一种大型城市电网的类同步调相机的优选方法技术

本发明专利技术提出一种大型城市电网的类同步调相机的优选方法，属于电力系统优化技术领域。该方法首先建立同步发电机无功功率上、下限与有功功率间的一次函数关系并得到相关参数，确定在低负荷阶段发电机做类同步调相机运行的场景数量，建立类同步调相机优化配置模型；将模型分解为主问题模型和子问题模型；对主问题模型求解，得到类同步调相机优选结果；将主问题模型的解带入子问题模型，在每个场景下，子问题模型对主问题模型解进行交流可行性校验，迭代循环求解，直到得到主问题模型的最优解。本发明专利技术通过合理配置类同步调相机，增强了大型城市电网的电压控制手段，更好发挥了城市电网自身存在的电压无功调节潜力，保障了电力系统的安全稳定运行。

Optimization method of class synchronous camera for large scale urban power grid

The invention provides a preferred method of a class synchronous camera for a large urban power grid, which belongs to the technical field of power system optimization. The method firstly establishes a synchronous generator reactive power function relationship between the upper and lower limit and active power and the related parameters, determine the number of synchronous operation of class scene in the low load stage generator, a optimization model of the synchronous condenser; the model decomposition of the main problem model and model of main problems; the problem solving model, get the kind of synchronous optimization results; the main problem solving model into sub problem, in each scenario, the model sub problem on the main problem to communicate the feasibility check, the iteration cycle is the optimal solution obtained until the main problem model. The reasonable configuration of synchronous voltage, enhances the large city power grid control means, better play the city power grid voltage and reactive power regulation potential, guarantee the safe and stable operation of power system.

【技术实现步骤摘要】
一种大型城市电网的类同步调相机的优选方法
本专利技术属于电力系统优化的
，具体地涉及一种大型城市电网的类同步调相机的优化方法。
技术介绍
城市电网泛指为城市供电的各电压等级电力系统，不仅是城市重要基础设施，还是区域电力系统的重要组成部分，具有用量大、负荷密度高、供电质量要求高等特点。按照2014年国务院发布的《关于调整城市规模划分标准的通知》，我国符合超大型城市标准的有北京、上海、天津、重庆、广州、深圳6座城市，符合特大型标准的有南京、杭州、武汉等10座城市，符合大型标准的有124座。受我国能源结构调整、发展策略及环保排放方面影响，区外来电比重增加、区内电源数量减少正逐渐成为大型城市电网的主要特征。同步发电机是电力系统中最重要的动态无功源，区内电源数量不足的大型城市电网面临动态无功储备不足、无功电源支撑缺乏的问题。尤其是在城市电网在负荷低谷期间，电压偏高越限的问题是逐渐突出。根据华东地区部分城市电网低负荷期间同步发电机无功功率的运行统计数据，尽管机组已达到吸收无功功率能力的上限，电网中节点电压偏高的问题依然存在。因此开展高受电比重弱电源支撑大型城市电网的动态无功源的配置研究非常重要。根据国家电网公司战略规划，在“十三五”期间，将在多回特高压直流的送受端加装同步调相机以应对特高压直流送受端动态无功储备和电压支撑不足的突出问题；同步调相机即为运行于电动机状态，不带机械负载也不带原动机，只向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机。同步调相机的配置和运行成本较高，考虑大型城市电网的区外来电比重大，区内电源功率水平较低的特点，将现有城市电网内的同步发电机进行电气化改造，以使其可以在低有功功率输出的状态下运行而扩大其无功功率范围是一个有效的提高城市电网电压支撑能力的手段。将同步发电机经过电气化改造后，其无功功率范围得到扩大，而在低有功功率运行，称为类同步调相机。类同步调相机是一种实现大型城市电网电压安全稳定的新技术，可参与城市电网的电压安全控制。作为动态无功设备，类同步调相机既可以通过进相运行吸收无功以缓解大型城市电网电压偏高的问题，也可以动态地输出无功功率以应对大型城市电网的交直流系统稳态故障，与STATCOM(静止同步补偿装置)等FACTS(柔性交流输电系统)设备相比，FACTS设备虽然在响应速度上更有优势，但类同步调相机从系统惯性、提高系统短路比、改造的经济性方面效果更优。因此开展如何基于目前城市电网中现有的同步发电机的参数和电压控制潜力和在网络中的电压控制效果来选择进行电气化改造，进而作为类同步调相机运行的研究，实现类同步调相机作为无功补偿装置的优化配置是这一技术手段投入应用前需要解决的关键问题。无功补偿装置的优化配置问题包括对无功补偿装置的选址和容量确定，所建立的优化模型是一个含有混合整数变量的非凸非线性的优化问题，在考虑多运行场景的情况下，求解难度较大。目前的专利技术专利主要体现为无功补偿装置的选址问题，所使用的方法主要是基于排序的自动选址和动态规划的方法。中国专利技术专利(申请号201610262591.9)一种大电网无功补偿自动选址及容量优化方法，提供一种大电网无功补偿自动选址及容量优化方法，利用归一化处理方法和不同权重系数,实现无功补偿的自动选址,减少了无功补偿手工计算的工作量。但没有考虑同步发电机可以进行类同步调相机运行的技术，也没有给出明确的优化算法。中国专利技术专利(申请号201610387208.2)考虑暂态电压稳定性的动态无功规划选址分析方法及系统，适用于交直流混联电网中的动态无功规划选址问题中,具有高效简易、与工程紧密结合等优点，并能够有效防止动态无功规划选址待选补偿点的冗余性。也没有考虑将类同步调相机运行的同步发电机作为动态无功源，没有利用优化算法进行最优化的决策。
技术实现思路
本专利技术的目的是为填补现有技术中没有提供城市电网中做类同步调相机运行的同步发电机优化配置方法的空白，提出一种大型城市电网内类同步调相机的优选方法。本专利技术通过合理配置类同步调相机，增强了大型城市电网的电压控制手段，更好地发挥了城市电网自身存在的电压无功调节潜力，更好地保障了电力系统的安全稳定运行。本专利技术提出的一种大型城市电网的类同步调相机的优选方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对进行类同步调相机优选的电力系统建立分别反映发电机无功功率上、下限与有功功率之间的一次函数关系，表达式如下：其中是任意情景s下发电机的有功功率；和分别是发电机正常运行时无功功率的上下限；aGi,bGi,cGi,dGi分别是发电机无功功率与发电机有功功率关系的线性化参数；2)根据在低负荷阶段发电机做类同步调相机运行的各类运行场景，确定运行场景的数量，设共有ns个场景；3)对进行类同步调相机优选的电力系统建立类同步调相机优化配置模型；具体步骤如下：3-1)确定优化配置模型的目标函数，表达式如式(1)所示：式(1)的目标函数是对电压越限量和发电机无功功率进行最小化，其中和分别是节点i电压幅值越下限和上限的松弛量；和分别是发电机节点i无功功率越下限和上限的松弛量；nb和nG分别是系统节点数和发电机数；χ和η分别是目标函数中电压松弛量和无功松弛量的系数，χ远大于η，χ和η均为非负数；3-2)优化配置模型的约束条件包括：3-2-1)发电机是否做类同步调相机运行的约束，表达式如式(2)所示:KGi∈{0,1}(2)以KGi作为发电机是否做类同步调相机运行的状态，KGi为0时发电机做类同步调相机运行，KGi为1时发电机正常运行；3-2-2)有功功率的约束,表达式如式(3)和(4)所示：式(3)表示发电机正常运行时的有功功率上下限约束；式(4)表示发电机做类同步调相机运行时的有功功率上下限约束；其中和分别是发电机正常运行时有功功率功率的上下限；α和β分别是发电机做类同步调相机运行时有功功率的范围系数；3-2-3)无功功率的约束，表达式如式(5)和式(6)所示：式(5)表示发电机正常运行时的无功功率上下限约束；式(6)表示发电机做类同步调相机运行时的无功功率上下限约束；其中是情景s下该发电机的无功功率；3-2-4)潮流等式约束，表达式如式(7)和(8)所示：其中和分别是情景s下节点i的有功和无功负荷；λs是最低稳定裕度；Gij和Bij分别是节点导纳矩阵中元素i-j的实部和虚部；θij是节点i-j间的电压相角差；3-2-5)电压松弛与无功松弛的约束，表达式如式(9)-(12)所示：4)对步骤3)建立的类同步调相机优化配置模型进行分解；利用Benders分解法将优化配置模型分解为一个含整数变量的线性化主问题模型和一个不含整数变量的非线性子问题模型，具体步骤如下：4-1)建立主问题模型；在低负荷时段，将电压相角的三角函数值和电压幅值的二次项进行近似；在低负荷状态下，近似认为节点间电压相角足够小，等效表达式如式(13)所示：cosθij＝1(13)在低负荷状态下，电压幅值接近于标幺值1，对式(7)和式(8)中电压的二次项进行泰勒展开，等效表达式如式(14)、(15)所示：ViVj＝Vi+Vj-1(15)主问题模型的目标函数为电压幅值偏离约束的最小化，表达式如式(16)所示：主问题模型的约束条件包括：电压松弛约束，表达式如式(17)和(18)所示：有功功率的上下限约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型城市电网的类同步调相机的优选方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对进行类同步调相机优选的电力系统建立分别反映发电机无功功率上、下限与有功功率之间的一次函数关系，表达式如下：

【技术特征摘要】
1.一种大型城市电网的类同步调相机的优选方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对进行类同步调相机优选的电力系统建立分别反映发电机无功功率上、下限与有功功率之间的一次函数关系，表达式如下：其中是任意情景s下发电机的有功功率；和分别是发电机正常运行时无功功率的上下限；aGi,bGi,cGi,dGi分别是发电机无功功率与发电机有功功率关系的线性化参数；2)根据在低负荷阶段发电机做类同步调相机运行的各类运行场景，确定运行场景的数量，设共有ns个场景；3)对进行类同步调相机优选的电力系统建立类同步调相机优化配置模型；具体步骤如下：3-1)确定优化配置模型的目标函数，表达式如式(1)所示：式(1)的目标函数是对电压越限量和发电机无功功率进行最小化，其中和分别是节点i电压幅值越下限和上限的松弛量；和分别是发电机节点i无功功率越下限和上限的松弛量；nb和nG分别是系统节点数和发电机数；χ和η分别是目标函数中电压松弛量和无功松弛量的系数，χ远大于η，χ和η均为非负数；3-2)优化配置模型的约束条件包括：3-2-1)发电机是否做类同步调相机运行的约束，表达式如式(2)所示:KGi∈{0,1}(2)以KGi作为发电机是否做类同步调相机运行的状态，KGi为0时发电机做类同步调相机运行，KGi为1时发电机正常运行；3-2-2)有功功率的约束,表达式如式(3)和(4)所示：式(3)表示发电机正常运行时的有功功率上下限约束；式(4)表示发电机做类同步调相机运行时的有功功率上下限约束；其中和分别是发电机正常运行时有功功率功率的上下限；α和β分别是发电机做类同步调相机运行时有功功率的范围系数；3-2-3)无功功率的约束，表达式如式(5)和式(6)所示：式(5)表示发电机正常运行时的无功功率上下限约束；式(6)表示发电机做类同步调相机运行时的无功功率上下限约束；其中是情景s下该发电机的无功功率；3-2-4)潮流等式约束，表达式如式(7)和(8)所示：1其中和分别是情景s下节点i的有功和无功负荷；λs是最低稳定裕度；Gij和Bij分别是节点导纳矩阵中元素i-j的实部和虚部；θij是节点i-j间的电压相角差；3-2-5)电压松弛与无功松弛的约束，表达式如式(9)-(12)所示：4)对步骤3)建立的类同步调相机优化配置模型进行分解；利用Benders分解法将优化配置模型分解为一个含整数变量的线性化主问题模型和一个不含整数变量的非线性子问题模型，具体步骤如下：4-1)建立主问题模型；在低负荷时段，将电压相角的三角函数值和电压幅值的二次项进行近似；在低负荷状态下，近似认为节点间电压相角足够小，等效表达式如式(13)所示：cosθij＝1(13)在低负荷状态下，电压幅值接近于标幺值1，对式(7)和式(8)中电压的二次项进行泰勒展开，等效表达式如式(14)、(15)所示：Vi2＝2Vi-1(14)ViVj＝Vi+Vj-1(15)主问题模型的目标函数为电压幅值偏离约束的最小化，表达式如式(16)所示：主问题模型的约束条件包括：电压松弛约束，表达式如式(17)和(18)所示：Vimin-Vidown,s≤Vis≤Vimax+Viup,s(17)Vidown,s≥0,Viup,s≥0(18)有功功率的上下限约束，表达式如式(19)-(20)所示：无功功率的上下限约束，表达式如式(21)-(22)所示：...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽春，赵博石，周前，张宁宇，徐珂，
申请(专利权)人：清华大学，国网江苏省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11