一种采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法

摘要

本发明公开一种采用SVC进行考虑电网大扰动后系统暂态过程稳定性约束的电力系统无功规划方法。通过不同的电压稳定原则生成无功补偿设备选点指标矩阵，采用模糊聚类进行无功补偿装置选点布置，得到适应SVC运行性能的无功补偿布点方案；通过建立基于不同运行方式下无功补偿优化模型，基于复杂高阶系统设备动态模型，利用时域仿真及优化算法得到相应候选无功补偿点SVC容量配置最优结果，从而实现SVC无功规划。本发明的无功规划方法根据模糊聚类理论、动态电力系统理论、时域仿真技术及内点法优化综合算法，解决了考虑系统发生故障后的暂态过程稳定性约束的无功规划问题，能充分发挥SVC动态响应特性，有效提高了电力系统无功补偿运行效率。

主权项

一种采用SVC作为无功补偿设备的无功规划方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：基于系统故障排序法，在高峰负荷、平均负荷水平下根据公式(1)、(2)、(3)分别计算最严重故障后的暂态过程电压稳定性指标：系统暂态电压跌落：$V_{\mathrm{dip}}=\frac{V_0-V_s}{V_0}=\frac{\mathrm{\Delta V}}{V_0}\times 100\%---\left(1\right)$其中，V_s为短期稳定过程中节点电压最低幅值，V₀为节点电压初始幅值；暂态过程中电压偏移指标：暂态过程中低电压持续时间指标：其中，其中，t_cl为故障清除时间，t_f为仿真终止时间；步骤2：根据步骤1得到的高峰负荷、平均负荷水平下的暂态过程中的各个电压稳定性指标，采用模糊聚类方法，分别得到SVC在系统高峰负荷、平均负荷水平下的的候选无功补偿的节点i位置集合N_C；步骤3：建立SVC容量规划最优化模型：选择三阶或以上发电机模型、一阶励磁系统模型及混合负荷模型：三阶发电机模型：$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{d\delta }\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=(\omega \left(t\right)-1){\omega }_B\\ T_j\frac{\mathrm{d\omega }\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=T_m-T_e\left(t\right)-D(\omega \left(t\right)-1)\\ T_{d0}^{\prime }\frac{{\mathrm{dE}}_q^{\prime }\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=E_f\left(t\right)-E_q^{\prime }\left(t\right)-(X_d-X_d^{\prime })I_d\left(t\right)\end{array}\right.$其中，δ(t)为q轴相对于同步旋转坐标系的角位移；ω_B与ω(t)分别为转子额定转速及转子t时刻角速度；T_j与T′_d0为时间常数，T_m与T_e(t)分别为机械力矩与机电力矩；E_f，E′_q分别为定子励磁电动势及电机q轴瞬变电动势；X_d与X′_d分别为d轴同步电抗与d轴瞬变电抗；I_d为d轴电流；其机端电压方程为：$\left\{\begin{array}{c}{V}_d\left(t\right)=x_q{I}_q\left(t\right)-r_a{I}_d\left(t\right)\\ V_q\left(t\right)=E_q^{\prime }\left(t\right)-x_d^{\prime }{I}_d\left(t\right)-r_a{I}_q\left(t\right)\end{array}\right.$其中，V_d、V_q(I_d、I_q)分别为d轴电压及q轴电压(电流)；x_q、r_a分别为q轴同步电抗及绕组电阻；一阶励磁系统模型：$T_A\frac{{\mathrm{dE}}_f\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=K_A(V_{\mathrm{ref}}-V_m\left(t\right))-E_f\left(t\right)+E_{f0}$其中，T_A为时间常数；K_A为控制系数；V_ref及V_m分别为节点电压参考值及幅值；E_f0为励磁电动势初始值；以SVC无功投入成本最小为条件作出目标函数：$\min \underset{i=1}{\overset{N_b}{\Sigma }}[C_{\mathrm{fix}\_i}+C_{i\_v1}\max \left(Q_{\mathrm{SVCi}}^{+}\right)+C_{i\_v2}\max \left(\right|Q_{\mathrm{SVCi}}^{-}\left|\right)]$其中，C_{fix_i}为无功投资固定成本；C_{i_v1}为容性无功可变成本；C_{i_v2}为感性无功可变成本；为节点i容性SVC补偿容量；为感性的SVC补偿容量；静态安全约束条件为$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi}}-P_{\mathrm{Li}}-V_i\underset{\mathrm{j\omega i}}{\Sigma }{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\theta }_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\theta }_{\mathrm{ij}})=0\\ Q_{\mathrm{Gi}}+Q_{\mathrm{ci}}{y}_i-Q_{\mathrm{Li}}-V_i\underset{\mathrm{j\omega i}}{\Sigma }{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\theta }_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\theta }_{\mathrm{ij}})=0\\ \begin{array}{cc}{V}_{i\min }\le V_i\le V_{i\max }& i\in N_b\end{array}\\ \begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{Gi}\min }\le P_{\mathrm{Gi}}\le P_{\mathrm{Gi}\max }& i\in N_G\end{array}\\ \begin{array}{cc}{Q}_{\mathrm{Gi}\min }\le Q_{\mathrm{Gi}}\le Q_{\mathrm{Gi}\max }& i\in N_G\end{array}\\ -S_{\mathrm{ij}\max }\le S_{\mathrm{ij}}\le S_{\mathrm{ij}\max }\\ Q_{\mathrm{SVCi}\min }\le Q_{\mathrm{SVCi}}\le Q_{\mathrm{SVCi}\max }\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{y}_i=N_c\end{array}\right.$约束条件中，P_Gi，P_Li分别节点i处的发电机有功出力和负荷有功需求；Q_Gi，Q_Li分别节点i处的发电机无功出力和负荷无功需求；Q_ci为节点i的无功补偿容量；N_b为节点集合，N_G为系统发电机集合，N_C为SVC补偿节点集合；G_ij与B_ij分别为节点导纳矩阵的电导与电纳；θ_ij为节点i与节点j的相角差；V_i，V_imax，V_imin分别为节点i电压幅值、电压幅值最大值及最小值；P_imax，P_imin分别为发电机节点i有功输出最大值及最小值；Q_imax，Q_imin分别为发电机节点i无功输出最大值及最小值；Q_SVCi、Q_SVCimax及Q_SVCimin分别为无功补偿候选节点i无功补偿容量、无功补偿最大值及最小值；S_ij，S_ijmax分别为线路ij的视在功率及其最大值；y_i为布尔变量，y_i＝1表示节点i为候选无功补偿点；暂态过程中电压稳定约束包括：短期电压跌落约束：短期电压稳定过程中低电压持续时间约束：负荷节点电压在0.75V₀≤V_s(t)≤0.8V₀范围的持续时间不能超过20周期，即0.4s；达到新的稳态过程后电压幅值约束：V_i≥0.95V_0i i＝1,...,N_b；步骤4：采用隐式梯形积分法，通过微分方程差分化方法，将优化模型中的微分方程转变为代数差分化方程；根据时域仿真法及内点优化法，根据目标函数以及约束条件，分别计算得到在系统高峰负荷、平均负荷运行模式下SVC的各个候选无功规划位置的无功补偿容量；步骤5：根据步骤2、4在不同负荷水平下得到的SVC选点因素，结合时域仿真分析，校核SVC最终需要补偿的位置及容量。