基于电压灵敏度指数的调相机选址方法及装置

1.本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于电压灵敏度指数的调相机选址方法及装置。


背景技术：

2.大规模电网在运行中可能出现n
‑
1、n
‑
2故障后电压失稳的问题，一种解决方案是采用同步调相机为关键节点提供无功支撑。同步调相机，本质上是一种运行在特殊工作状态的同步电机，同步调相机的主要作用是根据电力系统状态的变化，自动的在电网电压下降时向电网输出感性无功功率，在电网电压上升时吸收电网的感性无功功率，以维持电网无功功率的平衡，保证电网电压的稳定，提高电力系统的稳定性，改善电网电压质量。同步调相机，作为常用的无功补偿设备之一，有独特的优势：同步调相机的使用寿命长，占地面积小。此外，同步调相机的运行稳定性较好，同步调相机本质上是不带机械负载的同步电动机，从而易于制造和维护。
3.对于实际电网在运行中可能出现的电压失稳问题，需要在特定节点处添加同步调相机提供无功支撑。对于成千上万节点的大规模电力系统而言，新增调相机有很多可以选择的位置。然而并非所有选址都能有效解决电网电压失稳问题，各个选址的无功电压支撑能力存在差别。目前，对于新增同步调相机的选址问题仍然缺乏研究，准确的对同步调相机进行选址，以提高同步调相机的效果，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于电压灵敏度指数的调相机选址方法及装置。
5.本发明提供一种基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，包括：选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数；重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线；选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果；其中，所述电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。
6.根据本发明一个实施例的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，所述确定所有母线的电压变化过程，包括：通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程。
7.根据本发明一个实施例的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，添加预设值的无功功率之前，还包括：通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程，作为添加无功功率前的母线电压，用于计算电压敏感度指数。
8.根据本发明一个实施例的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，所述添加预设值的无功功率，包括向母线加入对应的电容值实现。
9.根据本发明一个实施例的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，加入的电容值
为：
[0010][0011]
其中，f0为系统工作频率，u
i
为母线i处的稳态电压值，q
i
为添加的无功功率，i为添加无功功率的母线。
[0012]
根据本发明一个实施例的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，所述计算电压敏感度指数，包括：
[0013][0014]
其中，为添加无功功率后的母线电压，为添加无功功率前的母线电压，q
i
为添加的无功功率，i为添加无功功率的母线，j为计算电压敏感度指数的母线。
[0015]
根据本发明一个实施例的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，两次电磁暂态仿真的总时长和步长相同，所述计算电压敏感度指数，包括：确定每个步长的电压敏感度指数，将总时长内电压敏感度指数最大值，作为当前母线的电压敏感度指数。
[0016]
本发明还提供一种基于电压灵敏度指数的调相机选址装置，包括：敏感指数确定模块，用于选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数；以及重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线；调相选址确定模块，用于选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果；其中，所述电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。。
[0017]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于电压灵敏度指数的调相机选址方法的步骤。
[0018]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于电压灵敏度指数的调相机选址方法的步骤。
[0019]
本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法及装置，通过电压敏感度指数最大化作为同步调相机的选址参考指标，可以保证该选址具有优秀的无功电压支撑能力，可以找到最适合于新建调相机的母线位置，为系统的无功电压支撑提供优化的策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可实现快速而准确的电压敏感度指数计算，提高调相机选址效率。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法的流程示意图之一；
[0022]
图2是本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法的流程示意图之二；
[0023]
图3是本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址装置的结构示意图；
[0024]
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0025]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0026]
对于大规模电网的动态特性分析依赖于时域仿真。传统上，大型输变电系统的暂态稳定分析都是采用的机电暂态仿真程序，然而随着电力系统的发展，现代电网集成了越来越多的复杂元件，如可再生能源装置和hvdc高压直流输电装置，机电暂态仿真程序在面对换相失败，次同步振荡等复杂故障时，仿真精度已经达不到要求。因此，目前对实际电网的动态特性分析需要采用电磁暂态仿真。
[0027]
电力系统电磁暂态仿真的基本算法(electromagnetic transient program，以下简称为emtp)是在20世纪60年代初由dommel等人提出，最初是用来研究电力系统暂态过电压的问题。随着技术发展，电网中的高压直流输电系统和电力电子元件的越来越多，为了更好的仿真电网的暂态过程，电磁暂态仿真越来越重要，出现了商用化的使用较为成熟的电磁暂态仿真软件，如emtp
‑
rv，pscad/emtdc和cloudpss等。
[0028]
本发明可提供一种基于电磁暂态仿真以及电压灵敏度指数最大化的调相机选址优化方法，通过在系统各个母线处注入少量的无功功率，通过电磁暂态仿真计算所有母线的电压随注入无功变化的敏感程度。选取最大电压敏感度指数处的母线作为新增调相机的选址，用于指导电网建设及预防事故。
[0029]
下面结合图1
‑
图4描述本发明的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法及装置。图1是本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，包括：
[0030]
101、选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数。
[0031]
电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。
[0032]
整个方法的执行可以通过仿真实现，在一个可选实施例中，通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程，以提高调相机选址准确性，以下均以此为例进行说明。
[0033]
整个待分析的系统所有母线的集合为i
g
，首先在所有母线中选取母线在母线i上注入少量的动态q
i
，然后通过电磁暂态仿真，确定每个步长时刻所有母线的电压值，即确定所有母线的电压变化过程。
[0034]
根据加入无功功率后所有母线的电压值、加入之前所有母线的电压值，以及加入的无功功率值，确定电压敏感度指数。
[0035]
具体可以是根据加入前后母线电压值的差值，与无功功率值的比，确定单个母线的电压敏感度。然后对所有母线进行求和或者求平均，得到在母线i添加预设值无功功率后的电压敏感度指数。
[0036]
102、重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线。
[0037]
对所有其他未添加无功功率的任一母线，添加相同的动态q
i
，以101相同的方法确定电压敏感度指数。遍历选取所有的母线i注入无功功率，进行大量的电磁暂态仿真，可以对每一个节点进行电压敏感度的计算，从而得到在任一母线添加预设值无功功率后，电压敏感度指数。
[0038]
103、选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果。
[0039]
即选择电压敏感度指数值最高的节点，为最优的调相机选址位置。
[0040]
本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，通过电压敏感度指数最大化作为同步调相机的选址参考指标，可以保证该选址具有优秀的无功电压支撑能力，可以找到最适合于新建调相机的母线位置，为系统的无功电压支撑提供优化的策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可实现快速而准确的电压敏感度指数计算，提高调相机选址效率。
[0041]
在一个实施例中，所述确定所有母线的电压变化过程，包括：通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程。上述实施例已作具体说明，此处不再赘述。本发明实施例提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，通过采用电磁暂态仿真计算结果，作为调相机选址方案的数据来源，具有较高的准确性。选取所有母线注入无功，并通过大量仿真来确定最优的调相机位置，其结果具有充足的数据支持，具有准确性和可靠性。
[0042]
在一个实施例中，添加预设值的无功功率之前，还包括：通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程，作为添加无功功率前的母线电压，用于计算电压敏感度指数。
[0043]
如图2所示，为确保添加无功功率前后系统的一致性，仅存在是否添加无功功率的区别。在添加无功功率之前，通过相同的电磁暂态仿真，确定添加无功功率前的母线电压，以此计算电压敏感度指数。
[0044]
本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，添加无功功率前后的母线电压值，均通过电磁暂态仿真确定，进一步提高评估结果的准确性。
[0045]
在一个实施例中，所述添加预设值的无功功率，包括向母线加入对应的电容值实现。具体加入的电容值为：
[0046][0047]
其中，f0为系统工作频率，u
i
为母线i处的稳态电压值，q
i
为添加的无功功率，i为添加无功功率的母线。
[0048]
在一个实施例中，所述计算电压敏感度指数，包括：所述计算电压敏感度指数，包括：根据加入前后母线电压值的差值，与无功功率值的比，确定单个母线的电压敏感度；根据所有母线的电压敏感度，确定母线添加预设值的无功功率后，对应的电压敏感度指数。
[0049]
具体如下式所示，为母线j的电压敏感度：
[0050][0051]
其中，为添加无功功率后的母线电压(可以是一定间段的最大值)，为添加无功功率前的母线电压，q
i
为添加的无功功率，i为添加无功功率的母线，j为计算电压敏感度指数的母线。
[0052]
则母线i添添加预设值的无功功率时，对应的电压敏感度指数为：
[0053][0054]
其中，n为母线的总数。
[0055]
在一个实施例中，两次电磁暂态仿真的总时长和步长相同，所述计算电压敏感度指数，包括：确定每个步长的电压敏感度指数，将总时长内电压敏感度指数最大值，作为当前母线的电压敏感度指数。
[0056]
若仿真时间步长为δt，总仿真周期为m
×
δt，无功注入将时域仿真结果不同步长数对应的时间t处的母线j处的电压从v
jold,t
变为v
jnew,t
。每个母线j在每个仿真步长对应时间t的电压敏感度由下式计算得出：
[0057][0058]
求和可得在母线i处添加单位无功q
i
的电压敏感度指数vsi
i
：
[0059][0060]
通过遍历选取所有的母线i注入无功，进行大量的电磁暂态仿真，可以对每一个节点进行电压敏感度vsi
i
的计算，选择值最高的节点即为最优的调相机选址位置。
[0061]
下面对本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址装置进行描述，下文描述的基于电压灵敏度指数的调相机选址装置与上文描述的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法可相互对应参照。
[0062]
图3是本发明提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址装置的结构示意图，如图3所示，该基于电压灵敏度指数的调相机选址装置包括：敏感指数确定模块301和调相选址确定模块302。其中，敏感指数确定模块301用于选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数；以及重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线；调相选址确定模块302用于选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果；其中，所述电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。
[0063]
在一个装置实施例中，敏感指数确定模块，具体用于通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程。
[0064]
在一个装置实施例中，敏感指数确定模块，还用于添加预设值的无功功率之前，通过电磁暂态仿真，确定所有母线的电压变化过程，作为添加无功功率前的母线电压，用于计算电压敏感度指数。
[0065]
在一个装置实施例中，敏感指数确定模块，用于向母线加入对应的电容值实现添加预设值的无功功率。
[0066]
在一个装置实施例中，加入的电容值为：
[0067]
[0068]
其中，f0为系统工作频率，u
i
为母线i处的稳态电压值，q
i
为添加的无功功率，i为添加无功功率的母线。
[0069]
在一个装置实施例中，敏感指数确定模块，还用于：根据加入前后母线电压值的差值，与无功功率值的比，确定单个母线的电压敏感度；根据所有母线的电压敏感度，确定母线添加预设值的无功功率后，对应的电压敏感度指数。
[0070]
在一个装置实施例中，两次电磁暂态仿真的总时长和步长相同，敏感指数确定模块，具体用于：确定每个步长的电压敏感度指数，将总时长内电压敏感度指数最大值，作为当前母线的电压敏感度指数。
[0071]
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
[0072]
本发明实施例提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址装置，通过电压敏感度指数的调相机选址方法，可以找到最适合于新建调相机的母线位置，为系统的无功电压支撑提供优化的策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可实现快速而准确的调相机选址。
[0073]
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(communications interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，该方法包括：选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数；重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线；选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果；其中，所述电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。
[0074]
此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0075]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，该方法包括：选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数；重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线；选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果；其中，所述电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。
[0076]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程
序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于电压灵敏度指数的调相机选址方法，该方法包括：选取任一母线，添加预设值的无功功率，确定所有母线的电压变化过程，并计算电压敏感度指数；重复上述选取任一母线，添加预设值的无功功率，以及计算电压敏感度指数的过程，直至变遍历所有母线；选取电压敏感度指数最大的母线，作为调相机的选址结果；其中，所述电压敏感度指数，根据添加无功功率后与添加无功功率前，所有母线的电压变化值与所添加的无功功率确定。
[0077]
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。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0078]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0079]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。