一种电力系统无功补偿配置优化方法技术方案

本发明专利技术提出一种电力系统无功补偿配置优化方法，属于电力系统无功补偿配置领域。该方法首先建立待优化电力系统的机电暂态仿真模型，并获取待优化电力系统中各节点的潮流数据和短路电流；对节点分类后，考虑节点负载率，获取配置无功补偿的初始备选节点，考虑无功电压源的作用以及多馈入交互作用因子进行聚合，最终得到待优化电力系统的无功补偿备选节点；采用遗传算法对每个无功补偿备选节点所需配置无功容量进行优化，得到每个无功补偿备选节点的无功容量优化补偿结果。本发明专利技术易于实现且准确度高，是一种实用的电力系统无功补偿配置优化的方法。

An optimization method of reactive power compensation allocation in power system

The invention provides an optimization method for reactive power compensation configuration of power system, which belongs to the field of reactive power compensation configuration of power system. Firstly, the electromechanical transient simulation model of the power system to be optimized is established, and the power flow data and short-circuit current of each node in the power system to be optimized are obtained. After the nodes are classified, the initial alternative nodes to be configured with reactive power compensation are obtained, and the function of reactive voltage source and multi infeed interaction factors are considered to aggregate, and finally the power system to be optimized is obtained The genetic algorithm is used to optimize the configuration of reactive capacity of each reactive compensation alternative node, and the optimal compensation result of reactive capacity of each reactive compensation alternative node is obtained. The invention is easy to realize and has high accuracy, and is a practical method for optimizing reactive power compensation configuration of power system.

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统无功补偿配置优化方法
本专利技术涉及一种电力系统无功补偿配置优化方法，属于电力系统无功补偿配置领域。
技术介绍
由于资源分配不均、地域发展不平衡，因此，在经过一段时间内发展跨区域的交直流输电后，形成了较多的多直流落点负荷区。在交直流输电系统中，拓扑结构不断发生改变的交直流换流器，无论是整流还是逆变运行，因其需消耗大量的无功功率而成为交流系统的非线性负载。即对于交流系统而言，直流输电系统是一个无功负荷。而由交流系统电压不能恢复或持续降低可能导致引起多回直流输电系统连续发生多次换相失败甚至闭锁。其本质问题是系统无功支撑与无功需求不匹配。因此，在电力系统中配以一定量的无功补偿是非常必要的。目前有研究采用改进的粒子群算法对交直流电网无功补偿进行优化，所提方法中采用多次潮流计算进行选点以避免过补偿，但增加了一定的计算量；此外，对容量配置方面其采用分组寻优的方式，并不一定能够实现全局补偿优化的效果。然而，交直流输电系统中节点众多，为了合理地配备无功补偿装置，因此需要一种有效的无功补偿配置优化的方法，包括无功配置的节点选择和容量优化。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种电力系统无功补偿配置优化方法。该方法聚合一方面通过负载率初筛备选节点后，采用多馈入交互作用因子(MIIF)备选节点中交互作用强的节点进行聚合，同时考虑了无功电压源—发电机与MIIF相结合的作用，选取聚合中与其他节点交互作用最强的一个节点作为备选节点，对系统节点网络进行收缩，提高了备选节点筛选的效率；另一方面克服传统对单一节点无功配置容量的优化方法，采用遗传算法对全局备选节点的优化进行统一处理，并进行多次潮流计算，以获取更为优化的补偿值，为解决交直流输电系统无功功率优化问题(电压稳定问题)提供了一种行之有效的方法。本专利技术提出一种电力系统无功补偿配置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于机电暂态仿真程序，采用集总参数模型建立待优化电力系统的机电暂态仿真模型；2)通过机电暂态程序对步骤1)建立的仿真模型分别进行潮流计算和短路电流计算，获取待优化电力系统中各节点的潮流数据，包含：每个节点电压实部ei、每个节点电压虚部fi、每个节点功率和短路电流；3)选取待优化电力系统的无功补偿备选节点；具体步骤如下：3-1)将待优化电力系统中的节点分为负荷节点、发电机节点和换流器节点，其中负荷节点和发电机节点组成交流系统节点，换流器节点为直流系统节点；3-2)分别计算交流系统节点中每个负荷节点的负载率以及直流系统每个节点的负载率；其中交流系统节点中负荷节点的负载率的计算表达式为：其中，Si为节点i的视在功率，Qli为节点i负荷无功功率，l表示负荷；ΔQdp,i|ΔUi表示节点i处发生扰动后节点i电压发生ΔUi的变化时对应无功功率的变化量；直流节点负载率的计算表达式如下：3-3)根据步骤3-2)的计算结果，对每个交流系统负荷节点和直流节点进行判定：若交流系统负荷节点或直流节点中任一节点的负载率高于系统平均负载率且该节点负载率排名在系统同类节点负载率的前三分之一，则将该节点作为配置无功补偿的初始备选节点；3-4)对步骤3-3)得到的所有初始备选节点进行筛选；具体步骤如下：3-4-1)计算每个初始备选节点与系统中其他所有节点的多馈入交互作用因子MIIFij；其中节点i和节点j之间的MIIFij的计算表达式为：其中，Zij表示节点i和节点j之间的互阻抗，Zii表示节点i的自阻抗；3-4-2)利用步骤3-4-1)的计算结果，将所有MIIFij>0.3的初始备选节点进行聚合；在每个聚合的节点集合中选取与该集合中其他所有节点多馈入交互作用因子值均大于0.3的节点得到筛选后的初始备选节点；3-5)当节点i为发电机节点时，计算每个发电机节点与系统中其他所有节点的多馈入交互作用因子MIIFij；将计算结果中MIIFij>0.3对应的节点j进行聚合，若聚合得到的结果中存在节点属于步骤3-4)筛选后的初始备选节点，则将该节点从筛选后的初始备选节点中删除，最终得到无功补偿备选节点个数m及每个备选节点的编号；4)采用遗传算法对步骤3)得到的每个无功补偿备选节点所需配置无功容量进行优化，得到每个无功补偿备选节点的无功容量优化补偿结果；具体步骤如下：4-1)获取待优化电力系统参数和变量，包括：所有节点的编号、每个节点的电压实部ei和虚部fi、节点功率以及节点之间的连接关系；4-2)将待优化电力系统每个无功补偿备选节点所需配置无功容量编码并对系统计算潮流，根据步骤4-1)的结果获取系统中每个无功补偿备选节点无功功率值Qi[k]作为该节点初始无功功率值，并赋值qi[k]＝Qi[k]；令各备选节点补偿量容量为QCi[k]并赋初值QCi[k]＝0，更新备选节点的无功功率Qi[k]＝Qi[k]+QCi[k]，其中Qi[k]表示第k个无功补偿备选节点的无功功率值，QCi[k]表示第k个无功补偿备选节点的无功补偿容量，k表示备选节点编号，k＝1,2…m；4-3)随机产生初始群种；4-4)对系统潮流进行迭代计算，更新无功补偿后的系统中节点电压和节点功率；4-5)确定系统优化目标，以电压偏差最小为目标函数：f＝min(fΔV)其中，其中，ΔV表示电压变化量，V0为电压基准值，Vi为节点i的电压值，Vimax与Vimin分别表示节点i的电压幅值上下限，i表示节点编号，i＝1,2…N，N为系统节点总数；约束条件包括：等式约束：其中，PiSP、QiSP分别为PQ节点i的有功功率、无功功率；ΔPi、ΔQi分别为节点i有功功率和无功功率的偏差量；Gij和Bij分别是导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部；θij为节点i与j之间的电压相角差；QCi为节点i处无功补偿装置容量；Pdi、Qdi分别为交直流连接节点i处的有功功率、无功功率；不等式约束：Vimin≤Vi≤Vimax,i∈NQCimin≤QCi≤QCimax,i∈NC其中，NC为无功装置补偿数；Vimax与Vimin分别表示节点i的电压幅值上限及下限；QCimax、QCimin分别表示补偿容量的上限和下限；4-6)将步骤4-5)的目标函数转换成适应度函数，并根据遗传算法依次进行选择、交叉、变异过程，获取每个无功补偿备选节点的适应度值以及该节点的补偿容量修正值ΔqCi[k]、每个节点的电压实部修正量Δei和虚部修正量Δfi；所述适应度函数为目标函数的倒数；4-7)对所有节点电压的实部和虚部分别进行修正：ei＝ei+Δei，fi＝fi+Δfi4-8)判断每个无功补偿备选节点的适应度值是否大于目标函数值的倒数：如果是，则计算各无功补偿备选节点的无功补偿量ΔQCi[k]＝Qi[k]-qi[k]，输出ΔQCi[k]作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力系统无功补偿配置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)基于机电暂态仿真程序，采用集总参数模型建立待优化电力系统的机电暂态仿真模型；/n2)通过机电暂态程序对步骤1)建立的仿真模型分别进行潮流计算和短路电流计算，获取待优化电力系统中各节点的潮流数据，包含：每个节点电压实部e

【技术特征摘要】
1.一种电力系统无功补偿配置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于机电暂态仿真程序，采用集总参数模型建立待优化电力系统的机电暂态仿真模型；
2)通过机电暂态程序对步骤1)建立的仿真模型分别进行潮流计算和短路电流计算，获取待优化电力系统中各节点的潮流数据，包含：每个节点电压实部ei、每个节点电压虚部fi、每个节点功率和短路电流；
3)选取待优化电力系统的无功补偿备选节点；具体步骤如下：
3-1)将待优化电力系统中的节点分为负荷节点、发电机节点和换流器节点，其中负荷节点和发电机节点组成交流系统节点，换流器节点为直流系统节点；
3-2)分别计算交流系统节点中每个负荷节点的负载率以及直流系统每个节点的负载率；
其中交流系统节点中负荷节点的负载率的计算表达式为：



其中，Si为节点i的视在功率，Qli为节点i负荷无功功率，l表示负荷；表示节点i处发生扰动后节点i电压发生ΔUi的变化时对应无功功率的变化量；
直流节点负载率的计算表达式如下：



3-3)根据步骤3-2)的计算结果，对每个交流系统负荷节点和直流节点进行判定：
若交流系统负荷节点或直流节点中任一节点的负载率高于系统平均负载率且该节点负载率排名在系统同类节点负载率的前三分之一，则将该节点作为配置无功补偿的初始备选节点；
3-4)对步骤3-3)得到的所有初始备选节点进行筛选；具体步骤如下：
3-4-1)计算每个初始备选节点与系统中其他所有节点的多馈入交互作用因子MIIFij；
其中节点i和节点j之间的MIIFij的计算表达式为：



其中，Zij表示节点i和节点j之间的互阻抗，Zii表示节点i的自阻抗；
3-4-2)利用步骤3-4-1)的计算结果，将所有MIIFij>0.3的初始备选节点进行聚合；在每个聚合的节点集合中选取与该集合中其他所有节点多馈入交互作用因子值均大于0.3的节点得到筛选后的初始备选节点；
3-5)当节点i为发电机节点时，计算每个发电机节点与系统中其他所有节点的多馈入交互作用因子MIIFij；将计算结果中MIIFij>0.3对应的节点j进行聚合，若聚合得到的结果中存在节点属于步骤3-4)筛选后的初始备选节点，则将该节点从筛选后的初始备选节点中删除，最终得到无功补偿备选节点个数m及每个备选节点的编号；
4)采用遗传算法对步骤3)得到的每个无功补偿备选节点所需配置无功容量进行优化，得到每个无功补偿备选节点的无功容量优化补偿结果；具体步骤如下：
4-1)获取待优化电力系统参数和变量，包括：所有节点的编号、每个节点的电压实部ei和虚部fi、节点功率以及节点之间的连接关系；
4-2)将待优化电力系统每个无功补偿备...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐绍普，张树卿，刘栋，朱琳，窦豪翔，
申请(专利权)人：清华大学，全球能源互联网研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11