基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法，其特征在于，包括建立无功电压关系模型；基于上述建立的无功电压关系模型选择无功补偿节点，从而建立无功补偿节点选择优化模型；对建立的无功补偿节点选择优化模型中的所有无功补偿节点计算优化目标函数；选择计算得出最优目标函数的节点加装无功补偿。通过对无功补偿设备进行优化选址，实现在保障电网安全经济运行的前提下，大幅提高电网对新能源的接纳及送出能力，减小弃风，达到提高新能源上网电量的目的。
【专利说明】基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及规模化新能源发电过程中无功电压控制技术中的无功补偿设备选址 领域，具体地，涉及一种基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法。
【背景技术】
[0002] 目前，我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型新能源基地多数位于"三 北地区"（西北、东北、华北），大型新能源基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、 高电压输送到负荷中心进行消纳。以甘肃电网为例，截至2014年4月，甘肃电网并网风电 装机容量已达707万千瓦，约占甘肃电网总装机（3500万千瓦）容量的20. 2%，成为仅次于 火电的第二大主力电源；光伏发电装机容量已达到435万千瓦，约占甘肃电网总装机容量 的12. 4%，同时甘肃成为我国光伏装机规模最大的省份。目前，甘肃电网风电、光伏发电装 机约占甘肃电网总装机容量的1/3。
[0003] 由于风、光资源的间歇性、随机性和波动性，风电出力的波动性会导致大型风电场 电压出现相应波动。当风电场发生电压较大扰动时，若没有足够的动态无功支撑，将引起风 电场电压跌落。目前，风机本身的低电压耐受能力十分有限，此时风电机组出于自身的保 护，往往采取自动切除的方式，造成系统有功失衡，影响系统稳定；同时，异步发电机，不具 备维持和调节机端电压水平的能力，在运行时还要从系统吸收无功功率，因此电压稳定性 问题比较突出。
[0004] 当系统电压跌落后，如果电网不能提供足够的无功，基于异步发电机的风电机组 机端电压无法重建，导致整个风电场中所有异步风电机组的超速保护或者低电压保护动作 切除风电机组；若保护无法正常动作，由于风电机组的机端电压无法重建，则会引起风电场 甚至区域电网暂态电压失稳。由于交流联网系统的整个电网的电压和频率之间相互影响、 酒泉地区风电出力大幅度变化必然引起整个系统的电压、频率波动，导致事故进一步扩大。 2011年甘肃电网发生的三次较大规模风机脱网事故就是由于上述原因造成的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于灵敏度法的无功补偿优化选址 方法，以实现大幅提高电网对新能源的接纳及送出能力，减小弃风，提高新能源上网电量的 优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一、建立无功电压关系模型；
[0009] 步骤二、基于上述建立的无功电压关系模型选择无功补偿节点，从而建立无功补 偿节点选择优化模型；
[0010] 步骤三、对上述建立的无功补偿节点选择优化模型中的所有无功补偿节点计算优 化目标函数；
[0011] 步骤四、选择上述计算得出最优目标函数的节点加装无功补偿。
[0012] 优选的，所述步骤一建立无功电压关系模型具体为：
[0013] 设电力系统有n个节点，nl个PQ节点，n2个PV节点和一个平衡节点。在极坐标 下，牛顿-拉夫逊潮流计算方程：
[0014]
【权利要求】
1. 一种基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、建立无功电压关系模型； 步骤二、基于上述建立的无功电压关系模型选择无功补偿节点，从而建立无功补偿节 点选择优化模型； 步骤三、对上述建立的无功补偿节点选择优化模型中的所有无功补偿节点计算优化目 标函数； 步骤四、选择上述计算得出最优目标函数的节点加装无功补偿。
2. 根据权利要求1所述的基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法，其特征在于，所述 步骤一建立无功电压关系模型具体为： 设电力系统有n个节点，nl个PQ节点，n2个PV节点和一个平衡节点。在极坐标下， 牛顿-拉夫逊潮流计算方程：
式中：AP为节点注入有功的微增列向量，有n-1个元素；AQ为节点注入无功的微增 列向量，有nl个元素；△ 0为节点电压相角变化列向量，有n-1个元素；V为节点电压幅值 变化列向量，有nl个元素，J是极坐标下的系统潮流方程雅可比矩阵；考虑电压幅值与无功 功率强耦合而与有功功率弱耦合，在电压控制与稳定分析中常常不计有功功率的影响，只 考虑无功和电压的关系，令有功注入保持不变，即 AP = 0,得
S为系统无功电压灵敏度矩阵。因此，得到系统的无功电压线性化关系模型：AV = MAQ (4) 式中：A V、A Q分别为系统PQ节点的电压和无功变化;M = S4为无功电压灵敏度矩 阵，M反映系统的电压与无功之间的变化关系；M的第i个对角元素是节点i的无功电压灵 敏度。
3. 根据权利要求2所述的基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法，其特征在于，所述 步骤二建立无功补偿节点选择优化模型具体为： 设在系统中要选择的主导节点个数为N，无功补偿节点的集合为X= {xl，X2，xn}，n = N ;在系统的某个运行点，考虑无功补偿节点由于其无功补偿设备的无功补偿效应，将无功 补偿节点作为PV节点处理，则系统无功电压关系变为 AQl = SlAVl (5) 式中，A'、AQl分别为系统PQ节点的电压和无功变化；&为电压无功灵敏度矩阵； 由式（5)得 AVl = MlAQl (6) 其中，= 1，为反映系统PQ节点的无功电压灵敏度矩阵； 由式（5)和式（6)得到系统节点的无功电压灵敏度变化为： D = diag (Ml)-diag (ML，） (7) 式中，diag (*)表示取m阶矩阵的对角元素形成的m维列向量；和M' ^分别为系统 PQ节点在无功补偿之前和补偿之后的无功电压灵敏度矩阵；通过选择无功补偿节点X使得 目标函数式（8)达到最大； J(X) = DtQxD (8) 其中，Qx为对角加权矩阵，根据负荷的具体情况确定数值；无功补偿节点的选择问题 描述为以下优化模型： maxj(X) s.i: X A Card (X) ^ N (9) 式中：X为所有无功补偿节点的集合;A为系统所有PQ节点的集合；Card (X)表示集合 元素的总数；N为系统要求的无功补偿节点的总数。
4.根据权利要求3所述的基于灵敏度法的无功补偿优化选址方法，其特征在于，所述 步骤三计算优化目标函数具体采用遍历法，即对所有可能的无功补偿节点集都进行计算， 根据其目标函数值的大小来确定最终的无功补偿节点集。
【文档编号】G06F19/00GK104361200SQ201410532979
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】周强, 汪宁渤, 路亮, 黄华, 陟晶, 韩自奋, 徐陆飞, 冉亮, 腾贤亮 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心, 国电南瑞科技股份有限公司