基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明公開了基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，屬于電力系 統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定預防控制的技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟的飛速發(fā)展和電力工業(yè)的市場化改革日趨深入，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問 題也日益嚴峻。其主要原因有：對電網運行經濟性的要求和環(huán)境保護的考慮，電網設備的 運行日益接近其極限值；大容量遠距離輸電W及交直流互聯電網的形成使電網結構更加復 雜。為了滿足負荷的日益增長，同時獲得最大的經濟效益，運營商往往會最大限度地挖掘現 有輸電系統(tǒng)的輸電能力。該樣系統(tǒng)運行點更加靠近穩(wěn)定邊界的運行點，導致系統(tǒng)的電壓穩(wěn) 定水平下降。可能某一個小的擾動使整個電力系統(tǒng)的負載能力下降或者不穩(wěn)定。因此需要 進行穩(wěn)定控制使運行點遠離穩(wěn)定邊界，保持一定的穩(wěn)定裕度，預防電壓崩潰事故的發(fā)生。強 有力的在線監(jiān)視、分析和決策軟件可W幫助運行人員更好的監(jiān)視、分析和管理電網，同時為 運行人員提供預防控制策略，使系統(tǒng)在預想故障下能安全穩(wěn)定運行。電壓失穩(wěn)可能由于系 統(tǒng)擾動或系統(tǒng)故障引起，無論其原因如何，一個共同的特征是，系統(tǒng)無功儲備迅速耗盡。系 統(tǒng)中發(fā)電機的無功儲備的大小是電壓穩(wěn)定的一個量度，系統(tǒng)的運行人員常利用發(fā)電機無功 儲備狀況判斷系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。
[0003] 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的=個重要任務分別是靜態(tài)穩(wěn)定裕度的計算、故障的篩選與排 序和提高穩(wěn)定性的優(yōu)化控制。穩(wěn)定裕度的計算和故障的篩選與排序是提高穩(wěn)定裕度優(yōu)化控 制任務的重要前提，提高電壓穩(wěn)定裕度是靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析與控制的最終目的。目前靜態(tài) 電壓穩(wěn)定問題的分析與評估方法已經取得了重要的成果。主要的求解方法可W分為2類：
[0004] 第一類方法建立單一的特殊最優(yōu)潮流問題的數學模型，采用牛頓法或內點法等 非線性規(guī)劃技術求解，得到控制解和系統(tǒng)運行點。如文獻一《Preventive/Corrective controlforvoltagestabilityusingdirectinteriorpointmethod》（IEEE TransactionsOnPowerSystems, 1998年第13卷第3期第878頁）所述。該一類方法需 要計算和因子化二階海森矩陣，計算量大，控制變量數目巨大造成在線實用化困難，難W 考慮對多個故障的控制。
[0005] 第二類方法將電壓穩(wěn)定預防控制問題分解為穩(wěn)定裕度計算子問題、靈敏度分析 子問題和優(yōu)化控制子問題S個環(huán)節(jié)迭代求解。如文獻二《Acomprehensiveapproach forpreventiveandcorrectivecontroltomitigatevoltagecollapse》（IEEE TransactionsOnPowerSystems, 2000年第15卷第2期第797頁）所述。該類方法雖然計 算速度慢一些，有很多中間結果，但是各個子任務算法成熟，因此算法的魯椿性容易保證。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述【背景技術】的不足，提供了基于發(fā)電機無功 儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，將預防控制問題分解為控制靈敏度計算問題和基于 靈敏度的優(yōu)化控制問題，首先負荷裕度計算來識別關鍵發(fā)電機來識別關鍵發(fā)電機，進而在 各嚴重故障下各控制變量對關鍵發(fā)電機的無功儲備靈敏度，選擇各控制類型對應的最靈敏 控制變量構成參與控制集后進行二次規(guī)劃，解決了現有技術中計算量大、控制變量多、難W 考慮多個故障控制的技術問題。
[0007] 本發(fā)明為實現上述發(fā)明目的采用如下技術方案：
[0008] 基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，包括如下步驟：
[0009] A.確定嚴重故障集并確認各嚴重故障下的關鍵發(fā)電機；
[0010] B.計算在各嚴重故障下各控制變量對于關鍵發(fā)電機的無功儲備靈敏度；
[0011] C.選擇各控制類型對應的最靈敏控制變量構成參與控制集后建立二次規(guī)劃優(yōu)化 控制模型；
[0012] D.求解二次規(guī)劃控制模型：關鍵發(fā)電機在嚴重故障下的無功儲備和電壓穩(wěn)定裕 度滿足約束條件時結束整個迭代求解過程，否則，修正參與控制集并返回步驟A。
[0013] 作為所述電壓穩(wěn)定預防控制方法的進一步優(yōu)化方案，步驟B中由表達式：
【主權項】
1. 基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其特征在于，包括如下步 驟： A. 確定嚴重故障集并確認各嚴重故障下的關鍵發(fā)電機； B. 計算在各嚴重故障下各控制變量對于關鍵發(fā)電機的無功儲備靈敏度； C. 選擇各控制類型對應的最靈敏控制變量構成參與控制集后建立二次規(guī)劃優(yōu)化控制 豐旲型； D. 求解二次規(guī)劃控制模型：關鍵發(fā)電機在嚴重故障下的無功儲備和電壓穩(wěn)定裕度滿 足約束條件時結束整個迭代求解過程，否則，修正參與控制集并返回步驟A。
2. 根據權利要求1所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其特 征在于，步驟B中由表達式
，計算在各 嚴重故障下各控制變量對于關鍵發(fā)電機的無功儲備靈敏度，其中： ^為嚴重故障t下控制變量Uk對于關鍵發(fā)電機i的無功儲備靈敏度，Qh為關鍵發(fā)電 機i在嚴重故障t下的無功儲備，仏=，Q（A)為關鍵發(fā)電機i的輸出無 功極大值，Pgi、Qgi分別為關鍵發(fā)電機i的有功功率、無功功率，Q ti為關鍵發(fā)電機i處的網 絡注入無功功率
，η為與關鍵發(fā)電機i拓撲連接的節(jié)點總 數，'為關鍵發(fā)電機i、與關鍵發(fā)電機i拓撲連接的節(jié)點j在嚴重故障t下的電壓，Θ』 為與關鍵發(fā)電機i拓撲連接的節(jié)點j在嚴重故障t下的相角，Θ u為關鍵發(fā)電機i和與之 拓撲連接的節(jié)點j在嚴重故障t下的相角差，Gu為關鍵發(fā)電機i和與之拓撲連接的節(jié)點j 在嚴重故障t下的互電導，為關鍵發(fā)電機i和與之拓撲連接的節(jié)點j在嚴重故障t下的 互電納。
3. 根據權利要求2所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其特 征在于，步驟C中建立的二次規(guī)劃優(yōu)化控制模型為：
nt為控制類型的數目，np為控制類型p對應的最靈敏控制變量數目，Wp為控制類型p的 權因子，c,為控制類型p對應的最靈敏控制變量u ,的成本系數，Λ u q為控制類型p對應的 最靈敏控制變量u,的變化值，η。為參與控制集中最靈敏控制變量的總數，n 為嚴重故障的 總數，Auk控制變量Uk的變化值，α為補償因子，為關鍵發(fā)電機i在嚴重故障t下無功 儲備的最小限值，Sv，mk為控制變量Uk對于任意節(jié)點m電壓V m的靈敏度，別為任 意節(jié)點m的電壓上下限值，《Γ和〃Γ分別為控制變量uk的上下限值，為控制變量uk的 初始值。
4. 根據權利要求3所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其特 征在于，步驟D中所述的關鍵發(fā)電機在嚴重故障下的無功儲備和電壓穩(wěn)定裕度滿足約束條 件，具體為：
At為關鍵發(fā)電機i在嚴重故障t下的電壓穩(wěn)定裕度，λ min為關鍵發(fā)電機i在嚴重故 障t下電壓穩(wěn)定裕度的最小限值。
5. 根據權利要求4所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其特 征在于，步驟D中由當前迭代得到的電壓穩(wěn)定裕度與關鍵發(fā)電機無功儲備之和的比值修正 參與控制集中各狀態(tài)變量的取值。
6. 根據權利要求2所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其 特征在于，步驟B中在步驟A確定隱極發(fā)電機為關鍵發(fā)電機時，考慮最大勵磁電流限制由 表達式：
，確定關鍵發(fā)電機i的輸出無功極大值 UPgi>Xdi為關鍵發(fā)電機i的直軸電抗，?為關鍵發(fā)電機i的勵磁電流上限值，V gi為關 鍵發(fā)電機i的機端電壓。
7. 根據權利要求6所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，其特 征在于，步驟B中的表達￥
在控制類型為調節(jié)發(fā)電機有功功率時，
在控制類型為調節(jié)電容/電抗器、卸負荷時，
8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防 控制方法，其特征在于，步驟A中確定嚴重故障集的方法為：連續(xù)潮流計算故障后的電壓穩(wěn) 定裕度，將電壓穩(wěn)定裕度小于最小限值的故障劃分進入嚴重故障集。
9. 根據權利要求1至7中任意一項所述的基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防 控制方法，其特征在于，步驟A中由以下方法為確認各嚴重故障下的關鍵發(fā)電機：將在嚴重 故障下系統(tǒng)負荷增加到崩潰點時耗盡無功儲備的發(fā)電機作為該嚴重故障下的關鍵發(fā)電機。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于發(fā)電機無功儲備靈敏度的電壓穩(wěn)定預防控制方法，屬于電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定預防控制的技術領域。所述方法：確定嚴重故障集并確認各嚴重故障下的關鍵發(fā)電機；計算在各嚴重故障下各控制變量對于關鍵發(fā)電機的無功儲備靈敏度；選擇各控制類型對應的最靈敏控制變量構成參與控制集后建立二次規(guī)劃優(yōu)化控制模型；求解二次規(guī)劃控制模型確定預防控制方案。本發(fā)明無需計算負荷裕度靈敏度即可確定發(fā)電機的無功儲備靈敏度，使得發(fā)電機無功儲備靈敏度更加簡單直觀；選擇各控制類型對應的最靈敏控制變量構成參與控制集后再進行二次規(guī)劃，建立的二次規(guī)劃模型優(yōu)化模型適應性好、魯棒性好，提高了二次規(guī)劃問題的計算有效性。
【IPC分類】H02J3-16, H02J3-18
【公開號】CN104767207
【申請?zhí)枴緾N201510190497
【發(fā)明人】趙晉泉, 饒燕
【申請人】河海大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月21日