一种调整节点无功功率的动态调压能力提升系统及装置的制作方法

本申请涉及电力系统在线安全稳定计算分析领域，具体涉及一种调整节点无功功率的动态调压能力提升系统，同时涉及一种调整节点无功功率的动态调压能力提升装置。

背景技术：

伴随直流输电规模的快速增长，风电、光伏等新能源的迅猛发展，我国电源、电网格局持续发生重大变化，电网安全运行及可再生能源大规模消纳都面临全新挑战。一方面，我国正处在特高压电网的高速发展期，电网特性持续发生重要变化，当前电网交直流、送受端耦合日趋紧密，故障对电网运行的影响由局部转为全局，新能源、直流输电大规模投产使电网动态电压稳定问题日益突出，电网稳定范畴进一步拓展，电力电子化特征凸显，电网调压能力不断下降。另一方面，近年来我国新能源持续快速增长，在电网中占比日益提高，由于风、光等新能源出力具有随机性和波动性，且其频率和电压调节特性和常规发电机组不同，一定程度上恶化了系统的调压能力和抗扰动能力，同时受制于电网电压支撑能力不足的问题，新能源的消纳受到影响。

在目前全网出力成份和消纳模式发生深刻变化的背景下，电网电压特性也发生根本性变化，由准静态电压平衡问题演化成薄弱区域电压调节能力下降、抗扰动能力不足问题。而现有调度控制系统模块缺乏电网动态调压能力准确评估和优化的功能和应用，亟需研究基于在线数据的动态调压能力评估方法和分层分区多目标协调优化提升技术，最终形成电网动态调压能力在线评估和优化提升架构方案和功能软件，应用于调度控制中心，为电网调度运行人员提升电网安全水平及电压调节能力和继续提升新能源消纳能力提供决策支持。

技术实现要素：

为解决对动态调压能力评估和提升方法的需求问题，本申请提供一种调整节点无功功率的动态调压能力提升系统，包括：

确定动态调压能力的薄弱节点；

分别计算各个发电机调整无功功率和各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度，进而筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点和容抗器节点；

对所述有效的发电机节点和容抗器节点，分别计算发电机无功功率调整和容抗器状态调整对提升所述薄弱节点动态调压能力的轨迹灵敏度；

根据所述轨迹灵敏度对所述有效的发电机节点和容抗器节点进行无功功率的调整，根据预先确定的电压跌落面积的控制目标，完成薄弱节点电压的调整；

通过对薄弱节点电压的调整措施进行校验，根据校验结果，对薄弱节点发电机无功功率和\或容抗器状态进行再次调整或结束调整，完成对系统动态调压能力的提升。

进一步的，确定动态调压能力的薄弱节点，包括：

通过暂态时域仿真，获取仿真过程中各个节点的电压；

获取各个节点的电压低于预设阈值的积分面积、持续时间和最低电压；

根据所述积分面积、持续时间和最低电压，获取满足判据条件的节点集合；

将所述节点集合中电压跌落面最大的节点，作为动态高压能力的薄弱节点。

进一步的，分别计算各个发电机调整无功功率和各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度，进而筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点和容抗器节点，包括：

计算各个发电机调整无功功率对薄弱节点电压的灵敏度；

计算薄弱节点短路故障造成的发电机节点电压跌落；

根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点；

计算各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度；

计算薄弱节点短路故障造成的容抗器节点电压跌落；

根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出对所述薄弱节点电压有效的容抗器节点。

进一步的，根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点，

根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出电压灵敏度大于预设的灵敏度阈值，且电压跌落大于电压跌落阈值的发电机集合；

在所述发电机集合中，筛选出对所述薄弱节点电压有支撑能力且薄弱节点故障引起电压下降的发电机，所述发电机为对所述薄弱节点电压有效的发电机。

进一步的，根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出对所述薄弱节点电压有效的容抗器节点，包括：

根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出电压灵敏度大于预设的灵敏度阈值，且电压跌落小于电压跌落阈值的容抗器集合；在所述容抗器集合中，筛选出对所述薄弱节点电压有支撑能力且薄弱节点故障不会引起电压下降的容抗器，所述容抗器为对所述薄弱节点电压有效的容抗器。

进一步的，分别计算发电机无功功率调整和容抗器状态调整对提升所述薄弱节点动态调压能力的轨迹灵敏度，包括：

将发电机集合中的各个发电机的无功功率调整至最大无功功率；

通过暂态时域仿真，获取薄弱节点电压低于预设阈值的积分面积vdropi¹，将所述积分面积和薄弱节点电压跌落面积vdropi⁰进行比较，获得薄弱节点电压跌落面积的减少值dvdropⁱn，将所述减少值作为发电机无功功率调整对薄弱节点电压的轨迹灵敏度；

获取容抗器集体中各个容抗器的实时状态，将实时状态为投运的容抗器进行退运操作，将实时状态为退运的容抗器进行投运操作；

通过暂态时域仿真，获取获取薄弱节点电压低于预设阈值的积分面积vdropi¹，将所述积分面积和薄弱节点电压跌落面积vdropi⁰进行比较，获得薄弱节点电压跌落面积的减少值dvdropⁱn，将所述减少值作为容抗器无功功率调整对薄弱节点电压的轨迹灵敏度。

进一步的，根据所述轨迹灵敏度对所述有效的发电机节点和容抗器节点进行无功功率的调整，根据预先确定的电压跌落面积的控制目标，完成弱节点电压的调整，包括：

根据预设的轨迹灵敏度阈值，分别将有效的发电机节点和容抗器节点纳入发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c；

对unset^c和cset^c中的发电机的无功功率和\或容抗器的状态进行调整；并计算通过调整对薄弱节点电压跌落面积的累加贡献值；

当薄弱节点电压跌落面积vdropi⁰与预设的电压跌落面积的控制目标vdropi^tgv的差值小于等于所述累加贡献值时，完成薄弱节点电压的调整。

进一步的，根据预设的轨迹灵敏度阈值，分别将有效的发电机节点和容抗器节点纳入发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c，包括：

将有效的发电机节点和容抗器节点的轨迹灵敏度与预设的轨迹灵敏度阈值，进行比较；

将所述轨迹灵敏度大于预设的轨迹灵敏度阈值的节点，纳入发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c。

进一步的，根据校验结果，对薄弱节点发电机无功功率和\或容抗器状态进行再次调整或结束调整，包括：

若校验结果满足控制目标vdropi^tgv，则结束调整，反之，则再次调整。

对发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c，进行潮流计算，并通过暂态时域仿真，对薄弱节点电压的调整措施进行校验。

根据校验结果，对薄弱节点发电机无功功率和\或容抗器状态进行再次调整或结束调整。

本申请同时提供一种调整节点无功功率的动态调压能力提升装置，包括：

薄弱节点确定单元，确定动态调压能力的薄弱节点；

有效节点筛选单元，分别计算各个发电机调整无功功率和各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度，进而筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点和容抗器节点；

轨迹灵敏度计算单元，对所述有效的发电机节点和容抗器节点，计算各个发电机和容抗器无功功率调整对提升所述薄弱节点动态调压能力的轨迹灵敏度；

调整单元，根据所述轨迹灵敏度对所述有效的发电机节点和容抗器节点进行无功功率的调整，根据预先确定的电压跌落面积的控制目标，完成薄弱节点电压的调整。

附图说明

图1是本申请提供的一种调整节点无功功率的动态调压能力提升系统的流程示意图；

图2是本申请提供的调整节点无功功率的动态调压能力提升流程图；

图3是本申请提供的一种调整节点无功功率的动态调压能力提升装置示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合图1提供的一种调整节点无功功率的动态调压能力提升系统的流程示意图，对本申请提供的方法进行详细说明。

步骤s101，确定动态调压能力的薄弱节点。

通过对预想故障进行暂态时域仿真，跟踪仿真过程中各节点电压情况，计算各个节点电压低于预设阈值的积分面积vdrop、持续时间tlow和最低电压vmin，搜索出满足判据条件的动态调压能力的薄弱节点。

针对节点i，对仿真过程中(一般仿真时长20s)的各个时刻的电压vj(一般两个点之间的间隔δt为0.01s)，按如下公式计算电压低于设定阈值(一般取0.9标幺值)的积分面积vdropi、持续时间tlowi和最低电压vmini。

vmini＝min(vij),t1≤j≤20

式中t1为故障清除后的下一个时刻，即重点分析预想故障发生且清除后电压恢复过程中的电压。

设定最低电压门槛值为0.8，设定持续时间tlowi门槛值为10s，搜索出vmini小于0.8且tlowi大于10s的节点集合vset。

对集合vset中的节点，按照vdropi排序，找出电压跌落面积最大的节点，即为动态调压能力最薄弱的节点。

步骤s102，分别计算各个发电机调整无功功率和各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度，进而筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点和容抗器节点。

针对薄弱节点，计算各个发电机调整无功功率对薄弱节点电压的灵敏度；计算薄弱节点短路故障造成的发电机节点电压跌落；根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点；计算各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度；计算薄弱节点短路故障造成的容抗器节点电压跌落；根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出对所述薄弱节点电压有效的容抗器节点。

根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出电压灵敏度大于预设的灵敏度阈值，且电压跌落大于电压跌落阈值的发电机集合；在所述发电机集合中，筛选出对所述薄弱节点电压有支撑能力且薄弱节点故障引起电压下降的发电机，所述发电机为对所述薄弱节点电压有效的发电机。

a)针对薄弱节点i，首先逐个计算各个发电机m无功功率调整对节点i电压的灵敏度，计算公式如下。

δui＝rdgδqm

式中d为电压薄弱节点，g为发电机节点，l矩阵是由潮流计算导纳矩阵的虚部建立起来的矩阵，rdg是将l矩阵的逆中和薄弱节点i、发电机节点相关的部分子矩阵。

b)计算薄弱节点i短路故障造成的各个发电机节点m的电压跌落δum，计算公式如下。

式中uⁱ⁽⁰⁾是节点i短路故障前的电压，zeqⁱ是从节点i看向系统的戴维南等值阻抗，zm-i是节点i和发电机节点m之间的互阻抗。

c)设定发电机调整无功功率对薄弱节点电压灵敏度的阈值为0.05，设定薄弱节点短路故障造成发电机节点电压跌落的阈值为0.2，筛选出电压灵敏度大于0.05且电压跌落大于0.2的发电机集合unset，即找出对薄弱节点电压有支撑能力且能够感知到薄弱节点故障引起电压下降的发电机，作为对薄弱节点电压有效的发电机。

根据预设的灵敏度阈值和电压跌落阈值，筛选出电压灵敏度大于预设的灵敏度阈值，且电压跌落小于电压跌落阈值的容抗器集合；在所述容抗器集合中，筛选出对所述薄弱节点电压有支撑能力且薄弱节点故障不会引起电压下降的容抗器，所述容抗器为对所述薄弱节点电压有效的容抗器。

d)针对薄弱节点i，首先逐个判断各个容抗器m的投退操作。

如果容抗器m的电抗值小于0且为退运状态，则对容抗器m做投运操作。

如果容抗器m的电抗值小于0且为投运状态，则跳过容抗器m。

如果容抗器m的电抗值大于0且为投运状态，则对容抗器m做退运操作。

如果容抗器m的电抗值大于0且为退运状态，则跳过容抗器m。

然后计算容抗器m投退(即调整无功功率)对节点i电压的灵敏度，按照步骤a)公式计算。

然后计算薄弱节点i短路故障造成的各个容抗器节点m的电压跌落δum，按照步骤b)公式计算。

设定容抗器调整无功功率对薄弱节点电压灵敏度的阈值为0.05，设定薄弱节点短路故障造成容抗器节点电压跌落的阈值为0.2，筛选出电压灵敏度大于0.05且电压跌落小于0.2的发电机集合cset，即找出对薄弱节点电压有支撑能力且薄弱节点故障不会引起其电压大幅下降的容抗器，作为对薄弱节点电压有效的容抗器。

步骤s103，对所述有效的发电机节点和容抗器节点，分别计算发电机无功功率调整和容抗器状态调整对提升所述薄弱节点动态调压能力的轨迹灵敏度。

针对薄弱节点i和有效发电机集合unset和有效容抗器集合cnset，逐个计算集合中各个发电机无功功率调整、容抗器无功功率调整对提升薄弱节点i动态调压能力的轨迹灵敏度。

将发电机集合中的各个发电机的无功功率调整至最大无功功率；通过暂态时域仿真，获取薄弱节点电压低于预设阈值的积分面积vdropi¹，将所述积分面积和薄弱节点电压跌落面积vdropi⁰进行比较，获得薄弱节点电压跌落面积的减少值dvdropⁱn，将所述减少值作为发电机无功功率调整对薄弱节点电压的轨迹灵敏度。

a)针对发电机集合unset中的发电机n，获取发电机n的实时无功功率qun、最大无功功率qmaxn，增加发电机n的无功功率至最大无功功率。

b)对调整后的数据进行潮流计算，再进行预想故障的暂态时域仿真，跟踪仿真过程中薄弱节点i的电压情况，计算节点电压i低于设定阈值的积分面积vdropi¹，和获得的薄弱节点i的电压跌落面积vdropi⁰相比，得到薄弱节点i的电压跌落面积的减少值dvdropⁱn，作为发电机n无功功率调整对薄弱节点i电压的轨迹灵敏度。

获取容抗器集体中各个容抗器的实时状态，将实时状态为投运的容抗器进行退运操作，将实时状态为退运的容抗器进行投运操作；通过暂态时域仿真，获取获取薄弱节点电压低于预设阈值的积分面积vdropi¹，将所述积分面积和薄弱节点电压跌落面积vdropi⁰进行比较，获得薄弱节点电压跌落面积的减少值dvdropⁱn，将所述减少值作为容抗器无功功率调整对薄弱节点电压的轨迹灵敏度。

c)针对容抗器集合cset中的容抗器k，获取容抗器k的实时状态，如果容抗器目前为投运状态，则对容抗器进行退运操作，如果容抗器目前为退运状态，则对容抗器进行投运操作。

d)对调整后的数据进行潮流计算，再进行预想故障的暂态时域仿真，跟踪仿真过程中薄弱节点i的电压情况，计算节点电压i低于设定阈值的积分面积vdropi¹，和获得的薄弱节点i的电压跌落面积vdropi⁰相比，得到薄弱节点i的电压跌落面积的减少值dvdropⁱk，作为容抗器k无功功率调整对薄弱节点i电压的轨迹灵敏度。

步骤s104，根据所述轨迹灵敏度对所述有效的发电机节点和容抗器节点进行无功功率的调整，根据预先确定的电压跌落面积的控制目标，完成薄弱节点电压的调整。

针对薄弱节点i，根据预先确定的电压跌落面积的控制目标值，确定节点电压提升措施。

轨迹灵敏度由大到小排序，优先调整轨迹灵敏度大的发电机或容抗器，根据预设的轨迹灵敏度阈值，分别将有效的发电机节点和容抗器节点纳入发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c，将有效的发电机节点和容抗器节点的轨迹灵敏度与预设的轨迹灵敏度阈值，进行比较，将所述轨迹灵敏度大于预设的轨迹灵敏度阈值的节点，纳入发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c。

对unset^c和cset^c中的发电机的无功功率和\或容抗器的状态进行调整；并计算通过调整对薄弱节点电压跌落面积的累加贡献值；当薄弱节点电压跌落面积vdropi⁰与预设的电压跌落面积的控制目标vdropi^tgv的差值小于等于所述累加贡献值时，即满足如下公式时停止，完成薄弱节点电压的调整。

步骤s105，通过对薄弱节点电压的调整措施进行校验，根据校验结果，对薄弱节点发电机无功功率和\或容抗器状态进行再次调整或结束调整，完成对系统动态调压能力的提升。

若校验结果满足控制目标vdropi^tgv，则结束调整，反之，则再次调整。对发电机控制集合unset^c或容抗器控制集合cset^c，进行潮流计算，并通过暂态时域仿真，对薄弱节点电压的调整措施进行校验。根据校验结果，对薄弱节点发电机无功功率和\或容抗器状态进行再次调整或结束调整。

具体的，对确定的发电机调整集合进行潮流调整，并通过暂态时域仿真校验，根据校验结果结束计算或再调整控制措施。

a)针对发电机集合unset^c中的发电机，按照步骤s103)方式调整其无功功率。

b)针对容抗器集合cset^c中的容抗器，按照步骤s103)方式进行投运或退运操作。

c)对调整后的数据进行潮流计算，再进行步骤s101)的预想故障的暂态时域仿真，跟踪仿真过程中薄弱节点i的电压情况，计算节点电压i低于设定阈值的积分面积vdropi¹，如果vdropi¹小于等于目标值vdropi^tgv，则达到控制目标，停止计算，unset^c，cset^c即为控制发电机集合和控制容抗器集合。

如果vdropi¹大于目标值vdropi^tgv，则返回步骤s104)，继续追加发电机控制措施和容抗器控制措施，即添加新的发电机到发电机集合unset^c，添加新的容抗器到容抗器控制集合cset^c，直至步骤s105)判断达到控制目标。

调整节点无功功率的动态调压能力提升流程，如图2所示，可概括为以下步骤：

1)确定动态调压能力薄弱节点；

2)搜索对薄弱节点电压有效的容抗器节点和发电机节点；

3)计算节点无功调整对薄弱节点电压的轨迹灵敏度；

4)针对容抗器节点和发电机节点，确定节点电压提升措施；

5)校验调整后效果，调整控制措施或结束计算。

基于同一发明构思，本申请同时提供一种调整节点无功功率的动态调压能力提升装置300，如图3所示，包括：

薄弱节点确定单元310，确定动态调压能力的薄弱节点；

有效节点筛选单元320，分别计算各个发电机调整无功功率和各个容抗器投退对薄弱节点电压的灵敏度，进而筛选出对所述薄弱节点电压有效的发电机节点和容抗器节点；

轨迹灵敏度计算单元330，对所述有效的发电机节点和容抗器节点，计算各个发电机和容抗器无功功率调整对提升所述薄弱节点动态调压能力的轨迹灵敏度；

调整单元340，根据所述轨迹灵敏度对所述有效的发电机节点和容抗器节点进行无功功率的调整，根据预先确定的电压跌落面积的控制目标，完成薄弱节点电压的调整；

提升单元350，通过对薄弱节点电压的调整措施进行校验，根据校验结果，对薄弱节点发电机无功功率和\或容抗器状态进行再次调整或结束调整，完成对系统动态调压能力的提升。

本申请提供一种调整节点无功功率的动态调压能力提升系统和装置，首先确定动态调压能力薄弱节点，然后搜索对薄弱节点电压有效的发电机和容抗器，并计算发电机和容抗器无功调整对薄弱节点电压的轨迹灵敏度，之后确定发电机无功调整和容抗器调整措施，并校验调整后效果，根据校验结果调整控制措施或结束计算。通过发电机无功功率调整和容抗器状态调整，提升薄弱节点的动态调压能力。解决对动态调压能力评估和提升方法的需求问题，同时，提高特高压直流电压支撑能力，为在电网安全基础上提升新能源消纳水平奠定基础。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。