基于动态协调边界阈值的连续与离散无功源协调控制方法与流程

本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，尤其涉及基于动态协调边界阈值的连续与离散无功源协调控制方法。

背景技术：

二级电压控制实现区域内各种无功源与控制目标的协调计算，是自动电压控制的核心功能。在传统二级电压控制中，均采用了两阶段法来解决离散量和连续量的混合整数规划问题。这种方法能够分解离散量和连续量问题，具有很好的控制收敛性。然而这种算法只是根据理论算法给出了各个无功源的控制调整量，未考虑到离散和连续无功源的控制代价，离散量开关由于其物理特性，具有一定时限内的控制次数限制，超过控制次数就需要检修和更换；而连续量通过机组励磁系统、svg或者风机等进行调整，控制代价远远低于离散量控制代价。传统二级电压控制未考虑这些实际工程中的问题，经常会出现离散量过度调节造成次数越限或开关设备老化迅速的现象，从而导致无法控制甚至开关故障事故的发生，对电网安全运行带来很大的隐患。

技术实现要素：

本发明旨在解决目前在传统电压控制中未考虑到离散和连续无功源的控制代价，经常会出现离散量过度调节造成次数越限或开关设备老化迅速而给电网安全运行带来很大隐患的问题。

为了实现上述目标，本发明采用以下的技术方案：

基于动态协调边界阈值的连续与离散无功源协调控制方法，其特征包括以下步骤：

1)分别计算区域中枢母线和变电站监控母线的边界阈值影响因子；

2)根据步骤1)得到的区域中枢母线和变电站监控母线的边界阈值影响因子计算区域中枢母线和变电站监控母线的动态协调边界阈值；

3)根据步骤2)得到的区域中枢母线和变电站监控母线的动态协调边界阈值对区域中枢母线和变电站监控母线的电压限值范围进行调整，得到修正后的区域中枢母线和变电站监控母线的电压限值范围；

4)将步骤3)中所述修正后的区域中枢母线和变电站监控母线电压限值范围代入连续量的二级电压控制模型，通过两阶段法对离散量和连续量的区域二级电压控制模型进行修正并求解。

本发明所达到的有益效果：本发明在传统二级电压控制理论基础上，对中枢母线和变电站监控母线在连续量调节时增加基于电压约束和无功源无功备用的动态协调边界阈值，将其电压限值区间进行“缩窄”调整，通过改变电压限值的方式使连续量在电压约束和无功备用约束下进行预先调整。由于考虑到母线电压限值约束和连续无功源的无功备用，在电压近限或者无功上下备用欠缺时，其协调边界阈值接近于0，趋向与离散量控制限值重合，当负荷变动或电网扰动较大时，电压越限则会触发离散量控制。该发明通过调整区域中枢母线的协调边界阈值有效协调了区域内连续与离散无功源协调控制问题，其计算速度十分迅捷，收敛性与传统二级电压控制基本一致，有效降低电网离散无功源的调节代价成本，保障了电网无功电压安全和经济运行。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面对本发明作进一步描述。应当理解，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

基于动态协调边界阈值的连续与离散无功源协调控制方法，包括以下步骤：

1)分别计算区域中枢母线和变电站监控母线的边界阈值影响因子；

2)根据步骤1)得到的区域中枢母线和变电站监控母线的边界阈值影响因子计算区域中枢母线和变电站监控母线的动态协调边界阈值；

3)根据步骤2)得到的区域中枢母线和变电站监控母线的动态协调边界阈值对区域中枢母线和变电站监控母线的电压限值范围进行调整，得到修正后的区域中枢母线和变电站监控母线的电压限值范围；

4)将步骤3)中所述修正后的区域中枢母线和变电站监控母线电压限值范围代入连续量的二级电压控制模型，通过两阶段法对离散量和连续量的区域二级电压控制模型进行修正并求解。

计算区域中枢母线边界阈值影响因子的表达式为：

式中vp、和vp分别为区域中枢母线的电压当前值、电压上限和电压下限；ηp为中枢母线电压权重系数；qj、和qj分别为区域第j个连续无功源的无功当前值、无功上限和无功下限；μpj为区域内中枢母线与第j个连续无功源的电压-无功灵敏度。从式(1)中可以看出影响因子在中枢母线电压接近上下限或连续无功源无功备用不足时趋近于0；反之，在上下电压调整区间较大和上下无功备用区间较大时具有较大的边界阈值影响因子。该影响因子随中枢母线电压和连续无功源无功情况处于动态变化状态。

计算区域变电站监控母线的边界阈值影响因子的表达式为：

式中vs、和vs分别为区域变电站监控母线的电压当前值、电压上限和电压下限；qj、和qj分别为区域第j个连续无功源的无功当前值、无功上限和无功下限；ηs为变电站监控母线电压权重系数；μsj为区域内变电站监控母线与第j个连续无功源的电压-无功灵敏度。

计算区域中枢母线和变电站监控母线的边界阈值影响因子时基于区域电压和连续无功源无功备用情况来考虑。

通过边界阈值影响因子计算区域中枢母线的动态协调边界阈值，其表达式为：

式中为中枢母线的额定电压，λp为中枢母线的边界阈值影响因子；

由于中枢母线额定电压为定值，边界死区和影响因子呈线性变化关系。

区域变电站监控母线的动态协调边界阈值表达为：

式中为变电站监控母线的额定电压，λs为变电站监控母线的边界阈值影响因子。

该动态协调边界阈值为连续无功源进行无功调整时提供区域中枢母线和变电站监控母线修正后的电压限值范围，表达式为：

(1)修正后的中枢母线电压限值范围表达式为：

(2)同理修正后变电站监控母线电压限值范围表达式为：

传统的连续量和离散量二级电压控制模型如下表示：

式中目标函数vp和vs和分别为区域内中枢母线与变电站监控母线电压值和电压优化目标值；vp、和vp分别为区域中枢母线的电压当前值、电压上限和电压下限；vs、和vs分别为区域变电站监控母线的电压当前值、电压上限和电压下限；δqg和δqc分别为连续无功源和离散无功源的无功调整量；cpg和cpc、csg和csc分别为连续无功源和离散无功源无功对中枢母线与变电站监控母线电压-无功灵敏度；约束不等式中qg和qc分别为连续与离散无功源当前无功出力；qg和qc和分别为连续无功源无功出力、离散无功源无功出力的约束；gc(δqc)≥0为变电站内电网参数运行约束。由于该模型为混合规划问题，求解难度很大，因此工程上通常采用两阶段法进行分解控制，连续量的二级电压控制模型为：

离散量的二级电压控制模型为：

最后将区域中枢母线和变电站监控母线修正后的电压限值范围代入连续量的二级电压控制模型进行修正，修正后的表达式为：

，式中目标函数vp和vs和分别为区域内中枢母线与变电站监控母线的电压值和电压优化目标值；vp、和vp分别为区域中枢母线的电压当前值、电压上限和电压下限；为区域中枢母线的动态协调边界阈值；vs、和vs分别为区域变电站监控母线的电压当前值、电压上限和电压下限，为区域变电站监控母线的动态协调边界阈值；δqg为连续无功源的无功调整量；cpg和csg为连续无功源对中枢母线和变电站监控母线电压-无功灵敏度；约束不等式中qg、和qg为连续无功源的当前无功值、无功上限和无功下限。

离散量的二级电压控制模型和传统二级电压控制模型一致。

这样通过调整连续量控制模型中枢母线和变电站监控母线的电压限值范围，达到连续量模型中根据区域电压和无功备用情况动态调整协调边界死区“缩窄”其电压约束的效果，使连续量能够优先进入电压越限校正环节，在留有无功备用情况下充分挖掘连续量的无功调节能力，减少离散量电压越限调整，从而达到“小扰动连续设备优化，大扰动离散设备校正”效果，并显著降低离散量开关动作次数，实现安全、经济的连续与离散控制变量的协调控制。

与传统方法相比，使用本发明方法充分考虑电压约束和连续无功源备用动态调整连续量的动态协调边界阈值，调整连续量的电压约束区间，协调连续量和离散量区域无功电压控制，将区域无功电压目标计算出更合理的解，适用于实际的工程现场。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。