计及分区动态无功储备的无功电压控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，属于电力系统优化运 行的技术领域。
【背景技术】
[0002] 电力系统无功电压自动控制可有效改善电压质量，减少系统有功损耗，对电力系 统的经济安全运行有重要意义。但是传统优化模型中仅通过将节点电压限制在合格范围内 可能会导致系统无功储备的降低，从而造成电压稳定性下降。随着电力市场的发展W及负 荷的加重，电压稳定问题日益突出，近年来计及电压稳定性的电力系统无功电压控制研究 成为热点。
[0003]目前在考虑电压稳定性的无功电压优化中描述电压稳定程度的方法大致有=种： 1.状态指标法。文献一《基于量子免疫克隆算法的多目标无功优化》（电力自动化设备， 2013年第33卷第9期第31页）将雅克比矩阵的最小奇异值作为衡量电压稳定性的指标， 建立了多目标无功电压控制优化模型。文献二《自适应多目标差分进化算法在计及电压稳 定性的无功优化中的应用》（电网技术，2011年第35卷第8期第81页）WL指标作为优化 目标W提高系统的电压稳定性。采用状态指标评估系统电压稳定程度具有实现简便，计算 快速的特点，但由于状态指标线性性不好，无法计及发电机无功约束等非线性因素。2.负荷 裕度指标法。文献=《计及静态电压稳定约束的无功优化规划》（电力系统自动化，2005年 第29卷第5期第21页）在优化模型中引入负荷裕度指标W实现在无功电压控制的同时保 证电压稳定裕度的目的。负荷裕度指标在电压稳定评估中被广泛使用，可直观表征电压稳 定程度，但是预定义的负荷增长模式可能与实际情况相差较大，且所需计算量较大；3.动 态无功储备指标法。文献四《Improving voltage stability by reactive power reserve management》（I邸E Transactions on Power Systems, 2005年第20卷第1期第338页）和 文献五《计及静态电压稳定性的多目标无功潮流优化》（上海交通大学博±论文，2008年） W动态无功储备作为电压稳定性的量度加入目标函数中，提出了一种多目标无功电压控制 优化模型。动态无功储备可有效反映系统的电压稳定程度，具有直观、计算简便的优点。
[0004] 在计算系统动态无功储备时需计及不同无功源对电压稳定的不同支撑作用，目前 主要有2种处理方法。（1).通过不同的权重系数表征各无功源的重要程度，将无功源的无 功储备进行加权求和得到系统总动态无功储备。该方法的重点在于权重系数的计算。文 献四将系统分为若干分区，通过计算每个分区的无功负荷裕度得到该分区各无功源的权重 系数。该方法对同分区中的不同无功源采用相同的权重系数是不合适的。文献五通过无 功源所属分区的有功负荷裕度及其在分区中所处的电气位置确定该无功源的加权系数。 文献六《Justificationofeffectivereactivepowerreserveswithrespecttoa particularbususinglinearsensitivity》（IEEETransactionsonPowerSystems， 2011年第26卷第4期第2118页）则是基于无功电压灵敏度矩阵得到各无功源的权重因 子。但是，基于节点间电气距离或无功电压灵敏度的权重系数无法考虑系统的非线性特 征。（2).先计算各无功源的有效无功储备，再将其相加得到系统总动态无功储备。文献走《Reactivereserved-basedcontingencyconstrainedoptimalpowerflow(RCCOPF)for enhancementofvoltagestabilitymargins》（IEEETransactionsonPowerSystems， 2003年第18卷第4期第1538页）将故障情况下PV曲线鼻点无功源的无功出力与当前无 功出力的差值作为无功源的有效无功储备，W监测该故障态的电压稳定程度。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了计及分区动态无 功储备的无功电压控制方法，建立了目标函数包括系统总动态无功储备，约束条件包括各 分区最小无功备用容量限值的无功电压控制模型，解决了仅通过将电压限制在合格范围内 会导致系统无功储备降低W及仅通过目标函数中的总无功储备项提高系统电压稳定程度 不能确保电网各分区具有保证其稳定性的最小无功储备容量的技术问题。
[0006] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0007] 计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，包括如下步骤：
[000引 A.确定电网的无功电压控制分区并识别各分区的关键节点；
[0009] B.计算关键节点的VQ曲线W及分区动态无功储备；
[0010] C.计算各分区在最严重故障下所需的最小无功储备限值；
[0011] D.建立包含W系统总动态无功储备为优化目标，W各分区在最严重故障下所需的 最小无功储备限值为约束条件的无功电压控制模型；
[0012] E.求解无功电压控制模型。
[0013] 作为所述计及分区动态无功储备的无功电压控制方法的进一步优化方案，步骤B 中由表达式：
【主权项】
1. 计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤： A. 确定电网的无功电压控制分区并识别各分区的关键节点； B. 计算关键节点的VQ曲线以及分区动态无功储备； C. 计算各分区在最严重故障下所需的最小无功储备限值； D. 建立包含以系统总动态无功储备为优化目标，以各分区在最严重故障下所需的最小 无功储备限值为约束条件的无功电压控制模型； E. 求解无功电压控制模型。
2. 根据权利要求1所述的计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，其特征在于， 步骤B中由表达式
计算分区动态无功储备，N_a为电网分区个数， Ne，k为分区k中无功源节点个数，Q为分区k的动态无功储备，k= 1，. ..，NaMa，〇&1和Q&i，rff分别为无功源i的无功出力及其最大有效无功出力，无功源i最大有效无功出力由 其在电压崩溃点时的实际输出确定。
3. 根据权利要求2所述的计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，其特征在于， 步骤C由表达式
算各分区在最严重故障下所需的最小无功储 备限值，为分区k的动态无功储备下限值，和分别为无功源i在故障情况 下VQ曲线鼻点及运行点处的无功出力。
4. 根据权利要求3所述的计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，其特征在于， 步骤D中建立的无功电压控制模型为：
其中：队和&分别为系统中节点和无功源的个数，《i、《2和《 3为各优化目标的权重 系数，《1+?2+?3= 1，目标函数第一项系统有功网损，目标第二项为电压偏移量， VjPV^^分别为被控节点j的电压及其期望值，目标函数第三项为系统总动态无功储备， /T、A和//分别为三个子目标函数的最优值，\_和V^^分别为被控节点j的电压上 下限，Qg，i，_和Q&i，min分别为无功源i的无功出力上下限，NK和Nc分别为变压器可调变比 和并联电容电抗的个数，9(^、9(^_和9(^ 1^分别为电容电抗9的补偿值及其上下限，1(1)、 KP，max和Kp，min分别为变压器p的变比及其上下限，x为控制变量和状态变量构成的向量，x =[Qg，K，Q。，V，0 ]，Qg为无功源无功出力向量，K为变压器变比向量，Q。为电容电抗补偿值 向量，V为节点电压向量，0为电压相角向量，g(x)为潮流平衡方程。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的计及分区动态无功储备的无功电压控制方 法，其特征在于，步骤A具体包括如下步骤： A1.计算无功源节点对被控节点的电气距离，构建电气距离矩阵D:
&为无功源节点i对被控节点j的电气距离，
A\ 为无功源节点i的电压偏移量，为被控节点j的电压偏移量，AQi为无功源节点i的 无功注入变化量，m为被控节点的个数，n为无功源节点的个数； A2.计算任意两个被控节点x与y之间的电气距离Mxy:
A3.由步骤A1确定的无功源节点与被控节点之间的电气距离以及由步骤A2确定的任 意两被控节点之间的电气距离，采用凝聚的层次聚类算法确定系统的最优分区数和无功源 节点所属的分区号，再采用映射分区算法将每个被控节点划分到离它电气距离最小的无功 源节点所属的分区中， A4.由表达式
计算被控节点j到其所属分区k中各无功源节点的综合 平均电气距离g，选择综合平均电气距离最小的被控节点作为该分区的关键节点，Gk为分 区k中无功源的集合。
6. 根据权利要求1至4中任意一项所述的计及分区动态无功储备的无功电压控制方 法，其特征在于，步骤E中采用非线性原对偶内点法求解无功电压控制模型。
【专利摘要】本发明公开了计及分区动态无功储备的无功电压控制方法，属于电力系统优化运行的技术领域。实现方法：确定电网的无功电压控制分区并识别各分区的关键节点；计算关键节点的VQ曲线以及分区动态无功储备；计算各分区在最严重故障下所需的最小无功储备限值；建立包含以系统总动态无功储备为优化目标，以各分区在最严重故障下所需的最小无功储备限值为约束条件的无功电压控制模型；求解无功电压控制模型。本发明建立了包含系统总动态无功储备优化项以及各分区最小无功储备限值约束的无功电压控制模型，以均衡系统各分区动态无功储备的分布，避免电压崩溃现象的发生，同时实现减小系统有功网损，改善电压质量和提高系统电压稳定性的目的。
【IPC分类】H02J3-16
【公开号】CN104701858
【申请号】CN201510144969
【发明人】赵晋泉, 居俐洁
【申请人】河海大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月30日