电网自动电压控制系统间的协调量设计方法及其实施方法

摘要

本发明涉及电力系统自动电压控制技术领域，具体涉及一种电网自动电压控制系统间的协调量设计方法及其实施方法，所述协调量为电压区域控制偏差，由不同区域、不同层次的自动电压控制系统间的边界节点电压和外区域注入本区域无功的加权和构成。本发明通过该协调量能够判断无功扰动发生在区域内还是区域外，并衡量本区域控制动作对相邻区域无功影响的方向和大小，每个控制区只负责控制本区域内的无功扰动，使考核公平，由此明确区域控制责任、减小耦合，达到协调控制的目的。

主权项

1.一种电网自动电压控制系统间的协调量设计方法，其特征在于，按如下步骤设计电压区域控制偏差VACE，所述VACE为不同区域、不同层次的自动电压控制系统间的由边界节点电压和外区域注入本区域无功的加权和构成的协调量：S1、对于一电压控制区域S，列出电压对无功功率的灵敏度方程；S2、根据所述灵敏度方程形成支路串联电纳矩阵支路并联电纳矩阵和边界节点并联电纳矩阵所述支路串联电纳矩阵为各支路的串联电纳组成的矩阵；支路并联电纳矩阵为各支路的并联电纳组成的矩阵；边界节点并联电纳矩阵为边界节点间的并联电纳组成的矩阵；R表示实数矩阵，其上标N_B、N_S分别表示行数和列数；S3、根据步骤S1和S2的结果计算VACE的常数矩阵；S4、步骤S1、S2和S3的结果计算VACE；S5、计算VACE对区域S内发电机电压的灵敏度；S6、将VACE控制约束条件加入本区域无功电压优化模型，以进行本区域的目标优化；所述步骤S1中的灵敏度方程为：$-\left[\begin{array}{cccc}{B}_{\mathrm{DD}}& B_{\mathrm{DG}}& B_{\mathrm{DB}}& \\ B_{\mathrm{GD}}& B_{\mathrm{GG}}& B_{\mathrm{GB}}& \\ B_{\mathrm{BD}}& B_{\mathrm{BG}}& B_{\mathrm{BB}}& B_{\mathrm{BE}}\\ & & B_{\mathrm{EB}}& B_{\mathrm{EE}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\Delta V_D\\ \Delta V_G\\ \Delta V_B\\ \Delta V_E\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\Delta Q_D\\ \Delta Q_G\\ \Delta Q_B\\ \Delta Q_E\end{array}\right]---\left(1\right)$其中，B代表节点的电纳矩阵，ΔV代表节点的电压幅值变化量组成的向量，ΔQ代表节点的外区域注入本区域无功变化量组成的向量；下标B代表区域S侧的边界节点，下标E代表区域S以外网络的节点；下标D代表区域S内除了边界节点以外的所有PQ节点；下标G代表代表区域S内除了边界节点以外的所有PV节点和松弛节点，区域S的节点数目为N_S，边界节点B的数目为N_B；B_DD表示D类节点到D类节点之间的电纳；B_DG表示D类节点到G类节点之间的电纳；B_DB、B_GD、B_GG、B_GB、B_BD、B_BG、B_BB、B_BE、B_EB、B_EE的含义依次类推；所述步骤S2中的3个矩阵的元素取值由下式（2）至（4）给出：${\tilde{B}}_{\mathrm{ij}}^Z=\left\{\begin{array}{cc}{b}_z& i=j\\ 0& i\ne j\end{array}\right.\forall i,j\in B---\left(4\right)$其中，b_l是节点b所连支路的等效串联电纳；b_c是节点b所连支路的等效并联电纳；b_z是边界节点所连接的用于进行无功补偿的并联无功补偿装置的电纳；所述步骤S3中的VACE的常数矩阵的计算公式如下：$K_{\mathrm{QS}}=B_{\mathrm{BD}}{B_{\mathrm{DD}}}^{-1}{B}_{\mathrm{DB}}+{\tilde{B}}_B^L-\mathrm{diag}\left({\tilde{B}}^{L}e\right)-2\mathrm{diag}\left({\tilde{B}}^{C}e\right)-2{\tilde{B}}^Z---\left(5\right)$其中，的所有元素都是1，是中边界节点所对应的列组成的矩阵，diag表示求对角矩阵；所述步骤S4中的VACE的计算公式如下：$I_{\mathrm{VACE}}=({\tilde{Q}}_B-{\tilde{Q}}_{\mathrm{Bref}})+E_S(V_B-V_{\mathrm{Bref}})---\left(6\right)$其中，E_S＝-K_QS,V_Bref和分别是边界节点电压和外区域注入本区域无功的设定值组成的向量，V_B和分别是边界节点电压和外区域注入本区域无功的当前值组成的向量；所述步骤S5中VACE对区域S内发电机电压的灵敏度的计算公式如下：$C_{\mathrm{GVACE}}=\frac{\Delta {I_{\mathrm{VACE}}}^{\left(S\right)}}{\Delta V_G}={\tilde{B}}^L{C}_{\mathrm{GS}}-{\tilde{B}}^L{C}_{\mathrm{BS}}{C}_{\mathrm{GB}}---\left(7\right)$其中，C_GS是区域S内所有节点电压对发电机节点电压的灵敏度，C_GB是区域S内所有边界节点电压对发电机节点电压的灵敏度，C_BS是区域S内所有节点电压对边界节点电压的灵敏度；ΔI_VACE^(S)是区域S内由发电机节点电压V_G的变化量ΔV_G所引起的VACE的变化量；步骤S6中，将如下VACE控制约束条件加入本区域无功电压优化模型，以进行本区域的目标优化：-δ≤I_VACE+C_GVACEΔV_G≤δ                    （8）其中，δ为VACE允许的变化范围；所述优化模型中可调节的变量为无功功率或电压，故称为无功电压优化模型；步骤S5中三个灵敏度矩阵的计算公式如下：$C_{\mathrm{GB}}=-{(B_{\mathrm{BB}}-B_{\mathrm{BE}}{B}_{\mathrm{EE}}^{-1}{B}_{\mathrm{EB}}-B_{\mathrm{BD}}{B}_{\mathrm{DD}}^{-1}{B}_{\mathrm{DB}})}^{-1}(B_{\mathrm{BG}}-B_{\mathrm{BD}}{B}_{\mathrm{DD}}^{-1}{B}_{\mathrm{DG}})$$C_{\mathrm{GS}}=\left[\begin{array}{c}-B_{\mathrm{DD}}^{-1}(B_{\mathrm{DG}}+B_{\mathrm{DB}}{C}_{\mathrm{GB}})\\ I\\ C_{\mathrm{GB}}\end{array}\right]$$C_{\mathrm{BS}}=\left[\begin{array}{c}-B_{\mathrm{DD}}^{-1}{B}_{\mathrm{DB}}\\ 0\\ I\end{array}\right].$