电力系统动态无功补偿方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及电力系统的技术领域，尤其涉及一种电力系统动态无功补偿方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

动态无功补偿是改善电力系统暂态电压稳定性的主要手段。与传统投切式无功补偿装置相比，svc、statcom等动态无功补偿设备具有更快的响应速度和更优的补偿效果。

动态无功规划是典型的混合整数规划问题，需要解决两个问题：1)补偿地点的选择；2)补偿容量的优化。由于该问题的解空间较大，业界常常采取两步法，即：先确定补偿位置，再优化补偿容量。

确定补偿地点时，采用最多的是轨迹灵敏度指标，但是电力系统具有很强的非线性，而轨迹灵敏度指标是基于小扰动计算的，因此，所挑选的候选补偿点虽然比较有效，但并不能保证是最优的无功补偿点，造成补偿容量偏大。此外，容量优化过程中，人们往往采用智能优化算法优化各补偿点的容量，由于搜索初值是随机设置的，所以补偿容量优化过程中计算量较大，效率较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电力系统动态无功补偿方法、装置、设备及存储介质，能有效解决现有技术中不能找到最佳补偿地点、补偿容量优化过程计算量较大，效率较低的问题。

本发明一实施例提供一种电力系统动态无功补偿方法，包括：

对预设的电力系统进行分区，以形成若干分区域；

根据预设的电力系统安全运行规则定义所述预设的电力系统的电压安全约束上边界以及电压安全约束下边界；

根据所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界筛选出所述分区域的违规节点；

计算每个所述违规节点的轨迹灵敏度指标，每个所述分区域各选取两个灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点；

以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点；

以所述无功补偿点的补偿容量估算值为初值，以所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，对所述预设的电力系统补偿容量进行优化。

作为上述方案的改进，在所述对预设的电力系统进行分区，以形成若干分区域之前，还包括：

根据电力系统潮流数据以及电力系统稳定数据建立所述电力系统仿真模型。

作为上述方案的改进，所述以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点，具体包括：

s51,设定所述候选补偿点的补偿容量的范围为[qmin，qmax]；

s52,在所述候选补偿点上装设容量qj＝qmin的动态无功补偿装置，根据δv(qj)＝max{tu,k,i,j(qj),tl,k,i,j(qj)}计算△v(qj)；其中，k表示补偿点所在的分区域中第k个严重扰动；i表示

该分区域中第i个节点；vk,i,j(t)表示补偿点安装容量为qj的动态无功补偿装置后，在第k个严重扰动下节点i的暂态电压响应，vk,i,j(t)通过时域仿真得到；

s53,令△v(qmin)＝△v(qj)；

s54,令qj＝(qmin+qmax)/2，计算△v(qj)；

s55,若δv(qj)·δv(qmin)<0，令qmax＝qj；否则，令δv(qmin)＝δv(qj)，qmin＝qj；

s56,当qmax-qmin<ε或△v(qj)＝0时，输出qjmin＝qj；其中，ε为收敛阈值；否则返回步骤s54继续执行。

作为上述方案的改进，所述以所述无功补偿点的补偿容量估算值为初值，以所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，对所述预设的电力系统补偿容量进行优化，具体包括：

以所述无功补偿点的补偿容量的估算值作为初值，所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，根据粒子群算法对所述无功补偿点的补偿容量进行优化。本发明另一实施例对应提供了一种电力系统动态无功补偿装置，包括：

分区模块，用于对预设的电力系统进行分区，以形成若干分区域；

定义边界模块，用于根据预设的电力系统安全运行规则定义所述预设的电力系统的电压安全约束上边界以及电压安全约束下边界；

筛选模块，用于根据所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界筛选出所述分区域的违规节点；

计算选取模块，用于计算每个所述违规节点的轨迹灵敏度指标，每个所述分区域各选取两个灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点；

估算模块，用于以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点；

优化模块，用于以所述无功补偿点的补偿容量估算值为初值，以所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，对所述预设的电力系统补偿容量进行优化。作为上述方案的改进，所述电力系统动态无功补偿装置，还包括：

建模模块，用于根据电力系统潮流数据以及电力系统稳定数据建立所述电力系统仿真模型。

本发明另一实施例提供了一种电力系统动态无功补偿设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的电力系统动态无功补偿方法。

本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的电力系统动态无功补偿方法。

与现有技术相比，本发明实施例公开的电力系统动态无功补偿方法、装置、设备及存储介质，通过所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界分别筛选各区域的违规节点，再通过计算违规节点的灵敏度轨迹指标，每个区域从各区域的违规节点中选出灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点，再以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点，最后以所述补偿点的估算容量作为初值，电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，进一步对补偿容量进行优化。由上分析可知，由于通过估算选择了无功补偿点，从而有效识别了电力系统的最佳补偿地点；又由于给出了接近全局最优解的估算值，进而可以快速地对电力系统的补偿容量进行优化，提高了优化效率。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种电力系统动态无功补偿方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中新英格兰10机39节点电力系统单线图；

图3是本发明一实施例中新英格兰10机39节点测试系统电压控制分区域示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种电力系统无功补偿装置的结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种电力系统动态无功补偿设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种电力系统动态无功补偿方法的流程示意图。

本发明实施例提供的一种电力系统动态无功补偿方法，包括：

s10,对预设的电力系统进行分区，以形成若干分区域。

具体地，根据电气距离，使用现有的聚类算法，对电力系统进行分区，使得各分区域内的节点电气联系紧密、各分区域间电气距离较大。

s20,根据预设的电力系统安全运行规则定义所述预设的电力系统的电压安全约束上边界vupp(t)以及电压安全约束下边界vlow(t)。在本实施例中，预设的电力系统安全运行规则为国家对电力系统暂态电压的要求。

s30,根据所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界筛选出所述分区域的违规节点。

具体地，筛选出每个分区域中使得电压不满足安全约束的严重扰动，确定每个严重扰动对应的电压不合格节点作为违规节点。若某分区域中无违规节点，则本分区域无需配置动态无功补偿装置。

s40,计算每个所述违规节点的轨迹灵敏度指标，每个所述分区域各选取两个灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点。

具体地，通过违规节点的轨迹灵敏度指标，选择各分区域中个灵敏度最高的两个违规节点作为候选补偿点，有助于快速确定最佳补偿地点。

s50,以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点。

具体地，由于分区域电力系统电压满足要求为约束，则可以通过估算各候选补偿点的最小补偿容量，来选择各分区域的无功补偿点，从而确定最佳补偿地点。

s60,以所述无功补偿点的补偿容量估算值为初值，以所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，对所述预设的电力系统补偿容量进行优化。

与现有技术相比，本发明实施例公开的电力系统动态无功补偿方法，通过所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界分别筛选各区域的违规节点，再通过计算违规节点的灵敏度轨迹指标，每个区域从各区域的违规节点中选出灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点，再以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点，最后以所述无功补偿点的估算容量为初值，电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，进一步对补偿容量进行优化。由上分析可知，由于通过估算选择了无功补偿点，从而有效识别了电力系统的最佳补偿地点；又由于给出了无功补偿点的估算值接近最优解的估算值，故而可以快速地对电力系统的补偿容量进行优化，提高了全局优化效率。

作为上述方案的改进，在所述对预设的电力系统进行分区，以形成若干分区域之前，还包括：

根据电力系统潮流数据以及电力系统稳定数据建立所述电力系统仿真模型。

其中，电力系统潮流数据，包括：线路、变压器参数，系统节点类型，pq节点的负荷、pv节点的有功出力和电压幅值、平衡节点的电压相角和电压幅值。电力系统稳定数据，包括：发电机参数，发电机励磁系统模型和参数，负荷模型及参数等。应用现有的电力系统机电暂态仿真软件，建立电力系统仿真模型。

作为上述方案的改进，所述以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点，具体包括：

s51,设定所述候选补偿点j的补偿容量的范围为[qmin，qmax]；如：[0mvar，500mvar]。

s52,在候选补偿点j上装设容量qj＝qmin的动态无功补偿装置，根据式(1)(2)

计算△v(qj)。

δv(qj)＝max{tu,k,i,j(qj),tl,k,i,j(qj)}(1)

其中，k表示补偿点所在的分区域中第k个严重扰动；i表示该分区域

中第i个节点；vk,i,j(t)表示补偿点安装容量为qj的动态无功补偿装置后，在

第k个严重扰动下节点i的暂态电压响应，vk,i,j(t)通过时域仿真得到。

s53,令△v(qmin)＝△v(qj)。

s54,令qj＝(qmin+qmax)/2，计算△v(qj)。

s55,若δv(qj)·δv(qmin)<0，令qmax＝qj；否则，令δv(qmin)＝δv(qj)，qmin＝qj；

s56,当qmax-qmin<ε或△v(qj)＝0时，输出qjmin＝qj；其中，ε为收敛阈值；否则，返回步骤s54继续执行。

作为上述方案的改进，所述根据所述无功补偿点对电力系统的的补偿容量进行优化，具体包括：

以所述无功补偿点的补偿容量的估算值作为初值，所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，根据粒子群算法对所述无功补偿点的补偿容量进行优化。

具体地，选择各分区域中qmin值最小的节点作为本分区域的动态无功补偿点，各无功补偿点的qmin值作为粒子群算法(pso)的搜索初值，以投资最低为目标，严重扰动下系统电压满足要求为约束，对各补偿点补偿容量进行优化。

为了便于理解，针对本实施例提供的所述电力系统动态无功补偿方法进行举例说明。

参见图2，以新英格兰10机39节点电力系统为例，基于节点阻抗矩阵，计算节点间的电气距离。借助谱聚类算法，对测试系统进行分区，得到分区方案见表1，分区示意图见图3。

表1分区方案

根据我国对暂态电压稳定的要求，在本实施例中定义的电压安全约束边界上、下边界分别为：

其中，vst＝0.9p.u.；β＝0.057；tcl表示故障清除时刻，tend表示暂态电压考察结束的时刻，tend＝(tcl+10)s。

本本实施例采用n-1原则进行严重扰动筛选。在本系统34条输电线路的中点分别设置三相接地短路，0.1s后切除该故障线路。经计算，本实施例的严重扰动及对应的违规节点见表2。

表2严重扰动及对应的违规节点

虽然节点15属于分区4，但是在线路15-16切除之后，违规节点15由分区2提供电压支持，因此属于分区2。

根据轨迹灵敏度指标计算结果，挑选出分区2的候选补偿点为节点7和8，分区4的候选补偿点为节点21和24。

对各候选补偿点的最小补偿容量进行预估。本算例以statcom为例，得到节点7和8的最小补偿容量分别为245mvar和250mvar，节点21和24的最小补偿容量分别为425mvar和179mvar。因此，节点7和节点24为本系统的最佳补偿地点。

以分别在节点7和24安装245mvar和179mvar的statcom作为优化初值，通过粒子群算法(pso)进行容量优化，得到满足电压安全约束下投资费用最低的配置方案是在节点7和24分别补偿204mvar和141mvar的statcom，总投资成本为4160万。配置效果可通过安装statcom前、后节点暂态电压改善得以体现。

参见图4，是本发明一实施例提供的一种电力系统动态无功补偿装置的结构示意图.

本发明另一实施例对应提供了一种电力系统动态无功补偿装置，包括：

分区模块10，用于对预设的电力系统进行分区，以形成若干分区域。

定义边界模块20，用于根据预设的电力系统安全运行规则定义所述预设的电力系统的电压安全约束上边界以及电压安全约束下边界。

筛选模块30，用于根据所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界筛选出所述分区域的违规节点。

计算选取模块40，用于计算每个所述违规节点的轨迹灵敏度指标，每个所述分区域各选取两个灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点。

估算模块50，用于以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点。

优化模块60，用于以所述无功补偿点的补偿容量估算值为初值，以所述预设的电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，对所述预设的电力系统补偿容量进行优化。

作为上述方案的改进，所述电力系统动态无功补偿装置，还包括：

建模模块，用于根据电力系统潮流数据以及电力系统稳定数据建立所述电力系统仿真模型。

作为上述方案的改进，所述以电力系统电压满足要求为约束，估算所述候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点，具体包括：

s51,设定所述候选补偿点j的补偿容量的范围为[qmin，qmax]；如：[0mvar，500mvar]。

s52,在候选补偿点j上装设容量qj＝qmin的动态无功补偿装置，根据式(1)(2)

计算△v(qj)。

δv(qj)＝max{tu,k,i,j(qj),tl,k,i,j(qj)}(1)

其中，k表示补偿点所在的分区域中第k个严重扰动；i表示该分区域

中第i个节点；vk,i,j(t)表示补偿点安装容量为qj的动态无功补偿装置后，在

第k个严重扰动下节点i的暂态电压响应，vk,i,j(t)通过时域仿真得到。

s53,令△v(qmin)＝△v(qj)。

s54,令qj＝(qmin+qmax)/2，计算△v(qj)。

s55,若δv(qj)·δv(qmin)<0，令qmax＝qj；否则，令δv(qmin)＝δv(qj)，qmin＝qj；s56,当qmax-qmin<ε或△v(qj)＝0时，输出qjmin＝qj；其中，ε为收敛阈值；否则返回步骤s54继续执行。

综上所述，本发明实施例公开的电力系统动态无功补偿装置，通过所述电压安全约束上边界以及所述电压安全约束下边界分别筛选各区域的违规节点，再通过计算违规节点的灵敏度轨迹指标，每个区域从各区域的违规节点中选出灵敏度最高的违规节点作为候选补偿点，再以分区域电力系统电压满足要求为约束，估算候选补偿点的最小补偿容量，以使各分区域分别选择所述最小补偿容量对应的候选补偿点作为各分区域的无功补偿点，最后以所述无功补偿点的估算容量为初值，电力系统所有节点的暂态电压满足要求为约束，进一步对补偿容量进行优化。由上分析可知，由于通过估算选择了无功补偿点，从而有效识别了电力系统的最佳补偿地点；又由于给出了无功补偿点的估算值接近最优解的估算值，故而可以快速地对电力系统的补偿容量进行优化，提高了全局优化效率。

参见图5，是本发明一实施例提供的电力系统动态无功补偿设备的示意图。该实施例的电力系统动态无功补偿设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个电力系统动态无功补偿方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述电力系统动态无功补偿设备中的执行过程。

所述电力系统动态无功补偿设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电力系统动态无功补偿设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是电力系统动态无功补偿设备的示例，并不构成对电力系统动态无功补偿设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电力系统动态无功补偿设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器11可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述电力系统动态无功补偿设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电力系统动态无功补偿设备的各个部分。

所述存储器12可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述电力系统动态无功补偿设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述电力系统动态无功补偿设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。