CN102684201B - 一种基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，以解决自动电压控制***的电压优化控制在风电并网下效果不佳的问题。其具体步骤为：首先，采集电网运行参数、各风电场风机基础参数和风电场的有功出力数据；其次，通过以上参数求取电压影响因子、风机的功率转换系数和风电场有功概率分布方程，进而可用于求取电压越限概率；最后，基于电压越限概率建立无功优化模型，采用遗传算法求解模型，得到无功设备的控制指令。本发明提出了基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，用该方法代替当前自动电压控制***的无功优化方法，能使自动电压控制***的电压优化控制在风电并网下有效地控制电网中的无功设备，保证电网安全、经济运行。

Description

一种基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法

技术领域

本发明涉及电力***的无功运行方法，特别涉及一种包含风电场的电网无功运行方法。

背景技术

随着风电场接入数量和容量的增加，风电功率的随机性和间歇性将对***电压带来更为快速的波动，基于定时无功优化计算的自动电压控制***将受到很大的影响而频繁操作，往往达不到其预期的降损和保证电压质量的效果。

具体来说，地区电网自动电压控制***的控制策略通常由随时启动的就地校正策略和定期（比如每隔15-30分钟）启动的区域无功优化控制策略组成。后者通常是针对电网的当前时间断面进行计算和控制的，引导全天的电压控制实现节能降损的趋优控制，期间发生的局部电压越限则由就地校正策略局部去调整。如果这个周期内电压波动程度较小，则自动电压控制***可以兼顾全天节能降损、保证电压合格和避免设备频繁操作的经济性和安全性需要。然而，风电功率的波动性比负荷波动性更复杂、更剧烈、更频繁。由于无功优化追求降损的结果经常导致部分节点电压趋近于电压上限运行，受风电出力快速频繁波动的影响，这些节点的电压将会频繁地波动并不时地越限，造成电压调控设备的频繁操作而影响其运行寿命、增加***运行风险。

本发明把风电场功率的概率分布方程转化为电压越限概率引入到含风电场的电网无功优化中，从而提高了自动电压控制***无功优化的有效性，使无功优化能够在包含风电场的电网中发挥降损和保证电压质量的效果，使电网能够接纳更多的清洁的风能发电。

发明内容

为了解决风电场并网下传统无功优化不能起到预期的降损和保证电压质量的问题，使电网能够接纳更多的风能发电，本发明提出了基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法。

一种基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，包括以下步骤：

(1) 采集电网运行参数、各风电场的风机基础参数和风电场长时间段的有功出力数据；电网运行参数包括：电网拓扑、线路参数、变电站参数、负荷参数、发电机参数、节点电压允许运行范围、无功补偿设备参数、节点编号集合N和风电场编号集合W；电网拓扑指的是电网中线路与线路、线路与变压器的连接方式，每一条线路的线路参数包括线路单位电阻r_o、线路单位电抗x_Lo、线路单位电纳X_Co和线路长度L；变电站参数包括变压器个数n_T，每个变压器的等效电阻r_T、等效电抗x_T、变压器的等效变比k_T、变比上限k_max和变比下限k_min；每个节点的负荷参数包括有功负荷P_LN和无功负荷Q_LN；发电机参数包括作为PV节点（有功出力和并网母线电压可控的节点）的传统电厂的有功功率和电压、作为PQ节点（有功出力和无功出力可控的节点）的传统电厂的有功功率和无功功率以及作为Vθ节点（电压和相角可控的节点）的传统电厂的电压和相角；节点电压允许范围包括节点电压允许上限V_max和节点电压允许下限V_min；无功补偿设备参数包括每个节点的电容器组数n_C和每组容量n_Co、每个节点的电抗器组数n_L和每组容量n_Lo；每一个风电场风机的基础参数包括风机的额定功率P_N、切入风速v_in、切出风速v_out、额定风速v_N和扫风面积A；

(2) 通过电网运行参数计算电网潮流，求出电压影响因子，即局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i；通过风机的基础参数计算风机的功率转换系数C_p。通过风电场的有功出力数据和最小二乘法拟合求取风电场有功概率分布方程的尺寸参数c和形状参数k；电压影响因子K_ij和K_i，风机的功率转换系数C_p和有功概率分布方程可用于计算节点电压越限概率；

(3) 以网损和节点电压越限概率最大值的加权和为目标函数，以潮流方程、节点电压运行范围，无功电源无功出力范围，无功补偿设备的无功出力和变压器的调档范围约束为约束条件搭建基于电压越限概率的含风电场无功优化模型；

(4) 采用遗传算法求解基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型，自动电压控制***根据基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的求解结果发出无功设备的控制指令，控制无功设备的动作。

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，所述潮流计算是根据给定的电网拓扑、线路参数、变电站参数和发电机参数、负荷参数，通过数学计算确定电网各节点的有功、无功、电压和相角的计算。潮流计算是电力***分析最基本的计算。

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，所述电压影响因子指的是风电场对某一电网节点电压的影响程度。电压影响因子分两种：即局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i。两者的关系为

$K_i=n_W/\left(\underset{j\∈W}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{K_{\mathrm{ij}}}\right)---\left(1\right)$

局部电压影响因子K_ij为风电场j单独作用下，引起每单位节点i电压变化量所需的风电场j的有功功率变化量。对每一个风电场进行两次潮流计算，两次潮流计算的电网运行参数保持不变，第一次计算风电场零发，第二次计算风电场满发且以给定滞后恒定功率因数φ运行，则局部电压影响因子K_ij的计算方法为

$K_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{jN}}}{\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ijMax}}}---\left(2\right)$

式中，P_jN为风电场j的装机容量；ΔV_ijMax为节点i两次潮流计算的电压变化量。

全局电压影响因子K_i指的是在所有风电场同时影响下，引起每单位节点i电压变化量所需的所有风电场的总有功功率变化量。

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，其特征在于：所述功率转换系数C_p指的是风机电磁功率与风轮机械功率的比值。可由下式估算得到。

$C_p=\frac{{2P}_N}{\mathrm{\ρA}{v}_N^3}---\left(3\right)$

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，所述风电场有功概率分布方程指的是风电场有功出力的概率表达式，其表达式为

$\mathrm{\&beta;}\left(P\right)=\left\{\begin{array}{cc}1-\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{in}}}{c}\right)}^k]+\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{out}}}{c}\right)}^k]& (0\&le;P<P_1)\\ 1-\exp [-{\left(\frac{v_p}{c}\right)}^k]+\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{out}}}{c}\right)}^k]& (P_1\&le;P<P_N)\\ 1& (P=P_N)\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，P为风机的有功出力；P₁为风速为v_in时风机的有功出力；v_p为当风机有功出力P小于额定功率且大于P₁时风机有功出力P对应的风速。v_p的计算方法为

$v_p=\sqrt[3]{\frac{2P}{C_P\mathrm{A\&rho;}}}---\left(5\right)$

式中，C_p为风能转换效率，ρ为风轮轮毂高度处的空气密度，A为风轮扫风面积。

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，所述电压越限概率指的是稳态工况下，在自动电压控制***的一个控制周期内，电网受风电场影响的节点电压发生越限的概率。电压越限概率分两种：局部电压越限概率β_ij和全局电压越限概率β_i。

局部电压越限概率β_ij指的是节点i受风电场j单独影响时发生电压越限的概率。设节点i电压允许中值V_i ⁰为节点电压允许运行范围的中值。即

${V_i}^0=\frac{1}{2}(V_{\mathrm{iMin}}+V_{i\max })---\left(6\right)$

式中，V_imax节点i电压允许上限和V_imin节点i电压允许下限。

当节点i电压允许上限V_iMax与节点i两次潮流计算的电压变化量ΔV_ijMax的差值绝对值大于节点i电压允许中值V_i ⁰时，局部电压越限概率β_ij为

式中，n_j为风电场j风机数，

指的是将

的代入(4)中的P进行计算，

指的是将代入(4)中的P进行计算；

当节点i电压允许上限V_iMax与节点i两次潮流计算的电压变化量ΔV_ijMax的差值绝对值小于节点i电压允许中值V_i ⁰时，局部电压越限概率β_ij为

式中，

指的是将

的代入(4)中的P进行计算，

指的是将

代入(4)中的P进行计算；

因此，节点i的全局电压越限概率β_i为

${\mathrm{\&beta;}}_i=\frac{K_i}{n_W}\underset{j\&Element;W}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}}{K_{\mathrm{ij}}}---\left(9\right)$

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，所述基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型包含目标函数和约束条件两部分。

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的目标函数为

$\min f={\mathrm{\&omega;}}_1{P}_L+{\mathrm{\&omega;}}_2\underset{i\&Element;N}{\mathrm{Max}}{\mathrm{\&beta;}}_i---\left(10\right)$

式中，P_L为网损，

表示求解所有节点全局电压越限概率的最大值。ω₁，ω₂为权重系数，取值范围为0~1，一般情况下取ω₁为0.2，ω₂为0.8。网损P_L的计算方法为

$P_L=\underset{i\&Element;N,j\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\frac{V_i-V_j}{r_{\mathrm{oij}}+x_{\mathrm{Loij}}}\right|}^2\frac{r_{\mathrm{oij}}}{L_{\mathrm{ij}}}---\left(11\right)$

式中，V_i和V_j分别为第i个节点和第j个节点的电压。r_oij为节点i与节点j之间的线路单位电阻、x_Loij为节点i与节点j之间的线路单位电抗，L_ij为节点i与节点j之间的线路长度。

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的约束条件为潮流方程约束、节点电压允许范围约束，发电机无功出力范围约束，无功补偿设备的无功出力约束以及变压器的调档范围约束。

上述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法中，所述遗传算法是一种常用的求解优化模型最优解的智能搜索算法。

与现有含风电场无功优化方法相比，本发明有以下优点：

(1) 本发明充分考虑了风电功率的随机性和间歇性对电网电压控制的影响，首次提出了风电场影响下电网节点的电压越限概率及其计算方法。

(2) 本发明将电网节点电压越限概率引入到电网无功优化方法的建模中，使无功优化方法对风电功率的适应性大大提高，使无功优化方法能够在风电场并网下仍然能够起到降损和保证电压质量的作用。

(3) 本发明所提方法应用到自动电压控制***的现有区域无功优化控制模块中，以替换其原有的无功优化方法，无需对自动电压控制***本身的硬件结构进行修改。方法的实用性强，易推广。

附图说明

图1是基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法的流程示意图。

图2是某城市电网示意图。

图3是风电场Y的长时间有功出力示意图。

图4是风电场Y有实际功出力概率分布和拟合示意图。

图5a、图5b分别是采用基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法进行优化控制前和优化控制后的110kV电网电压分布图。

图6a、图6b分别是采用基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法进行优化控制前和优化控制后的电压越限概率图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明，但本说明的实施和保护不限于此。

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法包括：

(1) 采集电网运行参数，各风电场的风机基础参数和风电场长时间段的有功出力数据。电网运行参数包括：电网拓扑、线路参数、变电站参数、负荷参数、发电机参数、节点电压允许运行范围、无功补偿设备参数、节点编号集N和风电场编号W。电网拓扑指的是电网中线路与线路、线路与变压器的连接方式。每一条线路的线路参数包括线路单位电阻r_o、线路单位电抗x_Lo、线路单位电纳X_Co和线路长度L。每一个变电站的变电站参数包括变压器个数n_T，每个变压器的等效电阻r_T、等效电抗x_T、变压器的等效变比k_T、变比上限k_max和变比下限k_min。每个节点的负荷参数包括有功负荷P_LN和无功负荷Q_LN。发电机参数包括作为PV节点的传统电厂的有功功率和电压、作为PQ节点的传统电厂的有功功率和无功功率以及作为Vθ节点的传统电厂的电压和相角。节点电压允许范围包括节点电压允许上限V_max和节点电压允许下限V_min。无功补偿设备参数包括每个节点的电容器组数n_C和每组容量n_Co、每个节点的电抗器组数n_L和每组容量n_Lo。每一个风电场风机的基础参数包括风机的额定功率P_N、切入风速v_in、切出风速v_out、额定风速v_N、扫风面积A。

(2) 通过电网运行参数计算电网潮流，求出电压影响因子，即局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i。通过风机的基础参数计算风机的功率转换系数C_p。通过风电场的有功出力数据和最小二乘法拟合求取风电场有功概率分布方程的尺寸参数c和形状参数k；电压影响因子K_ij和K_i，风机的功率转换系数C_p和有功概率分布方程可用于计算节点电压越限概率。

潮流计算是电力***分析最基本的计算。潮流计算根据给定的电网拓扑、线路参数、变电站参数和发电机参数、负荷参数，通过数学计算确定电网各节点的有功、无功、电压和相角。

电压影响因子指的是风电场对某一电网节点电压的影响程度。电压影响因子分两种：即局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i。

局部电压影响因子K_ij为风电场j单独作用下，引起每单位节点i电压变化量所需的风电场j的有功功率变化量。对每一个风电场进行两次潮流计算，两次潮流计算的电网运行参数保持不变，风电场以给定滞后恒定功率因数φ运行，第一次计算风电场零发（即有功出力为0），第二次计算风电场满发，则局部电压影响因子K_ij的计算方法为

$K_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{jN}}}{\mathrm{\&Delta;}{V}_{\mathrm{ijMax}}}$

式中，P_jN为风电场j的装机容量；ΔV_ijMax为节点i两次潮流计算的电压变化量。

全局电压影响因子K_i指的是在所有风电场同时影响下，引起每单位节点i电压变化量所需的所有风电场的总有功功率变化量。它与局部电压影响因子K_ij的关系为

$K_i=n_W/\left(\underset{j\&Element;W}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{1}{K_{\mathrm{ij}}}\right)$

功率转换系数C_p指的是风机电磁功率与风轮机械功率的比值。可由下式估算得到。

$C_p=\frac{2P_N}{\mathrm{\&rho;A}{v}_N^3}$

进一步介绍风电场的有功概率分布方程，ρ为风轮轮毂高度处的空气密度，A为风轮扫风面积，P_N为风机的额定功率，v_N为风机的额定风速。

风电场有功概率分布方程指的是风电场有功出力的概率表达式，其表达式为

$\mathrm{\&beta;}\left(P\right)=\left\{\begin{array}{cc}1-\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{in}}}{c}\right)}^k]+\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{out}}}{c}\right)}^k]& (0\&le;P<P_1)\\ 1-\exp [-{\left(\frac{v_p}{c}\right)}^k]+\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{out}}}{c}\right)]}^k& (P_1\&le;P<P_N)\\ 1& (P=P_N)\end{array}\right.$

式中，P为风机的有功出力；P₁为风速为v_in时风机的有功出力；v_p为当风机有功出力P小于额定功率且大于P₁时风机有功出力P对应的风速。v_p的计算方法为

$v_p=\sqrt[3]{\frac{2P}{C_P\mathrm{A\&rho;}}}$

式中，C_p为风能转换效率，ρ为风轮轮毂高度处的空气密度，A为风轮扫风面积。

风机的功率转换系数C_p和风电场的有功概率分布方程可用于计算节点电压越限概率。下文介绍电压越限概率的含义和计算方法。

电压越限概率指的是稳态工况下，在自动电压控制***的一个控制周期内，电网受风电场影响的节点电压发生越限的概率。电压越限概率分两种：局部电压越限概率β_ij和全局电压越限概率β_i。

局部电压越限概率β_ij指的是节点i受风电场j单独影响时发生电压越限的概率。设节点i电压允许中值V_i ⁰为节点电压允许运行范围的中值。即

${V_i}^0=\frac{1}{2}(V_{\mathrm{iMin}}+V_{i\max })$

式中，V_imax节点i电压允许上限和V_imin节点i电压允许下限。

当节点i电压允许上限V_iMax与节点i两次潮流计算的电压变化量ΔV_ijMax的差值绝对值大于节点i电压允许中值V_i ⁰时，局部电压越限概率β_ij为

式中，n_j为风电场j风机数，指的是将

的代入(4)中的P进行计算，

指的是将代入(4)中的P进行计算；

当节点i电压允许上限V_iMax与节点i两次潮流计算的电压变化量ΔV_ijMax的差值绝对值小于节点i电压允许中值V_i ⁰时，局部电压越限概率β_ij为

式中，

指的是将

的代入(4)中的P进行计算，指的是将

代入(4)中的P进行计算；

因此，节点i的全局电压越限概率β_i为

${\mathrm{\&beta;}}_i=\frac{K_i}{n_W}\underset{j\&Element;W}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}}{K_{\mathrm{ij}}}$

(3) 以网损和节点电压越限概率最大值的加权和为目标函数，以潮流方程约束、节点电压运行范围约束，无功电源无功出力范围约束，无功补偿设备的无功出力约束和变压器的调档范围约束为约束条件搭建基于电压越限概率的含风电场无功优化模型。

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型包含目标函数和约束条件两部分。

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的目标函数为

$\min f={\mathrm{\&omega;}}_1{P}_L+{\mathrm{\&omega;}}_2\underset{i\&Element;N}{\mathrm{Max}}{\mathrm{\&beta;}}_i$

式中，P_L为网损，表示求解所有节点全局电压越限概率的最大值。ω₁，ω₂为权重系数，取值范围为0~1，一般情况下取ω₁为0.2，ω₂为0.8。网损P_L的计算方法为

$P_L=\underset{i\&Element;N,j\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\frac{V_i-V_j}{r_{\mathrm{oij}}+x_{\mathrm{Loij}}}\right|}^2\frac{r_{\mathrm{oij}}}{L_{\mathrm{ij}}}$

式中，V_i和V_j分别为第i个节点和第j个节点的电压。r_oij为节点i与节点j之间的线路单位电阻、x_Loij为节点i与节点j之间的线路单位电抗，L_ij为节点i与节点j之间的线路长度。

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的约束条件为潮流方程约束、节点电压允许范围约束，发电机无功出力范围约束，无功补偿设备的无功出力约束以及变压器的调档范围约束。

(4) 采用遗传算法求解基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型，自动电压控制***根据基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的求解结果发出无功设备的控制指令，控制无功设备的动作。遗传算法是一种常用的求解优化模型最优解的智能搜索算法。

以下是本发明方法的一个实际算例，以2011年国内某城市A 110kV及以上上层电网为例进行仿真计算。

图1反映了基于电压越限概率的含风电场电网无功优化的具体流程。具体实施步骤如下：

1)采集城市A电网的电网运行参数，风电场Y的风机基础参数和风电场Y长时间段的有功出力数据。

2) 通过电网运行参数计算电网潮流，求出局部电压影响因子K_ij，进而求出全局电压影响因子K_i。通过风电场Y的风机基础参数计算风机的功率转换系数C_p。通过风电场Y的有功出力数据和最小二乘法拟合求取风电场Y的有功概率分布方程的参数；

3) 以网损和节点电压越限概率最大值的加权和为目标函数，以潮流方程约束、节点电压运行范围约束，无功电源无功出力范围约束，无功补偿设备的无功出力约束和变压器的调档范围约束为约束条件搭建基于电压越限概率的含风电场无功优化模型。

4) 采用遗传算法求解基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型，自动电压控制***根据基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的求解结果发出无功设备的控制指令，控制无功设备的动作。

图2 显示了城市A的电网拓扑，电网中仅包含一座风电场Y。电网运行参数主要采集其夏季大方式运行参数。由于参数数量庞大，不在此列出。

按风电场Y并网协议要求，风电场Y以恒定滞后0.95的功率因数运行。经过两次潮流计算，计算城市A电网每个节点的电压影响因子。

采集到的风电场Y的风机基础参数为

表1 MY1.5s风机参数

取空气密度为一个大气压下，20摄氏度时的空气密度，即1.205kg/m3。计算可得，C_p约为0.4912。

图3显示了风电场Y2011年110天共31304个采样点（5分钟一个采样点）的有功出力数据。

图4显示了采用风电场有功概率分布方程和最小二乘法拟合的结果。图中，虚线为风电场Y有功出力数据的实际概率分布，实线则为拟合结果。拟合结果：尺寸参数c为10.818，形状参数k为2.842。

权重系数ω₁，ω₂分别取0.2，0.8。则基于电压越限概率的含风电场城市A电网的无功优化模型的目标函数为

$\min f=0.2P_L+0.8\underset{i\&Element;N}{\mathrm{Max}}{\mathrm{\&beta;}}_i$

式中，P_L为城市A网损，

表示求解城市A电网所有节点全局电压越限概率的最大值。同时，该模型以潮流方程约束、节点电压运行范围约束，无功电源无功出力范围约束，无功补偿设备的无功出力约束和变压器的调档范围约束为约束条件。

图5a和图5b分别显示了优化控制前和优化控制后的110kV电网的电压分布。100kV电网的节点电压允许上限和节点电压允许下限分别为106.7kV和117.7kV。可见，经过无功优化以后，没有电压出现越限，无功优化很好地保证了电压质量。

其他两项数据的对比为

表2 结果对比

由表2可见，城市Y网损下降了3.85%（即1.05MW），能为电网运行剩下很多成本。同时，全局电压越限概率平均值下降了99.15%，说明优化结果更能适应风电场功率的波动性和间歇性。

图6a和图6b依次显示了城市Y优化控制前和优化控制后所有110kV节点的全局电压越限概率。可见，优化前，有相当一部分节点出现电压越限（节点的全局电压越限概率大于1）；而优化后几乎所有110kV节点完全不受风电场功率的波动性和间歇性的影响（节点的全局电压越限概率大于0），仅有1个110kV节点受风电影响。

由以上实施方式示例可以证明，基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法不仅能够在保证电压质量的同时降低电网网损，降低电网运行成本，还能提高电网节点电压对风电场功率的波动性和间歇性的适应性。

Claims (6)

1.一种基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采集电网运行参数、各风电场的风机基础参数和风电场长时间段的有功出力数据；电网运行参数包括：电网拓扑、线路参数、变电站参数、负荷参数、发电机参数、节点电压允许运行范围、无功补偿设备参数、节点编号集合N和风电场编号集合W；电网拓扑指的是电网中线路与线路、线路与变压器的连接方式，每一条线路的线路参数包括线路单位电阻r_o、线路单位电抗x_Lo、线路单位电纳X_Co和线路长度L；变电站参数包括变压器个数n_T，每个变压器的等效电阻r_T、等效电抗x_T、变压器的等效变比k_T、变比上限k_max和变比下限k_min；每个节点的负荷参数包括有功负荷P_LN和无功负荷Q_LN；发电机参数包括作为PV节点的传统电厂的有功功率和电压、作为PQ节点的传统电厂的有功功率和无功功率以及作为Vθ节点的传统电厂的电压和相角；节点电压允许范围包括节点电压允许上限V_max和节点电压允许下限V_min；无功补偿设备参数包括每个节点的电容器组数n_C和每组容量n_Co、每个节点的电抗器组数n_L和每组容量n_Lo；每一个风电场风机的基础参数包括风机的额定功率P_N、切入风速v_in、切出风速v_out、额定风速v_N和扫风面积A；

(2)通过电网运行参数计算电网潮流，求出电压影响因子，即局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i；通过风机的基础参数计算风机的功率转换系数C_p；通过风电场的有功出力数据和最小二乘法拟合获得风电场有功概率分布方程的尺寸参数c和形状参数k；局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i、风机的功率转换系数C_p和有功概率分布方程用于计算节点电压越限概率；

(3)以网损和节点电压越限概率最大值的加权和为目标函数，以潮流方程、节点电压运行范围、无功电源无功出力范围、无功补偿设备的无功出力和变压器的调档范围为约束条件搭建基于电压越限概率的含风电场无功优化模型；

(4)采用遗传算法求解基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型，自动电压控制***根据基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的求解结果发出无功设备的控制指令，控制无功设备的动作。

2.根据权利要求1所述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，其特征在于：所述电压影响因子指的是风电场对某一电网节点电压的影响程度，电压影响因子分两种：即局部电压影响因子K_ij和全局电压影响因子K_i，两者的关系为

$K_i=n_W/\left(\underset{j\&Element;W}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{1}{K_{\mathrm{ij}}}\right)---\left(1\right)$

局部电压影响因子K_ij为风电场j，j为风电场编号集合W的一个元素，单独作用下，引起每单位节点i，i为节点编号集合N的一个元素，电压变化量所需的风电场j的有功功率变化量，对每一个风电场进行两次潮流计算，两次潮流计算的电网运行参数保持不变，第一次计算风电场零发，第二次计算风电场满发且以给定滞后恒定功率因数运行，则局部电压影响因子K_ij的计算方法为

$K_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{jN}}}{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{ijMax}}}---\left(2\right)$

式中，P_jN为风电场j的装机容量；ΔV_ijMax为节点i两次潮流计算的电压变化量，

全局电压影响因子K_i指的是在所有风电场同时影响下，引起每单位节点i电压变化量所需的所有风电场的总有功功率变化量。

3.根据权利要求1所述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，其特征在于：所述功率转换系数C_p指的是风机电磁功率与风轮机械功率的比值，由下式估算得到，

$C_p=\frac{{2P}_N}{{\mathrm{\&rho;Av}}_N^3}---\left(3\right).$

4.根据权利要求1所述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，其特征在于：所述风电场有功概率分布方程为

$\mathrm{\&beta;}\left(P\right)=\left\{\begin{array}{cc}1-\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{in}}}{c}\right)}^k]+\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{out}}}{c}\right)}^k]& (0\&le;P<P_1)\\ 1-\exp [-{\left(\frac{v_p}{c}\right)}^k]+\exp [-{\left(\frac{v_{\mathrm{out}}}{c}\right)}^k]& (P_1\&le;P<P_N)\\ 1& (P=P_N)\end{array}\right.----\left(4\right)$

式中，P为风机的有功出力；P₁为风速为v_in时风机的有功出力；v_p为当风机有功出力P小于额定功率且大于P₁时风机有功出力P对应的风速，v_p的计算方法为

$v_p=\sqrt[3]{\frac{2P}{C_P\mathrm{A\&rho;}}}---\left(5\right)$

式中，C_p为风机的功率转换系数，ρ为风轮轮毂高度处的空气密度，A为风轮扫风面积。

5.根据权利要求4所述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，其特征在于：所述电压越限概率指的是稳态工况下，在自动电压控制***的一个控制周期内，电网受风电场影响的节点电压发生越限的概率，电压越限概率分两种：局部电压越限概率β_ij和全局电压越限概率β_i；

局部电压越限概率β_ij指的是节点i受风电场j单独影响时发生电压越限的概率，设节点i电压允许中值V_i ⁰为节点电压允许运行范围的中值，即

${V_i}^0=\frac{1}{2}(V_{\mathrm{iMin}}+V_{i\max })---\left(6\right)$

式中，V_imax节点i电压允许上限和V_imin节点i电压允许下限；

当节点i电压允许上限V_iMax与节点i两次潮流计算的电压变化量ΔV_ijMax的差值绝对值大于节点i电压允许中值V_i ⁰时，局部电压越限概率β_ij为

式中，n_j为风电场j风机数，

指的是将的代入(4)中的P进行计算，

指的是将

代入(4)中的P进行计算；

当节点i电压允许上限V_iMax与节点i两次潮流计算的电压变化量ΔV_ijMax的差值绝对值小于节点i电压允许中值V_i ⁰时，局部电压越限概率β_ij为

式中，

指的是将

的代入(4)中的P进行计算，

指的是将

代入(4)中的P进行计算；

因此，节点i的全局电压越限概率β_i为

${\mathrm{\&beta;}}_i=\frac{K_i}{n_W}\underset{j\&Element;W}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}}{K_{\mathrm{ij}}}---\left(9\right).$

6.根据权利要求1所述的基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法，其特征在于：所述基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型包含目标函数和约束条件两部分，

基于电压越限概率的含风电场电网无功优化模型的目标函数为

$\min f={\mathrm{\&omega;}}_1{P}_L+{\mathrm{\&omega;}}_2\underset{i\&Element;N}{\mathrm{Max}}{\mathrm{\&beta;}}_i---\left(10\right)$

其中，P_L为网损；

表示求解所有节点全局电压越限概率的最大值；ω₁，ω₂为权重系数，取值范围为0～1，网损P_L的计算方法为

$P_L=\underset{i\&Element;N,j\&Element;N}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\frac{V_i-V_j}{r_{\mathrm{oij}}+x_{\mathrm{Loij}}}\right|}^2\frac{r_{\mathrm{oij}}}{L_{\mathrm{ij}}}---\left(11\right),$

式中，V_i和V_j分别为第i个节点和第j个节点的电压；r_oij为节点i与节点j之间的线路单位电阻、x_Loij为节点i与节点j之间的线路单位电抗，L_ij为节点i与节点j之间的线路长度。

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