一种基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制方法与流程

1.本发明属于电力系统电压控制技术领域，尤其涉及一种基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制方法。


背景技术：

2.为了提高电网的安全性与可靠性，需要对电网进行安全分析。安全分析主要包括静态安全分析与动态安全分析。目前，静态安全分析的主要手段是通过设置预想故障集，对预想故障集进行评定的方法来分析电网所处的状态，从而为采取相应的控制措施提供依据。动态安全分析是对事故后动态过程的分析，着眼于系统在假象故障集中有无失去稳定的危险。动态安全分析也就是指评价系统受到大扰动后过渡到新的稳定运行状态的能力，并给出必要的预防措施和补救方案。
3.近年来，我国形成了以超/特高压交直流远距离大容量输电为主的西电东送通道，在东部负荷中心则形成了若干个多直流落点的受端电网。随着受端电网规模的增大，系统的动态无功储备日显不足，由故障所引起的暂态电压稳定问题尤为突出。
4.比如，一旦换流站附近发生短路故障，有可能由于电压的跌落引起换流阀发生换相失败，甚至引发直流闭锁，造成大规模的功率转移，进而危及到其它直流输电系统的正常运行，其后果不堪设想。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，结合无功电压日前预报数据，计算出电网暂态稳定情况和动态无功储备裕度，在此基础上进行自动电压的预防性控制，能够在事故发生前针对有可能导致电压失稳的故障采取预防控制措施，进而避免事故发生。
6.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明的第一方面是提供了一种基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制方法，
8.步骤一、从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，然后依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算；
9.步骤二、判断当前断面是否暂态失稳；
10.步骤三、若断面失稳，则进行动态无功储备优化计算，对下一个断面进行计算直到所有96点断面计算完毕，最终计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合；
11.步骤四、在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制。
12.所述步骤二判断当前断面是否暂态失稳的具体步骤为：
13.读入第k个电压无功日前预报断面数据，断面数据中包含电力系统的基础数据信
息以及电网拓扑模型信息，k为当前所在断面位置；
14.对当前全网设备进行n-1故障扫描故障暂态仿真计算，得到各故障下的电压时序轨迹，定义母线暂态电压稳定性指标，指标的计算公式如下式：
[0015][0016]
其中v(t)是暂态过程中的母线电压时序轨迹，tvsi表示母线暂态电压稳定性指标，t为时间，t0、t
end
分别表示母线电压v(t)第一次跌落到安全阈值v
th
以下以及第一次恢复到v
th
以上的时刻，若tvsi＝0表示稳定，tvsi》0表示失稳；
[0017]
根据指标的计算结果，计算出每个故障下每个母线的暂态电压稳定指标，将指标最大且大于0的故障作为严重故障集：
[0018][0019]
其中，s
sflt
表示严重故障集合，s
bus
和busj表示电网中母线集合以及其中的元素，s
flt
和flti表示预想故障集以及其中的元素，表示故障flti下母线busj的暂态电压稳定性指标的数值；
[0020]
根据指标的计算结果，判断断面是否失稳：
[0021][0022]
sk为断面暂态稳定标志，若断面中严重故障集合s
sflt
不为空集，则表示断面失稳；若断面中严重故障集合s
sflt
为空集，则表示断面稳定。
[0023]
所述步骤三具体包括以下步骤：
[0024]
采用参数摄动法，计算出作用域内各无功源对于代表母线集的轨迹灵敏度矩阵，根据该矩阵选出控制效果灵敏的无功源，作为动态无功储备优化的手段：
[0025][0026][0027][0028]
其中，表示在故障flt
x
作用下的轨迹灵敏度矩阵，δvy表示在无功源出力改变前后的母线y的平均电压变化量，分别表示无功出力改变前后的母线电压轨迹，t1、t2为积分区间，δq
x
为无功出力的改变量，tsi
xy
为无功源x对母线y的轨迹灵敏度；
[0029]
对断面建立动态无功储备优化模型，并求解：
[0030]
建立动态无功储备优化模型的目标函数：
[0031]
min(v
0,ref-v
0-s'vδu)2[0032]
其中，v
0,ref
是稳态电压优化得到的中枢母线的电压设定值，v0是优化前中枢母线
的电压值，s'v是动态无功储备的运行点变化对中枢母线电压的灵敏度，δu是动态无功储备的运行点的改变量；
[0033]
优化问题的约束条件包括：
[0034][0035]
tvsi0是优化前的tvsi指标值，是动态无功储备的运行点对tvsi指标值的灵敏度，是tvsi的上限；
[0036][0037]
u0是初始的动态无功储备的运行点，u是动态无功储备的运行点的下限，是动态无功储备的运行点的上限，
[0038][0039]
v是中枢母线的电压的下限，是中枢母线的电压的上限，
[0040]
对于断面k，最终求解出动态无功储备裕度集合δuk，
[0041]
当断面稳定，此时动态无功储备裕度将断面稳定标识sk加入到集合断面稳定标志集合s中，将动态无功裕度集合δuk加入到动态无功储备裕度集合u中，若k《96对k进行加一操作并跳转至步骤四，若k＝96，最终得到断面稳定标志集合s＝{s1,...sr,...s
64
}，断面动态无功储备裕度集合u＝{δu1,...δur,...δu
64
}，其中1＜r＜64。
[0042]
所述步骤四具体包括以下步骤：
[0043]
在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，设置自动电压控制系统的自动电压的控制周期为tc，设tc＝5分钟；
[0044]
当前avc控制周期到来时，当前控制时刻的小时为h，分钟为m，对应96点断面的位置l'计算公式为：
[0045]
l'＝4*h+[m/15]
[0046]
为了应对可能的电网n-1故障造成电网暂态失稳，需要提前调整动态无功设备的无功裕度，所以需要读取对应96点断面的位置l'的下一个断面l的数据进行预防控制；
[0047]
若96＞l'，则l＝l'+1；若l'＝96，则l＝1，此时取的是次日的断面的第一个数据；
[0048]
对断面l稳定标志s
l
进行判断，s
l
∈s，若s
l
＝0，即使未来发生n-1故障，电网暂态也是稳定的，不需要进行无功电压预防控制；若s
l
＝1，无功电压控制按照动态无功裕度集合δu
l
给出的无功设备进行无功电压控制，在保障电压安全的情况下，留出足够的动态无功裕度进行预防控制。
[0049]
本发明的第二方面是提供一种基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制装置，包括：
[0050]
数据采集及故障稳态仿真计算模块，用于从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，然后依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算；
[0051]
判断模块，用于判断当前断面是否暂态失稳；
[0052]
动态无功储备优化计算模块，用于在断面失稳状态优化计算动态无功储备，用于计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合；
[0053]
读取和控制模块，用于在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控
制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制。
[0054]
本发明的第三方面是提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；其中：
[0055]
存储器：用于存储处理器可执行的指令；
[0056]
处理器：所述处理器被配置执行：从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，然后依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算；判断当前断面是否暂态失稳；若断面失稳，则进行动态无功储备优化计算，对下一个断面进行计算直到所有96点断面计算完毕，最终计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合；在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制。
[0057]
本发明的第四方面是提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于使所述计算机执行上述的基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制方法。
[0058]
本发明的优点和有益效果：
[0059]
本发明结合无功电压日前预报数据，计算出电网暂态稳定情况和动态无功储备裕度，在此基础上进行自动电压的预防性控制，能够在事故发生前针对有可能导致电压失稳的故障采取预防控制措施，进而避免事故发生。
附图说明
[0060]
图1是本发明方法的流程框图。
具体实施方式
[0061]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0062]
本发明提出的一种基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制方法：从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算，判断当前断面是否暂态失稳；若断面失稳，则进行动态无功储备优化计算，对下一个断面进行计算直到所有96点断面计算完毕，最终计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合，在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制。
[0063]
具体包括以下步骤：
[0064]
步骤一、从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，k为当前所在断面位置，设k＝1；设采集周期为每日22时；
[0065]
步骤二、依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算，判断当前断面是否暂态失稳，具体包括以下步骤：
[0066]
(2-1)读入第k个电压无功日前预报断面数据，断面数据中包含电力系统的基础数据信息以及电网拓扑模型信息；
[0067]
(2-2)对当前全网设备(包括支路设备)进行n-1故障扫描故障暂态仿真计算，得到各故障下的电压时序轨迹，定义母线暂态电压稳定性指标，指标的计算公式如下式：
[0068][0069]
其中v(t)是暂态过程中的母线电压时序轨迹，tvsi表示母线暂态电压稳定性指标，t为时间，t0、t
end
分别表示母线电压v(t)第一次跌落到安全阈值v
th
以下以及第一次恢复到v
th
以上的时刻；
[0070]
按照电网安全稳定计算技术规范规定了电压稳定的判据：在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够恢复到0.80p.u.以上，设v
th
＝0.8，若tvsi＝0表示稳定，tvsi》0表示失稳。
[0071]
(2-3)根据指标的计算结果，计算出每个故障下每个母线的暂态电压稳定指标，将指标最大且大于0的故障作为严重故障集：
[0072][0073]
其中，s
sflt
表示严重故障集合，s
bus
和busj表示电网中母线集合以及其中的元素，s
flt
和flti表示预想故障集以及其中的元素，表示故障flti下母线busj的暂态电压稳定性指标的数值。
[0074]
(2-4)根据指标的计算结果，判断断面是否失稳：
[0075][0076]
sk为断面暂态稳定标志，若断面中严重故障集合s
sflt
不为空集，则表示断面失稳；若断面中严重故障集合s
sflt
为空集，则表示断面稳定。
[0077]
步骤三、若断面失稳，则进行动态无功储备优化计算，对下一个断面进行计算直到所有96点断面计算完毕，最终计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合，具体包括以下步骤：
[0078]
(3-1)若sk＝1，则表示断面失稳，跳转至(3-2)进行态无功储备优化计算；
[0079]
(3-2)采用摄动法计算无功设备的动态灵敏度：
[0080]
采用参数摄动法，计算出作用域内各无功源对于代表母线集的轨迹灵敏度矩阵，根据该矩阵选出控制效果灵敏的无功源，作为动态无功储备优化的手段：
[0081][0082][0083][0084]
其中，表示在故障flt
x
作用下的轨迹灵敏度矩阵，δvy表示在无功源出力改
变前后的母线y的平均电压变化量，分别表示无功出力改变前后的母线电压轨迹，t1、t2为积分区间，δq
x
为无功出力的改变量，tsi
xy
为无功源x对母线y的轨迹灵敏度。
[0085]
(3-3)对断面建立动态无功储备优化模型，并求解：
[0086]
建立动态无功储备优化模型的目标函数：
[0087]
min(v
0,ref-v
0-s'vδu)2[0088]
其中，v
0,ref
是稳态电压优化得到的中枢母线的电压设定值，v0是优化前中枢母线的电压值，s'v是动态无功储备的运行点变化对中枢母线电压的灵敏度，δu是动态无功储备的运行点的改变量。
[0089]
优化问题的约束条件包括：
[0090][0091]
tvsi0是优化前的tvsi指标值，是动态无功储备的运行点对tvsi指标值的灵敏度，是tvsi的上限。
[0092][0093]
u0是初始的动态无功储备的运行点，u是动态无功储备的运行点的下限，是动态无功储备的运行点的上限。
[0094][0095]
v是中枢母线的电压的下限，是中枢母线的电压的上限。
[0096]
对于断面k，最终求解出动态无功储备裕度集合δuk，
[0097]
(3-4)当断面稳定，此时动态无功储备裕度将断面稳定标识sk加入到集合断面稳定标志集合s中，将动态无功裕度集合δuk加入到动态无功储备裕度集合u中，若k《96对k进行加一操作并跳转至步骤(4-1)，若k＝96，最终得到断面稳定标志集合s＝{s1,...sr,...s
64
}，断面动态无功储备裕度集合u＝{δu1,...δur,...δu
64
}，其中1＜r＜64。
[0098]
步骤四、在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制，具体包括以下步骤：
[0099]
(4-1)在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，设置自动电压控制系统的自动电压的控制周期为tc，设tc＝5分钟；
[0100]
(4-2)当前avc控制周期到来时，当前控制时刻的小时为h，分钟为m，对应96点断面的位置l'计算公式为：
[0101]
l'＝4*h+[m/15]
[0102]
(4-3)为了应对可能的电网n-1故障造成电网暂态失稳，需要提前调整动态无功设备的无功裕度，所以需要读取对应96点断面的位置l'的下一个断面l的数据进行预防控制。
[0103]
(4-4)若96＞l'，则l＝l'+1；若l'＝96，则l＝1，此时取的是次日的断面的第一个数据。
[0104]
(4-5)对断面l稳定标志s
l
进行判断，s
l
∈s，若s
l
＝0，即使未来发生n-1故障，电网
暂态也是稳定的，不需要进行无功电压预防控制；若s
l
＝1，无功电压控制按照动态无功裕度集合δu
l
给出的无功设备进行无功电压控制，在保障电压安全的情况下，留出足够的动态无功裕度进行预防控制。
[0105]
本发明进一步提供一种基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制装置，包括：
[0106]
数据采集及故障稳态仿真计算模块，用于从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，然后依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算；
[0107]
判断模块，用于判断当前断面是否暂态失稳；
[0108]
动态无功储备优化计算模块，用于在断面失稳状态优化计算动态无功储备，用于计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合；
[0109]
读取和控制模块，用于在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制。
[0110]
本发明进一步提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；其中：
[0111]
存储器：用于存储处理器可执行的指令；
[0112]
处理器：所述处理器被配置执行：从电网调度中心调度监控系统中采集次日96点电压无功日前预报断面数据，然后依次对96个断面数据进行n-1故障稳态仿真计算；判断当前断面是否暂态失稳；若断面失稳，则进行动态无功储备优化计算，对下一个断面进行计算直到所有96点断面计算完毕，最终计算出次日96点预报断面暂态稳定标志集合和对应的动态无功储备裕度集合；在次日无功电压控制系统进行无功电压控制中，在相应控制周期内读取未来预报断面暂态稳定标志和对应动态无功储备裕度进行无功电压预防控制。
[0113]
本发明进一步提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于使所述计算机执行上述的基于电压无功日前预报考虑暂态电压安全的无功控制方法。
[0114]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。