一种供电系统动态电压稳定优化调控方法与流程

本发明属于电力系统电压稳定控制的研究领域，涉及一种供电系统动态电压稳定优化调控方法。

背景技术：

典型液化天然气(lng)接收站供电站负荷大多为无功损耗较高的电动机，定补后，虽然也有电压调控作用，系统功率因数基本能满足要求。但由于其无法及时响应负荷动态变化及外电网电压暂降造成的电压快速变动而存在如下问题：外电网电压暂降晃停电动机，电动机启停或者重加速瞬间无功需求大补偿不足，母线电压快速跌落，容易触发相邻电动机的过流保护和低压保护等，使无功功率分布更加不平衡，导致电压进一步下降，如此恶性循环，最终可能导致电压失稳，造成企业关键用电设备大面积非停；轻载情况下出现过补，向电网倒送无功，增加线损，同时也容易导致谐振过电压。

只有监测统计站区的电压的动态情况，确定造成系统电压波动的关键因素，合理确定电压稳定装置布置点以及无功等补偿量，才能实现电压稳定，减少因电压问题的非停次数，降低网损，提升企业安全稳定运行水平。故进行供电系统动态电压稳定优化调控具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种供电系统动态电压稳定优化调控方法，用于降低由于电压稳定问题带来的巨大损失，降低系统非停次数，提高电力系统运行的安全稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种供电系统动态电压稳定优化调控方法，该方法的步骤如下：

s1：考虑典型的电压暂降场景对系统进行潮流计算，计算各节点电压、无功负荷电流以及支路功率损耗；

s2：根据网损确定灵敏度排序，无功补偿装置优先在排序靠前的节点进行安装；

s3：统计发电机的启停损失和电压扰动损失，对各支路进行排序确定启停损失最灵敏节点，无功补偿顺序参照其排序进行。

s4：建立电压稳定装置无功补偿容量的优化模型，求解确定最优补偿量，实现动态调控。

进一步，步骤s1具体为，考虑典型lng电力系统的电压暂降场景对其进行潮流计算，计算各节点电压、无功负荷电流以及各支路上由无功电流引起的功率损耗等。

对于典型辐射型电网，首先通过潮流计算个节点无功负荷电流id，其第i条支路(馈线)上的无功电流可以写为：

其中ni为挂在第i条支路上的节点个数，idj为第j个节点的电流。

对于有k条馈线的厂区，其总的无功电流引起的有功损耗为：

按照上式计算的网损对支路(馈线)进行排序。对于网损最大支路m，其无功电流流动引起的损耗为：

步骤s2具体为，将各分支按照无功电流引起损耗大小排序，确定损耗最大分支，在该分支的所有关联节点中找出无功负荷电流最大的点，该点即为网损最灵敏节点；该排序即为灵敏度的排序。无功补偿装置优先在排序靠前的节点进行安装。

步骤s3具体为，按照节点电压状况，依据电动机的低穿特性，确定典型暂降场景下电动机受扰停机状况，综合考虑电动机所带工艺情况和启动成本，统计该点的启停损失，按照支路(馈线)，统计电压扰动损失，并对各个支路进行排序，损失最大的支路是启停损失最灵敏节点，无功补偿顺序参照其排序进行。

对于典型辐射型电网，系统暂降后电压值us,k，和该暂降的持续时间均值tmean,usk，该场景发生的次数pk；

首先设置典型场景，通过潮流计算个节点电压uj，该电压持续时间均值为将各个节点所带电动机的安全临界电压与之进行比较，得到可能晃停的电动机集合mu；对于可能晃停的电动机mu，再通过比较其暂降临界切除时间与该暂降的持续时间均值tmean,usj，可以确定发生停机电动机的集合ms。按照支路(馈线)统计第i支路上停机的电动机集合ms,uj,i，然后按照下式计算停机第i支路启停损失费：

其中cmj为第j台电动机停机损失和再启动费用。

全年的第i条支路产生的费用为：

基于此对各个支路进行排序，明确各个支路的电动机启停损失灵敏度排序。该损失最大的支路定义为电动机启停损失最灵敏支路。

全年形成的电动机启停费用为：

步骤s4具体为，按照关键因素(电动机启停成本)和布置位置，建立电压稳定装置无功补偿容量的优化模型，采用合适的智能算法对模型进行求解确定最优补偿量，实现动态调控。

目标函数如下：

c＝closses+css+ccap

式中：closses为企业电网年度损耗成本，为网损与电价的乘积；

css为电压暂降下年电动机启停总费用；

ccap为电容器等电压补偿装置的年化成本(包括投资，维护，保险)。

等式约束：

式中，i＝1,2...n，pgi、qgi为电网注入节点i的有功、无功功率，pdi、qdi为节点i的有功、无功负荷，gij为节点i和j之间电导，bij为节点i和j之间电纳，θij为节点i和j之间电压相角差。

不等式约束：

umin和umax为节点电压上下限，qcmin和qcmax为可选电容器容量上下限。以上述优化模型为基础，择优选择(线性规划，梯度下降法，遗传，粒子群等)优化算法可以实现最优补偿点和最优补偿容量的配置。

本发明的有益效果在于：采用本发明方法可以基于工程实际为供电系统的电压稳定提供合理的调控方法，进而维持系统的安全稳定运行。

附图说明

附图为本发明的流程示意图

具体实施方式：

下面将结合附图，对本发明进行详细说明。

如附图所示，本发明为一种供电系统动态电压稳定优化调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

1、考虑典型的电压暂降场景对系统进行潮流计算，计算各节点电压、无功负荷电流以及支路功率损耗，具体过程包括：

对于典型辐射型电网，首先通过潮流计算个节点无功负荷电流id，其第i条支路(馈线)上的无功电流可以写为：

其中ni为挂在第i条支路上的节点个数，idj为第j个节点的电流。

对于有k条馈线的厂区，其总的无功电流引起的有功损耗为：

按照上式计算的网损对支路(馈线)进行排序。对于网损最大支路m，其无功电流流动引起的损耗为：

2、根据网损确定灵敏度排序，无功补偿装置优先在排序靠前的节点进行安装将各分支按照无功电流引起损耗大小排序，确定损耗最大分支，在该分支的所有关联节点中找出无功负荷电流最大的点，该点即为网损最灵敏节点；该排序即为灵敏度的排序。无功补偿装置优先在排序靠前的节点进行安装。

3、统计发电机的启停损失和电压扰动损失，对各支路进行排序确定启停损失最灵敏节点，无功补偿顺序参照其排序进行。

按照节点电压状况，依据电动机的低穿特性，确定典型暂降场景下电动机受扰停机状况，综合考虑电动机所带工艺情况和启动成本，统计该点的启停损失，按照支路(馈线)，统计电压扰动损失，并对各个支路进行排序，损失最大的支路是启停损失最灵敏节点。无功补偿顺序可以参照其排序进行。

对于典型辐射型电网，系统暂降后电压值us,k，和该暂降的持续时间均值tmean,usk，该场景发生的次数pk；

首先设置典型场景，通过潮流计算个节点电压uj，该电压持续时间均值为将各个节点所带电动机的安全临界电压与之进行比较，得到可能晃停的电动机集合mu；对于可能晃停的电动机mu，再通过比较其暂降临界切除时间与该暂降的持续时间均值tmean,usj，可以确定发生停机电动机的集合ms。按照支路(馈线)统计第i支路上停机的电动机集合ms,uj,i，然后按照下式计算停机第i支路启停损失费：

其中cmj为第j台电动机停机损失和再启动费用。

全年的第i条支路产生的费用为：

基于此对各个支路进行排序，明确各个支路的电动机启停损失灵敏度排序。该损失最大的支路定义为电动机启停损失最灵敏支路。

全年形成的电动机启停费用为：

4、建立电压稳定装置无功补偿容量的优化模型，求解确定最优补偿量，实现动态调控。

目标函数如下：

c＝closses+css+ccap

式中：closses为企业电网年度损耗成本，为网损与电价的乘积；

css为电压暂降下年电动机启停总费用；

ccap为电容器等电压补偿装置的年化成本(包括投资，维护，保险)。

等式约束：

式中，i＝1,2...n，pgi、qgi为电网注入节点i的有功、无功功率，pdi、qdi为节点i的有功、无功负荷，gij为节点i和j之间电导，bij为节点i和j之间电纳，θij为节点i和j之间电压相角差。

不等式约束：

umin和umax为节点电压上下限，qcmin和qcmax为可选电容器容量上下限。以上述优化模型为基础，择优选择(线性规划，梯度下降法，遗传，粒子群等)优化算法可以实现最优补偿点和最优补偿容量的配置。

本发明方法同时考虑了网损灵敏点优化选择和电动机启停损失灵敏点优化选择，根据电动机启停成本和布置位置来确定无功补偿的最优方式，为实现电网动态优化调控，提高系统的电能质量提供有效指导。

以上优选实施例仅为说明本发明的技术方案，并不限于此，对于本领域的技术人员而言，可以在不偏离权利要求书限定范围的基础上，针对形式、细节进行修改、替换或优化等各种改变。