CN109103888B - 一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，本发明首先定义了调节矩概念，并将各个调节节点的调节矩、调节时间、调节成本进行综合分析，形成各个调节节点对应于主变高压侧母线越限节点的调节函数。通过对各个调节节点的调节函数值进行排序，从众多调节策略中进行筛选，得到适用于主变高压侧电压越限的调节策略候选集，最后根据候选策略采用无功优化模型对越限节点电压进行调节。本发明通过调节策略候选集的利用，缩小了调节变量选择的范围，简化了调节程序；本发明方法执行速度快，且可节约计算内存。

Description

一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法

技术领域

本发明涉及省地电网无功调压领域，更具体地，涉及一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法。

背景技术

在目前省地电网协调控制过程中，由于电源和负荷的不确定性，很容易造成当220kV主变高压侧出现电压越限问题。目前常见的处理方法为基于全网的全局电压优化方法，采用灵敏度的计算方法计算全网各个调节措施对越限节点的影响。但是基于全网的全局电压优化方法调节变量繁多，容易造成调节程序复杂，调节时间过长，占用计算资源庞大等系列问题。

发明内容

为了解决目前全网的全局电压优化方法调节变量繁多的问题，本发明提出了一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，该方法包括如下步骤：

S1，建立省地电网节点-支路模型并确定线路和设备的电气参数；

为了简化问题，对实际省地电网节点-支路模型中10kV电压以下的网络进行简化等效，确定简化模型中线路和设备的电气参数；

S2，对主变越限点所连接支路进行遍历搜索；

对与主变高压侧母线越限节点i所连接的支路进行遍历搜索，确定与主变高压侧母线越限节点i所连接的所有路径；从所有路径中筛选具有无功调节设备的所有有效路径，将无功调节设备所在的电网节点定义为调节节点，将主变高压侧母线越限节点i与调节节点j的路径记为L_i,j；

S3，计算各调节节点对越限节点的调节矩；

将各调节节点对越限节点的调节矩定义为无功调节设备的调节力与两个节点调节距离的乘积，即：

M＝F*L_e (1)

其中，M表示调节矩的大小，F表示无功调节设备的调节力，L_e表示调节节点与越限节点之间的调节距离；

S4，根据调节矩的大小及调节时间和调节成本筛选出调节策略候选集；

将从无功调节设备的状态改变开始到越限节点电压发生变化期间所经历的时间定义为调节时间T，将单位调节力所对应的无功调节设备成本定义为调节成本C；将各种调节措施的调节矩M、调节时间T及调节成本C进行综合计算，形成调节函数，调节函数采用线性加权求和表达式，如下所示；

S_adj＝f(M,T,C)＝α_M/M+α_T*T+α_C*C (2)

式中，α_M，α_T及α_C分别表示调节矩M、调节时间T及调节成本C三者的权值；

根据调节函数值S_adj的大小进行从小到大排序筛选，得到主变高压侧电压越限时的调节策略候选集，如下表所示：

表1调节策略候选集

S5，利用无功优化模型，根据调节策略候选集对越限节点进行电压调节。

进一步地，步骤S2采用深度优先策略对主变高压侧母线越限节点所连接支路进行遍历搜索。

进一步地，步骤S3中，调节措施分为调节有载调压器的档位和改变无功补偿器的投切状态；

将单位调节距离下，主变高压侧母线越限节点电压改变1伏特时，有载调压器输出端电压的改变量ΔU_T或无功补偿器输出无功功率的改变量ΔQ_C定义为单位调节力；

将越限节点i与调节节点j的等效电气距离Z_ij,equ定义为调节距离L_(i,j)，公式表达式为：

L_(i,j)＝Z_ij,equ (3)

将(2)式代入(1)式可得到每个调节节点对越限节点的调节矩大小。

进一步地，步骤S4中，α_M、α_T及α_C三个权值参数的求解采用BP神经网络训练的方法。

进一步地，步骤S4采用双向冒泡排序法对调节函数值S_adj的大小进行排序。

进一步地，步骤S5中，根据候选策略，采用直角坐标下电压无功优化模型行电压调节，优化模型如下：

式中，目标函数中平衡节点的出力之和事实上等价于网络损耗；W_Gi表示在目标函数中发电机的无功功率松弛量对于越限节点电压影响的权重；W_Cj表示在目标函数中并联补偿设备组对越限节点电压调节的权重；W_Tk表示在目标函数中有载调压器对越限节点电压调节的权重；

U_i、V _i、

e_i、f_i、P_Gi、Q_Gi、P_Li和Q_Li分别表示越限节点i的电压幅值的平方、电压幅值下限、电压幅值上限、电压相量实部、电压相量虚部、电源有功注入、电源无功注入、有功负荷和无功负荷；ΔQ_Gi为电源无功变化量，

为电源无功变化量安全区的上限，P_ij(e,f,U,C,t)表示电压相量实部e、电压相量虚部f、电压幅值的平方U、并联补偿设备组投入组数C以及变压器档位调节t与电压越限节点和调节节点之间有功功率P_ij之间的函数关系；

Q_ij(e,f,U,C,t)表示电压相量实部e、电压相量虚部f、电压幅值的平方U、并联补偿设备组投入组数C以及变压器档位调节t与电压越限节点和调节节点之间无功功率Q_ij之间的函数关系；

和C_j分别为并联补偿设备组i的初始投入组数及优化后的投入组数；

t_k和M_k分别为有载调压器k的初始档位、优化后的档位以及调节档距；e_ck及f_ck分别为电压越限节点与有载调压器节点之间电压差相量的实部和虚部；e_jk及f_jk分别为有载调压器节点电压相量的实部和虚部；S_N为所有拓扑点的集合；S_slack为平衡节点的集合；S_G为所有发电机端拓扑点的集合；S_C为并联补偿设备组的集合；S_T为有载调压器抽头的集合。

本发明的有益效果是：

(1)通过调节策略候选集的利用，缩小了调节变量选择的范围，简化了调节程序。

例如在附图2检测到220kV节点B处(基准电压为230kV)发生电压越限，电压值达到237kV。

在传统的主变高压侧电压越限处理方法中，需要综合考虑全网500kV、220kV、110kV、35kV、10kV变电站中主变档位调节及电压补偿设备的动作。而本发明则通过候选集的利用，选择了500kV和220kV变电站中主变档位调节及电压补偿设备的动作，大大缩小了调节变量的规模。

(2)执行速度快。

采用本发明的调节方法对某地区电网主变高压侧母线越限节点进行电压调节，迭代执行5次后(每次迭代时间为36毫秒，总耗时180毫秒)，220kV节点B处电压U_HB电压值降为225kV，满足要求。

利用传统的调节方法，迭代次数为12次，每次迭代时间为253毫秒，总耗时3036毫秒。可见本发明大大降低了执行时间。

(3)节约计算内存。

附图说明

图1电网主变高压侧母线电压越限处理流程图；

图2某地区电网结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明首先定义了调节矩概念，并将各个调节节点的调节矩、调节时间、调节成本进行综合分析，形成各个调节节点对应于主变高压侧母线越限节点的调节函数。通过对各个调节节点的调节函数值进行排序，从众多调节策略中进行筛选，得到适用于主变高压侧电压越限的调节策略候选集，最后根据候选策略采用无功优化模型对越限节点电压进行调节。具体详细步骤如下：

S1，建立省地电网节点-支路模型并确定线路和设备的电气参数；

为了简化问题，对实际省地电网节点-支路模型中10kV电压以下的网络进行简化等效，确定简化模型中线路和设备的电气参数；

S2，对主变越限点所连接支路进行遍历搜索；

对与主变高压侧母线越限节点i所连接的支路进行遍历搜索，确定与主变高压侧母线越限节点i所连接的所有路径；从所有路径中筛选具有无功调节设备的所有有效路径，将无功调节设备所在的电网节点定义为调节节点，将主变高压侧母线越限节点i与调节节点j的路径记为L_i,j；

采用深度优先策略对主变高压侧母线越限节点所连接支路进行遍历搜索；

S3，计算各调节节点对越限节点的调节矩；

3.1将各调节节点对越限节点的调节矩定义为无功调节设备的调节力与两个节点调节距离的乘积，即：

M＝F*L_e (5)

其中，M表示调节矩的大小，F表示无功调节设备的调节力，L_e表示调节节点与越限节点之间的调节距离；此处的调节距离取两节点之间的电气距离；

3.2将调节措施分为调节有载调压器的档位和改变无功补偿器的投切状态；

将单位调节距离下，主变高压侧母线越限节点电压改变1伏特时，有载调压器输出端电压的改变量ΔU_T或无功补偿器输出无功功率的改变量ΔQ_C定义为单位调节力；

将越限节点i与调节节点j的等效电气距离Z_ij,equ定义为调节距离L_(i,j)，公式表达式为：

L_(i,j)＝Z_ij,equ (6)

将(6)式代入(5)式可得到每个调节节点对越限节点的调节矩大小；

S4，根据调节矩的大小及调节时间和调节成本筛选出调节策略候选集；

将从无功调节设备的状态改变开始到越限节点电压发生变化期间所经历的时间定义为调节时间T，将单位调节力所对应的无功调节设备成本定义为调节成本C；将各种调节措施的调节矩M、调节时间T及调节成本C进行综合计算，形成调节函数，经过比较分析，本发明中调节函数采用线性加权求和表达式，如下所示；

S_adj＝f(M,T,C)＝α_M/M+α_T*T+α_C*C (7)

式中，α_M，α_T及α_C分别表示调节矩M、调节时间T及调节成本C三者的权值；α_M、α_T及α_C三个权值参数的求解可采用BP神经网络训练的方法。

根据调节函数值S_adj的大小进行从小到大排序筛选(为了减少排序时间，本发明采用双向冒泡排序策略)，得到主变高压侧电压越限时的调节策略候选集。

例如，当附图2检测到220kV节点B处(基准电压为230kV)发生电压越限时，电压值达到237kV。

经过对计算所得调节函数值的排序筛选，得到表1所示的候选集。

表1调节策略候选集

策略编号	候选策略
		1	对500kv变电站A中的无功补偿器切除电容补偿设备
2	对500kv变电站A中有载调压器减小档位
		3	对220kV变电站B中的无功补偿器切除电容补偿设备

通过候选集的利用，大大缩小了调节变量的规模，并且达到了与传统基于全网的无功优化方法相同的调节效果。

S5，利用无功优化模型，根据调节策略候选集对越限节点进行电压调节。在本发明中采用直角坐标下电压无功优化模型，优化模型如下：

式中，目标函数中平衡节点的出力之和事实上等价于网络损耗；W_Gi表示在目标函数中发电机的无功功率松弛量对于越限节点电压影响的权重；W_Gj表示在目标函数中并联补偿设备组对越限节点电压调节的权重；W_Tk表示在目标函数中有载调压器对越限节点电压调节的权重；

U_i、V _i、

e_i、f_i、P_Gi、Q_Gi、P_Li和Q_Li分别表示越限节点i的电压幅值的平方、电压幅值下限、电压幅值上限、电压相量实部、电压相量虚部、电源有功注入、电源无功注入、有功负荷和无功负荷；△Q_Gi为电源无功变化量，

为电源无功变化量安全区的上限，P_ij(e,f,U,C,t)表示电压相量实部e、电压相量虚部f、电压幅值的平方U、并联补偿设备组投入组数C以及变压器档位调节t与电压越限节点和调节节点之间有功功率P_ij之间的函数关系；

Q_ij(e,f,U,C,t)表示电压相量实部e、电压相量虚部f、电压幅值的平方U、并联补偿设备组投入组数C以及变压器档位调节t与电压越限节点和调节节点之间无功功率Q_ij之间的函数关系；

和C_j分别为并联补偿设备组i的初始投入组数及优化后的投入组数；

t_k和M_k分别为有载调压器k的初始档位、优化后的档位以及调节档距；e_ck及f_ck分别为电压越限节点与有载调压器节点之间电压差相量的实部和虚部；e_jk及f_jk分别为有载调压器节点电压相量的实部和虚部；S_N为所有拓扑点的集合；S_slack为平衡节点的集合；S_G为所有发电机端拓扑点的集合；S_C为并联补偿设备组的集合；S_T为有载调压器抽头的集合。

本发明将电压调节设备对越限节点电压的调节作用以调节矩进行定义，与机械领域的力矩作用类似，调节矩定义为调节力与调节距离的乘积。本发明将调节矩与调节时间、调节成本进行加权求和计算，形成调节点对越限节点的调节函数。本发明将计算所得调节函数的大小利用双向冒泡排序法进行排序，根据排序结果进行对调节策略进行筛选得到调节策略候选集。

以上仅为本发明具体实施方式，不能以此来限定本发明的范围，本技术领域内的一般技术人员根据本创作所作的均等变化，以及本领域内技术人员熟知的改变，都应仍属本发明涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立省地电网节点-支路模型并确定线路和设备的电气参数；

对实际省地电网节点-支路模型中10kV电压以下的网络进行简化等效，确定简化模型中线路和设备的电气参数；

S2，对主变越限点所连接支路进行遍历搜索；

对与主变高压侧母线越限节点i所连接的支路进行遍历搜索，确定与主变高压侧母线越限节点i所连接的所有路径；从所有路径中筛选具有无功调节设备的所有有效路径，将无功调节设备所在的电网节点定义为调节节点，将主变高压侧母线越限节点i与调节节点j的路径记为L_i,j；

S3，计算各调节节点对越限节点的调节矩；

将各调节节点对越限节点的调节矩定义为无功调节设备的调节力与两个节点调节距离的乘积，即：

M＝F*L_e (1)

其中，M表示调节矩的大小，F表示无功调节设备的调节力，L_e表示调节节点与越限节点之间的调节距离；

S4，根据调节矩的大小及调节时间和调节成本筛选出调节策略候选集；

将从无功调节设备的状态改变开始到越限节点电压发生变化期间所经历的时间定义为调节时间T，将单位调节力所对应的无功调节设备成本定义为调节成本C；将各种调节措施的调节矩M、调节时间T及调节成本C进行综合计算，形成调节函数，调节函数采用线性加权求和表达式，如下所示；

S_adj＝f(M,T,C)＝α_M/M+α_T*T+α_C*C (2)

式中，α_M，α_T及α_C分别表示调节矩M、调节时间T及调节成本C三者的权值；

根据调节函数值S_adj的大小进行从小到大排序筛选，得到主变高压侧电压越限时的调节策略候选集，如下表所示：

表1调节策略候选集

S5，利用无功优化模型，根据调节策略候选集对越限节点进行电压调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，其特征在于，步骤S2采用深度优先策略对主变高压侧母线越限节点所连接支路进行遍历搜索。

3.根据权利要求1所述的一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，其特征在于，步骤S3中，调节措施分为调节有载调压器的档位和改变无功补偿器的投切状态；

将单位调节距离下，主变高压侧母线越限节点电压改变1伏特时，有载调压器输出端电压的改变量ΔU_T或无功补偿器输出无功功率的改变量ΔQ_C定义为单位调节力；

将越限节点i与调节节点j的等效电气距离Z_ij,equ定义为调节距离L_(i,j)，公式表达式为：

L_(i,j)＝Z_ij,equ (3)

将(2)式代入(1)式可得到每个调节节点对越限节点的调节矩大小。

4.根据权利要求1所述的一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，其特征在于，步骤S4中，α_M、α_T及α_C三个权值参数的求解采用BP神经网络训练的方法。

5.根据权利要求1所述的一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，其特征在于，步骤S4采用双向冒泡排序法对调节函数值S_adj的大小进行排序。

6.根据权利要求1所述的一种基于电压调节矩的主变高压侧母线电压越限处理方法，其特征在于，步骤S5中，根据候选策略，采用直角坐标下电压无功优化模型行电压调节，优化模型如下：

式中，目标函数中平衡节点的出力之和事实上等价于网络损耗；W_Gi表示在目标函数中发电机的无功功率松弛量对于越限节点电压影响的权重；W_Cj表示在目标函数中并联补偿设备组对越限节点电压调节的权重；W_Tk表示在目标函数中有载调压器对越限节点电压调节的权重；

U_i、V _i、

e_i、f_i、P_Gi、Q_Gi、P_Li和Q_Li分别表示越限节点i的电压幅值的平方、电压幅值下限、电压幅值上限、电压相量实部、电压相量虚部、电源有功注入、电源无功注入、有功负荷和无功负荷；ΔQ_Gi为电源无功变化量，

为电源无功变化量安全区的上限，P_ij(e,f,U,C,t)表示电压相量实部e、电压相量虚部f、电压幅值的平方U、并联补偿设备组投入组数C以及变压器档位调节t与电压越限节点和调节节点之间有功功率P_ij之间的函数关系；

Q_ij(e,f,U,C,t)表示电压相量实部e、电压相量虚部f、电压幅值的平方U、并联补偿设备组投入组数C以及变压器档位调节t与电压越限节点和调节节点之间无功功率Q_ij之间的函数关系；

和C_j分别为并联补偿设备组i的初始投入组数及优化后的投入组数；

t_k和M_k分别为有载调压器k的初始档位、优化后的档位以及调节档距；e_ck及f_ck分别为电压越限节点与有载调压器节点之间电压差相量的实部和虚部；e_jk及f_jk分别为有载调压器节点电压相量的实部和虚部；S_N为所有拓扑点的集合；S_slack为平衡节点的集合；S_G为所有发电机端拓扑点的集合；S_C为并联补偿设备组的集合；S_T为有载调压器抽头的集合。

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