一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统运行控制领域，特别设及发电机励磁控制系统参数优化整定 方法。
【背景技术】
[0002] 维持合理的电压水平是电网运行要求的重要保障。电网电压水平取决于电力系统 无功功率的平衡，当无功电源与无功负荷平衡关系被打破时，会引起电压变化，严重时导致 电压越限，影响系统的安全运行。而同步发电机作为电力系统中主要的无功电源，具有无功 调节范围大，品质好，调节快速，无须附加投资等优点，合理地利用其无功调节潜力对提高 电网电压水平具有重要意义。同步发电机励磁系统调差系数是描述同步发电机无功电压调 节特性的重要参数，其值大小不但对发电机电压和无功功率具有重要影响，也间接影响到 电网电压水平。因此有必要对其进行优化整定。
[0003] 在目前的很多研究和应用中，对发电机励磁系统调差系数的整定有如下处理方 法：
[0004] (1)电网企业管理部口按照发电机励磁系统技术要求的国家标准，大致地限定在 某较合理的补偿范围内，W保证发电厂内发电机安全运行和并列运行发电机间无功合理分 配.该方法完全依据人工整定，未考虑发电机励磁系统调差系数对改善电网侧电压水平的 作用，致使现有电力系统中存在各发电机间励磁系统调差系数整定值差异较大，未允分发 挥发电机的无功调节能力的现象。
[0005] (2)有些国内外学者对励磁系统调差系数的研究偏重于高压侧电压控制对电力系 统稳定性的影响。如分析高压侧电压控制对暂态稳定性、电压稳定和小干扰稳定性的影响。 运类文献仅从一个侧面进行研究，未能提出发电机励磁系统调差系数的优化整定方法。
[0006] (3)部分文献基于全网网损最小为目标，研究了典型运行方式下部分发电机励磁 系统调差系数优化配置方案，并分析优化后的配置方案对系统暂态稳定性和电压稳定性的 影响。运些文献试图对所有发电机励磁系统调差系数进行优化，显然不能适应大规模电力 系统发电机众多，无法对所有发电机调差系数进行一一整定的特点。
[0007] (4)部分文献基于电网分区结果的基础上，从改善电网全运行电压水平的角度出 发，提出发电机励磁系统调差系数优化整定策略。运些文献采用的分区没有照顾电网公司 现有管理思路，并且分区方法按照对负荷贡献的相似特性来处理，不是考虑发电机出力的 相似特征，从发电机励磁系统调差系数整定来说是不合适的。
【发明内容】
[000引本发明的目的是针对目前发电机励磁系统调差系数整定中存在的问题，提供一种 发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，使得电网中大量发电机的励磁系统调差 系数整定在考虑管理方便、考虑发电机出力的相似特征的基础上更加优化和可行，用于电 网运行中发电机励磁系统调差系数整定。
[0009] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：一种发电机励磁系统调差系数分层分 区优化整定方法。
[0010] 所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法是:首先采用聚类算法 对电网公司分层管理体制下的电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同 调机群;然后假定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值 调差系数不变的条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的 调差系数。
[0011] 所述电气距离的计算公式是：
(1)
[OOU]式中A V康示节点诚压幅值大小；A Q康示节点i无功变化量。
[0014]定义欧几里得距离计算：
[00巧]Pab =捉石立品品而~而7 (2)
[0016] 所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中按照电气距离进行 聚类的步骤是：
[0017] (1)把每个被控发电机节点单独成为一类，按照式(2)计算各个类之间的距离；
[0018] (2)将同一分层管理部口管理合并类间距离最小的2个类成为一个新类，并重新按 照式(2)计算各个类之间的距离，并把类间距离的最小值作为该步的合并距离。定义最小距 离为类间距离。不同分层管理部口管理合并类间距离不能合并。
[0019] (3)重复步骤(2)，直到某一步的合并距离大于口槛值(可根据实际情况选取口槛 值），此时得到的分区数为最优分区数，每一分区所包含的发电机群称为无功同调机群。
[0020] 所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中全网调差系数优化 的方法是:采用式(3)的目标函数在假定已知本电网等值调差系数不变的条件下进行无功 同调机群间的调差系数优化。
[0022] 式中：i = l，2,…，m，m为区域电网中枢点个数;j = l，…，N，巧为第i个中枢点第j个 运行点的电压；为第i个中枢点的期望电压；为节点上最大允许的电压偏差。
[0023] 采用W上方案的发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法方法，具有运些 显著优点和有益效果：
[0024] (1)相比于现有方法，本发明方法可W对接入本级电网的发电机励磁系统调差系 数在上级给定的调差系数约束下进行优化，优化出的结果不超出本级电网管理范围，符合 电网分层管理的要求；
[0025] (2)相比于现有方法，本发明方法考虑无功同调特性，更加符合发电机励磁系统调 差系数整定的定义和要求；
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定， 仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
[0027] 我国的电网公司都是采用分层管理的体制，如国家电网、大区电网（例如华中电 网）、省级电网等。某一级电网中发电机组励磁系统参数都由该级电网管理部口负责整定。 因此，需要考虑调查系数分层管理思路，上一层电网只要求下一层的等值调差系数。
[0028] 某一级电网进行调差系数整定时可采用的方法是:一种发电机励磁系统调差系数 分层分区优化整定方法。首先采用聚类算法对电网公司分层管理体制下的电力系统中的发 电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群;然后假定同一无功同调机群中发电机 励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的条件下进行全网调差系数优 化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。
[0029] 其中电气距离的计算公式采用式(1)。；欧几里得距离采用式(2)。
[0030] 所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中按照电气距离进行 聚类的步骤是：
[0031] (1)把每个被控发电机节点单独成为一类，按照式(2)计算各个类之间的距离；
[0032] (2)将同一分层管理部口管理合并类间距离最小的2个类成为一个新类，并重新按 照式(2)计算各个类之间的距离，并把类间距离的最小值作为该步的合并距离。定义最小 距离为类间距离。不同分层管理部口管理合并类间距离不能合并。
[0033] (3)重复步骤(2)，直到某一步的合并距离大于口槛值(可根据实际情况选取口槛 值），此时得到的分区数为最优分区数，每一分区所包含的发电机群称为无功同调机群。
[0034] 所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中全网调差系数优化 的方法是:采用式(3)的目标函数在假定已知本电网等值调差系数不变的条件下进行无功 同调机群间的调差系数优化。
[0036] 式中：i = l，2,…，m，m为区域电网中枢点个数；j = l，…，N，巧为第i个中枢点第j个 运行点的电压；C为第i个中枢点的期望电压；Affax为节点上最大允许的电压偏差。
[0037] 优化的结果可作为本级电网发电机励磁系统调差系数整定依据。
[0038] 其它未经详细说明的部分均为现有技术。
【主权项】
1. 一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其特征是:采用聚类算法在 管理体制约束下对电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群;假 定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的 条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。2. 根据权利要求1所述的一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其特 征是:若定义电气距离的计算公式是：(1) 式中A Vj表示节点j电压幅值大小；Δ化表示节点i无功变化量。 定义欧几里得距离计算：则所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中按照电气距离进行聚 类的步骤是： (1) 把每个被控发电机节点单独成为一类，按照式(2)计算各个类之间的距离； (2) 将同一分层管理部口管理的合并类间距离最小的2个类成为一个新类，并重新按照 式(2)计算各个类之间的距离，并把类间距离的最小值作为该步的合并距离。定义最小距离 为类间距离。不同分层管理部口管理的合并类间距离不能合并。 (3) 重复步骤(2)，直到某一步的合并距离大于口槛值(可根据实际情况选取口槛值）， 此时得到的分区数为最优分区数，每一分区所包含的发电机群称为无功同调机群。3. 根据权利要求1所述的一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其特 征是:所述一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法中全网调差系数优化的方 法是:采用下式的目标函数在假定已知本电网等值调差系数不变的条件下进行无功同调机 群间的调差系数优化。 (3) 式中：i = l，2,…，m，m为区域电网中枢点个数;j = l，'''，N，巧为第i个中枢点第j个运行 点的电压；巧为第i个中枢点的期望电压；A片胃为节点上最大允许的电压偏差。
【专利摘要】本发明属于电力系统运行控制领域，特别涉及发电机励磁控制系统参数优化整定方法。本发明提供一种发电机励磁系统调差系数分层分区优化整定方法，其基本思路是：首先采用聚类算法对电网公司分层管理体制下的电力系统中的发电机组按照电气距离进行聚类，构造无功同调机群；然后假定同一无功同调机群中发电机励磁系统调差系数相同、且已知本电网等值调差系数不变的条件下进行全网调差系数优化，按照优化结果整定各台发电机励磁系统的调差系数。本发明使得电网中大量发电机的励磁系统调差系数整定在考虑管理方便、考虑发电机出力的相似特征的基础上更加优化和可行，可用于电网运行中发电机励磁系统调差系数整定。
【IPC分类】H02J3/16
【公开号】CN105552921
【申请号】CN201510880600
【发明人】刘兵, 罗毅, 奚江惠, 李勇, 吕东晓, 徐友平, 张三洪, 黎桂光, 边宏宇, 徐遐龄, 潘晓杰, 邵德军, 党杰
【申请人】华中电网有限公司, 华中科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月3日