基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法，涉及电力系统无功电压控制技术领域。本发明专利技术针对我国某地区交直流混联电网，兼顾新能源电源及其配套动态设备，对其建立动态电压稳定状态模型，利用分散‑连续无功优化解耦计算及粒子群算法计算电压灵敏度方法分析大网架的动态无功电压特性。本发明专利技术提出优化算法与软件状态分析两种形式分析电网电压灵敏度，进而从分散式调相机和就地无功补偿设备两个角度实现动态无功电压的优化过程，实现了无功补偿设备的优化分配和电压灵敏度薄弱点的运算求解，提高了系统的电压鲁棒性和无功设备运行效率，更加准确地反映交直流混联电网的电压特性，对于提升电网安全稳定运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法
本专利技术涉及电力系统无功电压控制
，尤其涉及一种基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法。
技术介绍
特高压直流输电系统在电压稳定运行问题上面临较多问题，特高压直流输电系统输送有功功率巨大，一旦发生双极闭锁事故，系统将遭受巨大扰动，造成大范围暂态电压升高，风电脱网；另一方面，直流输电系统本身在正常运行时消耗系统大量无功，系统中需要大量无功电源支撑。随着风电装机和并网容量的不断增加，特高压新能源电网的电压安全稳定运行受到严重挑战。为了提高特高压新能源电网电压运行的稳定性，需要考虑在特高压新能源电网中配置动态无功补偿装置。无功电压调整是电力系统运行与控制中的一个较为复杂的问题。在对电压进行调整时，通常采用无功就地补偿或者无功再分配的方法。虽然这些方法的原理和控制方式不同，但是从控制层次上都属于局部分散控制，每一种控制设备采集附近的输入信号，自动迅速地采取控制方式进行调节。由于这些控制的分散性和局部特性，不能反映系统整体的无功电压运行特性和稳定性，因此造成各个分散的控制之间不能协调配合。在某种运行工况下可能给系统带来诸如无功功率的振荡、系统功率损耗的增加等不利的影响。现代大区域电网中，特高压直流与大规模新能源并存，特别是高压直流投入运行后，系统无功功率交换较大，无功平衡和电压控制难度增加，系统安全运行存在隐患。大区域电网与高压直流系统电气联系紧密，受特高压直流运行的影响较大，在换流站无功调压控制中，受运行方式变化影响，滤波器组需要进行频繁投切，同时还为电压动态过程留有适当裕度，再考虑调相机、发电机等连续无功控制，需要对这种同时存在离散-连续无功调节设备的高压新能源送端电网进行无功协调优化控制。因此，为满足大区域电网动态无功的快速发展的要求，在加强电网建设的同时，统筹考虑全网动态无功资源，兼顾大规模新能源接入，建立动态无功资源优化配置模型；进行优化计算，研究和分析同步调相机及就地补偿装置的配置策略，又能最大限度地提高电网动态调节能力。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法，能够实现调相机及就地无功补偿的优化设计，降低动态电压波动对系统的影响，更加准确地反映交直流混联电网的电压稳定性。一种基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立交直流混联系统动态无功优化模型；选择直流换流器200km以内的交流500kV网架节点电压作为观测量，建立网架节点母线电压与无功补偿点之间的状态方程；各节点电压与无功补偿点之间的关联程度通过灵敏度计算来表征；把直流系统等值为无功可调的负荷节点，电力系统中节点的无功平衡方程表述为：其中，i、j为节点编号，n为节点个数，Qi为电力系统无功功率；Bij为节点导纳矩阵；vi,j为系统节点电压，用线性化方程表示：△Qi、△vi、△vj分别表征系统无功功率及节点电压的微分形式；所述交直流混联系统动态无功优化模型用如下的灵敏度方程来表示：其中，LGG、LGD、LDG、LDD为灵敏度矩阵中各元素，△VG、△VD分别为无功调节节点和电压观测节点上的电压幅值变化，△QG、△QD分别为无功调节节点和观测节点上的无功变化；令CV＝-LDD-1LDG，则，上式化为：△VD＝CV△VG+CQ△QD(4)其中△V为各无功电压控制设备的电压控制变化量；CV△VG代表无功控制对节点电压的影响，CQ△QD代表无功扰动引起的节点电压变化；步骤2：建立交直流混联电网节点无功优化目标；步骤2.1：交直流混联电网节点无功优化区域包括500kV交流网架和直流输电系统，特高压交直流混合电网的无功电压优化控制模型用如下函数表示：其中，为网架节点母线电压参考值，V500代表500kV观测节点集合；VDC代表直流换流节点集合；VB为特高压升压变压器电压，VG网架节点发电机机端电压，△Si为特高压升压变压器无功交换容量；△QGi为发电机节点无功容量变化量；为发电机节点无功最大容量。α1、α2、β、γ为多目标函数中的比例系数；步骤2.2：以系统各节点无功容量需求和补偿动态平衡为基准，建立调相机、滤波器组和系统无功储备在离散-连续无功调节问题中的关联模型：步骤2.2.1：设置直流换流站交流母线及近区变电站高压母线的电压控制目标为满足电网安全要求的最小值。步骤2.2.2：各节点调相机保留其总容量的20％作为静态无功储备，即(Qf－ΔQ)K＝Vn×1％，其中Qf为单个滤波器容量；K为电压与注入系统无功功率之比，即无功电压灵敏度系数；Vn为换流站交流母线电压额定值，调相机无功出力的最大值和最小值分别为：Qmax＝Sn－ΔQ(6)Qmin＝Qjx+ΔQ(7)式中，Sn为系统某节点额定容量；Qjx为调相机的最大无功进相深度；ΔQ为调相机最大无功调节范围。步骤2.2.3：降低故障后的稳态压升，调相机保留其总容量的10％作为回降无功储备；如果换流站的无功电压控制模式为定电压，设置调相机输出满足式(6、7)，然后投入滤波器使母线电压达到控制范围为目标；如果模式是定无功，同样令调相机无功输出满足式(6、7)，则滤波器投入量为，Qfs＝Qd－Sn(8)式中：Qfs为滤波器发无功；Qd为换流阀吸收无功，滤波器投入量为换流阀吸收无功减去调相机的设置出力；步骤3：为满足电力系统的功率动态平衡及发电机输出容量约束，交直流混联系统功率约束条件主要包括功率方程约束、节点电压约束和无功补偿装置输出无功容量约束。所述功率方程约束如式(9)所示：其中：其中，i，j为节点的编号，n为节点数；Pgi、Qgi为发电节点有功和无功出力；Pdi、Qdi为负荷节点的有功和无功负荷；△Qi为该节点的无功调节功率；Ui、θi为节点电压的幅值和相角；Gij、Bij为节点导纳矩阵中的相应元素；所述节点电压约束如式(11)所示：Vimin≤Vi≤Vimax(11)所述无功补偿装置输出无功容量约束包括发电机的节点无功容量约束、电容或电抗补偿节点的无功容量约束、调相机的无功出力的最大值和最小值，即限值约束、节点滤波器组的无功输出约束。所述发电机的节点无功容量约束如式(12)所示：所述电容或电抗补偿节点的无功容量约束如式(13)所示：其中，QGi、△QGi和分别为发电机节点的无功，无功调节容量，最大和最小无功容量；QDi、△QDi和分别为负荷节点的无功，无功调节容量，最大和最小无功容量；所述调相机的无功出力的最大值和最小值分别如式(14、15)所示：Qmax＝Sn-△Q(14)Qmin＝Qjx+△Q(15)其中，Qjx为调相机的最大进相深度；令调相机无功功率输出如式(14、15)，则节点滤波器组的无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：建立交直流混联系统动态无功优化模型；/n选择直流换流器200km以内的交流500kV网架节点电压作为观测量，建立网架节点母线电压与无功补偿点之间的状态方程；各节点电压与无功补偿点之间的关联程度通过灵敏度计算来表征；把直流系统等值为无功可调的负荷节点，电力系统中节点的无功平衡方程表述为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电压灵敏度的交直流混联电网动态无功优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：建立交直流混联系统动态无功优化模型；
选择直流换流器200km以内的交流500kV网架节点电压作为观测量，建立网架节点母线电压与无功补偿点之间的状态方程；各节点电压与无功补偿点之间的关联程度通过灵敏度计算来表征；把直流系统等值为无功可调的负荷节点，电力系统中节点的无功平衡方程表述为：



其中，i、j为节点编号，n为节点个数，Qi为电力系统无功功率；Bij为节点导纳矩阵；vi,j为系统节点电压，用线性化方程表示：



ΔQi、Δvi、Δvj分别表征系统无功功率及节点电压的微分形式；
所述交直流混联系统动态无功优化模型用如下的灵敏度方程来表示：



其中，LGG、LGD、LDG、LDD为灵敏度矩阵中各元素，ΔVG、ΔVD分别为无功调节节点和电压观测节点上的电压幅值变化，ΔQG、ΔQD分别为无功调节节点和观测节点上的无功变化；
令则，上式化为：
ΔVD＝CVΔVG+CQΔQD(4)
其中ΔV为各无功电压控制设备的电压控制变化量；CVΔVG代表无功控制对节点电压的影响，CQΔQD代表无功扰动引起的节点电压变化；
步骤2：建立交直流混联电网节点无功优化目标；
步骤2.1：交直流混联电网节点无功优化区域包括500kV交流网架和直流输电系统，特高压交直流混合电网的无功电压优化控制模型用如下函数表示：



其中，为网架节点母线电压参考值，V500代表500kV观测节点集合；VDC代表直流换流节点集合；VB为特高压升压变压器电压，VG网架节点发电机机端电压，ΔSi为特高压升压变压器无功交换容量；ΔQGi为发电机节点无功容量变化量；为发电机节点无功最大容量，α1、α2、β、γ为多目标函数中的比例系数；
步骤2.2：以系统各节点无功容量需求和补偿动态平衡为基准，建立调相机、滤波器组和系统无功储备在离散-连续无功调节问题中的关联模型：
步骤2.2.1：设置直流换流站交流母线及近区变电站高压母线的电压控制目标为满足电网安全要求的最小值；
步骤2.2.2：各节点调相机保留其总容量的20％作为静态无功储备，即(Qf－ΔQ)K＝Vn×1％，其中Qf为单个滤波器容量；K为电压与注入系统无功功率之比，即无功电压灵敏度系数；Vn为换流站交流母线电压额定值，调相机无功出力的最大值和最小值分别为：
Qmax＝Sn－ΔQ(6)
Qmin＝Qjx+ΔQ(7)
式中，Sn为系统某节点额定容量；Qjx为调相机的最大无功进相深度；ΔQ为调相机最大无功调节范围；
步骤2.2.3：降低故障后的稳态压升，调相机保留其总容量的10％作为回降无功储备；如果换流站的无功电压控制模式为定电压，设置调相机输出满足式(6、7)，然后投入滤波器使母线电压达到控制范围为目标；如果模式是定无功，同样令调相机无功输出满足式(6、7)，则滤波器投入量为，
Qfs＝Qd－Sn(8)
式中：Qfs为滤波器发无功；Qd为换流阀吸收无功，滤波器投入量为换流阀吸收无功减去调相机的设置出力；
步骤3：为满足电力系统的功率动态平衡及发电机输出容量约束，交直流混联系统功率约束条件主要包括功率方程约束、节点电压约束和无功补偿装置输出无功容量约束；
所述功率方程约束如式(9)所示：



其中：



其中，i，j为节点的编号，n为节点数；Pgi、Qgi为发电节点有功和无功出力；Pdi、Qdi为负荷节点的有功和无功负荷；△Qi为该节点的无功调节功率；Ui、θi为节点电压的幅值和相角；Gij、Bij为节点导纳矩阵中的相应元素；
所述节点电压约束如式(11)所示：
Vimin≤Vi≤Vimax(11)
所述无功补偿装置输出无功容量约束包括发电机的节点无功容量约束、电容或电抗补偿节点的无功容量约束、调相机的无功出力的最大值和最小值，即限值约束、节点滤波器组的无功输出约束；
所述发电机的节点无功容量约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩春，白恩铭，徐建源，刘继成，刘少午，章浩，徐栎，张晓天，任普春，张强，王超，李欣蔚，芦思晨，田园，
申请(专利权)人：国家电网公司东北分部，沈阳工业大学，辽宁东科电力有限公司，中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21