CN108899898A - 一种无功电压分区方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无功电压分区方法，包括：A、计算电网***处于临界状态时的L‑Q灵敏度矩阵，并以此定义电气距离，选取合适的类间距离结合层次聚类方法对负荷节点进行分区得到分区内层，并确定分区个数；B、计算***一时间断面下的***无功潮流，构建***有向加权无功拓扑图，采用基于边介数的社区发现方法对拓扑网络进行分区得到分区外层；C、基于无功储备量指标制定图层叠加原则，并对分区内层及分区外层进行图层叠加，得到最终的分区结果。其所得无功分区结构合理，可保证分区内有足够的无功储备，取得了较好的分区效果。

Description

一种无功电压分区方法
技术领域
本发明涉及电网无功电压分区技术领域，具体涉及一种无功电压分区方法。
背景技术
如何对电网进行合理有效的无功电压分区是无功电压控制方案的关键之一。随着电网越发庞大复杂，对电网运行过程中的分析监控也越发困难，传统的电网分区依赖于地理区域及人员运行经验，无法反映电网实际的运行状况。结合传统分析方法与现代复杂性科学对电力***进行分区，构建合理的电网结构对电力***安全运行具有重要意义。
目前，现有无功电压分区方法大多是通过***的电压/无功灵敏度矩阵、PQ分解法的B″矩阵定义的电气距离结合层次聚类法、图论法、模拟退火法、和复杂网络理论等分区算法进行划分。
但是现有对电气距离的定义只是片面的对节点电压、阻抗、功率、电流等变量进行分析考虑，无法同时反映节点间能量传播大小与距离，在综合反映实际电网运行过程中的电气联系上存在不足。
近年来，通过复杂网络理论对电力***网络解析成为当前电力研究的热点之一，现研究表明现代电力***具有小世界特性和无标度特性，该特性决定了电网中单节点故障将引发***连锁性停电，适用于解决电网分区问题。但在复杂分析网络理论中，以全局搜索方式计算模块度进而确定最优网络分区数时，需要较高时间复杂度及空间复杂度，并且在计算过程中定义的线路权重无法综合反映节点间的电气联系。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种无功电压分区方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种无功电压分区方法，包括：
A、计算电网***处于临界状态时的L-Q灵敏度矩阵，并以此定义电气距离，通过判断对比选取类间距离结合层次聚类方法对负荷节点进行分区得到分区内层，并确定分区个数；
B、计算***一时间断面下的***无功潮流，构建***有向加权无功拓扑图，采用基于边介数的社区发现方法对拓扑网络进行分区得到分区外层；
C、基于无功储备量指标制定图层叠加原则，并对分区内层及分区外层进行图层叠加，得到最终的分区结果。
本方案根据局部电压稳定指标定义了新的电气距离，利用层次聚类分析方法构建分区负荷内层；再以基于边介数的社区发现方法对复杂网络理论构建的无功传输网络拓扑图进行分区，构建分区外层；最后，以相应的划分原则进行图层叠加，实现电网分区。根据局部电压稳定指标提出了新的电气距离定义，该定义物理意义明确，更利于确定分区数目，加强区域的解耦特性。在分区的过程中考虑了无功潮流的有向性，构建的有向加权拓扑图考虑了线路阻抗对线路无功的影响，符合建模需要，减少了分区过程中的计算量。通过图层叠加的方法弥补了内外层分区所对应无法对保证无功平衡及无法确定分区数目的缺陷，所得无功分区结构合理，可保证分区内有足够的无功储备，取得了较好的分区效果。
采用本方案可实现反映节点间的电气联系的原理如下：
对j节点的L指标求全微分，L指标中的自变量有节点有功功率P、节点无功功率Q、节点电压幅值V和节点电压相位θ，其中P＝[P1,P2,L,Pn]T，Q＝[Q1,Q2,L,Qn]T，V＝[V1,V2,L,Vn]T，θ＝[θ1,θ2,L,θn]T，可得其全微分方程为：
由上式可知L指标可综合表征节点的物理特性，各节点间L指标的影响情况可间接反映节点间的电气联系。
负荷节点i与负荷节点j在n维空间中的电气距离为：
其中，dij为节点i与节点j之间的电气距离矩阵元素，dij＝-lg|αijαji|；αij为***L指标衰减矩阵元素，节点j为无功注入节点，节点i为响应节点， 分别表示节点无功功率变化及L指标的变化，j上的L指标变化为
构建***有向加权无功拓扑图包括计算有向加权最短电气路径
所述有向加权最短电气路径的计算方法为：
其中，为节点vi到节点vj的有向电气路径线路集合，Xij为线路电抗，Qij为当前时间潮流断面的线路无功潮流，wij＝Xij/Qij为线路权重系数。采用上述方法计算有向加权最短电气路径该电气路径计算了节点间的无功潮流，相对于线路阻抗而言更具有实际物理意义，该电气路径的计算是为了应用于基于边介数的社区发现方法，进而得到分区内层。
所述无功储备量指标的计算方法为：
其中，QGq为区域q的最大无功出力，QLq为区域q内的总无功负荷。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明根据局部电压稳定指标提出了新的电气距离定义，该定义物理意义明确，更利于确定分区数目，加强区域的解耦特性。在分区的过程中考虑了无功潮流的有向性，构建的有向加权拓扑图考虑了线路阻抗对线路无功的影响，符合建模需要，减少了分区过程中的计算量。通过图层叠加的方法弥补了内外层分区所对应无法对保证无功平衡及无法确定分区数目的缺陷，所得无功分区结构合理，可保证分区内有足够的无功储备，取得了较好的分区效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本方法的流程图。
图2为IEEE-39节点***分区内层示意图。
图3为IEEE-39节点***分区外层示意图。
图4为IEEE-39节点***6分区示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示的一种无功电压分区方法，包括：
A、计算电网***处于临界状态时的L-Q灵敏度矩阵，并以此定义电气距离，通过判断对比选取类间距离结合层次聚类方法对负荷节点进行分区得到分区内层，并确定分区个数；
B、计算***一时间断面下的***无功潮流，构建***有向加权无功拓扑图，采用基于边介数的社区发现方法对拓扑网络进行分区得到分区外层；
C、基于无功储备量指标制定图层叠加原则，并对分区内层及分区外层进行图层叠加，得到最终的分区结果。
实施例2
基于上述实施例的原理，本实施例公开一具体实施方式。
本实施例以IEEE-39标准节点***为例对本方案进行详细说明。
计算电网***处于临界状态时的L-Q灵敏度矩阵，并以此定义电气距离，具体的，负荷节点i与负荷节点j在n维空间中的电气距离计算方法为：
其中，dij为节点i与节点j之间的电气距离矩阵元素，dij＝-lg|αijαji|；αij为***L指标衰减矩阵元素，节点j为无功注入节点，节点i为响应节点， 分别表示节点无功功率变化及L指标的变化，j上的L指标变化为
计算***负荷节点间的电气距离，通过层次聚类分析算法对负荷节点进行聚类分区得到负荷分区内层，分区内层示意图如图2所示。
构建***有向加权无功拓扑图包括计算有向加权最短电气路径基于边介数的社区发现方法得到分区内层如图3所示。
所述有向加权最短电气路径的计算方法为：
其中，为节点vi到节点vj的有向电气路径线路集合，Xij为线路电抗，Qij为当前时间潮流断面的线路无功潮流，wij＝Xij/Qij为线路权重系数。
计算无功储备量指标
其中，QGq为区域q的最大无功出力，QLq为区域q内的总无功负荷。
基于无功储备量指标制定图层叠加原则，并对分区内层及分区外层进行图层叠加，得到最终的分区结果详见图4。
叠加过程中，线路26-27、17-27、17-16承载的无功潮流为67.1、-82.8、7.3、-41.6、30.2、-40.8Mvar，关键线路17-27承载的无功潮流与相邻线路26-27、17-16承载的无功交换差距较大，对其进行划分满足区域间弱耦合性的要求，得到的分区结果中分区1到分区6的无功储备依次为53.4％、21.6％、43.6％、30.0％、64.6％、20.7％，满足无功储备的要求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无功电压分区方法，其特征在于，包括：
A、计算电网***处于临界状态时的L-Q灵敏度矩阵，并以此定义电气距离，通过判断对比选取类间距离结合层次聚类方法对负荷节点进行分区得到分区内层，并确定分区个数；
B、计算***一时间断面下的***无功潮流，构建***有向加权无功拓扑图，采用基于边介数的社区发现方法对拓扑网络进行分区得到分区外层；
C、基于无功储备量指标制定图层叠加原则，并对分区内层及分区外层进行图层叠加，得到最终的分区结果。
2.根据权利要求1所述的一种无功电压分区方法，其特征在于，
负荷节点i与负荷节点j在n维空间中的电气距离为：
其中，dij为节点i与节点j之间的电气距离矩阵元素，dij＝-lg|αijαji|；αij为***L指标衰减矩阵元素，其中负荷节点j为无功注入节点，负荷节点i为响应节点，分别表示节点无功功率变化及L指标的变化，j上的L指标变化为
3.根据权利要求1所述的一种无功电压分区方法，其特征在于，构建***有向加权无功拓扑图包括计算有向加权最短电气路径
4.根据权利要求3所述的一种无功电压分区方法，其特征在于，所述有向加权最短电气路径的计算方法为：
其中，为节点vi到节点vj的有向电气路径线路集合，Xij为线路电抗，Qij为当前时间潮流断面的线路无功潮流，wij＝Xij/Qij为线路权重系数。
5.根据权利要求1所述的一种无功电压分区方法，其特征在于，所述无功储备量指标的计算方法为：
其中，QGq为区域q的最大无功出力，QLq为区域q内的总无功负荷。
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