一种考虑无功源响应特性的配电网无功电压分区方法与流程

本发明属于配电网电压分级控制技术领域，尤其涉及一种考虑无功源响应特性的配电网无功电压分区方法。

背景技术：

电压分级控制是法国电力公司最早提出的以主导节点和控制区域为基础的电压控制方案，目前世界上有多个国家采用这种控制方法。近年来，我国也开始进行电压分级控制的相关研究，并取得了比较理想的实践结果。

在分级电压控制中，如何将配电网划分为多个相互解耦的区域成为了一个重要的研究项目。现阶段对配电网的分区大都基于节点之间灵敏度的计算，根据灵敏度计算节点之间的电气距离，再运用不同的分区算法对节点进行分区。

无功电压分区的目的是为了加强区域内部节点间的联系，减少区域间的耦合度。分区准则有如下几条：

1)被控节点应该与对它控制最灵敏的无功源节点分在同一个区域，

2)每个子区域应有充足的无功源来控制本区域的电压变化；

3)区域之间应该为弱耦合关系，区域内节点之间呈强耦合关系；

传统的分区方法有基于潮流方程雅各比矩阵的特征结构分析、基于专家知识的向上分级法、构造了无功源控制空间分区；有使用α嵌套分解法实现对电力系统的分区；还有考虑区域负荷无功裕度对电网进行分区等；但是不能够完全适应当前对电力系统经济性和安全性的需求。

上述传统的配电网分区中，都将所有无功源的无功出力视为同等出力，忽略了无功源之间响应速度的快慢，影响节点分区的精确性，本发明考虑了无功源的响应特性，并提出了二次分区的概念。并基于无功‐无功灵敏度距离首先对无功源节点进行分区，然后根据无功控制区域对负荷节点的控制能力进行对负荷节点进行归并。最后，本发明通过IEEE33节点系统进行验证分析，并通过分析能够发现此方法的精确性更强。

技术实现要素：

本发明的目的是提出了一种考虑无功源响应特性的配电网无功电压分区方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、基于无功源响应特性的快慢将无功源分成快机组和慢机组两类；

步骤2、判断配电网的系统响应时间t是否小于无功源响应时间门槛值T，若是，则执行步骤4，若否，则执行步骤3；

步骤3、计算所有无功源节点之间的灵敏度，并计算其电气距离，跳至步骤5；

步骤4、计算含慢机组的无功源节点之间的灵敏度，并进而计算其电气距离；

步骤5、根据电气距离，对无功源节点进行分区；

步骤6、按照无功源对负荷的综合控制能力，将负荷归并到与之灵敏度最大的无功源分区中，完成分区；

所述无功源的快慢机组根据无功源响应特性时间的快慢来定义。

所述无功源节点之间的灵敏度由某节点的无功摄动对另一节点无功注入的影响来确定。

所述考虑无功源响应特性的快慢后对配电网进行二次分区，使得分区结果更合理有效。

本发明的有益效果在于：充分考虑了无功源的响应特性对配电网分区的影响，并使得分区结果能够根据配电网实时变化而随之进行有效变化，分区结果考虑无功源响应特性的快慢后更为合理、精确和有效。

附图说明

图1是基于无功源响应特性改进的配电网无功电压分区方法的流程图

图2是含慢机组的无功源节点的分区谱系图；

图3是含慢机组的无功源节点的分区个数‐合并距离折线图；

图4是IEEE39节点系统4分区示意图；

图5是所有无功源节点的分区谱系图；

图6是所有无功源节点的分区个数‐合并距离折线图；

图7是IEEE39节点系统6分区示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种考虑无功源响应特性的配电网无功电压分区方法，

下面结合附图，对实施例作详细说明。

如图1所示是基于无功源响应特性改进的配电网无功电压分区方法的流程图。具体包括以下步骤：

步骤1、基于无功源响应特性的快慢将无功源分成快机组和慢机组两类；

步骤2、判断配电网的系统响应时间t是否小于无功源响应时间门槛值T，若是，则执行步骤4，若否，则执行步骤3；

步骤3、计算所有无功源节点之间的灵敏度，并计算其电气距离，跳至步骤5；

步骤4、计算含慢机组的无功源节点之间的灵敏度，并进而计算其电气距离；

步骤5、根据电气距离，对无功源节点进行分区；

步骤6、按照无功源对负荷的综合控制能力，将负荷归并到与之灵敏度最大的无功源分区中，完成分区；

对考虑无功源响应特性的配电网无功电压分区方法的具体说明如下：

一、灵敏度与电气距离

灵敏度是指某一个电气量发生单位变化时，其他电气量的变化程度。灵敏度用来反应节点之间耦合程度的大小，是计算电气距离的基础。

1.1无功源间的灵敏度

现在相关研究主要考虑负荷节点之间的电气距离，负荷节点通常为PQ节点(PQ节点指已知节点注入有功功率P和无功功率Q的节点)，因此采用电压/无功灵敏度来表示负荷节点的电位无功变化对其他负荷节点电压幅值的影响。但首先需要研究无功源之间的灵敏度关系，无功源节点通常为PV节点(PV节点指已知节点注入有功功率P和电压幅值V的节点)，因此无功源节点之间的灵敏度采用无功‐无功灵敏度来表示某一无功源节点的单位无功变化对其他无功源节点注入无功的影响程度，采用下式对无功‐无功灵敏度进行定义：

式中，无功‐无功灵敏度s_ij表示无功源节点i无功的单位变化对无功源节点j注入无功变化的灵敏度；ΔQ_i为无功源节点i的单位变化量，ΔQ_j为无功源节点j相应的变化量，

已知牛拉法潮流修正方程

配电网系统有无功源节点n个，潮流计算后得到每个无功源节点的无功输出矩阵Q＝[Q₁ Q₂ … Q_n]^T，无功源之间的灵敏度采用逐次递归法求解，具体步骤如下：

步骤1：将待求的无功源节点i由PV节点转换为PQ节点，其余无功源节点依旧为PV节点；

步骤2：单位减少无功源节点i的无功注入Q_i的值，再次进行潮流计算，得到新的无功输出矩阵Q'＝[Q'₁ Q'₂ … Q'_n]^T

步骤3：计算两次结果的无功输出差值并除单位无功变化量，得到无功源节点i与其他无功源节点之间的灵敏度，以无功源节点i和无功源节点j为例，

步骤4：重复步骤1‐3，直到所有的PV节点计算完毕。

按照以上步骤，我们可以得到无功源节点之间的无功‐无功灵敏度矩阵S_GG

式中用无功‐无功灵敏度s_ij为负数。

1.2电气距离

灵敏度矩阵S_GG是非对称矩阵，但两节点之间的电气距离应该是一致的，利用对数形式将电气距离化为对称矩阵，定义无功源节点i与无功源j之间的电气距离d_ij为

d_ij＝-lg|s_ij*s_ji| (4)

显然，d_ij值越小，无功源节点i与无功源节点j之间的灵敏度越大，表示无功源节点i对无功源节点j的影响越大。这样便可以得到对称的电气距离矩阵D:

二、负荷节点归并

当无功源的分区确定之后，需要将负荷节点按照电气距离最短，灵敏度最强原则归并到相应的无功源分区里。考虑到多个无功源对单一负荷的综合控制能力，负荷节点无功发生单位波动后，每个分区中的无功源对其的补偿之和定义为该区域无功源对负荷节点的综合控制能力。而传统的负荷归并策略中，可能会导致负荷节点被并入电气距离近但是对其电压综合控制能力差的分区。该方法能够根据区域内多个无功源对单一负荷的综合控制能力来归并负荷，使负荷分区结果更精确更合理。

负荷与无功源分区之间的灵敏度关系为

其中，q为无功源分区中所有的无功源个数。

三、基于无功源响应特性的分区

根据无功源响应特性的快慢，规定一个时间门槛值T，定义响应速度小于门槛值T的机组为慢机组，响应速度大于门槛值T的机组为快机组。某处负荷电压发生波动，当时间不充裕时，快机组已对无功补偿完毕，而慢机组无功还在调节中，即快机组比慢机组有更快的调控电压的能力，慢机组无功补偿能力不及快机组，故可以认为慢机组没有出力，在此类情况下对配电网进行一次分区；当时间充足时，慢机组也能在有效时间内发挥调控电压的作用，不再区分快机组和慢机组的区别，故对配电网进行第二次分区。

如图4、图7所示，本实施例用IEEE33节点系统进行验证，IEEE33节点系统自身有一个平衡节点，其余为PQ节点，为了便于研究，在节点18、19、23和33加上静止无功补偿器SVC,使该四个节点变为PV节点。其中19节点对应的无功源SVC设置为慢机组，其余无功源机组设置为快机组。其含慢机组的无功源节点一次分区的无功‐无功灵敏度距离对应的谱系图如图2所示，其无功源节点分区个数与合并距离如图3所示。其对所有无功源节点的二次分区的无功‐无功灵敏度距离对应的谱系图如图5所示，其无功源节点分区个数与合并距离如图5所示。两次分区的分区结果如图4、图7所示。

对比两次分区结果，发现从图2的三个分区到图7的四个分区的变化过程中，有些分区发生拆分，有些负荷节点和无功源节点重新组合成了一个新的区域，有些分区中的个别节点迁移到其他分区中。这些现象都是考虑无功源的响应特性的快慢后引起的。分区结果较传统结果更为合理。

这种依据无功源响应特性的配电网分区方法是独创的。它能更合理的对配电网进行分区，使分区结果更精确，是一个有效的方法。

所述无功源的快慢机组根据其响应特性时间的快慢来定义。

所述无功源节点之间的灵敏度由某节点的无功摄动对另一节点无功注入的影响来确定。

所述分区结果考虑无功源响应特性的快慢。

所述方法考虑无功源响应特性的快慢后对配电网进行二次分区，使得分区结果更合理有效。

该方法充分考虑了无功源的响应特性对配电网分区的影响，并使得分区结果能够根据配电网实时变化而随之进行有效变化，分区结果更为合理、精确和有效。