專利名稱：靜態混成電壓自控中間層發電機組和無功補償器調控方法
技術領域：
本技術發明屬于電力系統的大型區域電網、省級電網和地區電網中的電壓無功自動控制方法。
背景技術：
電力系統的發展促使人們不斷努力改善電力系統的安全性和穩定性，尤其是電力市場的出現對電力系統的穩定性提出了更高的要求，并使電力系統的安全穩定運行問題帶有新的特點。一般發電廠站遠離負荷中心，但由于經濟以及環境保護等的因素，一方面，某些電力網絡的發展跟不上電力負荷快速增長的需要，使得一些傳輸線路處于重載或超載運行狀態；另一方面，電力市場的實施將會使負荷的起落量以及變化的無序性加大。因此維持系統電壓水平，提高電壓質量和保持系統的電壓穩定性成為一個極具挑戰性的問題。
正是在這樣的背景下，本發明將混成自動控制系統的理念引入電壓控制，以離散事件為驅動，提出了靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控方法，實現對發電廠和無功補償器的電壓控制。
發明內容
本發明的目的在于提供靜態混成電壓自控中間層發電機組和無功補償器調控方法。
本發明的特征在于，該方法在靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控計算機依次按照以下步驟實現的步驟(1)初始化設定①電力系統的網絡參數，其中包括輸電線路的串聯電阻、串聯電抗、并聯電導和并聯電納；變壓器的變比和阻抗；并聯在輸電線路上的電容器和電抗器的阻抗；電力系統的母線節點的名稱；②在所有母線節點中設定關鍵母線節點P的個數αP、對應的母線名，以及各關鍵節點的電壓控制量ΔVPi[k]，其中i為關鍵母線節點P的序號，i＝1，…，αP，k為采樣時刻的序號，下同；③發電機節點個數αG和無功補償器節點個數αS，以及給定的優化潮流下的每個發電機節點電壓參考值VGmref[k]和每個無功補償器節點的電壓參考值VSnref[k]，其中m為發電機節點的序號，m＝1，…，αG，n為無功補償器節點的序號，n＝1，…，αS；給定電力系統的實時量測數據，其中包括各母線節點的電壓、電流、有功功率和無功功率；步驟(2)在第k個采樣間隔后的當前時刻，根據給定的電力系統各母線節點的電壓電壓、電流和有功功率和無功功率的數值，以及電力系統的網絡參數形成當前電力系統的節點導納矩陣，導納矩陣B是一個系數矩陣，其系數為B，該導納矩陣B表示如下；B=BDDBDPBDGBDSBPDBPPBFGBPSBGDBGPBGGBGSBSDBSPBSGBSS]]>其中下標P代表關鍵節點，下標D代表除關鍵母線節點外的負荷節點，下標G代表發電機節點，下標S代表無功補償器節點，BDP代表關鍵母線節點和其他負荷節點之間的互導納矩陣系數，BDP＝BPD，BDG代表發電機節點和其他負荷節點之間的互導納矩陣系數，BDG＝BGD，BDS代表無功補償器節點和其他負荷節點之間的互導納矩陣系數，BDS＝BSD，BPG代表關鍵母線節點和發電機節點之間的互導納矩陣系數，BPG＝BGP，BPS代表關鍵母線節點和無功補償器節點之間的互導納矩陣系數，BPS＝BSP，BGS代表發電機節點和無功補償器節點之間的互導納矩陣系數，BGS＝BSG，BPP、BDD、BGG、BSS分別代表關鍵母線節點之間的自導納矩陣系數、其他負荷節點之間的自導納矩陣系數、發電機節點之間的自導納矩陣系數、以及無功補償器節點之間的自導納矩陣系數；步驟(3)按照以下公式求出第k個采樣間隔后的當前時刻，關鍵母線節點P的電壓改變量ΔVP[k]與發電機節點電壓控制值ΔVG[k]和無功補償器節點的電壓控制值ΔVS[k]之間的表達式ΔVP[k]＝TPGΔVG[k]+TPSΔVS[k]其中ΔVP[k]=ΔVP1[k]ΔVP2[k]···ΔVPαP[k]T,]]>ΔVP[k]為αP維列向量，其中每個元素代表每個關鍵節點對應的電壓控制值，ΔVG[k]=ΔVG1[k]ΔVG2[k]···ΔVGαG[k]T,]]>ΔVG[k]為αG維列向量，其中每個元素代表每個發電機節點對應的電壓控制值，ΔVS[k]=ΔVS1[k]ΔVS2[k]···ΔVSαS[k]T,]]>ΔVS[k]為αS維列向量，其中每個元素代表每個無功補償器節點對應的電壓控制值，TPG=-B~PP-1B~PG,]]>αP×αG維矩陣，
TPS=-B~PP-1B~PS,]]>αP×αS維矩陣，系數矩陣 為把導納矩陣B中消去除關鍵母線節點外的負荷節點ΔVD[k]后得到的簡化矩陣，其系數為 該系數矩陣 表示如下；B~=B~PPB~PGB~PSB~GPB~GGB~GSB~SPB~SGB~SS]]>上式中B~PP=BPP-BPDBDD-1BDP,B~PG=BPG-BPDBDD-1BDG,B~PS=BPS-BPDBDD-1BDS,]]>B~GP=BGP-BGDBDD-1BDP,B~GG=BGG-BGDBDD-1BDG,B~PS=BGS-BGDBDD-1BDS,]]>B~SP=BSP-BSDBDD-1BDP,B~SG=BSG-BSDBDD-1BDG,B~SS=BSS-BSDBDD-1BDS;]]>步驟(4)在對關鍵母線節點P的電壓控制量ΔVP[k]做定值控制的同時，按照下式優化各發電機節點的電壓控制量ΔVG[k]和無功補償器節點的電壓控制量ΔVS[k]ΔVG[k]=(R1[k])-1Σi=1αPλiTPiG+VGref[k]-VG[k]]]>ΔVS[k]=(R2[k])-1Σi=1αPλiTPiS+VSref[k]-VS[k]]]>其中R1[k]和R2[k]為單位對角權矩陣，λi為調控系數，i＝1，…，αP，VGref[k]=VG1ref[k]VG2ref[k]···VGαGref[k]T,]]>VGref[k]為αG維列向量，其中每個元素代表每個發電機節點給定的電壓參考值，VSref[k]=VS1ref[k]VS2ref[k]···VSαSref[k]T,]]>VSref[k]為αS維列向量，其中每個元素代表每個無功補償器節點給定的電壓參考值，VG[k]=VG1[k]VG2[k]···VGαG[k]T,]]>VG[k]為αG維列向量，其中每個元素代表第k個采樣間隔后的當前時刻每個發電機節點的量測電壓值，VS[k]=VS1[k]VS2[k]···VSαS[k]T,]]>VS[k]為αS維列向量，其中每個元素代表第k個采樣間隔后的當前時刻每個無功補償器節點的量測電壓值；步驟(5)把步驟(4)中得到的ΔVG[k]和ΔVS[k]代入步驟(3)中的ΔVP[k]，求出λi(i＝1，…，αP)，再把λi反代回步驟(4)中的ΔVG[k]和ΔVS[k]，求出發電機節點電壓控制量ΔVG[k]和無功補償器節點電壓控制量ΔVS[k]；步驟(6)把步驟(5)中得到的電壓控制量ΔVG[k]和ΔVS[k]做為控制指令輸出。
本發明采用協調優化控制手段，提出了靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控方法。本發明可以實現對系統電壓安全性和運行經濟性的自動協調優化控制，從而保證電壓安全性以及運行的經濟性。
本發明的優點有1)本發明專利提出的發電機組和無功補償器的控制策略，從而保證系統電壓的安全—穩定—經濟協調優化，并且本發明可以通過計算機進行自動計算與調控；2)本發明提出的靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控方法是使得電力系統關鍵節點的電壓控制量等于設定值的同時，各發電機節點和無功補償器節點的電壓值盡量接近優化潮流計算后的電壓參考值。這意味著電力系統在保證電力系統電壓安全性的前提下，最大程度地保證了電力系統的經濟性。
本發明提出的靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控方法可以實用于我國各大區域和省級以及地區電力系統的靜態混成自動電壓控制系統之中，并產生重大的經濟和社會效益。
圖1.本發明所述方法的硬件平臺。
圖2.本發明所述方法的程序流程框圖。
圖3.6機22母線系統接線圖。
具體實施例方式
本發明提出的靜態混成電壓自控中間層發電機組和無功補償器調控方法的主要實現方式如圖1所示。
本發明按照以下幾個階段實施(流程參見圖2)步驟1在離線狀態下，給出電力系統有關電壓質量、電壓安全、經濟運行等方面的指標(a)給定電力系統的網絡參數；(b)給定的關鍵母線節點個數αP以及對應的母線名，以及各關鍵母線節點的控制量ΔVPi[k]；(c)給定的發電機節點個數αG和無功補償器節點個數αS，以及給定的優化潮流下每個發電機節點電壓參考值VGmref[k]和每個無功補償器節點的電壓參考值VSnref[k]；步驟2根據給定的電力系統各母線節點的電壓電壓、電流、有功功率和無功功率的數值以及系統網絡參數可以形成當前電力系統的節點導納矩陣B；步驟3根據當前電力系統的節點導納矩陣寫出電力系統快速分解法的Q-V迭代方程；步驟4對上步得到的Q-V迭代方程進行消去負荷節點ΔVD[k]的計算，最后得到ΔVP[k]的表達式
ΔVP[k]=-B~PP-1B~PGΔVG[k]-B~PP-1B~PSΔVS[k]]]>=TPGΔVG[k]+TPSΔVS[k]]]>步驟5為了使得各關鍵母線節點的電壓控制量等于ΔVPi[k]的同時，各發電機節點和無功補償器節點的電壓值盡量接近優化潮流計算后的電壓參考值，我們求解以下的優化問題min12(ΔV^GT[k])R1[k](ΔV^G[k])+12(ΔV^ST[k])R2[k](ΔV^S[k])s.t.ΔVP[k]-TPGΔVG[k]-TPSΔVS[k]=0]]>其中V^G[k]=VGref[k]-VG[k]-ΔVG[k]]]>V^S[k]=VSref[k]-VS[k]-ΔVS[k]]]>可以得到ΔVG[k]=(R1[k])-1Σi=1αPλiTPiG+VGref[k]-VG[k]---(a)]]>ΔVS[k]=(R2[k])-1Σi=1αPλiTPiS+VSref[k]-VS[k]---(b)]]>ΔVP[k]＝TPGΔVG[k]+TPSΔVS[k](c)步驟6將公式(a)和公式(b)代入公式(c)，可以求出λi(i＝1，…，αP)，再將λi反代回公式(a)和公式(b)，從而得到發電機節點電壓控制量ΔVG[k]和無功補償器節點電壓控制量ΔVS[k]；步驟7得到發電機節點電壓控制量ΔVG[k]和無功補償器節點電壓控制量ΔVS[k]之后，將作為控制指令輸出；為了驗證所提出的靜態混成自動電壓控制方法的效果，我們進行計算機仿真研究，仿真測試系統采用6機22母線系統(如圖3所示)。
設定在k＝0時刻，(a)仿真測試系統網絡參數見表1，(b)給定的關鍵母線節點個數為2，分別為11號母線節點和16號母線節點，以及11號關鍵節點的電壓控制量ΔVP11
＝0.0528，16號關鍵節點的電壓控制量ΔVP-16
＝0.0414；(c)給定的電力系統中發電機控制節點有5個，分別為1號、2號、3號、4號、5號節點，無功補償器控制節點1個，為6號節點，同時在優化潮流下各發電機節點的電壓參考值VG1ref
=1.00000,VG2ref
=1.06375,]]>VG3ref
=0.99703,VG4ref
=1.10000,VG5ref
=1.10000,]]>無功補償器節點的電壓參考值VS1ref
=1.07302;]]>給定該系統各母線節點的電壓電壓、電流和有功功率和無功功率的實時數值見表2；經過靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控計算機處理，得到各發電機節點電壓控制量ΔVG1
＝-0.0086，ΔVG2
＝0.0744，ΔVG3
＝-0.0213，ΔVG4
＝0.0735，ΔVG5
＝0.0306，無功補償器節點的電壓控制量ΔVS1
＝0.0356，以上控制量作為控制指令輸出。
6機22母線系統在接收以上控制指令后進行相應的運行調整。在k＝1時刻得到各發電機節點的電壓為VG1[1]＝0.9914，VG2[1]＝1.0435，VG3[1]＝0.9787，VG4[1]＝1.08955，VG5[1]＝1.07967，無功補償器節點的電壓為VS1[1]＝1.0356，同時11號關鍵節點的電壓VP11[1]＝1.06053，16號關鍵節點的電壓VP16[1]＝1.03934。
VP11[1]-VP11
＝1.06053-1.00834＝0.05219VP16[1]-VP16
＝1.03934-0.99849＝0.04085k＝0時刻電力系統的網絡有功損耗值Sloss
＝0.474，在k＝1時刻電力系統的網絡有功損耗值Sloss[1]＝0.411。
仿真測試結果表明靜態混成電壓自控中間層發電機組和無功補償器調控方法使得電力系統關鍵節點的電壓控制量等于設定值的同時，各發電機節點和無功補償器節點的電壓值盡量接近優化潮流計算后的電壓參考值，從而在保證電力系統電壓安全性的前提下，最大程度地保證了電力系統的經濟性。
表1.線路參數
表2.潮流數據
權利要求
1.靜態混成電壓自控中間層發電機組和無功補償器調控方法，其特征在于，該方法在靜態混成自動電壓控制中間層發電機組和無功補償器調控計算機中依次按以下步驟實現步驟(1)初始化設定①電力系統的網絡參數，其中包括輸電線路的串聯電阻、串聯電抗、并聯電導和并聯電納；變壓器的變比和阻抗；并聯在輸電線路上的電容器和電抗器的阻抗；電力系統的母線節點的名稱；②在所有母線節點中設定關鍵母線節點P的個數αP、對應的母線名，以及各關鍵節點的電壓控制量ΔVPi[k]，其中i為關鍵母線節點P的序號，i＝1，…，αP，k為采樣時刻的序號，下同；③發電機節點個數αG和無功補償器節點個數αS，以及給定的優化潮流下的每個發電機節點電壓參考值VGmref[k]和每個無功補償器節點的電壓參考值VSnref[k]，其中m為發電機節點的序號，m＝1，…，αG，n為無功補償器節點的序號，n＝1，…，αS；給定電力系統的實時量測數據，其中包括各母線節點的電壓、電流、有功功率和無功功率；步驟(2)在第k個采樣間隔后的當前時刻，根據給定的電力系統各母線節點的電壓電壓、電流和有功功率和無功功率的數值，以及電力系統的網絡參數形成當前電力系統的節點導納矩陣，導納矩陣B是一個系數矩陣，其系數為B，該導納矩陣B表示如下；B=BDDBDPBDGBDSBPDBPPBFGBPSBGDBGPBGGBGSBSDBSPBSGBSS]]>其中下標P代表關鍵節點，下標D代表除關鍵母線節點外的負荷節點，下標G代表發電機節點，下標S代表無功補償器節點，BDP代表關鍵母線節點和其他負荷節點之間的互導納矩陣系數，BDP＝BPD，BDG代表發電機節點和其他負荷節點之間的互導納矩陣系數，BDG＝BGD，BDS代表無功補償器節點和其他負荷節點之間的互導納矩陣系數，BDS＝BSD，BPG代表關鍵母線節點和發電機節點之間的互導納矩陣系數，BPG＝BGP，BPS代表關鍵母線節點和無功補償器節點之間的互導納矩陣系數，BPS＝BSP，BGS代表發電機節點和無功補償器節點之間的互導納矩陣系數，BGS＝BSG，BPP、BDD、BGG、BSS分別代表關鍵母線節點之間的自導納矩陣系數、其他負荷節點之間的自導納矩陣系數、發電機節點之間的自導納矩陣系數、以及無功補償器節點之間的自導納矩陣系數；步驟(3)按照以下公式求出第k個采樣間隔后的當前時刻，關鍵母線節點P的電壓改變量ΔVP[k]與發電機節點電壓控制值ΔVG[k]和無功補償器節點的電壓控制值ΔVS[k]之間的表達式ΔVP[k]＝TPGΔVG[k]+TPSΔVS[k]其中ΔVP[k]=ΔVP1[k]ΔVP2[k]···ΔVPαP[k]T,]]>ΔVP[k]為αP維列向量，其中每個元素代表每個關鍵節點對應的電壓控制值，ΔVG[k]=ΔVG1[k]ΔVG2[k]···ΔVPαG[k]T,]]>ΔVG[k]為αG維列向量，其中每個元素代表每個發電機節點對應的電壓控制值，ΔVS[k]=ΔVS1[k]ΔVS2[k]···ΔVSαS[k]T,]]>ΔVS[k]為αS維列向量，其中每個元素代表每個無功補償器節點對應的電壓控制值，TPG=-B~PP-1B~PG,]]>αP×αG維矩陣，TPS=-B~PP-1B~PS,]]>αP×αS維矩陣，系數矩陣 為把導納矩陣B中消去除關鍵母線節點以外的負荷節點ΔVD[k]后得到的簡化矩陣，其系數為 該系數矩陣 表示如下；B~=B~PPB~PGB~PSB~GPB~GGB~GSB~SPB~SGB~SS]]>上式中B~PP=BPP-BPDBDD-1BDP,B~PG=BPG-BPDBDD-1BDG,B~PS=BPS-BPDBDD-1BDS,]]>B~GP=BGP-BGDBDD-1BDP,B~GG=BGG-BGDBDD-1BDG,B~PS=BGS-BGDBDD-1BDS,]]>B~SP=BSP-BSDBDD-1BDP,B~SG=BSG-BSDBDD-1BDG,B~SS=BSS-BSDBDD-1BDS,]]>步驟(4)在對關鍵母線節點P的電壓控制量ΔVP[k]做定值控制的同時，按照下式優化各發電機節點的電壓控制量ΔVG[k]和無功補償器節點的電壓控制量ΔVS[k]ΔVG[k]=(R1[k])-1Σi=1αPλiTPiG+VGref[k]-VG[k]]]>ΔVS[k]=(R2[k])-1Σi=1αPλiTPiS+VSref[k]-VS[k]]]>其中R1[k]和R2[k]為單位對角權矩陣，λi為調控系數，i＝1，…，αP，VGref[k]=VG1ref[k]VG2ref[k]···VGαGref[k]T,]]>VGref[k]為αG維列向量，其中每個元素代表每個發電機節點給定的電壓參考值，VSref[k]=VS1ref[k]VS2ref[k]···VSαSref[k]T,]]>VSref[k]為αS維列向量，其中每個元素代表每個無功補償器節點給定的電壓參考值，VG[k]=VG1[k]VG2[k]···VGαG[k]T,]]>VG[k]為αG維列向量，其中每個元素代表第k個采樣間隔后的當前時刻每個發電機節點的量測電壓值，VS[k]=VS1[k]VS2[k]···VSαS[k]T,]]>VS[k]為αS維列向量，其中每個元素代表第k個采樣間隔后的當前時刻每個無功補償器節點的量測電壓值；步驟(5)把步驟(4)中得到的ΔVG[k]和ΔVS[k]代入步驟(3)中的ΔVP[k]，求出λi(i＝1，…，αP)，再把λi反代回步驟(4)中的ΔVG[k]和ΔVS[k]，求出發電機節點電壓控制量ΔVG[k]和無功補償器節點電壓控制量ΔVS[k]；步驟(6)把步驟(5)中得到的電壓控制量ΔVG[k]和ΔVS[k]做為控制指令輸出。
全文摘要
本發明屬于電網電壓無功自動控制技術領域，其特征在于在對關鍵母線節點電壓進行定值控制的同時，用優化算法對各發電機節點和無功補償器節點的電壓進行優化控制，使得的設定的各發電機節點和無功補償器節點的電壓盡量接近優化潮流算得的參考值，從而保證電力系統電壓的安全－穩定－經濟三者協調優化。
文檔編號H02J3/18GK101034812SQ20071009878
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月27日 優先權日2007年4月27日
發明者胡偉, 梅生偉, 陳穎, 張雪敏, 盧強 申請人:清華大學