基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，属于电力系 统静态稳定预防控制的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着经济的飞速发展和电力工业的市场化改革日趋深入，电力系统电压稳定性问 题也日益严峻。其主要原因有：对电网运行经济性的要求和环境保护的考虑，电网设备的 运行日益接近其极限值；大容量远距离输电W及交直流互联电网的形成使电网结构更加复 杂。为了满足负荷的日益增长，同时获得最大的经济效益，运营商往往会最大限度地挖掘现 有输电系统的输电能力。该样系统运行点更加靠近稳定边界的运行点，导致系统的电压稳 定水平下降。可能某一个小的扰动使整个电力系统的负载能力下降或者不稳定。因此需要 进行稳定控制使运行点远离稳定边界，保持一定的稳定裕度，预防电压崩溃事故的发生。强 有力的在线监视、分析和决策软件可W帮助运行人员更好的监视、分析和管理电网，同时为 运行人员提供预防控制策略，使系统在预想故障下能安全稳定运行。电压失稳可能由于系 统扰动或系统故障引起，无论其原因如何，一个共同的特征是，系统无功储备迅速耗尽。系 统中发电机的无功储备的大小是电压稳定的一个量度，系统的运行人员常利用发电机无功 储备状况判断系统的电压稳定性。
[0003] 电力系统稳定分析的=个重要任务分别是静态稳定裕度的计算、故障的筛选与排 序和提高稳定性的优化控制。稳定裕度的计算和故障的筛选与排序是提高稳定裕度优化控 制任务的重要前提，提高电压稳定裕度是静态电压稳定分析与控制的最终目的。目前静态 电压稳定问题的分析与评估方法已经取得了重要的成果。主要的求解方法可W分为2类：
[0004] 第一类方法建立单一的特殊最优潮流问题的数学模型，采用牛顿法或内点法等 非线性规划技术求解，得到控制解和系统运行点。如文献一《Preventive/Corrective controlforvoltagestabilityusingdirectinteriorpointmethod》（IEEE TransactionsOnPowerSystems, 1998年第13卷第3期第878页）所述。该一类方法需 要计算和因子化二阶海森矩阵，计算量大，控制变量数目巨大造成在线实用化困难，难W 考虑对多个故障的控制。
[0005] 第二类方法将电压稳定预防控制问题分解为稳定裕度计算子问题、灵敏度分析 子问题和优化控制子问题S个环节迭代求解。如文献二《Acomprehensiveapproach forpreventiveandcorrectivecontroltomitigatevoltagecollapse》（IEEE TransactionsOnPowerSystems, 2000年第15卷第2期第797页）所述。该类方法虽然计 算速度慢一些，有很多中间结果，但是各个子任务算法成熟，因此算法的鲁椿性容易保证。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了基于发电机无功 储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，将预防控制问题分解为控制灵敏度计算问题和基于 灵敏度的优化控制问题，首先负荷裕度计算来识别关键发电机来识别关键发电机，进而在 各严重故障下各控制变量对关键发电机的无功储备灵敏度，选择各控制类型对应的最灵敏 控制变量构成参与控制集后进行二次规划，解决了现有技术中计算量大、控制变量多、难W 考虑多个故障控制的技术问题。
[0007] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0008] 基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，包括如下步骤：
[0009] A.确定严重故障集并确认各严重故障下的关键发电机；
[0010] B.计算在各严重故障下各控制变量对于关键发电机的无功储备灵敏度；
[0011] C.选择各控制类型对应的最灵敏控制变量构成参与控制集后建立二次规划优化 控制模型；
[0012] D.求解二次规划控制模型：关键发电机在严重故障下的无功储备和电压稳定裕 度满足约束条件时结束整个迭代求解过程，否则，修正参与控制集并返回步骤A。
[0013] 作为所述电压稳定预防控制方法的进一步优化方案，步骤B中由表达式：
【主权项】
1. 基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其特征在于，包括如下步 骤： A. 确定严重故障集并确认各严重故障下的关键发电机； B. 计算在各严重故障下各控制变量对于关键发电机的无功储备灵敏度； C. 选择各控制类型对应的最灵敏控制变量构成参与控制集后建立二次规划优化控制 丰旲型； D. 求解二次规划控制模型：关键发电机在严重故障下的无功储备和电压稳定裕度满 足约束条件时结束整个迭代求解过程，否则，修正参与控制集并返回步骤A。
2. 根据权利要求1所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其特 征在于，步骤B中由表达式
，计算在各 严重故障下各控制变量对于关键发电机的无功储备灵敏度，其中： ^为严重故障t下控制变量Uk对于关键发电机i的无功储备灵敏度，Qh为关键发电 机i在严重故障t下的无功储备，仏=，Q（A)为关键发电机i的输出无 功极大值，Pgi、Qgi分别为关键发电机i的有功功率、无功功率，Q ti为关键发电机i处的网 络注入无功功率
，η为与关键发电机i拓扑连接的节点总 数，'为关键发电机i、与关键发电机i拓扑连接的节点j在严重故障t下的电压，Θ』 为与关键发电机i拓扑连接的节点j在严重故障t下的相角，Θ u为关键发电机i和与之 拓扑连接的节点j在严重故障t下的相角差，Gu为关键发电机i和与之拓扑连接的节点j 在严重故障t下的互电导，为关键发电机i和与之拓扑连接的节点j在严重故障t下的 互电纳。
3. 根据权利要求2所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其特 征在于，步骤C中建立的二次规划优化控制模型为：
nt为控制类型的数目，np为控制类型p对应的最灵敏控制变量数目，Wp为控制类型p的 权因子，c,为控制类型p对应的最灵敏控制变量u ,的成本系数，Λ u q为控制类型p对应的 最灵敏控制变量u,的变化值，η。为参与控制集中最灵敏控制变量的总数，n 为严重故障的 总数，Auk控制变量Uk的变化值，α为补偿因子，为关键发电机i在严重故障t下无功 储备的最小限值，Sv，mk为控制变量Uk对于任意节点m电压V m的灵敏度，别为任 意节点m的电压上下限值，《Γ和〃Γ分别为控制变量uk的上下限值，为控制变量uk的 初始值。
4. 根据权利要求3所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其特 征在于，步骤D中所述的关键发电机在严重故障下的无功储备和电压稳定裕度满足约束条 件，具体为：
At为关键发电机i在严重故障t下的电压稳定裕度，λ min为关键发电机i在严重故 障t下电压稳定裕度的最小限值。
5. 根据权利要求4所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其特 征在于，步骤D中由当前迭代得到的电压稳定裕度与关键发电机无功储备之和的比值修正 参与控制集中各状态变量的取值。
6. 根据权利要求2所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其 特征在于，步骤B中在步骤A确定隐极发电机为关键发电机时，考虑最大励磁电流限制由 表达式：
，确定关键发电机i的输出无功极大值 UPgi>Xdi为关键发电机i的直轴电抗，?为关键发电机i的励磁电流上限值，V gi为关 键发电机i的机端电压。
7. 根据权利要求6所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，其特 征在于，步骤B中的表达￥
在控制类型为调节发电机有功功率时，
在控制类型为调节电容/电抗器、卸负荷时，
8. 根据权利要求1至7中任意一项所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防 控制方法，其特征在于，步骤A中确定严重故障集的方法为：连续潮流计算故障后的电压稳 定裕度，将电压稳定裕度小于最小限值的故障划分进入严重故障集。
9. 根据权利要求1至7中任意一项所述的基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防 控制方法，其特征在于，步骤A中由以下方法为确认各严重故障下的关键发电机：将在严重 故障下系统负荷增加到崩溃点时耗尽无功储备的发电机作为该严重故障下的关键发电机。
【专利摘要】本发明公开了基于发电机无功储备灵敏度的电压稳定预防控制方法，属于电力系统静态稳定预防控制的技术领域。所述方法：确定严重故障集并确认各严重故障下的关键发电机；计算在各严重故障下各控制变量对于关键发电机的无功储备灵敏度；选择各控制类型对应的最灵敏控制变量构成参与控制集后建立二次规划优化控制模型；求解二次规划控制模型确定预防控制方案。本发明无需计算负荷裕度灵敏度即可确定发电机的无功储备灵敏度，使得发电机无功储备灵敏度更加简单直观；选择各控制类型对应的最灵敏控制变量构成参与控制集后再进行二次规划，建立的二次规划模型优化模型适应性好、鲁棒性好，提高了二次规划问题的计算有效性。
【IPC分类】H02J3-16, H02J3-18
【公开号】CN104767207
【申请号】CN201510190497
【发明人】赵晋泉, 饶燕
【申请人】河海大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月21日