一种采用svc作为无功补偿设备的无功规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，用W提高电力系统 规划及运行控制的系统稳定性。属于电力系统规划与运行领域。
【背景技术】
[0002] 无功规划通过分析电网稳态和动态运行条件下的无功特性，控制无功功率在全网 中的分配和流动，优化配置无功补偿设备的安装位置和补偿容量，优化电压调节手段，W提 高系统运行稳定性，提高区域间联络线传输功率，满足稳态和暂态情况下电网的安全运行 和控制电压波动的需求。
[0003] 传统的无功规划默认采用投切式并联电容器组作为无功补偿装置，补偿设备为一 个基频等效容抗模型。无功规划分析研究内容包括：（1)新增无功补偿设备的选点规划； (2) 新增无功补偿设备的容量规划。
[0004] 随着电力系统无功补偿设备的不断增多，除原有的并联电容器组外，SVC、STATC0M 等具有快速动态响应特性的FACTS型无功补偿设备已逐渐得到广泛的应用。
[0005] 在电力系统无功规划问题的研究中，针对电力系统无功规划的实际效用，无功补 偿设备的投入是为了提高系统的电压稳定性。为此，考虑发电机、励磁系统、SVC等动态设 备的暂态过程响应的无功规划问题，暂态稳定约束条件中除转子运动方程及功角稳定外， 还应该考虑暂态过程中的电压稳定约束。除稳态情况下的约束条件外，暂态过程中的约束 条件还包括；（1)发电机转子角相对于惯量中也的范围约束；（2)系统各节点暂态过程电压 稳定约束；（3)动态设备的运行方程约束。
【发明内容】
[0006] 技术问题；为解决上述技术问题，本发明提供一种同时考虑稳态运行和暂态过程 系统稳定性约束的采用SVC进行输电网无功规划方法。
[0007] 技术方案；本发明的一种采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，
[0008] 具体步骤如下：
[0009] 步骤1 ;基于系统故障排序法，在高峰负荷、平均负荷水平下根据公式（1)、（2)、 (3) 分别计算最严重故障后的暂态过程电压稳定性指标：
[0010] 系统暂态电压跌落：
[0011]
【主权项】
1. 一种采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，其特征在于：具体步骤如下： 步骤1 :基于系统故障排序法，在高峰负荷、平均负荷水平下根据公式（1)、（2)、（3)分 别计算最严重故障后的暂态过程电压稳定性指标： 系统暂态电压跌落：
(1) 其中，Vs为短期稳定过程中节点电压最低幅值，V。为节点电压初始幅值； 暂态过程中电压偏移指标：
(2) 暂态过程中低电压持续时间指标：
(3) 其中，其中，为故障清除时间，tf为仿真终止时间； 步骤2 :根据步骤1得到的高峰负荷、平均负荷水平下的暂态过程中的各个电压稳定性 指标，采用模糊聚类方法，分别得到SVC在系统高峰负荷、平均负荷水平下的的候选无功补 偿的节点i位置集合Nc; 步骤3 :建立SVC容量规划最优化模型： 选择三阶或以上发电机模型、一阶励磁系统模型及混合负荷模型： 三阶发电机模型：
其中，S(t)为q轴相对于同步旋转坐标系的角位移；《B与《 (t)分别为转子额定转 速及转子t时刻角速度；&与T'd(l为时间常数，T#Te(t)分别为机械力矩与机电力矩； Ef，E'，分别为定子励磁电动势及电机q轴瞬变电动势；Xd与X'd分别为d轴同步电抗与 d轴瞬变电抗；、为d轴电流； 其机端电压方程为：
其中，Vd、Vq(Id、Iq)分别为d轴电压及q轴电压（电流）；Xq、rj别为q轴同步电抗及 绕组电阻； 一阶励磁系统模型： CN 104701864 A _权利要求书_ _2/3页
其中，TA为时间常数；KA为控制系数；V,ef&Vm分别为节点电压参考值及幅值；Ef(l为励 磁电动势初始值； 以SVC无功投入成本最小为条件作出目标函数：
其中，cfix」为无功投资固定成本；Civl为容性无功可变成本；Civ2为感性无功可变成 本；成u为节点i容性SVC补偿容量；0%为感性的SVC补偿容量； 静态安全约束条件为
约束条件中，PM，Pu分别节点i处的发电机有功出力和负荷有功需求；QpQu分别节 点i处的发电机无功出力和负荷无功需求；Qd为节点i的无功补偿容量；Nb为节点集合，Ne 为系统发电机集合，N。为SVC补偿节点集合；Gu与Bu分别为节点导纳矩阵的电导与电纳； eij为节点i与节点j的相角差；Vi，Vimax，Vimij别为节点i电压幅值、电压幅值最大值及 最小值；Pimax，Pimin分别为发电机节点i有功输出最大值及最小值；Qimax，分别为发电机 节点i无功输出最大值及最小值；Qsvei、Qsvamax及Qsvamin分别为无功补偿候选节点i无功补 偿容量、无功补偿最大值及最小值；Su，Si_x分别为线路ij的视在功率及其最大值；yi为布 尔变量，yi= 1表示节点i为候选无功补偿点； 暂态过程中电压稳定约束包括： 短期电压跌落约束
短期电压稳定过程中低电压持续时间约束：负荷节点电压在0. 757。$Vs(t) < 0. 8V。 范围的持续时间不能超过20周期，即0. 4s; 达到新的稳态过程后电压幅值约束0. 95VMi= 1，...，Nb; 步骤4 :采用隐式梯形积分法，通过微分方程差分化方法，将优化模型中的微分方程转 变为代数差分化方程；根据时域仿真法及内点优化法，根据目标函数以及约束条件，分别计 算得到在系统高峰负荷、平均负荷运行模式下SVC的各个候选无功规划位置的无功补偿容 量； 步骤5 :根据步骤2、4在不同负荷水平下得到的SVC选点因素，结合时域仿真分析，校 核SVC最终需要补偿的位置及容量。
2. 根据权利要求1所述的采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，其特征在于： 所述步骤2中的模糊聚类法： 基于步骤1计算得到的两种负荷水平下严重故障后暂态过程各负荷节点指标，进行数 据标准化； 计算各节点i与j之间的相似度rm形成模糊相似矩阵； 通过传递闭包的计算，得到模糊等价矩阵； 由模糊等价矩阵中的元素，采用动态模糊聚类法将所有PQ节点进行分类，通过动态调 整接受水平阀值A，使A从一个较小的阀值开始逐渐增大至接近1，获得动态聚类结果；得 到所有节点中薄弱的若干组节点； 进行F检验，选定严重故障下的新增SVC候选安装地点。
3. 根据权利要求1所述的采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，其特征在于： 若两种运行工况下的新增无功补偿点位置相同，则选定此新增补偿位置，并综合优化两种 运行水平下的无功容量优化结果。
4. 根据权利要求1所述的采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，其特征在于： 若两种运行工况下的新增无功补偿点位置不同，则分别在已有优化结果的基础上，优化另 一运行工况下严重故障后新增SVC的规划容量。
5. 根据权利要求1所述的采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，其特征在于： 当采用TSC-TCR型SVC作为规划设备时，应根据TCR的容量选择为SVC总容量的1/N的原 则进行TCR容量的配置。
【专利摘要】本发明公开一种采用SVC进行考虑电网大扰动后系统暂态过程稳定性约束的电力系统无功规划方法。通过不同的电压稳定原则生成无功补偿设备选点指标矩阵，采用模糊聚类进行无功补偿装置选点布置，得到适应SVC运行性能的无功补偿布点方案；通过建立基于不同运行方式下无功补偿优化模型，基于复杂高阶系统设备动态模型，利用时域仿真及优化算法得到相应候选无功补偿点SVC容量配置最优结果，从而实现SVC无功规划。本发明的无功规划方法根据模糊聚类理论、动态电力系统理论、时域仿真技术及内点法优化综合算法，解决了考虑系统发生故障后的暂态过程稳定性约束的无功规划问题，能充分发挥SVC动态响应特性，有效提高了电力系统无功补偿运行效率。
【IPC分类】H02J3-18
【公开号】CN104701864
【申请号】CN201510097259
【发明人】王玉荣, 陈昊, 李庆昌
【申请人】东南大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月4日