电力系统动态无功优化配置方法和系统的制作方法

电力系统动态无功优化配置方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电力系统动态无功优化配置方法和系统，基于电网基础数据对各节点进行时域仿真分析，根据仿真结果计算电力系统的暂态电压稳定性评估指标进而得到电力系统的电压合格率。在电压合格率小于预设合格阈值时提取候选节点计算无功补偿灵敏度，根据无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容量，直至电压合格率为预设合格阈值，最后得到电力系统的最优无功补偿容量方案并输出。通过灵敏度分析不同故障情况下系统的动态特性，根据合理的判据和指标实现动态无功的优化配置，可自动计算电力系统动态无功的安装位置和容量大小，能够系统地指导电网复杂无功配置局面下的电压协调控制，提高了电力系统电压稳定性。
【专利说明】
电力系统动态无功优化配置方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种电力系统动态无功优化配置方法 和系统。
【背景技术】
[0002] 配电网是电能配置的末端环节，具有覆盖区域广、线路和负荷密集等特点，其电能 质量、运行安全性不仅直接关系到广大用户和电力企业的经济效益，也是社会效益的重要 体现。
[0003] 电力系统的无功电源分布直接影响着电力系统的安全和稳定。一方面，无功功率 不足将导致系统电压降低，用电设备不能合理使用，甚至会引发电压崩溃等一系列事故;另 一方面，无功功率过剩会造成不必要的投资浪费，甚至导致系统电压质量恶化，危害系统和 设备的安全。大型受端城市电网负荷较重，电动机等负荷所占比例较高，在遭受短路等大扰 动时暂态电压稳定性问题尤为突出。
[0004] 因此，如何对配电网络进行无功优化提高系统电压稳定性，对电力系统的安全经 济运行具有重大的意义。

【发明内容】

[0005] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高电力系统电压稳定性的电力系统 动态无功优化配置方法和系统。
[0006] -种电力系统动态无功优化配置方法，包括以下步骤：
[0007] 接收电力系统的电网基础数据，所述电网基础数据包括故障的类型以及节点的参 数；
[0008] 根据所述故障的类型和所述节点的参数，对各节点进行时域仿真分析，得到对应 节点的节点电压数据；
[0009] 根据所述节点电压数据计算得到所述电力系统的暂态电压稳定性评估指标，并根 据所述暂态电压稳定性评估指标计算得到所述电力系统的电压合格率；
[0010]在所述电压合格率小于预设合格阈值时，获取电压不符合预设标准的节点得到候 选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度；
[0011] 根据所述无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容量，直至所述电压 合格率为所述预设合格阈值；
[0012] 根据各候选节点的动态无功补偿容量得到所述电力系统的最优无功补偿容量方 案并输出。
[0013] 一种电力系统动态无功优化配置系统，包括：
[0014] 数据获取模块，用于接收电力系统的电网基础数据，所述电网基础数据包括故障 的类型以及节点的参数；
[0015] 时域仿真模块，用于根据所述故障的类型和所述节点的参数，对各节点进行时域 仿真分析，得到对应节点的节点电压数据；
[0016] 合格率计算模块，用于根据所述节点电压数据计算得到所述电力系统的暂态电压 稳定性评估指标，并根据所述暂态电压稳定性评估指标计算得到所述电力系统的电压合格 率；
[0017] 节点筛选模块，用于在所述电压合格率小于预设合格阈值时，获取电压不符合预 设标准的节点得到候选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度；
[0018] 无功补偿模块，用于根据所述无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿 容量，直至所述电压合格率为所述预设合格阈值；
[0019] 优化输出模块，用于根据各候选节点的动态无功补偿容量得到所述电力系统的最 优无功补偿容量方案并输出。
[0020] 上述电力系统动态无功优化配置方法和系统，基于电网基础数据对各节点进行时 域仿真分析，根据仿真结果计算电力系统的暂态电压稳定性评估指标进而得到电力系统的 电压合格率。在电压合格率小于预设合格阈值时提取候选节点计算无功补偿灵敏度，根据 无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容量，直至电压合格率为预设合格阈 值，最后得到电力系统的最优无功补偿容量方案并输出。通过灵敏度分析不同故障情况下 系统的动态特性，根据合理的判据和指标实现动态无功的优化配置，可自动计算电力系统 动态无功的安装位置和容量大小，能够系统地指导电网复杂无功配置局面下的电压协调控 制，提高了电力系统电压稳定性。
【附图说明】
[0021] 图1为一实施例中电力系统动态无功优化配置方法的流程图；
[0022] 图2为一实施例中电力系统动态无功优化配置系统的结构图。
【具体实施方式】
[0023] -种电力系统动态无功优化配置方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0024] 步骤S110:接收电力系统的电网基础数据。电网基础数据包括故障的类型以及节 点的参数。节点具体可以是变电站等，节点的参数可包括各节点的类型、个数和名称等。节 点的选择形式不定，具体可以是根据用户需要选择待观察的关键节点，也可以是获取所有 电力系统的节点。此外，电网基础数据还可包括各类型故障的地点。可以理解，根据实际需 求不同，电网基础数据还可包括其他电网数据。收集和整理电网基础数据，明确需要调整的 输入数据，以便于后续的数据处理。
[0025] 步骤S120:根据故障的类型和节点的参数对各节点进行时域仿真分析，得到对应 节点的节点电压数据。本实施例中可采用机电暂态仿真软件对电力系统进行故障扫描的时 域仿真分析。结合电网基础数据，分析得出电网的典型故障，编写故障集和输出集文件。其 中，故障集包含电力系统中可能发生的多个典型故障;输出集是根据用户需要选择待观察 的关键节点，这些节点具有能够表征系统暂态电压稳定性的特性。
[0026] 具体地，将故障集和输出集写入机电暂态仿真软件PSD_BPA(Power System Department-Bonneville Power Administration，电力系统研究所-邦纳维尔电力局，指一 套应用广泛的电力系统分析软件工具）的输入文件，编写典型故障集、所关心的节点输出集 和与输出集节点对应的动态无功补偿的txt文件。在PSD-BPA程序原始输入SWi文件中加入 特定的字符串，通过判断得到写入故障集、输出集和动态无功补偿的txt文件的位置。综合 考虑电力系统的实际运行经验、电网安全性要求以及用户需求等多方面因素，读取故障集 中指定故障，并与输出卡和swi文件中暂稳参数卡拼接成临时swi文件，临时swi文件名设为 故障名。
[0027] 在编程软件平台中调用机电暂态仿真软件对选定的故障集进行时域仿真分析，具 体可通过Mat Iab程序调用电力系统分析软件PSD-BPA对选定的故障集进行时域仿真分析， 记录所选择的节点在故障后的电压情况，对仿真的得到的输出文件进行处理，得到节点电 压数据。具体对仿真得到out文件进行数据处理，Out文件包括文字说明和数据两部分，通过 编程得到一组有效纯数据。out文件节点电压的数据是根据周波和步长的设定得到的，最终 根据周波、步长以及输出卡的要求，得到每个节点电压数据。
[0028] 本实施例中调用机电暂态仿真软件对各节点进行时域仿真分析，简化了电力系统 的无功优化配置分析，同时还保证了分析结果的可靠性。结合了编程软件平台增强了计算 分析的覆盖面和精细度，使快速分析、发现、规划电网薄弱环节和安全稳定漏洞成为可能， 经济和社会效益显著。
[0029] 步骤S130:根据节点电压数据计算得到电力系统的暂态电压稳定性评估指标，并 根据暂态电压稳定性评估指标计算得到电力系统的电压合格率。
[0030] 在通过时域仿真分析得到节点电压数据后进行暂态电压稳定性评估，具体可通过 处理每个节点电压数据，得到每个节点和系统的电压暂降严重性指标。在进行无功配置前 对网络进行分析，在给定的运行方式和故障集下计算系统和节点电压暂降严重性指标，找 出电网的薄弱环节，以便于后续进行无功功率优化。
[0031] 在其中一个实施例中，暂态电压稳定性评估指标包括各节点的电压暂降严重性指 标和电压合格性指标，以及电力系统的电压暂降严重性指标和电压合格性指标。步骤S130 包括步骤132和步骤134。
[0032] 步骤132:根据节点电压数据计算得到各节点的电压暂降严重性指标和电压合格 性指标。根据节点电压数据进行单一故障下节点电压暂降严重性指标和电压合格性指标的 计算。
[0033] 具体地，电力系统的电压稳定判据为，暂态和动态过程中系统枢点母线电压暂降 持续低于暂态电压阈值1(一般可取为〇.75pu，以平均额定电压为基准）的时间不超过规定 值(一般取1秒），且动态过程结束后220kV及以上电压等级中枢点母线电压不低于稳态电压 阈值2(-般可取为0.9pu，以平均额定电压为基准）。在其中一个实施例中，节点电压数据包 括节点在发生不同类型的故障时的动态电压。设定两个对应的电压阈值，分别命名为第一 电压阈值和第二电压阈值，用Vli和Vl 2表示，取值为0.9pu和0.75pu。步骤132具体包括：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]其中，Vi, j(t)为当发生故障i时节点j的动态电压的标么值，Sei,j表示节点的电压 暂降严重性指标，Fp^表示节点的电压合格性指标。Vu和Vu分别表示第一电压阈值和第二 电压阈值，且Vl1大于V L2 为罚函数，p为罚函数Du对不满足电压稳定判据的惩罚值，本 实施例中设定为10。Sv为节点电压低于第二电压阈值I2的持续时间限值，具体设定取值可 为1秒，to为故障开始的时间，△ ti、△ t2分别为故障i时节点j动态电压低于第一电压阈值 Vu、第二电压阈值VL2的持续时间，Vi, j (00)为动态过程结束后的电压。本实施例中根据电压 稳定判据来判断故障条件下节点电压是否合格，若电压合格则取值为1，电压不合格则取值 为0，判断准确性高，操作简便可靠。
[0038] 节点电压动态ViAt)可通过时域仿真得到，因此，节点的电压暂降严重性指标 Sey的具体实现采用时域仿真得到的数据，其中积分计算也可改为求和公式，即对应计算 公式可等效为：
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 其中，△ t为时域仿真计算步长，ki,j(t)=0表示故障i条件下节点j在t时刻的电压 大于第一电压阈值，k^(t) = l表示电压小于第一电压阈值。通过对节点的电压暂降严重性 指标的计算公式进行变形，可以提高数据计算简便性。
[0043] 步骤134:根据各节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标计算得到电力系 统的暂态电压稳定性评估指标和电压合格性指标，并根据电力系统的电压合格性指标计算 得到电力系统的电压合格率。
[0044] 电力系统的电压合格性指标表示在所关注系统节点集中，电压合格的总节点数。 电力系统的电压合格率表示电压合格的节点占所关注节点总数的百分比。系统电压暂降严 重性指标需要综合考虑系统中枢节点以及需要重点关注的节点。由于各节点重要程度不 同，可设置不同的权重。对于系统中的每一个节点，需要综合考虑多个典型故障后节点电压 恢复情况。在其中一个实施例中，步骤134具体包括：
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 其中，Se表示电力系统的电压暂降严重性指标，Fp表示电力系统的电压合格性指 标，Pr表示电力系统的电压合格率;M是故障个数，N是节点个数，M个典型故障下的单个节点 电压合格性指标Fpz,通所有故障形势下节点j电压合格性指标Fpu的连乘运算，其含义为 当且仅当节点j在所有典型故障下暂态电压均合格时满足Fpzd = I，只要在某故障下节点暂 态电压不合格，则认为该节点暂态电压不合格，此时Fp2J = Ot3wi为故障i的权重值，满足式
炉/为节点j的权重值，权重取值主要考虑以下两方面：（1)不同电压等级变电站节 点的重要程度差异很大，将变电站重要性按电压等级划分；（2)同一电压等级的变电站节点 之间按变电站容量大小衡量其重要性。
[0049] 步骤S140:在电压合格率小于预设合格阈值时，获取电压不符合预设标准的节点 得到候选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度。
[0050] 预设合格阈值的具体取值，以及预设标准均可根据实际情况调整。本实施例中预 设合格阈值为100 %，与步骤S130对应，预设标准为节点的电压合格性指标为1，即获取电压 合格性指标为1的节点作为候选节点。在完成节点和电力系统的电压暂降严重性指标的计 算之后，计算电力系统的电压合格率。若电压合格率达到100%，则说明不需要进行无功补 偿，可直接输出电力系统的稳定节点以便查看。
[0051] 若电压合格率不能达到100%，则选取出现暂态电压不合格情况的节点，作为需要 进行无功补偿的候选节点，写入机电暂态仿真软件的输入文件中，再次进行故障扫描的时 域仿真分析，计算每个节点增加动态无功补偿之后对电力系统的电压暂降严重性指标的无 功补偿灵敏度，各节点的无功补偿灵敏度构成无功补偿灵敏度矩阵，用作后续选定节点的 动态无功容量大小。灵敏度大的节点需要增加的无功补偿容量要大于灵敏度小的节点。
[0052] 在其中一个实施例中，步骤S140中计算各候选节点的无功补偿灵敏度，包括步骤 142和步骤144。
[0053] 步骤142:依次对各候选节点增加相同容量的动态无功补偿值，并再次计算电力系 统的电压暂降严重性指标。动态无功补偿值的具体取值并不唯一，分别对各候选节点增加 动态无功补偿值，并重新计算对应候选节点增加动态无功补偿值后电力系统的电压暂降严 重性指标。
[0054] 步骤144:根据电力系统的电压暂降严重性指标的变化量计算对应候选节点的无 功补偿灵敏度。具体为：
[0055]
[0056] 其中，Ai表示候选节点i的无功补偿灵敏度，Se(k-l)为增加动态无功补偿值前电 力系统的电压暂降严重性指标，Se(Ic) 1为节点i单独增加 Acap的无功补偿容量之后电力系 统的电压暂降严重性指标，A cap表示增加的动态无功补偿值，具体取值可以根据情况设定 为任意大于〇的数值，典型值为1-10之间的整数。
[0057]步骤S150:根据无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容量，直至电 压合格率为预设合格阈值。通过计算得到需要安装无功补偿设备的候选节点的无功补偿灵 敏度矩阵后，进一步根据无功补偿灵敏度的大小来进行无功优化配置。在其中一个实施例 中，步骤Sl50包括步骤152和步骤154。
[0058] 步骤152:根据无功补偿灵敏度的大小，以相同的间隔容量增加对应候选节点的动 态无功补偿容量。具体地，根据无功补偿灵敏度的计算结果，对候选节点按照灵敏度从小到 大进行排序，其中灵敏度最小的候选节点安装的动态无功补偿容量为△ cap Mvar，按照每 个节点间隔相同的容量（△ cap)来依次叠加每个节点的动态无功补偿容量。
[0059] 步骤154:检测增加动态无功补偿容量后电力系统的电压合格率是否小于预设合 格阈值;若是，则返回步骤S140,再次获取电压不符合预设标准的节点得到候选节点，并计 算各候选节点的无功补偿灵敏度。若否，则进行步骤S160。
[0060] 具体地，在根据无功补偿灵敏度的大小增加对应候选节点的动态无功补偿容量之 后，再次计算电力系统的暂态电压稳定性评估指标，并重新将电力系统的电压合格率与预 设合格阈值比较。同样以预设合格阈值为100%为例，若电压合格率达到1〇〇%，说明这种无 功容量的设置是合理的，可进行步骤S160。
[0061] 若电压合格率仍达不到100%，则重新计算每个候选节点的无功补偿灵敏度，对无 功补偿灵敏度矩阵进行更新。利用更新后的无功补偿灵敏度矩阵再次增加对应候选节点的 动态无功补偿容量，又一次计算增加动态无功补偿容量后电力系统的暂态电压稳定性评估 指标，并计算电力系统的电压合格率进行比较。如此循环直至电力系统的电压合格率为 100%，使得系统电压达到稳定。
[0062] 此外，对于每一次循坏完成时，可输出计算结果以便查看，本实施例中计算结果包 括:暂态电压稳定性评估指标(包括系统电压暂降严重性指标和电压合格率)和当前的动态 无功补偿方案。
[0063] 步骤S160:根据各候选节点的动态无功补偿容量得到电力系统的最优无功补偿容 量方案并输出。当电力系统的电压合格率达到预设合格阈值后，对各候选节点的动态无功 补偿容量进行统计整理得到最优无功补偿容量方案，用于标示对各候选节点的动态无功补 偿容量，以供进行动态无功优化配置。输出优无功补偿容量方案具体可以是通过显示屏显 示以便工作人员观看，也可以是输出至存储器进行存储以供数据调用，具体形式不限。在输 出最优无功补偿容量方案之后，同样也可输出输出电力系统的稳定节点以便查看。
[0064]上述电力系统动态无功优化配置方法，将灵敏度分析的概念引入电力系统的动态 无功优化配置之中，通过灵敏度分析不同故障情况下系统的动态特性，根据合理的判据和 指标实现动态无功的优化配置，可自动计算电力系统动态无功的安装位置和容量大小，能 够系统地指导电网复杂无功配置局面下的电压协调控制，有效地提升受端电网应对各种潜 在扰动的能力，提高电网电压稳定性和管理水平。
[0065] 本发明还提供了一种电力系统动态无功优化配置系统，如图2所示，包括数据获取 模块11 〇、时域仿真模块120、合格率计算模块130、节点筛选模块140、无功补偿模块150和优 化输出模块160。
[0066] 数据获取模块110用于接收电力系统的电网基础数据。电网基础数据包括故障的 类型以及节点的参数。节点具体可以是变电站等，节点的参数可包括各节点的类型、个数和 名称等。节点的选择形式不定，具体可以是根据用户需要选择待观察的关键节点，也可以是 获取所有电力系统的节点。此外，电网基础数据还可包括各类型故障的地点。可以理解，根 据实际需求不同，电网基础数据还可包括其他电网数据。收集和整理电网基础数据，明确需 要调整的输入数据，以便于后续的数据处理。
[0067] 时域仿真模块120用于根据故障的类型和节点的参数，对各节点进行时域仿真分 析，得到对应节点的节点电压数据。本实施例中可采用机电暂态仿真软件对电力系统进行 故障扫描的时域仿真分析。结合电网基础数据，分析得出电网的典型故障，编写故障集和输 出集文件。其中，故障集包含电力系统中可能发生的多个典型故障;输出集是根据用户需要 选择待观察的关键节点，这些节点具有能够表征系统暂态电压稳定性的特性。
[0068] 调用机电暂态仿真软件对各节点进行时域仿真分析，简化了电力系统的无功优化 配置分析，同时还保证了分析结果的可靠性。结合了编程软件平台增强了计算分析的覆盖 面和精细度，使快速分析、发现、规划电网薄弱环节和安全稳定漏洞成为可能，经济和社会 效益显著。
[0069] 合格率计算模块130用于根据节点电压数据计算得到电力系统的暂态电压稳定性 评估指标，并根据暂态电压稳定性评估指标计算得到电力系统的电压合格率。
[0070] 在通过时域仿真分析得到节点电压数据后进行暂态电压稳定性评估，具体可通过 处理每个节点电压数据，得到每个节点和系统的电压暂降严重性指标。在进行无功配置前 对网络进行分析，在给定的运行方式和故障集下计算系统和节点电压暂降严重性指标，找 出电网的薄弱环节，以便于后续进行无功功率优化。
[0071] 在其中一个实施例中，暂态电压稳定性评估指标包括各节点的电压暂降严重性指 标和电压合格性指标，以及电力系统的电压暂降严重性指标和电压合格性指标。合格率计 算模块130包括节点指标计算单元和系统指标计算单元。
[0072] 节点指标计算单元用于根据节点电压数据计算得到各节点的电压暂降严重性指 标和电压合格性指标。根据节点电压数据进行单一故障下节点电压暂降严重性指标和电压 合格性指标的计算。在其中一个实施例中，节点电压数据包括节点在发生不同类型的故障 时的动态电压。设定两个对应的电压阈值，分别命名为第一电压阈值和第二电压阈值，用Vu 和VL2表示，取值为0.9pu和0.75pu。节点指标计算单元根据节点电压数据计算得到各节点的 电压暂降严重性指标和电压合格性指标具体包括：
[0073]
[0074]
[0075]
[0076]其中，Vi, j(t)为当发生故障i时节点j的动态电压的标么值，Sei, j表示节点的电压 暂降严重性指标，Fp^表示节点的电压合格性指标。Vu和Vu分别表示第一电压阈值和第二 电压阈值，且Vl1大于V L2 为罚函数，p为罚函数Du对不满足电压稳定判据的惩罚值，本 实施例中设定为10。Sv为节点电压低于第二电压阈值I2的持续时间限值，具体设定取值可 为1秒，to为故障开始的时间，△ ti、△ t2分别为故障i时节点j动态电压低于第一电压阈值 Vu、第二电压阈值VL2的持续时间，Vi, j (00)为动态过程结束后的电压。本实施例中根据电压 稳定判据来判断故障条件下节点电压是否合格，若电压合格则取值为1，电压不合格则取值 为0，判断准确性高，操作简便可靠。
[0077] 节点电压动态ViAt)可通过时域仿真得到，因此，节点的电压暂降严重性指标 Sey的具体实现采用时域仿真得到的数据，其中积分计算也可改为求和公式，即对应计算 公式可等效为：
[0078]
[0079]
[0080]
[0081] 其中，△ t为时域仿真计算步长，ki,j(t)=0表示故障i条件下节点j在t时刻的电压 大于第一电压阈值，k^(t) = l表示电压小于第一电压阈值。通过对节点的电压暂降严重性 指标的计算公式进行变形，可以提高数据计算简便性。
[0082] 系统指标计算单元用于根据各节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标计 算得到电力系统的暂态电压稳定性评估指标和电压合格性指标，并根据电力系统的电压合 格性指标计算得到电力系统的电压合格率。
[0083] 电力系统的电压合格性指标表示在所关注系统节点集中，电压合格的总节点数。 电力系统的电压合格率表示电压合格的节点占所关注节点总数的百分比。系统电压暂降严 重性指标需要综合考虑系统中枢节点以及需要重点关注的节点。由于各节点重要程度不 同，可设置不同的权重。对于系统中的每一个节点，需要综合考虑多个典型故障后节点电压 恢复情况。在其中一个实施例中，系统指标计算单元根据各节点的电压暂降严重性指标和 电压合格性指标计算得到电力系统的暂态电压稳定性评估指标和电压合格性指标，并根据 电力系统的电压合格性指标计算得到电力系统的电压合格率具体包括：
[0084]
[0085]
[0086]
[0087]其中，Se表示电力系统的电压暂降严重性指标，Fp表示电力系统的电压合格性指 标，Pr表示电力系统的电压合格率;M是故障个数，N是节点个数，M个典型故障下的单个节点 电压合格性指标Fpz,通所有故障形势下节点j电压合格性指标Fpu的连乘运算，其含义为 当且仅当节点j在所有典型故障下暂态电压均合格时满足Fpj^ = I，只要在某故障下节点暂 态电压不合格，则认为该节点暂态电压不合格，此时Fpu = Ot3W1为故障i的权重值，满足式
,朽为节点j的权重值，权重取值主要考虑以下两方面：（1)不同电压等级变电站节 点的重要程度差异很大，将变电站重要性按电压等级划分；（2)同一电压等级的变电站节点 之间按变电站容量大小衡量其重要性。
[0088] 节点筛选模块140用于在电压合格率小于预设合格阈值时，获取电压不符合预设 标准的节点得到候选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度。
[0089] 预设合格阈值的具体取值，以及预设标准均可根据实际情况调整。本实施例中预 设合格阈值为1〇〇%，对应地，预设标准为节点的电压合格性指标为1，即获取电压合格性指 标为1的节点作为候选节点。在完成节点和电力系统的电压暂降严重性指标的计算之后，计 算电力系统的电压合格率。若电压合格率达到100%，则说明不需要进行无功补偿，可直接 输出电力系统的稳定节点以便查看。
[0090] 若电压合格率不能达到100%，则选取出现暂态电压不合格情况的节点，作为需要 进行无功补偿的候选节点，写入机电暂态仿真软件的输入文件中，再次进行故障扫描的时 域仿真分析，计算每个节点增加动态无功补偿之后对电力系统的电压暂降严重性指标的无 功补偿灵敏度，各节点的无功补偿灵敏度构成无功补偿灵敏度矩阵，用作后续选定节点的 动态无功容量大小。灵敏度大的节点需要增加的无功补偿容量要大于灵敏度小的节点。
[0091] 在其中一个实施例中，节点筛选模块140包括节点筛选单元、节点处理单元和灵敏 度计算单元。
[0092] 节点筛选单元用于在电压合格率小于预设合格阈值时，获取电压不符合预设标准 的节点得到候选节点。若电压合格率不能达到1〇〇%，则选取出现暂态电压不合格情况的节 点，作为需要进行无功补偿的候选节点。
[0093] 节点处理单元用于依次对各候选节点增加相同容量的动态无功补偿值，并再次计 算电力系统的电压暂降严重性指标。动态无功补偿值的具体取值并不唯一，分别对各候选 节点增加动态无功补偿值，并重新计算对应候选节点增加动态无功补偿值后电力系统的电 压暂降严重性指标。
[0094] 灵敏度计算单元用于根据电力系统的电压暂降严重性指标的变化量计算对应候 选节点的无功补偿灵敏度。具体为：
[0095]
[0096] 其中，Ai表不候选节点i的尤功补偿灵敏度，Se (k-Ι)为增加动态无功补偿值前电 力系统的电压暂降严重性指标，Se(Ic)1为节点i单独增加 Acap的无功补偿容量之后电力系 统的电压暂降严重性指标，A cap表示增加的动态无功补偿值，具体取值可以根据情况设定 为任意大于〇的数值，典型值为1-10之间的整数。
[0097] 无功补偿模块150用于根据无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容 量，直至电压合格率为预设合格阈值。通过计算得到需要安装无功补偿设备的候选节点的 无功补偿灵敏度矩阵后，进一步根据无功补偿灵敏度的大小来进行无功优化配置。在其中 一个实施例中，无功补偿模块150包括无功补偿单元和合格率检测单元。
[0098] 无功补偿单元用于根据无功补偿灵敏度的大小，以相同的间隔容量增加对应候选 节点的动态无功补偿容量。具体地，根据无功补偿灵敏度的计算结果，对候选节点按照灵敏 度从小到大进行排序，其中灵敏度最小的候选节点安装的动态无功补偿容量为A cap Mvar，按照每个节点间隔相同的容量（△ cap)来依次叠加每个节点的动态无功补偿容量。
[0099] 合格率检测单元用于检测增加动态无功补偿容量后电力系统的电压合格率是否 小于预设合格阈值;若是，则控制节点筛选模块140再次获取电压不符合预设标准的节点得 到候选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度;若否，则控制优化输出模块160根据各 候选节点的动态无功补偿容量得到电力系统的最优无功补偿容量方案并输出。
[0100]具体地，在根据无功补偿灵敏度的大小增加对应候选节点的动态无功补偿容量之 后，再次计算电力系统的暂态电压稳定性评估指标，并重新将电力系统的电压合格率与预 设合格阈值比较。同样以预设合格阈值为100%为例，若电压合格率达到1〇〇%，说明这种无 功容量的设置是合理的，可输出电力系统的最优无功补偿容量方案。
[0101]若电压合格率仍达不到100%，则重新计算每个候选节点的无功补偿灵敏度，对无 功补偿灵敏度矩阵进行更新。利用更新后的无功补偿灵敏度矩阵再次增加对应候选节点的 动态无功补偿容量，又一次计算增加动态无功补偿容量后电力系统的暂态电压稳定性评估 指标，并计算电力系统的电压合格率进行比较。如此循环直至电力系统的电压合格率为 100%，使得系统电压达到稳定。
[0102] 此外，对于每一次循坏完成时，可输出计算结果以便查看，本实施例中计算结果包 括:暂态电压稳定性评估指标(包括系统电压暂降严重性指标和电压合格率)和当前的动态 无功补偿方案。
[0103] 优化输出模块160用于根据各候选节点的动态无功补偿容量得到电力系统的最优 无功补偿容量方案并输出。当电力系统的电压合格率达到预设合格阈值后，对各候选节点 的动态无功补偿容量进行统计整理得到最优无功补偿容量方案，用于标示对各候选节点的 动态无功补偿容量，以供进行动态无功优化配置。输出优无功补偿容量方案具体可以是通 过显示屏显示以便工作人员观看，也可以是输出至存储器进行存储以供数据调用，具体形 式不限。在输出最优无功补偿容量方案之后，同样也可输出输出电力系统的稳定节点以便 查看。
[0104] 上述电力系统动态无功优化配置系统，将灵敏度分析的概念引入电力系统的动态 无功优化配置之中，通过灵敏度分析不同故障情况下系统的动态特性，根据合理的判据和 指标实现动态无功的优化配置，可自动计算电力系统动态无功的安装位置和容量大小，能 够系统地指导电网复杂无功配置局面下的电压协调控制，有效地提升受端电网应对各种潜 在扰动的能力，提高电网电压稳定性和管理水平。
[0105] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种电力系统动态无功优化配置方法，其特征在于，包括W下步骤： 接收电力系统的电网基础数据，所述电网基础数据包括故障的类型W及节点的参数； 根据所述故障的类型和所述节点的参数对各节点进行时域仿真分析，得到对应节点的 节点电压数据； 根据所述节点电压数据计算得到所述电力系统的暂态电压稳定性评估指标，并根据所 述暂态电压稳定性评估指标计算得到所述电力系统的电压合格率； 在所述电压合格率小于预设合格阔值时，获取电压不符合预设标准的节点得到候选节 点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度； 根据所述无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容量，直至所述电压合格 率为所述预设合格阔值； 根据各候选节点的动态无功补偿容量得到所述电力系统的最优无功补偿容量方案并 输出。2. 根据权利要求1所述的电力系统动态无功优化配置方法，其特征在于，所述暂态电压 稳定性评估指标包括各节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标，W及所述电力系统 的电压暂降严重性指标和电压合格性指标;所述根据所述节点电压数据计算得到所述电力 系统的暂态电压稳定性评估指标，并根据所述暂态电压稳定性评估指标计算得到所述电力 系统的电压合格率的步骤，包括W下步骤： 根据所述节点电压数据计算得到各所述节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指 标； 根据各所述节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标计算得到所述电力系统的 暂态电压稳定性评估指标和电压合格性指标，并根据所述电力系统的电压合格性指标计算 得到所述电力系统的电压合格率。3. 根据权利要求2所述的电力系统动态无功优化配置方法，其特征在于，所述节点电压 数据包括节点在发生不同类型的故障时的动态电压;根据所述节点电压数据计算得到各所 述节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标，包括：其中，Vi, j (X；分3化生映辟1 口'J -p W、J的公刀化电化tfJM、Zn 1且，sei, j巧小下-点的电压暂降 严重性指标，Fpi J表示节点的电压合格性指标;化1和化2分别表示第一电压阔值和第二电压 阔值，且化1大于化2;Dij为罚函数，P为罚函数DiJ对不满足电压稳定判据的惩罚值，Sv为节点 电压低于第二电压阔值化2的持续时间限值，to为故障开始的时间，A ti、A t2分别为故障i时 节点j动态电压低于第一电压阔值化1、第二电压阔值化2的持续时间，ViJ(W)为动态过程结 束后的电压。4. 根据权利要求3所述的电力系统动态无功优化配置方法，其特征在于，所述根据各所 述节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标计算得到所述电力系统的暂态电压稳定 性评估指标和电压合格性指标，并根据所述电力系统的电压合格性指标计算得到所述电力 系统的电压合格率，包括：其中，Se表示电刀糸统的电比智降r重性指顿，化巧不电刀糸统的电压合格性指标，Pr 表示电力系统的电压合格率;M是故障个数，N是节点个数，Wi为故障i的权重值，满足式玲为节点j的权重值。5. 根据权利要求2所述的电力系统动态无功优化配置方法，其特征在于，所述计算得到 各候选节点的无功补偿灵敏度的步骤，包括W下步骤： 依次对各候选节点增加相同容量的动态无功补偿值，并再次计算所述电力系统的电压 暂降严重性指标； 根据所述电力系统的电压暂降严重性指标的变化量计算对应候选节点的无功补偿灵 敏度，具体为：其中，、表示候选节点i的无功补偿灵敏度，Se化-1)为增加动态无功补偿值前电力系统 的电压暂降严重性指标，Se化)1为节点i单独增加A cap的无功补偿容量之后电力系统的电 压暂降严重性指标，A cap表示增加的动态无功补偿值。6. 根据权利要求1所述的电力系统动态无功优化配置方法，其特征在于，所述根据所述 无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容量，直至所述电压合格率为所述预设 合格阔值的步骤，包括W下步骤： 根据所述无功补偿灵敏度的大小，W相同的间隔容量增加对应候选节点的动态无功补 偿容量； 检测增加动态无功补偿容量后电力系统的电压合格率是否小于预设合格阔值； 若是，则返回所述获取电压不符合预设标准的节点得到候选节点，并计算各候选节点 的无功补偿灵敏度的步骤； 若否，则进行所述根据各候选节点的动态无功补偿容量得到所述电力系统的最优无功 补偿容量方案并输出的步骤。7. -种电力系统动态无功优化配置系统，其特征在于，包括： 数据获取模块，用于接收电力系统的电网基础数据，所述电网基础数据包括故障的类 型W及节点的参数； 时域仿真模块，用于根据所述故障的类型和所述节点的参数，对各节点进行时域仿真 分析，得到对应节点的节点电压数据； 合格率计算模块，用于根据所述节点电压数据计算得到所述电力系统的暂态电压稳定 性评估指标，并根据所述暂态电压稳定性评估指标计算得到所述电力系统的电压合格率； 节点筛选模块，用于在所述电压合格率小于预设合格阔值时，获取电压不符合预设标 准的节点得到候选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度； 无功补偿模块，用于根据所述无功补偿灵敏度增加对应候选节点的动态无功补偿容 量，直至所述电压合格率为所述预设合格阔值； 优化输出模块，用于根据各候选节点的动态无功补偿容量得到所述电力系统的最优无 功补偿容量方案并输出。8. 根据权利要求7所述的电力系统动态无功优化配置系统，其特征在于，所述暂态电压 稳定性评估指标包括各节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标，W及所述电力系统 的电压暂降严重性指标和电压合格性指标;所述合格率计算模块包括： 节点指标计算单元，用于根据所述节点电压数据计算得到各所述节点的电压暂降严重 性指标和电压合格性指标； 系统指标计算单元，用于根据各所述节点的电压暂降严重性指标和电压合格性指标计 算得到所述电力系统的暂态电压稳定性评估指标和电压合格性指标，并根据所述电力系统 的电压合格性指标计算得到所述电力系统的电压合格率。9. 根据权利要求8所述的电力系统动态无功优化配置系统，其特征在于，所述节点筛选 模块包括： 节点筛选单元，用于在所述电压合格率小于预设合格阔值时，获取电压不符合预设标 准的节点得到候选节点； 节点处理单元，用于依次对各候选节点增加相同容量的动态无功补偿值，并再次计算 所述电力系统的电压暂降严重性指标； 灵敏度计算单元，用于根据所述电力系统的电压暂降严重性指标的变化量计算对应候 选节点的无功补偿灵敏度，具体为：其中，、表示候选节点i的无功补偿灵敏度，Se化-1)为增加动态无功补偿值前电力系统 的电压暂降严重性指标，Se化)1为节点i单独增加A cap的无功补偿容量之后电力系统的电 压暂降严重性指标，A cap表示增加的动态无功补偿值。10. 根据权利要求7所述的电力系统动态无功优化配置系统，其特征在于，所述无功补 偿模块包括： 无功补偿单元，用于根据所述无功补偿灵敏度的大小，W相同的间隔容量增加对应候 选节点的动态无功补偿容量； 合格率检测单元，用于检测增加动态无功补偿容量后电力系统的电压合格率是否小于 预设合格阔值;若是，则控制所述节点筛选模块再次获取电压不符合预设标准的节点得到 候选节点，并计算各候选节点的无功补偿灵敏度;若否，则控制所述优化输出模块根据各候 选节点的动态无功补偿容量得到所述电力系统的最优无功补偿容量方案并输出。
【文档编号】H02J3/18GK105914755SQ201610257935
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】王珂, 叶萌, 熊文, 王斐, 赵宏伟
【申请人】广州供电局有限公司