考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法及系统，所述方法首先获取电网的相关数据；然后对电网的暂态电压稳定性进行仿真分析，通过电网故障进行分析确定暂态电压失稳故障集合，并划分为若干个暂态电压稳定薄弱区域；再计算各个故障状态下的动态无功补偿灵敏度，并利用规划选址组合分析法确定其中一个电网故障薄弱区域的待补偿点的个数和位置；最后输出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案。与现有技术相比，本发明适用于交直流混联电网中的动态无功规划选址问题中，具有高效简易、与工程紧密结合等优点，并能够有效防止动态无功规划选址待选补偿点的冗余性。
【专利说明】
考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无功补偿选址方法，具体涉及一种考虑暂态电压稳定性的动态无 功规划选址分析方法及系统，属于电力系统无功补偿技术领域。
【背景技术】
[0002] 我国的直流输电已经具有了一定规模，特高压交流也在大力发展和陆续建设中， 已经建成投运了多条特高压交流工程(如晋东南-南阳-荆门、淮南-沪西等特高压交流工 程），我国华东、华南等区域网架较为复杂，而且负荷增长比较快，且有多条特高压接入，随 着未来电网的发展对该类负荷中心区域的暂态电压稳定性具有较大的挑战。为了增强交直 流混联地区的暂态电压稳定性，可在暂态电压稳定薄弱区域进行考虑暂态电压稳定性的动 态无功规划，确定薄弱区域的待补偿节点数量和位置，以提高系统在电网发生故障后的动 态无功的支撑能力。
[0003] 用于提高系统暂态稳定性的动态无功规划选址分析中，核心在于提出反映电网故 障后恢复能力的暂态电压稳定指标，以及建立考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分 析方法。目前对电网电压稳定性的研究较多，其中，对静态电压稳定性的研究较为成熟，常 用的静态电压稳定指标主要有PV曲线法、灵敏度指标、模态识别法等方法。但仅依靠静态电 压稳定性对电网的电压稳定薄弱区域进行研究有一定局限性，当前研究中也提出了若干暂 态电压稳定指标，其中，故障后电压跌落指标可反映电网的暂态恢复能力，最大故障清除时 间指标可评估电网运行处于故障下的最长时间，这些指标受电网拓扑结构及控制系统的影 响较大，具有一定的局限性。此外，能量函数法可用来评估电网在故障后的电压稳定性，但 由于该方法构造能量函数法比较困难，因此能量函数法在暂态电压稳定性的评估中还需要 更多的研究。为了更加全面准确反映电网发生故障后的恢复能力，提出新型的暂态电压稳 定指标具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 为了克服以上技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供了一种考虑暂态 电压稳定性的动态无功规划选址分析方法及系统。
[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:考虑暂态电压稳定性的动态无功规 划选址分析方法，其特征是，包括以下步骤：
[0006] 步骤1:获取电网的相关数据，电网的相关数据包括直流输电系统、动态无功补偿 装置和发电机的暂态参数及其控制系统参数；
[0007] 步骤2:对电网的暂态电压稳定性进行仿真分析，通过电网故障进行分析确定暂态 电压失稳故障集合，记为并根据的分布将发生故障的电网划分为若干个暂态电压 稳定薄弱区域；
[0008] 步骤3:对暂态电压稳定薄弱区域的故障进行逐个分析，并计算各个故障状态下的 动态无功补偿灵敏度，利用规划选址组合分析法确定其中一个电网故障薄弱区域的待补偿 点的个数和位置，如果1个补偿点无法满足稳定需求，则需要2个甚至更多个补偿点组合对 薄弱区域进行无功补偿；
[0009] 步骤4:是否对所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址分析完毕，如果是 则输出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案，否则转到步骤3 继续对下一薄弱区域的规划选址分析，直至对所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划 选址分析完毕为止。
[0010] 所述故障集合包括发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障和线路故 障。
[0011] 所述动态无功补偿灵敏度包括基于暂态电压恢复指标TVRI的补偿灵敏度知Isis和 基于暂态电压波动指标TVFI的补偿灵敏度SfV 4。
[0012] 所述补偿灵敏度*^、的计算过程包括以下步骤：
[0013] (11)暂态电压恢复指标TVRI定义为：
[0014]
(1)
[0015]式中：ut, i为在t时刻节点i的暂态电压;UiO为节点i正常工况下的电压;tc为暂态恢 复过程中截止时间;Fk为电网的故障类型;其中，
为故障集合；
[0016] (12)故障集合9^表示为：
[0017]
(2)
[0018] 式中：Rg，Ruhv，Rhvdc，Rbr分别表不发电机故障集合、特高压交流故障集合、直流输电 故障集合和线路故障集合；
[0019] (13)将式（1)的TVRI指标表示为其差分定义式：
[0020]
G)
[0021]式中：ts为时域仿真分析中的计算步长；
[0022] (14)采用7ΥΑ7/对电网中任意节点进行计算，可得出全局暂态电压恢复指标为：
[0023]
(4)
[0024] 由式(4)可知，全局暂态电压恢复指标由评估区域中的所有节点的7Τ7?/严最 大值决定；
[0025]基于TVRI指标的补偿灵敏度表示为：
[0026] (7)
[0027]
[0028] (8)
[0029] 式中：TVRIs可由式(4)求解，Qsvc为无功补偿容量。
[0030] 所述补偿灵敏度At,、的计算过程包括以下步骤：
[0031] (21)暂态电压波动指标TVFI定义为：
[0032]
(5)
[0033] 式中：Nt为暂态时域仿真的周波数;Np为电网故障后第pth次周汲分 别为Fk故障下节点i在第Np周波的最大和最小电压；
[0034] (22)采用7YF//:对电网中任意节点进行计算，可得出暂态电压波动指标为：
[0035]
[0036] (23)基于TVFI指标的补偿灵敏度表示为：
[0037] C9)
[0038]
[0039] (10)
[0040] 式中：TVFIs可由式(6)求解，Qsvc为无功补偿容量。
[0041 ]所述规划选址组合分析法包括以下步骤：
[0042] (1)利用时域仿真程序对全网的暂态电压稳定性进行仿真和分析，并根据存在暂 态电压稳定性问题的故障集合划分为若干个薄弱区域；
[0043] (2)针对每个暂态电压稳定薄弱区域，可选择一个或多个待选点进行补偿，规划选 址的原则为利用最少的补偿点提高系统的暂态电压稳定性；
[0044] (3)对暂态电压稳定薄弱区域的每一区域的故障集合基于所述的补偿灵敏度逐 个进行计算和分析，若1台动态无功补偿装置不能解决暂态电压稳定性的问题，则需要用2 台甚至更多台动态无功补偿装置进行补偿；
[0045] (4)基于动态无功补偿灵敏度对每个薄弱区域的选址位置进行计算和筛选，最终 得出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案，以改善全网的暂态 电压稳定性。
[0046] 所述电网的相关数据从电网系统中直接获取或通过输入装置录入。
[0047] 本发明还提供了一种考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析系统，其特征 是，包括：
[0048] 数据获取模块，用以获取电网的相关数据，电网的相关数据包括直流输电系统、动 态无功补偿装置和发电机的暂态参数及其控制系统参数；
[0049] 仿真分析模块，用以对电网的暂态电压稳定性进行仿真分析，通过电网故障进行 分析确定暂态电压失稳故障集合，记为
[0050] 区域划分模块，用以根据％的分布将将发生故障的电网划分为若干个暂态电压 稳定薄弱区域；
[0051] 选址分析模块，用以对暂态电压稳定薄弱区域的故障进行逐个分析，并计算各个 故障状态下的动态无功补偿灵敏度，利用规划选址组合分析法确定其中一个电网故障薄弱 区域的待补偿点的个数和位置，如果1个补偿点无法满足稳定需求，则需要2个甚至更多个 补偿点组合对薄弱区域进行无功补偿；
[0052] 输出模块，用以输出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置 方案。
[0053] 所述故障集合包括发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障和线路故 障。
[0054]所述选址分析模块包括动态无功补偿灵敏度计算模块和规划选址组合分析模块。
[0055] 所述动态无功补偿灵敏度计算模块用以计算基于暂态电压恢复指标TVRI的补偿 灵敏度矣^和基于暂态电压波动指标TVFI的补偿灵敏度·. 'Λ 9
[0056] 所述补偿灵敏度的计算过程包括以下步骤：
[0057] (11)暂态电压恢复指标TVRI定义为：
[0058]
(1)
[0059]式中：Ut,i为在t时刻节点i的暂态电压;Uio为节点i正常工况下的电压;tc为暂态恢 复过程中截止时间;Fk为电网的故障类型;其中，/·;. ;'凡.为故障集合；
[0060] (12)故障集合货^表示为：
[0061 ]
(2):
[0062 ]式中：Rg，Ruhv，Rhvdc，Rbr分别表不发电机故障集合、特高压交流故障集合、直流输电 故障集合和线路故障集合；
[0063] (13)将式（1)的TVRI指标表示为其差分定义式：
[0064]
(3)
[0065] 式中：ts为时域仿真分析中的计算步长；
[0066] (1 4)梁用T7F财$对电网中仵意书点讲杆i+笪，可得出仝局暂态电压恢复指标为：
[0067]
(4)
[0068] 由式(4)可知，全局暂态电压恢复指标由评估区域中的所有节点的最 大值决定；
[0069]基于TVRI指标的补偿灵敏度表示为：
[0070]
(7)
[0071] 将式(7)转化为：
[0072]
(8)
[0073] 式中：TVRIs可由式(4)求解，Qsvc为无功补偿容量；
[0074] 所述补偿灵敏度的计算过程包括以下步骤：
[0075] (21)暂态电压波动指标TVFI定义为：
[0076]
(5 )
[0077] 式中：Nt为暂态时域仿真的周波数;Np为电网故障后第pth次周； 分 别为Fk故障下节点i在第Np周波的最大和最小电压；
[0078] (22)采用对电网中任意节点进行计算，可得出暂态电压波动指标为：
[0079]
(6)
[0080] (23)基于TVFI指标的补偿灵敏度表示为：
[0081 ] C9)
[0082]
[0083] (1.0)
[0084] 式中：TVFIs可由式(6)求解，Qsvc为无功补偿容量。
[0085] 所述规划选址组合分析模块首先利用时域仿真程序对全网的暂态电压稳定性进 行仿真和分析，并根据存在暂态电压稳定性问题的故障集合划分为若干个薄弱区域;针对 每个暂态电压稳定薄弱区域，可选择一个或多个待选点进行补偿，规划选址的原则为利用 最少的补偿点提高系统的暂态电压稳定性;对暂态电压稳定薄弱区域的每一区域的故障集 合基于所述的补偿灵敏度逐个进行计算和分析，若1台动态无功补偿装置不能解决暂态电 压稳定性的问题，则需要用2台甚至更多台动态无功补偿装置进行补偿;基于动态无功补 偿灵敏度对每个薄弱区域的选址位置进行计算和筛选，最终得出所有暂态电压稳定薄弱区 域的动态无功规划选址待选点位置方案，以改善全网的暂态电压稳定性。
[0086] 所述数据获取模块从电网系统中直接获取电网的相关数据或通过输入装置录入 电网的相关数据。
[0087] 本发明的有益效果是:本发明根据暂态电压失稳故障集合的分布划分为若干个暂 态电压稳定薄弱区域，通过将无功补偿规划选址作为一项子问题先行解决，一定程度上对 动态无功规划问题进行了简化;提出的TVRI和TVFI指标用于故障后的暂态电压稳定评估适 用性较强，故障下的动态无功补偿灵敏度劣计算较为简易，建立的动态无功补偿 规划选址组合分析方法实用性强，与现有技术相比，本发明适用于交直流混联电网中的动 态无功规划选址问题中，具有高效简易、与工程紧密结合等优点，并能够有效防止动态无功 规划选址待选补偿点的冗余性。
[0088] 本发明可解决考虑暂态电压稳定性的无功规划问题的最近补偿位置，利用时域仿 真软件分析系统的暂态电压失稳区域，并采用无功规划选址组合法对最佳补偿点数量和位 置进行分析，通过对每个区域利用规划选址组合分析法可将问题简易化，对薄弱区域用最 少的补偿点位置，可防止动态无功规划选址的冗余性，并能高效增强系统的暂态电压稳定 性。
[0089] 为了对动态无功规划选址进行分析，本发明提出了能够反映电网故障后电压恢复 能力的暂态电压稳定指标:暂态电压恢复指标TVRI和暂态电压波动指标TVFI，以此来对电 网故障后暂态电压偏离程度以及暂态波动程度进行评估。本发明还针对暂态电压稳定薄弱 区域给出了一种基于TVRI指标和TVFI指标下的补偿灵敏度的简易计算方法。
【附图说明】
[0090] 图1是本发明所述选址系统的结构示意图；
[0091 ]图2是本发明所述选址分析方法的方法流程图；
[0092] 图3为电网大扰动后暂态电压曲线；
[0093] 图4为动态无功补偿装置组合选址法的示意图；
[0094]图5为基于IEEE39的扩展交直流混联系统的示意图。
【具体实施方式】
[0095]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过【具体实施方式】，并结合其附图，对本发 明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结 构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以 在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示 所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例 绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0096] 针对电网中存在的暂态电压失稳风险的薄弱区域，动态无功规划可作为一种防范 的措施。动态无功规划中首先需要确定规划选址位置，对动态无功规划选址常见的有两种 方式进行确定，一种为建立合适的暂态电压稳定指标进行对最佳规划补偿点进行选择，另 外一种为建立动态无功规划优化模型，模型中将规划选址位置和动态无功补偿容量均作为 优化变量进行寻优。对规划选址位置通过优化寻优的方式较为简单，但是用于实际大电网 中将会增加优化变量，从而使得控制变量维数明显增加，因此，基于暂态电压稳定指标提出 优良的动态无功规划选址分析方法可将规划选址问题和定容问题进行分解，一定程度上对 动态无功规划问题进行了简化。因此，建立考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析 方法有利于对动态无功规划方法的分解和简化，并能高效增强系统的暂态电压稳定性。
[0097] 如图1所示，本发明的一种考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析系统， 它包括：
[0098] 数据获取模块，从电网系统中直接获取电网的相关数据或通过输入装置录入电网 的相关数据，电网的相关数据包括直流输电系统、动态无功补偿装置和发电机的暂态参数 及其控制系统参数，从中可以获得发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障和线 路故障信息；
[0099] 仿真分析模块，仿真分析模块安装有时域仿真分析软件，用以对电网的暂态电压 稳定性进行仿真分析，通过电网故障进行分析确定暂态电压失稳故障集合，记为所述 故障集合包括发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障和线路故障；
[0100] 区域划分模块，用以根据％的分布将将发生故障的电网划分为若干个暂态电压 稳定薄弱区域；
[0101]选址分析模块，用以对暂态电压稳定薄弱区域的故障进行逐个分析，并计算各个 故障状态下的动态无功补偿灵敏度，利用规划选址组合分析法确定其中一个电网故障薄弱 区域的待补偿点的个数和位置，如果1个补偿点无法满足稳定需求，则需要2个甚至更多个 补偿点组合对薄弱区域进行无功补偿；
[0102] 输出模块，用以输出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置 方案。
[0103] 所述选址分析模块包括动态无功补偿灵敏度计算模块和规划选址组合分析模块； 所述动态无功补偿灵敏度计算模块用以计算基于暂态电压恢复指标TVRI的补偿灵敏度 和基于暂态电压波动指标TVFI的补偿灵敏度&.所述规划选址组合分析模块首先 利用时域仿真程序对全网的暂态电压稳定性进行仿真和分析，并根据存在暂态电压稳定性 问题的故障集合划分为若干个薄弱区域;针对每个暂态电压稳定薄弱区域，可选择一个或 多个待选点进行补偿，规划选址的原则为利用最少的补偿点提高系统的暂态电压稳定性； 对暂态电压稳定薄弱区域的每一区域的故障集合基于所述的补偿灵敏度逐个进行计算和 分析，若1台动态无功补偿装置不能解决暂态电压稳定性的问题，则需要用2台甚至更多台 动态无功补偿装置进行补偿;基于动态无功补偿灵敏度对每个薄弱区域的选址位置进行计 算和筛选，最终得出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案，以 改善全网的暂态电压稳定性。
[0104]如图2所示，本发明的一种考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法，该 选址分析方法所依附的系统结构示意图如图1所示，给出了动态无功补偿设备选址方法的 分析和筛选方案。
[0105] 本发明所述的选址分析方法可解决考虑暂态电压稳定性的无功规划问题的最近 补偿位置，利用时域仿真软件分析系统的暂态电压失稳区域，并采用无功规划选址组合法 对最佳补偿点数量和位置进行分析，动态无功规划的选址具体流程如图2所示。
[0106] 本发明所述的选址分析方法可利用时域仿真分析软件进行辅助，其主要步骤为：
[0107] 步骤1:获取电网的相关数据，电网的相关数据包括直流输电系统、动态无功补偿 装置和发电机的暂态参数及其控制系统参数；
[0108] 步骤2:对电网的暂态电压稳定性进行仿真分析，通过发电机故障、特高压交流故 障、特高压直流输电故障和线路故障等电网故障进行分析确定暂态电压失稳故障集合，记 为~，并根据牝的分布将发生故障的电网划分为若干个暂态电压稳定薄弱区域；
[0109] 步骤3:对暂态电压稳定薄弱区域的故障进行逐个分析，并计算各个故障状态下的 动态无功补偿灵敏度(鱗％和^_,、可基于式(8)或（10)进行计算），利用规划选址组合分析 法确定其中一个电网故障薄弱区域的待补偿点的个数和位置，如果1个补偿点无法满足稳 定需求，则需要2个甚至更多个补偿点组合对薄弱区域进行无功补偿；
[0110] 步骤4:是否对所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址分析完毕，如果是 则输出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案，否则转到步骤3 继续对下一薄弱区域的规划选址分析，直至对所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划 选址分析完毕为止。
[0111] 本发明所述选址分析方法对每个区域利用规划选址组合分析法可将问题简易化， 对薄弱区域用最少的补偿点位置，可防止动态无功规划选址的冗余性。
[0112] 电网在故障后的暂态电压响应示意图如图3所示，其中，Un为额定电压;tF为电网故 障发生时间；ted为电网故障清除时间；t。为用于暂态电压稳定指标计算的截止时间。故障后 会引起电压失稳发生的区域，可通过安装动态无功补偿装置进行改善。
[0113] 为了对动态无功补偿设备规划选址进行分析，需要首先提出能够反映电网故障后 电压恢复能力的暂态电压稳定指标，为此，提出了暂态电压恢复指标TVRI (Transient voltage recovery index，TVRI)和暂态电压波动指标TVFI(transient voltage fluctuation index，TVFI)，对电网故障后暂态电压偏离程度以及暂态波动程度进行评估。
[0114] 所述的暂态电压恢复指标TVRI，其定义式为：
[0115]
(1)
[0116] 式中：Ut, i为在t时刻节点i的暂态电压;Uio为节点i正常工况下的电压;tc为暂态恢 复过程中截止时间;F k为电网的故障类型;其中，巧e为故障集合。
[0117] 其中，故障集合包括发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障、线路 故障等，其可表示为：
[0118]
(2)
[0119] 式中：Rg，Ruhv，R_c，Rbr分别表不发电机故障集合、特高压交流故障集合、直流输电 故障集合以及线路故障集合。
[0120] 暂态电压恢复指标可用于评估电网故障后暂态电压偏离正常工况下的程度，以衡 量故障后的暂态电压恢复能力。为了便于利用时域仿真分析程序对故障后的暂态电压恢复 指标计算，将式(1)的TVRI指标表示为其差分定义式：
[0121]
(3)
[0122] 式中：ts为时域仿真分析中的计算步长。
[0123] TTWfi可衡量节点i故障集合9^下的暂态电压恢复程度，TYi?//*可对任意节点进 行计算，为了对某个区域或全网下的暂态电压恢复能力进行评估，给出了全局暂态电压恢 复指标，其定义为：
[0124]
(4)
[0125] 全局暂态电压恢复指标JYi?/=由评估区域中的所有节点的TTR/f*最大值决定。当 TVRI指标较大时，则表明故障电网不具备自动恢复的能力，该节点在电网发生故障后导致 电压不稳定的隐患越大，该节点即为暂态稳定薄弱节点，需要通过采取一定的补偿措施予 以防患于未然。故障后的暂态电压恢复情况与网架结构及动态调节元件的控制系统相关。
[0126] 所述的暂态电压波动指标TVFI定义式为：
[0127]
(5)
[0128] 式中：Nt为暂态时域仿真的周波数;Np为电网故障后第pth次周波
? 别为Fk故障下节点i在第Np周波的最大和最小电压。
[0129] 同样，可以定义TVFI在全网下的全局指标为：
[0130]
⑷
[0131] TVFI指标可通过故障后的电压暂态平均波动衡量电网的电压恢复能力。
[0132] 所述的动态无功规划选址分析方法可通过补偿灵敏度进行计算和筛选，针对暂态 电压稳定薄弱区域给出了基于TVRI指标和TVFI指标下的补偿灵敏度的简易计算方法。
[0133] 所述的基于TVRI指标的补偿灵敏度可表示为：
[0134]
(7)
[0135] 为了利用暂态仿真分析软件分析和计算动态无功补偿装置的待选节点，可将式 (7)转化为：
[0136]
(8)
[0137] 式中：TVRIs可由式(4)求解。
[0138] 所述的基于TVFI指标的补偿灵敏度可表示为：
[0139]
(:9.)
[0140] 同样，为了便于暂态仿真分析计算，可将式(9)简化为：
[0141]
(10):
[0142] 式中：TVFIs可由式(6)求解。
[0143] 考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址最近补偿点问题，对暂态电压稳定薄弱 区域可通过动态无功规划组合选址分析法进行识别。
[0144] 动态无功规划选址组合分析法可解决选址待选点的个数以及最佳组合问题，旨在 防止对规划选址中的补偿节点过多投资。由于实际区域电网网架较为复杂，母线众多，为了 使得所述的动态无功规划选址分析方法能够更加快速、便利和高效地应用到实际电网，首 先可利用时域仿真程序对全网的暂态电压稳定性进行仿真和分析，根据存在暂态电压稳定 性问题的故障集合划分为若干个薄弱区域，针对每个暂态电压稳定薄弱区域，可选择一个 或多个待选点进行补偿，规划选址的原则为利用最少的补偿点提高系统的暂态电压稳定 性。动态无功规划选址组合分析法如图4所示，对暂态电压稳定薄弱区域的每一区域的故障 集合基于所述的补偿灵敏度逐个进行计算和分析，若1台动态无功补偿装置不能解决暂态 电压稳定性的问题，则需要用2台甚至更多台动态无功补偿装置进行补偿。动态无功规划选 址的方法基于动态无功补偿灵敏度分析和筛选，对每个薄弱区域的选址位置进行计算和筛 选，最终改善全网的暂态电压稳定性。
[0145] 下面结合一具体应用实施例来对本发明进行验证。
[0146] 该实施例采用基于IEEE39标准算例的扩展交直流混联系统为例，基于IEEE39的扩 展交直流混联系统的结构图如图5所示，系统中共有3条直流输电接入，其中，整流侧接入点 分别为节点2,、10以及12,逆变侧接入点分别为节点8、17以及26,直流输电系统采用定电流 定熄弧角控制模式，整流侧初始直流输电电流为1.0 p .u .，逆变侧的熄弧角为8.0°。通过 IEEE39标准算例对提出的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法进行验证和 分析。
[0147] 基于时域仿真分析程序对该扩展系统的暂态电压稳定性进行分析，其中，电网故 障类型采用三相故障，故障时间设为100ms，且故障线路末端清除时间延迟50ms清除。经过 暂态仿真分析后得知，该IEEE39的扩展系统中共有两个暂态电压稳定薄弱区域，分别如图5 中的薄弱区域1以及薄弱区域2,存在电压失稳风险的线路故障共有8条，电压失稳区域及线 路如表1所示。
[0148] 表1:存在暂态电压失稳风险的区域和线路
[0151]以暂态电压稳定薄弱区域1的10-13线路故障为例，其补偿灵敏度的计算结果如表 2所示，通过基于TVRI指标和TVFI指标的补偿灵敏度结果可知，该区域只有节点10或11安装 动态无功补偿装置后可使得故障后暂态电压得以恢复，且区域1的最佳动态无功规划选址 位置为节点11，通过动态无功补偿装置的规划组合分析法可知，该区域仅需1台动态无功补 偿装置。
[0152]表2:线路10-13故障后选址补偿灵敏度
[0154] 对暂态电压稳定薄弱区域2的线路26-27故障后补偿灵敏度分析结果如表3所示， 通过计算可知，该区域仅靠安装1台动态无功补偿装置不能达到改善暂态电压稳定性的目 的，利用规划选址组合分析法安装2台动态无功补偿装置进行分析，结果表明，2台装置可实 现故障后系统恢复的能力，而且共有3种待选点组合方式可改善暂态电压稳定性，根据补偿 灵敏度分析结果可知，节点28和节点29均安装动态无功补偿装置对在暂态电压稳定性的改 善效果灵敏度最高。
[0155] 表3:线路26-27故障后动态无功补偿选址补偿灵敏度
[0158] 因此，该实施例考虑暂态电压稳定性的最佳动态无功选址位置为节点11、28以及 29,通过对薄弱区域内的所有故障进行逐一校验可知，这3个节点作为动态无功规划选址的 待选点具有良好的改善效果。
[0159] 此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制 造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易 地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或 步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结 果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制 造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【主权项】
1. 考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法，其特征是，包括以下步骤： 步骤1:获取电网的相关数据，电网的相关数据包括直流输电系统、动态无功补偿装置 和发电机的暂态参数及其控制系统参数； 步骤2:对电网的暂态电压稳定性进行仿真分析，通过电网故障进行分析确定暂态电压 失稳故障集合，记为并根据9、的分布将发生故障的电网划分为若干个暂态电压稳定 薄弱区域； 步骤3:对暂态电压稳定薄弱区域的故障进行逐个分析，并计算各个故障状态下的动态 无功补偿灵敏度，利用规划选址组合分析法确定其中一个电网故障薄弱区域的待补偿点的 个数和位置，如果1个补偿点无法满足稳定需求，则需要2个甚至更多个补偿点组合对薄弱 区域进行无功补偿； 步骤4:是否对所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址分析完毕，如果是则输 出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案，否则转到步骤3继续 对下一薄弱区域的规划选址分析，直至对所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址 分析完毕为止。2. 根据权利要求1所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法，其特征 是，所述故障集合包括发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障和线路故障。3. 根据权利要求1所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法，其特征 是，所述动态无功补偿灵敏度包括基于暂态电压恢复指标TVRI的补偿灵敏度和基于暂 态电压波动指标TVFI的补偿灵敏度. 9 所述补偿灵敏度的计算过程包括以下步骤： (11) 暂态电压恢复指标TVRI定义为：式中：Ut,i为在t时刻节点i的暂态电压;UiQ为节点i正常工况下的电压;tc为暂态恢复过 程中截止时间;Fk为电网的故障类型;其中，巧e 为故障集合； (12) 故障集合表示为： ?；?。,/?,.,"人4 (2) 式中：Rg，Ruh V，Rh VDC，Rbr分别表不发电机故障集合、特高压交流故障集合、直流输电故障 集合和线路故障集合； (13) 将式(1)的TVRI指标表示为其差分定义式：式中:ts为时域仿真分析中的计算步长； (14) 采用ΤΤΤ?//'对电网中任意节点进行计算，可得出全局暂态电压恢复指标为： 由式(4)可知，全局暂态电压恢复指标ITi?/，由评估区域中的所有节点的ΓΓΛ/Ρ最大值 决定；基于TVRI指标的补偿灵敏度表示为：式中:TVRIS可由式(4)求解，Qsvc为无功补偿容量； 所述补偿灵敏度的计算过程包括以下步骤： (21) 暂态电压波动指标TVFI定义为：式中:Ντ为暂态时域仿真的周波数;化为电网故障后第pth次周波；分别为Fk 故障下节点i在第NP周波的最大和最小电压； (22) 采用7YF/,"对电网中任意节点进行计算，可得出暂态电压波动指标为：(23) 基于TVFI指标的补偿灵敏度表示为：式中:TVFIS可由式(6)求解，Qsvc为无功补偿容量。4.根据权利要求1所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法，其特征 是，所述规划选址组合分析法包括以下步骤： (1) 利用时域仿真程序对全网的暂态电压稳定性进行仿真和分析，并根据存在暂态电 压稳定性问题的故障集合划分为若干个薄弱区域； (2) 针对每个暂态电压稳定薄弱区域，可选择一个或多个待选点进行补偿，规划选址 的原则为利用最少的补偿点提高系统的暂态电压稳定性； (3) 对暂态电压稳定薄弱区域的每一区域的故障集合基于所述的补偿灵敏度逐个进行 计算和分析，若1台动态无功补偿装置不能解决暂态电压稳定性的问题，则需要用2台甚至 更多台动态无功补偿装置进行补偿； (4)基于动态无功补偿灵敏度对每个薄弱区域的选址位置进行计算和筛选，最终得出 所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方案，以改善全网的暂态电压 稳定性。5. 根据权利要求1所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法，其特征 是，所述电网的相关数据从电网系统中直接获取或通过输入装置录入。6. 考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析系统，其特征是，包括： 数据获取模块，用以获取电网的相关数据，电网的相关数据包括直流输电系统、动态无 功补偿装置和发电机的暂态参数及其控制系统参数； 仿真分析模块，用以对电网的暂态电压稳定性进行仿真分析，通过电网故障进行分析 确定暂态电压失稳故障集合，记为'凡-. 区域划分模块，用以根据的分布将将发生故障的电网划分为若干个暂态电压稳定薄 弱区域； 选址分析模块，用以对暂态电压稳定薄弱区域的故障进行逐个分析，并计算各个故障 状态下的动态无功补偿灵敏度，利用规划选址组合分析法确定其中一个电网故障薄弱区域 的待补偿点的个数和位置，如果1个补偿点无法满足稳定需求，则需要2个甚至更多个补偿 点组合对薄弱区域进行无功补偿； 输出模块，用以输出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功规划选址待选点位置方 案。7. 根据权利要求6所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址系统，其特征是，所 述故障集合包括发电机故障、特高压交流故障、特高压直流输电故障和线路故障。8. 根据权利要求6所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址系统，其特征是，所 述选址分析模块包括动态无功补偿灵敏度计算模块和规划选址组合分析模块； 所述动态无功补偿灵敏度计算模块用以计算基于暂态电压恢复指标TVRI的补偿灵敏 度和基于暂态电压波动指标TVFI的补偿灵敏度. 所述补偿灵敏度^一的计算过程包括以下步骤： (11) 暂态电压恢复指标TVRI定义为：式中：Ut,i为在t时刻节点i的暂态电压;UiQ为节点i正常工况下的电压;tc为暂态恢复过 程中截止时间;Fk为电网的故障类型;其中，6 W为故障集合； (12) 故障集合表不为： = [Rc:, ,Rgf^ (2 ) 式中：Rg，Ruh V，Rh VDC，Rbr分别表不发电机故障集合、特高压交流故障集合、直流输电故障 集合和线路故障集合； (13) 将式(1)的TVRI指标表示为其差分定义式：式中:ts为时域仿真分析中的计算步长； (14)采用7T/?//对电网中任意节点进行计算，可得出全局暂态电压恢复指标为：由式(4)可知，全局暂态电压恢复指标7'叹〇由评估区域中的所有节点的rFR/f*最大值 决定； 基于TVRI指标的补偿灵敏度表示为：式中:TVRIS可由式(4)求解，Qsvc为无功补偿容量； 所述补偿灵敏度史；%/的计算过程包括以下步骤： (21) 暂态电压波动指标TVFI定义为：式中:NT为暂态时域仿真的周波数;NP为电网故障后第pth次周波;分别为F k 故障下节点i在第NP周波的最大和最小电压； (22) 采用对电网中任意节点进行计算，可得出暂态电压波动指标为：(23) 基于TVFI指标的补偿灵敏度表示为：式中:TVFIS可由式(6)求解，Qsvc为无功补偿容量。9.根据权利要求8所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址系统，其特征是，所 述规划选址组合分析模块首先利用时域仿真程序对全网的暂态电压稳定性进行仿真和分 析，并根据存在暂态电压稳定性问题的故障集合划分为若干个薄弱区域;针对每个暂态电 压稳定薄弱区域，可选择一个或多个待选点进行补偿，规划选址的原则为利用最少的补偿 点提高系统的暂态电压稳定性;对暂态电压稳定薄弱区域的每一区域的故障集合基于所述 的补偿灵敏度逐个进行计算和分析，若1台动态无功补偿装置不能解决暂态电压稳定性的 问题，则需要用2台甚至更多台动态无功补偿装置进行补偿;基于动态无功补偿灵敏度对每 个薄弱区域的选址位置进行计算和筛选，最终得出所有暂态电压稳定薄弱区域的动态无功 规划选址待选点位置方案，以改善全网的暂态电压稳定性。10.根据权利要求6所述的考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址系统，其特征是， 所述数据获取模块从电网系统中直接获取电网的相关数据或通过输入装置录入电网的相 关数据。
【文档编号】H02J3/18GK106058876SQ201610387208
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】牟宏, 汪湲, 王春义, 于光远, 王宝勇, 尹爱辉, 张友泉, 孙伟, 王飞, 安鹏, 赵龙, 王艳, 张 杰, 刘晓明, 曹相阳, 郑志杰, 吴奎华, 梁卫国, 赵鹏
【申请人】国网山东省电力公司济南供电公司, 国家电网公司