区中各发电机无功功率出力调整量AQgl，进行步骤（5); (5)建立基于厂厂协调目标的电压保持无功功率校正控制模型，具体过程如下： (5-1)建立基于厂厂协调目标的电压保持无功功率校正控制模型的目标函数如下：
其中，AQg2为电力系统的无功功率电压控制分区内发电机的无功功率调节量，Δ^；.为 电力系统的无功功率电压控制分区内第V个发电机的无功功率调节量，Wp和Wq分别为权重 系数，Wp取值范围是5-20，Wq的取值范围是0. 01-0. 02，NC为不参与无功功率电压控制中无 功功率再分配的电厂发电机集合，C为参与无功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发 电机集合，L11为无功功率电压控制分区内第u台发电机的无功功率负载率：
s为与第u台电机相对应的厂厂协调组的编号，< 为第s个厂厂协调组的平均负载率：
其中，Ω^5)为第d个无功功率电压控制分区中第s个厂厂协调组的发电机集合； (5-2)建立基于厂厂协调目标的电压保持无功功率校正控制模型的约束条件如下： (5-2-1)第q个电厂高压侧母线的调节步长约束： ?；Δ^2|<ΔΚ；- 其中，为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该控制分区内第q个电 厂高压侧母线电压的控制灵敏度向量，亥控制分区内第q个电厂高压侧母线电压单 次最大调节步长，取值范围是I. 0-2.OkV; 第q个电厂高压侧母线的电压运行上限约束和下限约束： Vl<V：+C：gAQg2<V^ 2、g、7分别表示第q个控制电厂高压侧母线的电压下限、电压实测值、电压上 限； (5-2-2)无功功率电压控制分区内第ο个中枢母线的电压运行死区约束： V；-set-Sv < V；+C0pgAQg2 < V；se, +εν 其中，εν为中枢母线控制死区，取值范围为〇. 5-lkV，为第〇个中枢母线电压设定 值，G为第〇个中枢母线电压实测值，G为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率 对该控制分区内第〇个中枢母线电压的控制灵敏度向量； (5-2-3)无功功率电压控制分区内第1个发电机无功功率的上、下限约束： 上式中，g和瓦分别表示第！台发电机的当前无功功率、无功功率调整 量、无功功率下限和无功功率上限； (5-3)利用内点法求解上述步骤（5-1)和步骤（5-2)构成的控制模型，得到无功功率电 压控制分区中各发电机的无功功率出力调整量AQg2 ; (6)根据步骤（4)-步骤（5)得到的无功功率电压控制分区中发电机无功功率总调整量AQg，AQg=AQgl+AQg2，得到无功功率电压控制分区中发电厂高压侧母线电压的控制调节 量AVg: ΔVg =SvqΔQg 上式中Svq为发电机无功功率调整量对发电厂高压侧母线电压变化量的灵敏度矩阵， 将上述电厂的高压侧母线电压调整量ΛVg作为电压控制指令，下发给无功功率电压控制分 区中相应的电厂，实现对发电机无功功率的控制。
【文档编号】H02J3/18GK104269857SQ201410487913
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】孙宏斌, 郭庆来, 王彬, 张伯明, 吴文传, 汤磊 申请人:清华大学