基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法技术

本发明专利技术属于电网无功电压优化控制淋雨技术领域，特别涉及基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法。包括确定电网分区需满足的要求；采用“逐次递归”方式建立包含PQ、PV节点的全维度电压/无功灵敏度矩阵；基于社团结构理论，在原有模块度函数定义的基础上，为准确描述节点间耦合度，以电压/无功灵敏度表示节点间边的权重；从无功源的可控性出发，将负荷节点映射到对其电压/无功灵敏度为最大的无功源节点，完成初始分区；以模块度函数值最大为衡量指标对初始分区进行合并，自动确定分区数量形成最佳分区。可减小分区计算的复杂度，提高分区效率，保证区内节点电气强耦合及区间节点电气弱耦合，自动确定分区数量，自适应动态分区。

【技术实现步骤摘要】
基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法
本专利技术属于电网无功电压优化控制淋雨
，特别涉及一种基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法。
技术介绍
无功电压控制是保证电力系统安全稳定运行的重要手段，对于较大规模电网，由于各支路参数之间的差异，以及无功源接入位置的不同，使无功电压问题存在明显的区域特性。目前，由法国电力公司(EDF)提出的分层电压控制方案得到了较为广泛应用。其中，将大规模电网分解成若干耦合松散的分区，从而将全网电压控制问题分解成几个分区中独立进行电压控制的子问题，是二级电压控制的主要内容。分区控制是基于无功电压局域性特点提出的，由于整个电网存在电气连接，区域间无功电压耦合或多或少存在，因此二级电压控制效果取决于区域间电气耦合程度。EDF采用离线整定的固定分区模式，即“硬分区”模式，随着电力系统规模的扩大和运行方式的改变，节点间的无功电压灵敏度随着运行工况的改变实时变化，区域间的耦合度随之改变，固定分区模式难以满足发展的需要。由此，国内采用了基于“软分区”的分层电压控制模式，区域划分在主站系统中在线完成，根据当前电网结构特点，将电网在线划分成彼此耦合松散的区域，各负荷节点及电源节点所属区域并非一成不变，而是根据当前拓扑和运行方式由在线软分区模块在线完成。目前，分区问题可以归结为一种典型的聚类问题，众多聚类算法已经应用到无功电压区域划分中，但无论采用何种聚类算法都需事先给出分区数目，或给出某参数阈值确定分区数量，难以实现无人工干预实时动态分区。根据电压/无功灵敏度进行初始分区，现有的以模块度函数为评价指标的分区方法，多采用层次聚类，每次合并所有连接方式中模块度最大的两节点确定最优网路分区，随着电网规模的扩大，这种全局搜索方式具有较高的时间复杂度及空间复杂度。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提出了一种基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法，其目的是为了从区域可控性出，首先以无功源节点为各分区中心，根据控制节点对负荷节点电压/无功灵敏度将负荷节点映射到各无功源，形成初始分区；然后以模块度函数为衡量指标自动确定分区数目进行区域合并，形成最优分区。本专利技术根据电压/无功灵敏度进行初始分区，可在一定程度上减小分区计算的复杂度，提高分区效率；采用模块度指标进行区域合并，保证区内节点电气强耦合及区间节点电气弱耦合，可根据系统当前运行状态自动确定分区数量，实现无人工干预的自适应动态分区。为了实现上述专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法，包括以下步骤：步骤1：确定电网分区需满足的要求；步骤2：采用“逐次递归”的方式建立包含PQ、PV节点的全维度电压/无功灵敏度矩阵；步骤3：基于社团结构理论，在原有模块度函数定义的基础上，为准确描述节点间的耦合度，以电压/无功灵敏度表示节点间边的权重；步骤4：从无功源的可控性出发，将负荷节点映射到对其电压/无功灵敏度为最大的无功源节点，完成初始分区；以模块度函数值最大为衡量指标对初始分区进行合并，自动确定分区数量形成最佳分区。所述步骤1：确定电网分区需满足的要求，其中电网无功电压分区需满足以下要求：保证各分区内部节点间电气强耦合，各分区之间电气弱耦合，以减少区域间无功电压控制的相互影响；保证各分区内无功平衡并留有一定无功储备，实现无功资源合理分配；同一分区内各节点保持连通性，即同一分区中各节点之间是直接或间接相连，而无需通过其他分区中的节点才能相连；不存在孤立节点，即分区内至少有两个节点，且各分区不能有重复节点。所述步骤2：采用“逐次递归”的方式建立包含PQ、PV节点的全维度电压/无功灵敏度矩阵；是在研究电压分区问题时，可将电网中节点基本分为两类：负荷节点与控制节点；负荷节点一般在潮流方程中表现为PQ节点；控制节点是能够提供无功支持的无功源节点，在此以发电机节点代替一般的无功源节点，安装有自动励磁调节器AVR的发电机节点一般在潮流方程中表现为PV节点；系统中各PQ节点电压/功率灵敏度能够由潮流计算中雅克比矩阵的逆阵获得；基于交流潮流方程，在稳态解处将非线性潮流方程线性化，得到矩阵表达式：式中：ΔP、ΔQ分别为节点注入有功、无功功率偏差矩阵；Δθ和ΔU分别为节点电压相角、幅值变化量矩阵；J为雅克比矩阵；U为节点电压幅值；对上式求逆可得：式中：灵敏度因子SPU和SQU分别为节点注入单位有功、无功功率电压幅值变化量；SPθ和SQθ分别为节点注入单位有功、无功功率电压相角变化量；由上式可知，配电网节点电压变化量ΔU与有功、无功变化量序列ΔP和ΔQ的关系可表示为：ΔU＝SPUΔP+SQUΔQ式中：ΔP＝[ΔP1，ΔP2，…，ΔPN]T，ΔQ＝[ΔQ1，ΔQ2，…，ΔQN]T；节点i电压除受自身有功/无功功率变化影响外，还受其他节点ΔPj和ΔQj注入影响，表示为：式中：为节点i的稳态电压；SPU,ij和SQU,ij分别为SPU和SQU的元素；灵敏度因子SPU和SQU分别反应有功/无功功率对节点电压影响的幅度；N表示节点总数，j表示节点编号；PV节点蕴含了对电压的控制作用，需要将PV节点曾维到灵敏度矩阵中；对于n节点系统，其中节点1～m为PQ节点，节点m+1～n-1为PV节点，根据线性化潮流方程得到系统PQ节点电压/无功灵敏度可表示为：ΔU/ΔQ＝SQU＝Xm×m上式中：ΔU表示节点电压幅值变化量；ΔQ表示节点注入无功功率变化量；SQU和X表示电压/无功灵敏度矩阵；m表示矩阵维数；采用“逐次递归”的方式对每个无功源节点逐个求解，其对应的物理含义是在只调节本无功源源节点无功的情况下其它节点的电压响应；求解某一无功源节点A的灵敏度时，将节点A设为PQ节点，称其为观察电源，其他无功源节点仍为PV节点，若某无功源节点无功储备不足将其设为PQ节点，得到增广的电压/无功灵敏度矩阵X′；上式中：矩阵X′最后一列前m个元素表示该观察电源对系统其他PQ节点的电压/无功灵敏度；最后一行前m个元素表示其他PQ节点对该观察电源的电压/无功灵敏度；矩阵最后一个元素为观察电源节点自身电压/无功灵敏度；X′的其它元素与X矩阵基本相等；在求解下一无功源节点B灵敏度之前，将A设回PV节点，将B设为PQ节点，这样逐次将各个电源节点列为观察点电源，重复上述过程，得到全纬增广灵敏度矩阵S，其中Y为n-m-1阶对角阵；将观察电源由PV节点变为PQ节点前后，系统潮流变化很小，将各电源对应X′阵左上角m阶阵固话约等于X阵；x表示矩阵中的元素；m为正整数，用于表示元素对应的行列号；上式中：X、M、N、Y表示分块矩阵；m、n为正整数，用于表示各分块矩阵的维数；全维度灵敏度矩阵包含了负荷节点及电源节点的信息，将电源节点直接纳入到系统动态分区过程，比现有AVC二级电压控制分区算法中只对负荷节点分区，而将电源节点加入到地理相近的分区中的更为合理。所述步骤3：基于社团结构理论，在原有模块度函数定义的基础上，为准确描述节点间的耦合度，以电压/无功灵敏度表示节点间边的权重；其中，社团结构是复杂网络的一个重要属性，是网络中一组相互之间相似性较大而与其他节点之间相似性较小的节点集合，复杂网络由若干个社团组成；Girvan和Newman提出模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：确定电网分区需满足的要求；步骤2：采用“逐次递归”的方式建立包含PQ、PV节点的全维度电压/无功灵敏度矩阵；步骤3：基于社团结构理论，在原有模块度函数定义的基础上，为准确描述节点间的耦合度，以电压/无功灵敏度表示节点间边的权重；步骤4：从无功源的可控性出发，将负荷节点映射到对其电压/无功灵敏度为最大的无功源节点，完成初始分区；以模块度函数值最大为衡量指标对初始分区进行合并，自动确定分区数量形成最佳分区。

【技术特征摘要】
1.基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：确定电网分区需满足的要求；步骤2：采用“逐次递归”的方式建立包含PQ、PV节点的全维度电压/无功灵敏度矩阵；步骤3：基于社团结构理论，在原有模块度函数定义的基础上，为准确描述节点间的耦合度，以电压/无功灵敏度表示节点间边的权重；步骤4：从无功源的可控性出发，将负荷节点映射到对其电压/无功灵敏度为最大的无功源节点，完成初始分区；以模块度函数值最大为衡量指标对初始分区进行合并，自动确定分区数量形成最佳分区。2.根据权利要求1所述的基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法，其特征是：所述步骤1：确定电网分区需满足的要求，其中电网无功电压分区需满足以下要求：保证各分区内部节点间电气强耦合，各分区之间电气弱耦合，以减少区域间无功电压控制的相互影响；保证各分区内无功平衡并留有一定无功储备，实现无功资源合理分配；同一分区内各节点保持连通性，即同一分区中各节点之间是直接或间接相连，而无需通过其他分区中的节点才能相连；不存在孤立节点，即分区内至少有两个节点，且各分区不能有重复节点。3.根据权利要求1所述的基于二级电压控制的电网无功电压自适应动态分区方法，其特征是：所述步骤2：采用“逐次递归”的方式建立包含PQ、PV节点的全维度电压/无功灵敏度矩阵；是在研究电压分区问题时，可将电网中节点基本分为两类：负荷节点与控制节点；负荷节点一般在潮流方程中表现为PQ节点；控制节点是能够提供无功支持的无功源节点，在此以发电机节点代替一般的无功源节点，安装有自动励磁调节器AVR的发电机节点一般在潮流方程中表现为PV节点；系统中各PQ节点电压/功率灵敏度能够由潮流计算中雅克比矩阵的逆阵获得；基于交流潮流方程，在稳态解处将非线性潮流方程线性化，得到矩阵表达式：式中：ΔP、ΔQ分别为节点注入有功、无功功率偏差矩阵；Δθ和ΔU分别为节点电压相角、幅值变化量矩阵；J为雅克比矩阵；U为节点电压幅值；对上式求逆可得：式中：灵敏度因子SPU和SQU分别为节点注入单位有功、无功功率电压幅值变化量；SPθ和SQθ分别为节点注入单位有功、无功功率电压相角变化量；由上式可知，配电网节点电压变化量ΔU与有功、无功变化量序列ΔP和ΔQ的关系可表示为：ΔU＝SPUΔP+SQUΔQ式中：ΔP＝[ΔP1，ΔP2，…，ΔPN]T，ΔQ＝[ΔQ1，ΔQ2，…，ΔQN]T；节点i电压除受自身有功/无功功率变化影响外，还受其他节点ΔPj和ΔQj注入影响，表示为：式中：为节点i的稳态电压；SPU,ij和SQU,ij分别为SPU和SQU的元素；灵敏度因子SPU和SQU分别反应有功/无功功率对节点电压影响的幅度；N表示节点总数，j表示节点编号；PV节点蕴含了对电压的控制作用，需要将PV节点曾维到灵敏度矩阵中；对于n节点系统，其中节点1～m为PQ节点，节点m+1～n-1为PV节点，根据线性化潮流方程得到系统PQ节点电压/无功灵敏度可表示为：ΔU/ΔQ＝SQU＝Xm×m上式中：ΔU表示节点电压幅值变化量；ΔQ表示节点注入无功功率变化量；SQU和X表示电压/无功灵敏度矩阵；m表示矩阵维数；采用“逐次递归”的方式对每个无功源节点逐个求解，其对应的物理含义是在只调节本无功源源节点无功的情况下其它节点的电压响应；求解某一无功源节点A的灵敏度时，将节点A设为PQ节点，称其为观察电源，其他无功源节点仍为PV节点，若某无功源节点无功储备不足将其设为PQ节点，得到增广的电压/无功灵敏度矩阵X′；上式中：矩阵X′最后一列前m个元素表示该观察电源对系统其他PQ节点的电压/无功灵敏度；最后一行前m个元素表示其他PQ节点对该观察电源的电压/无功灵敏度；矩阵最后一个元素为观察电源节点自身电压/无功灵敏度；X′的其它元素与X矩阵基本相等；在求解下一无功源节点B灵敏度之前，将A设回PV节点，将B设为PQ节点，这样逐次将各个电源节点列为观察点电源，重复上述过程，得到全纬增广灵敏度矩阵S，其中Y为n-m-1阶对角阵；将观察电源由PV节点变为PQ节点前后，系统潮流变化很小，将各电源对应X′阵左上角m阶阵固话约等于X阵；x表示矩阵中的元素；m为正整数，用于表示元素对应的行列号；上式中：X、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，姜枫，张凯，蔡壮，冯占稳，曾辉，王淼，李典阳，许小鹏，唐俊刺，张建，孙晨光，王亮，詹克明，何晓洋，梁晓赫，高梓济，胡锦景，李峰，葛延峰，郭春雨，徐韵，颜湘武，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国网辽宁省电力有限公司，华北电力大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21