基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法

摘要

本发明涉及一种基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，属于电力系统评估和控制技术领域。首先，监测系统当中中枢节点电压值，根据该电压值计算出参与电压控制的发电机与动态无功补偿设备的控制指令。将指令下发给相应的发电机与动态无功补偿设备。判断是否需要进行动态无功优化，如果不需要，则在时刻T₀+△T，返回第一步骤，若需要，则根据发电机与动态无功补偿装置的无功功率及上限和下限值，计算动态无功优化的控制指令并下发。发电机与动态无功补偿装置根据指令调整各自的无功功率。本发明方法能够有效的进行暂态电压稳定的预防控制，提高电力系统中动态无功储备水平和扰动后的系统电压的恢复效果。

主权项

一种基于动态无功补偿设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤：(1)从电力系统的调度中心获取中枢母线电压的设定值当前采集时刻T₀的电力系统中中枢母线的电压值V_p，通过下式计算得到中枢母线电压控制阶段的参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g和参与控制的动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_s：$\underset{{\mathrm{\Delta V}}_g,{\mathrm{\Delta V}}_s}{min}\left\{W_p\right||a·(V_p-V_p^{ref})+C_{pg}{\mathrm{\Delta V}}_g+C_{ps}{\mathrm{\Delta V}}_s|{|}^2+W_q\left(\right|\left|{\Theta }_g\right|{|}^2+\left|\right|{\Theta }_s\left|{|}^2\right)\}$受约束于：$V_p^{\min }\le V_p+C_{pg}{\mathrm{\Delta V}}_g+C_{ps}{\mathrm{\Delta V}}_s\le V_p^{max}$$Q_g^{\min }\le Q_g+C_g{\mathrm{\Delta V}}_g+C_{gs}{\mathrm{\Delta V}}_s\le Q_g^{\max }$$Q_s^{\min }\le Q_s+C_{sg}{\mathrm{\Delta V}}_g+C_s{\mathrm{\Delta V}}_s\le Q_s^{\max }$$\left|{\mathrm{\Delta V}}_g\right|\le {\mathrm{\Delta V}}_g^{max}$$\left|{\mathrm{\Delta V}}_s\right|\le {\mathrm{\Delta V}}_s^{\max }$其中，Θ_g为发电机无功功率的裕度矢量，该裕度矢量Θ_g中的第i个分量为：${\Theta }_{g_i}=\frac{Q_{g_i}+\underset{j\in Ng}{\Sigma }{C}_{g_{ij}}{\mathrm{\Delta V}}_{g_j}+\underset{k\in Ns}{\Sigma }{C}_{{\mathrm{gs}}_{ik}}{\mathrm{\Delta V}}_{s_k}-Q_{g_i}^{\min }}{Q_{g_i}^{max}-Q_{g_i}^{\min }}$Θ_s为动态无功补偿设备无功功率的裕度矢量，裕度矢量Θ_s的第i个分量为：${\Theta }_{s_i}=\frac{Q_{s_i}+\underset{j\in Ns}{\Sigma }{C}_{s_{ij}}{\mathrm{\Delta V}}_{s_j}+\underset{k\in Ng}{\Sigma }{C}_{{\mathrm{sg}}_{ik}}{\mathrm{\Delta V}}_{g_k}-Q_{s_i}^{\min }}{Q_{s_i}^{\max }-Q_{s_i}^{\min }}$其中下标p表示中枢母线，下标g表示发电机，下标s表示动态无功补偿设备；C_pg是从调度中心获取的中枢母线电压偏差对参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g的灵敏度矩阵；C_ps是从调度中心获取的中枢母线电压偏差对参与控制的动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_s的灵敏度矩阵；W_p为中枢母线电压偏差的权重系数，W_p的取值范围为0.1‑1，W_q为发电机和动态无功补偿设备的无功功率储备裕度的权重系数，W_q的取值范围为10‑100，a是中枢母线电压的增益系数，a的取值范围为1‑10，Q_g是参与控制的发电机当前发出的无功功率，分别为参与控制的发电机的无功功率下限与无功功率上限，Q_s是参与控制的动态无功补偿设备当前发出的无功功率，分别为参与控制的动态无功补偿设备发出的无功功率下限与无功功率的上限，C_g为从调度中心获取的参与控制的发电机的无功功率调整量对参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g的灵敏度矩阵，C_s为从调度中心获取的参与控制的动态无功补偿设备的无功功率调整量对参与控制的动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_s的灵敏度矩阵，C_gs为从调度中心获取的参与控制的发电机的无功功率调整量对参与控制的动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_s的灵敏度矩阵，C_sg为从调度中心获取的参与控制的动态无功补偿设备的无功功率调整量对参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g的灵敏度矩阵，为设定的中枢母线电压的下限，为设定的中枢母线电压上限，为从调度中心获取的参与控制的发电机允许的单步最大调整量，为从调度中心获取的参与控制的动态无功补偿设备允许的单步最大调整量，Ns为参与控制的动态无功补偿设备的编号的集合，Ng为参与控制的发电机的编号的集合；将上述计算得到的参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g和参与控制的动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_s作为控制指令下达给相应的发电机和动态无功补偿设备，各发电机和动态无功补偿设备根据控制指令，完成中枢母线电压控制阶段；(2)设定动态无功补偿设备无功功率的裕度阈值为将当前动态无功补偿设备的裕度值与设定的裕度阈值比较，若当前动态无功补偿设备的裕度值大于或等于设定的裕度阈值，则经过中枢母线电压两次控制之间的时间间隔ΔT后重复步骤(1)，ΔT的取值范围为5至10分钟，若当前动态无功补偿设备的裕度值小于设定的裕度阈值，则进行步骤(3)；(3)根据下式计算，得到动态无功补偿设备动态无功功率裕度优化阶段的参与控制的发电机和动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_g和ΔV_s：$\underset{{\mathrm{\Delta V}}_g,{\mathrm{\Delta V}}_s}{min}\left\{W_s\right|\left|{\mu }_s\right|{|}^2+W_g\left|\right|{\mu }_g\left|{|}^2\right\}$受约束于：V_p‑V_band≤V_p+C_pgΔV_g+C_psΔV_s≤V_p+V_band$Q_g^{\min }\le Q_g+C_g{\mathrm{\Delta V}}_g+C_{gs}{\mathrm{\Delta V}}_s\le Q_g^{\max }$$Q_s^{\min }\le Q_s+C_{sg}{\mathrm{\Delta V}}_g+C_s{\mathrm{\Delta V}}_s\le Q_s^{\max }$$\left|{\mathrm{\Delta V}}_g\right|\le {\mathrm{\Delta V}}_g^{max}$$\left|{\mathrm{\Delta V}}_s\right|\le {\mathrm{\Delta V}}_s^{\max }$上述目标函数中，μ_s为动态无功补偿设备的无功功率矢量，表示动态无功补偿设备经控制后无功功率偏离设定值的大小，μ_g为发电机的无功功率矢量，表示发电机经控制后的无功功率偏离所有发电机无功功率平均值的大小；${\mu }_{sr}=\frac{Q_{si}+\underset{j\in Ns}{\Sigma }{C}_{s_{ij}}{\mathrm{\Delta V}}_{s_j}+\underset{k\in Ng}{\Sigma }{C}_{{\mathrm{sg}}_{ik}}{\mathrm{\Delta V}}_{g_k}-Q_{s_i}^{reference}}{Q_{si}^{\max }-Q_{si}^{\min }}$${\mu }_{gi}=\frac{Q_{gi}+\underset{j\in Ng}{\Sigma }{C}_{g_{ij}}{\mathrm{\Delta V}}_{g_j}+\underset{k\in Ns}{\Sigma }{C}_{{\mathrm{gs}}_{ik}}{\mathrm{\Delta V}}_{s_k}-Q_g^{aver}}{Q_g^{sum}}$为动态无功补偿设备的裕度设定值，为当前时刻所有发电机的无功功率平均值，为当前时刻发电机无功功率总和，W_s为动态无功补偿设备的无功功率矢量的权重系数，W_s的取值范围为0.1‑1，W_g为发电机的无功功率矢量的权重系数，W_g的取值范围为10‑100；将计算得到的动态无功功率裕度优化阶段的电压调整量ΔV_g和ΔV_s作为控制指令下达给参与控制的发电机与动态无功补偿设备，完成动态无功功率裕度优化阶段控制；(4)在时刻T₀+△T，返回步骤(1)。