一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行控制領(lǐng)域，特別設(shè)及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化整定 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 維持合理的電壓水平是電網(wǎng)運(yùn)行要求的重要保障。電網(wǎng)電壓水平取決于電力系統(tǒng) 無(wú)功功率的平衡，當(dāng)無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷平衡關(guān)系被打破時(shí)，會(huì)引起電壓變化，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致 電壓越限，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而同步發(fā)電機(jī)作為電力系統(tǒng)中主要的無(wú)功電源，具有無(wú)功 調(diào)節(jié)范圍大，品質(zhì)好，調(diào)節(jié)快速，無(wú)須附加投資等優(yōu)點(diǎn)，合理地利用其無(wú)功調(diào)節(jié)潛力對(duì)提高 電網(wǎng)電壓水平具有重要意義。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)是描述同步發(fā)電機(jī)無(wú)功電壓調(diào) 節(jié)特性的重要參數(shù)，其值大小不但對(duì)發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功功率具有重要影響，也間接影響到 電網(wǎng)電壓水平。因此有必要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化整定。
[0003] 在目前的很多研究和應(yīng)用中，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)的整定有如下處理方 法：
[0004] (1)電網(wǎng)企業(yè)管理部口按照發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，大致地限定在 某較合理的補(bǔ)償范圍內(nèi)，W保證發(fā)電廠內(nèi)發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行和并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無(wú)功合理分 配.該方法完全依據(jù)人工整定，未考慮發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)對(duì)改善電網(wǎng)側(cè)電壓水平的 作用，致使現(xiàn)有電力系統(tǒng)中存在各發(fā)電機(jī)間勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定值差異較大，未允分發(fā) 揮發(fā)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力的現(xiàn)象。
[0005] (2)有些國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)的研究偏重于高壓側(cè)電壓控制對(duì)電力系 統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。如分析高壓側(cè)電壓控制對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定和小干擾穩(wěn)定性的影響。 運(yùn)類文獻(xiàn)僅從一個(gè)側(cè)面進(jìn)行研究，未能提出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)的優(yōu)化整定方法。
[0006] (3)部分文獻(xiàn)基于全網(wǎng)網(wǎng)損最小為目標(biāo)，研究了典型運(yùn)行方式下部分發(fā)電機(jī)勵(lì)磁 系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化配置方案，并分析優(yōu)化后的配置方案對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性的 影響。運(yùn)些文獻(xiàn)試圖對(duì)所有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，顯然不能適應(yīng)大規(guī)模電力 系統(tǒng)發(fā)電機(jī)眾多，無(wú)法對(duì)所有發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)進(jìn)行一一整定的特點(diǎn)。
[0007] (4)部分文獻(xiàn)基于電網(wǎng)分區(qū)結(jié)果的基礎(chǔ)上，從改善電網(wǎng)全運(yùn)行電壓水平的角度出 發(fā)，提出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化整定策略。運(yùn)些文獻(xiàn)采用的分區(qū)沒(méi)有照顧電網(wǎng)公司 現(xiàn)有管理思路，并且分區(qū)方法按照對(duì)負(fù)荷貢獻(xiàn)的相似特性來(lái)處理，不是考慮發(fā)電機(jī)出力的 相似特征，從發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定來(lái)說(shuō)是不合適的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是針對(duì)目前發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定中存在的問(wèn)題，提供一種 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法，使得電網(wǎng)中大量發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差 系數(shù)整定在考慮管理方便、考慮發(fā)電機(jī)出力的相似特征的基礎(chǔ)上更加優(yōu)化和可行，用于電 網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分 區(qū)優(yōu)化整定方法。
[0010] 所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法是:首先采用聚類算法 對(duì)電網(wǎng)公司分層管理體制下的電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組按照電氣距離進(jìn)行聚類，構(gòu)造無(wú)功同 調(diào)機(jī)群;然后假定同一無(wú)功同調(diào)機(jī)群中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)相同、且已知本電網(wǎng)等值 調(diào)差系數(shù)不變的條件下進(jìn)行全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化，按照優(yōu)化結(jié)果整定各臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的 調(diào)差系數(shù)。
[0011] 所述電氣距離的計(jì)算公式是：
(1)
[OOU]式中A V康示節(jié)點(diǎn)誠(chéng)壓幅值大小；A Q康示節(jié)點(diǎn)i無(wú)功變化量。
[0014]定義歐幾里得距離計(jì)算：
[00巧]Pab =捉石立品品而~而7 (2)
[0016] 所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法中按照電氣距離進(jìn)行 聚類的步驟是：
[0017] (1)把每個(gè)被控發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)成為一類，按照式(2)計(jì)算各個(gè)類之間的距離；
[0018] (2)將同一分層管理部口管理合并類間距離最小的2個(gè)類成為一個(gè)新類，并重新按 照式(2)計(jì)算各個(gè)類之間的距離，并把類間距離的最小值作為該步的合并距離。定義最小距 離為類間距離。不同分層管理部口管理合并類間距離不能合并。
[0019] (3)重復(fù)步驟(2)，直到某一步的合并距離大于口檻值(可根據(jù)實(shí)際情況選取口檻 值），此時(shí)得到的分區(qū)數(shù)為最優(yōu)分區(qū)數(shù)，每一分區(qū)所包含的發(fā)電機(jī)群稱為無(wú)功同調(diào)機(jī)群。
[0020] 所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法中全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化 的方法是:采用式(3)的目標(biāo)函數(shù)在假定已知本電網(wǎng)等值調(diào)差系數(shù)不變的條件下進(jìn)行無(wú)功 同調(diào)機(jī)群間的調(diào)差系數(shù)優(yōu)化。
[0022] 式中：i = l，2,…，m，m為區(qū)域電網(wǎng)中樞點(diǎn)個(gè)數(shù);j = l，…，N，巧為第i個(gè)中樞點(diǎn)第j個(gè) 運(yùn)行點(diǎn)的電壓；為第i個(gè)中樞點(diǎn)的期望電壓；為節(jié)點(diǎn)上最大允許的電壓偏差。
[0023] 采用W上方案的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法方法，具有運(yùn)些 顯著優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0024] (1)相比于現(xiàn)有方法，本發(fā)明方法可W對(duì)接入本級(jí)電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系 數(shù)在上級(jí)給定的調(diào)差系數(shù)約束下進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化出的結(jié)果不超出本級(jí)電網(wǎng)管理范圍，符合 電網(wǎng)分層管理的要求；
[0025] (2)相比于現(xiàn)有方法，本發(fā)明方法考慮無(wú)功同調(diào)特性，更加符合發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào) 差系數(shù)整定的定義和要求；
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定， 僅作舉例而已。同時(shí)通過(guò)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。
[0027] 我國(guó)的電網(wǎng)公司都是采用分層管理的體制，如國(guó)家電網(wǎng)、大區(qū)電網(wǎng)（例如華中電 網(wǎng)）、省級(jí)電網(wǎng)等。某一級(jí)電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)都由該級(jí)電網(wǎng)管理部口負(fù)責(zé)整定。 因此，需要考慮調(diào)查系數(shù)分層管理思路，上一層電網(wǎng)只要求下一層的等值調(diào)差系數(shù)。
[0028] 某一級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)差系數(shù)整定時(shí)可采用的方法是:一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù) 分層分區(qū)優(yōu)化整定方法。首先采用聚類算法對(duì)電網(wǎng)公司分層管理體制下的電力系統(tǒng)中的發(fā) 電機(jī)組按照電氣距離進(jìn)行聚類，構(gòu)造無(wú)功同調(diào)機(jī)群;然后假定同一無(wú)功同調(diào)機(jī)群中發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)相同、且已知本電網(wǎng)等值調(diào)差系數(shù)不變的條件下進(jìn)行全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu) 化，按照優(yōu)化結(jié)果整定各臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)。
[0029] 其中電氣距離的計(jì)算公式采用式(1)。；歐幾里得距離采用式(2)。
[0030] 所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法中按照電氣距離進(jìn)行 聚類的步驟是：
[0031] (1)把每個(gè)被控發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)成為一類，按照式(2)計(jì)算各個(gè)類之間的距離；
[0032] (2)將同一分層管理部口管理合并類間距離最小的2個(gè)類成為一個(gè)新類，并重新按 照式(2)計(jì)算各個(gè)類之間的距離，并把類間距離的最小值作為該步的合并距離。定義最小 距離為類間距離。不同分層管理部口管理合并類間距離不能合并。
[0033] (3)重復(fù)步驟(2)，直到某一步的合并距離大于口檻值(可根據(jù)實(shí)際情況選取口檻 值），此時(shí)得到的分區(qū)數(shù)為最優(yōu)分區(qū)數(shù)，每一分區(qū)所包含的發(fā)電機(jī)群稱為無(wú)功同調(diào)機(jī)群。
[0034] 所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法中全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化 的方法是:采用式(3)的目標(biāo)函數(shù)在假定已知本電網(wǎng)等值調(diào)差系數(shù)不變的條件下進(jìn)行無(wú)功 同調(diào)機(jī)群間的調(diào)差系數(shù)優(yōu)化。
[0036] 式中：i = l，2,…，m，m為區(qū)域電網(wǎng)中樞點(diǎn)個(gè)數(shù)；j = l，…，N，巧為第i個(gè)中樞點(diǎn)第j個(gè) 運(yùn)行點(diǎn)的電壓；C為第i個(gè)中樞點(diǎn)的期望電壓；Affax為節(jié)點(diǎn)上最大允許的電壓偏差。
[0037] 優(yōu)化的結(jié)果可作為本級(jí)電網(wǎng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定依據(jù)。
[0038] 其它未經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法，其特征是:采用聚類算法在 管理體制約束下對(duì)電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組按照電氣距離進(jìn)行聚類，構(gòu)造無(wú)功同調(diào)機(jī)群;假 定同一無(wú)功同調(diào)機(jī)群中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)相同、且已知本電網(wǎng)等值調(diào)差系數(shù)不變的 條件下進(jìn)行全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化，按照優(yōu)化結(jié)果整定各臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法，其特 征是:若定義電氣距離的計(jì)算公式是：(1) 式中A Vj表示節(jié)點(diǎn)j電壓幅值大?。沪せ硎竟?jié)點(diǎn)i無(wú)功變化量。 定義歐幾里得距離計(jì)算：則所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法中按照電氣距離進(jìn)行聚 類的步驟是： (1) 把每個(gè)被控發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)成為一類，按照式(2)計(jì)算各個(gè)類之間的距離； (2) 將同一分層管理部口管理的合并類間距離最小的2個(gè)類成為一個(gè)新類，并重新按照 式(2)計(jì)算各個(gè)類之間的距離，并把類間距離的最小值作為該步的合并距離。定義最小距離 為類間距離。不同分層管理部口管理的合并類間距離不能合并。 (3) 重復(fù)步驟(2)，直到某一步的合并距離大于口檻值(可根據(jù)實(shí)際情況選取口檻值）， 此時(shí)得到的分區(qū)數(shù)為最優(yōu)分區(qū)數(shù)，每一分區(qū)所包含的發(fā)電機(jī)群稱為無(wú)功同調(diào)機(jī)群。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法，其特 征是:所述一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法中全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化的方 法是:采用下式的目標(biāo)函數(shù)在假定已知本電網(wǎng)等值調(diào)差系數(shù)不變的條件下進(jìn)行無(wú)功同調(diào)機(jī) 群間的調(diào)差系數(shù)優(yōu)化。 (3) 式中：i = l，2,…，m，m為區(qū)域電網(wǎng)中樞點(diǎn)個(gè)數(shù);j = l，'''，N，巧為第i個(gè)中樞點(diǎn)第j個(gè)運(yùn)行 點(diǎn)的電壓；巧為第i個(gè)中樞點(diǎn)的期望電壓；A片胃為節(jié)點(diǎn)上最大允許的電壓偏差。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行控制領(lǐng)域，特別涉及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化整定方法。本發(fā)明提供一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)分層分區(qū)優(yōu)化整定方法，其基本思路是：首先采用聚類算法對(duì)電網(wǎng)公司分層管理體制下的電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組按照電氣距離進(jìn)行聚類，構(gòu)造無(wú)功同調(diào)機(jī)群；然后假定同一無(wú)功同調(diào)機(jī)群中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)相同、且已知本電網(wǎng)等值調(diào)差系數(shù)不變的條件下進(jìn)行全網(wǎng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化，按照優(yōu)化結(jié)果整定各臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)。本發(fā)明使得電網(wǎng)中大量發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定在考慮管理方便、考慮發(fā)電機(jī)出力的相似特征的基礎(chǔ)上更加優(yōu)化和可行，可用于電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)整定。
【IPC分類】H02J3/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105552921
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510880600
【發(fā)明人】劉兵, 羅毅, 奚江惠, 李勇, 呂東曉, 徐友平, 張三洪, 黎桂光, 邊宏宇, 徐遐齡, 潘曉杰, 邵德軍, 黨杰
【申請(qǐng)人】華中電網(wǎng)有限公司, 華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日