计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法、系统、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法、系统、存储介质，包括；A、确定电网分区数、各分区的中枢节点及无功源节点并进行时域仿真计算；B、进行暂态电压约束转换；C、建立考虑暂态电压约束的无功电压控制模型；D、求解系统最小预留无功储备值；E、建立求解无功储备优化模型；F、交替迭代进行步骤B至步骤E直至系统暂态电压不越限。在此基础上，建立的无功储备优化模型可协调系统静动态无功资源以提高系统稳态情况下快速应对扰动的能力，充分考虑了光伏昼夜出力变化和负荷水平变化带来的日前动态无功优化过程中无功储备值不断变化的影响，为更加经济、高效协调利用系统静动态无功资源提供了实践方法。

【技术实现步骤摘要】
计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法、系统、存储介质
本专利技术涉及计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法、系统、存储介质，属于电力系统优化运行

技术介绍
随着我国新能源装机比例不断地提高，一方面大规模光伏基地远距离汇集直流外送系统中直流闭锁、换相失败等故障易引起光伏机端电压越限进而发生大规模连锁脱网事故，另一方面光伏昼夜出力的显著差异以及日前不同时段负荷水平的变化会对电力系统日前不同时段所需的无功储备产生较大地影响。因此，研究避免交直流严重故障下大规模光伏连锁脱网、计及日前负荷水平变化以及光伏昼夜出力差异性的日前无功储备优化方法具有重要意义。避免故障下光伏因节点电压越限发生脱网的无功协调控制策略研究本质上是预防控制问题，目前关于暂态过程中约束处理的研究主要集中在暂态功角稳定约束方面，有关暂态电压稳定约束以及如何将其等效简化成静态等效约束的方法少有提及。其中描述故障后暂态过程的微分方程等式约束不仅影响着暂态电压不等式约束的变化，也极大地增加了问题的求解难度。文献一《Stabilityconstrainedoptimalpowerflow》(IEEETransactionsonPowerSystems，2000年第15卷第2期第535页)将暂态过程中节点每个时刻的电压约束在一定的阈值范围内，约束条件的个数随着故障数目和节点个数的增加而爆炸式增长，使得微分方程组的求解异常困难。文献二《考虑暂态稳定性约束极限传输容量的计算方法》(电力系统自动化，2004年第28卷第10期第30页)将微分方程等式约束通过降维转换成其对应的初值变量约束，并通过伴随方程方法对动态灵敏度进行求解。文献三《多故障暂态稳定约束最优潮流的轨迹灵敏度法》(中国电机工程学报，2005年第20卷第1期第18页)和文献四《基于最优控制原理的暂态稳定预防控制模型》(电力系统自动化，2004年第28卷第10期第30页)利用轨迹灵敏度方法将描述暂态功角稳定的不等式约束转化为易于利用最优控制问题的方法进行求解。在考虑负荷水平变化以及光伏昼夜出力差异性的日前无功储备优化研究方面，目前主要集中于动态无功储备的计算以及单时间断面提高系统无功储备优化方法研究。文献五《考虑快速动态无功补偿的二级电压控制》(电力系统自动化，2015年第39卷第2期第53页)提出的考虑快速动态无功补偿装置的二级电压控制体系，利用慢速动态无功补偿装置置换出SVC/STATCOM的无功功率，提高了电网动态无功储备水平。文献六《提高暂态电压安全水平的动态无功备用优化方法》(中国电机工程学报，2015年第35卷第11期第2718页)和文献七《Improvingvoltagestabilitybyreactivepowerreservemanagement》(IEEETransactionsonPowerSystems，2005年第20卷第1期第338页)在无功优化模型中定义并计算各动态无功源的有效无功储备，以保证电网在特定故障情况下能稳定运行。文献八《Reactivereserve-basedcontingencyconstrainedoptimalpowerflow(RCCOPF)forenhancementofvoltagestabilitymargins》(IEEETransactionsonPowerSystems，2003年第18卷第4期第1538页)通过调整过的连续潮流方法求出故障情况下的有效无功储备和电压稳定裕度，不断修正最优潮流求解过程中的无功储备下限，以实现稳态情况下的预防控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法、系统、存储介质，解决了新能源光伏昼夜变化及严重故障作用下引起的电压越限以及未能考虑光伏出力昼夜变化和负荷水平变化带来的日前动态无功优化过程中无功储备优化值不断变化的技术问题。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，包括：A、确定电网分区数、各分区的中枢节点及无功源节点并进行时域仿真计算；B、进行暂态电压约束转换；C、建立考虑暂态电压约束的无功电压控制模型；D、求解系统最小预留无功储备值；E、建立求解无功储备优化模型；F、交替迭代进行步骤B至步骤E直至系统暂态电压不越限。结合第一方面，所述暂态电故障发生后节点电压不超过光伏脱网电压限值，公式如下：Vi(t)＜Vupt∈[0,T]，式中：Vi(t)为故障后被控节点i的各时刻暂态电压，Vup为光伏脱网的上限值，T为仿真总时长；通过约束转换将故障后暂态过程电压不越限约束为如下积分形式：当Ji为0时节点i的电压满足暂态过程电压不越限的要求；为使系统所有被控节点均满足该约束要求，令式中：Nc为系统被控节点总数。结合第一方面，所述考虑暂态电压约束的无功电压控制模型为：s.t.gk(xk)＝0k＝1,…,NKi＝1,…,NC,k＝1,…,NKi＝1,…,NG,k＝1,…,NKi＝1,…,ND,k＝1,…,NKi＝1,…,ND,k＝1,…,NKi＝1,…,NDk＝1,…,NK。式中：NK为总时段数；NG、ND分别为系统中动态无功源和并联电容电抗器的个数；ω1、ω2分别为目标函数中第一项、第二项的权重系数，ω1+ω2＝1；目标函数中第一项为系统第k时段的有功网损；目标函数中第二项为第k时段的电压偏移量；分别为节点i第k时段的电压及其设定值；f1k、f2k分别为两个子目标函数第k时段的最优值；Vi,min、Vi,max分别为节点i的电压上下限；Qg,i,min、Qg,i,max分别为动态无功源i的无功出力上下限；Qc,i,min、Qc,i,max分别为电容电抗器i补偿值上下限；ΔQc,i,max、Qc,i,1分别为电容电抗器i的单次允许最大调节量和单位调节步长；为电容电抗器i全天最大调节次数；为第k时段的等效暂态电压约束；为异或符号，相邻时段电容电抗器动作时取值为1，保持不变则为0；xk为第k时段的控制变量和状态变量构成的向量，为动态无功源第k时段的无功出力向量，为电容电抗第k时段的补偿值向量，Vk为节点i第k时段的电压向量，θk为第k时段的电压相角向量；gk(xk)为第k时段的潮流平衡方程。结合第一方面，所述系统最小预留无功储备值由如下公式计算得出：式中：为时域仿真得到的暂态过程中动态无功源i第k时段最大无功出力值；为稳态情况下动态无功源i第k时段的无功出力值；areaj为第j个分区中的无功源节点集合；为系统第k时段第j分区的最小预留无功储备值。结合第一方面，建立包含以系统总动态无功储备最大为目标函数，各分区无功储备不低于最小无功储备值为约束条件的无功储备优化模型，所述无功储备优化模型为：s.t.gk本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，其特征在于，包括：/nA、确定电网分区数、各分区的中枢节点及无功源节点并进行时域仿真计算；/nB、进行暂态电压约束转换；/nC、建立考虑暂态电压约束的无功电压控制模型；/nD、求解系统最小预留无功储备值；/nE、建立求解无功储备优化模型；/nF、交替迭代进行步骤B至步骤E直至系统暂态电压不越限。/n

【技术特征摘要】
1.计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，其特征在于，包括：
A、确定电网分区数、各分区的中枢节点及无功源节点并进行时域仿真计算；
B、进行暂态电压约束转换；
C、建立考虑暂态电压约束的无功电压控制模型；
D、求解系统最小预留无功储备值；
E、建立求解无功储备优化模型；
F、交替迭代进行步骤B至步骤E直至系统暂态电压不越限。


2.根据权利要求1所述的计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，其特征在于，所述暂态电故障发生后节点电压不超过光伏脱网电压限值，公式如下：
Vi(t)＜Vupt∈[0,T]，
式中：Vi(t)为故障后被控节点i的各时刻暂态电压，Vup为光伏脱网的上限值，T为仿真总时长；
通过约束转换将故障后暂态过程电压不越限约束为如下积分形式：



当Ji为0时节点i的电压满足暂态过程电压不越限的要求；
为使系统所有被控节点均满足该约束要求，令



式中：Nc为系统被控节点总数。


3.根据权利要求1所述的计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，其特征在于，所述考虑暂态电压约束的无功电压控制模型为：



s.t.gk(xk)＝0k＝1,…,NK
Vi,min≤Vik≤Vi,maxi＝1,…,NC,k＝1,…,NK















式中：NK为总时段数；NG、ND分别为系统中动态无功源和并联电容电抗器的个数；ω1、ω2分别为目标函数中第一项、第二项的权重系数，ω1+ω2＝1；目标函数中第一项为系统第k时段的有功网损；目标函数中第二项为第k时段的电压偏移量；Vik、分别为节点i第k时段的电压及其设定值；f1k、分别为两个子目标函数第k时段的最优值；Vi,min、Vi,max分别为节点i的电压上下限；Qg,i,min、Qg,i,max分别为动态无功源i的无功出力上下限；Qc,i,min、Qc,i,max分别为电容电抗器i补偿值上下限；ΔQc,i,max、Qc,i,1分别为电容电抗器i的单次允许最大调节量和单位调节步长；NQc,i,max为电容电抗器i全天最大调节次数；为第k时段的等效暂态电压约束；为异或符号，相邻时段电容电抗器动作时取值为1，保持不变则为0；xk为第k时段的控制变量和状态变量构成的向量，为动态无功源第k时段的无功出力向量，为电容电抗第k时段的补偿值向量，Vk为节点i第k时段的电压向量，θk为第k时段的电压相角向量；gk(xk)为第k时段的潮流平衡方程。


4.根据权利要求3所述的计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，其特征在于，所述系统最小预留无功储备值由如下公式计算得出：



式中：为时域仿真得到的暂态过程中动态无功源i第k时段最大无功出力值；为稳态情况下动态无功源i第k时段的无功出力值；areaj为第j个分区中的无功源节点集合；为系统第k时段第j分区的最小预留无功储备值。


5.根据权利要求4所述的计及暂态电压约束的日前两阶段动态无功储备优化方法，其特征在于，建立包含以系统总动态无功储备最大为目标函数，各分区无功储备不低于最小无功储备值为约束条件的无功储备优化模型，所述无功储备优化模型为：



s.t.gk(xk)＝0k＝1,…,...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋泉，邹自强，方保民，李威，董凌，刘福锁，李宏强，常海军，王超，卢国强，
申请(专利权)人：河海大学，国网青海省电力公司，国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，国网电力科学研究院有限公司，国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32