一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及面向实际大电网的无功电压优化方法领域，提供了一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法及系统。该方法包括，220kV～500kV变电站等效网架模型建立，简化完善算例数据；基于无功资源调整灵敏度和无功网损灵敏度结合确定无功优化节点；建立以最小并联电抗器建设容量为优化目标，潮流约束、无功资源约束、电压幅值约束等为约束条件的无功优化模型；建立电压越限倍数，通过迭代减半电压越限倍数趋近最小补偿容量的方法获得无功优化方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及面向实际大电网的无功电压优化方法领域，尤其涉及一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]伴随着新能源技术发展，其出力特性(波动性、随机性、不可控性、反调峰性等)对电力系统安全稳定运行带来巨大挑战。电压安全稳定问题作为实际大电网中关注热点，解决大规模新能源并网带来的功率波动导致的电压波动及越限问题极其重要。风电场并网运行对电网的影响由于风电具有随机性和间歇性特点，风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率具有波动性，恒速风电机组吸收的无功功率随有功功率波动而波动，风电场的无功功率可以看成为正的无功负荷，而无功功率和电压稳定性密切相关，风电场的无功特性导致电压稳定性降低的现象仍然存在。光伏并网发电向大容量方向发展，光伏发电在电网的馈线末端及终端接入状况越来越多，而电网中存在反向潮流，进而使得光伏并网发电的电流在电网中将受馈线影响，产生压降状况，使得变电站侧的电压降低，而负荷侧电压与变电站侧电压处于不等状态，进而使得负荷侧电压出现越限情况。
[0004]城市区域架空线路走廊受城市快速扩张影响而日趋紧张。为了保证电网的输送容量，满足供电的安全可靠性，在大型城市中心地区的输电网中，高压、大容量电缆的应用日益广泛，220kV电压等级下电缆数量逐渐增加。长距离、大容量电缆的电容效应，会向系统注入大量的容性无功，使得系统在轻载情况下无功严重过剩，可能造成系统节点电压越限，危害系统安全稳定运行。并且，系统过剩的无功会在不同厂站及通过变压器在不同电压等级电网间窜动，增加系统的有功损耗，影响了系统运行的经济性。所以，与传统架空线配电网络无功补偿措施不同，电缆电网需考虑进行较大容量的感性无功补偿。
[0005]现阶段无功优化措施多通过智能优化算法或机器学习方法进行求解，受优化算法收敛性及易陷入局部最优缺点的限制，灵敏度分析法得到关注。电压灵敏度分析方法可分为基于雅克比矩阵和基于电纳矩阵，在基于雅克比矩阵方法中，通过分解潮流雅克比矩阵可生成电压灵敏度。灵敏度分析一方面用于寻找电网电压薄弱环节，确定无功补偿节点，另一方面通过分析无功电压间灵敏度计算无功补偿容量。
[0006]目前在分析实际某城市电网无功电压问题时，算例数据及分析手段和计算方法的限制难以进行电压稳定分析。

技术实现思路

[0007]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法及系统，其可以在算例数据限制难以进行电压稳定分析的情况下，通过迭代减半电压越限倍数趋近的方法获得最小建设并联电抗器容量的方法，实现经济上最优。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面提供一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法。
[0010]一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法，包括：
[0011]基于变电站等效网架接线模型，考虑无功潮流的变化对于节点电压的影响，去除有功潮流对节点电压的影响，得到节点无功注入灵敏度；
[0012]通过调节变压器档位前后的变压器变比改变，得到变压器变比灵敏度；
[0013]基于变电站等效网架接线模型，分析电力系统无功功率发生变化时的无功网损灵敏度；
[0014]基于节点无功注入灵敏度和变压器变比灵敏度，构建无功资源调整灵敏度；
[0015]基于无功资源调整灵敏度和无功网损灵敏度，得到无功优化节点集合；
[0016]以建设并联电抗器容量最小为目标函数，结合约束条件，构建无功优化模型；
[0017]基于无功优化节点集合和无功优化模型，依据电压越限倍数，采用迭代减半电压越限倍数趋近方法，得到电网无功补偿方案。
[0018]进一步地，所述变电站等效网架接线模型的构建过程包括：根据各变电站变压器接线和建设情况，建立网架模型数据库；根据变电站中需要修改的主变数量和新建负荷的节点，引入等效方法，结合网架模型数据库，得到变电站等效网架接线模型。
[0019]进一步地，所述等效方法包括：判断每个需要修改的变电站中现存主变数量；判断需要新建负荷的节点，并建立负荷模型；进行变压器及负荷扩建，若变电站中只存在一台主变，只需要将现有中压侧负荷进行修改，在低压侧增加负荷，并将负荷进行赋值；若变电站中存在两台主变，第一台主变修改思路与只有一台主变时相同，第二台主变首先将旧第二台主变参数进行提取，将旧第二台主变运行状态闭锁，新建一台变压器将旧主变参数进行输入，并在中低压侧进行负荷建立，并赋值；若变电站中存在N台主变，第一台修改思路与只有一台时相同，第2
‑
N台修改思路与存在两台主变时相同。
[0020]进一步地，所述得到节点无功注入灵敏度的过程具体包括：基于变电站等效网架接线模型，考虑无功潮流的变化对于节点电压的影响，去除有功潮流对节点电压的影响，基于分解雅可比矩阵，构建节点无功注入灵敏度。
[0021]进一步地，所述无功网损灵敏度的构建过程包括：基于变电站等效网架接线模型，分析电网中每段线路网损；根据电网中每段线路网损，得到每段线路网损无功灵敏度；根据每段线路网损无功灵敏度，得到全电网网损无功灵敏度，即无功网损灵敏度。
[0022]进一步地，所述得到无功优化节点集合的过程包括：
[0023]筛选出所有超出电压上限节点，按电压顺序排序；
[0024]进行变压器变比调整，调整顺序按照变压器变比灵敏度，作为无功优化初步资源调整；
[0025]筛选出无功优化初步资源调整后依然电压越限节点，节点注入无功资源调整灵敏度和无功网损灵敏度，结合确定优化节点；
[0026]按照上述方法判断所有节点，得到无功优化节点集合。
[0027]进一步地，所述得到电网无功补偿方案的过程包括：
[0028]设置电压上下限U
imax
、U
imin
；设置无功补偿容量变化步长，补偿容量初值此处设置为0，设置最大迭代次数；
[0029]确定变压器分接头档位已达上限无法调整后，基于无功资源调整灵敏度和无功网损灵敏度确定无功补偿节点优先度；
[0030]根据节点补偿顺序进行优化，进行潮流计算以电压上限U
imax
为基准确定需补偿节点电压越限倍数η
·
[0031]进行迭代计算，每次迭代更新无功补偿容量以及电压幅值，根据电压幅值更新电压越限倍数；
[0032]设置循环判断依据为节点电压幅值大于或等于U
imax
*(1+η*0.5)，通过不断减半电压越限倍数的方法使得每次补偿后电压幅值不断靠近电压上限；
[0033]设置循环结束条件以及强行结束条件；
[0034]进行下一节点无功补偿容量确定，直至完成无功优化节点集合电压优化，得到电网无功补偿方案。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于灵敏度分析的无功电压优化方法，其特征在于，包括：基于变电站等效网架接线模型，考虑无功潮流的变化对于节点电压的影响，去除有功潮流对节点电压的影响，得到节点无功注入灵敏度；通过调节变压器档位前后的变压器变比改变，得到变压器变比灵敏度；基于变电站等效网架接线模型，分析电力系统无功功率发生变化时的无功网损灵敏度；基于节点无功注入灵敏度和变压器变比灵敏度，构建无功资源调整灵敏度；基于无功资源调整灵敏度和无功网损灵敏度，得到无功优化节点集合；以建设并联电抗器容量最小为目标函数，结合约束条件，构建无功优化模型；基于无功优化节点集合和无功优化模型，依据电压越限倍数，采用迭代减半电压越限倍数趋近方法，得到电网无功补偿方案。2.根据权利要求1所述的基于灵敏度分析的无功电压优化方法，其特征在于，所述变电站等效网架接线模型的构建过程包括：根据各变电站变压器接线和建设情况，建立网架模型数据库；根据变电站中需要修改的主变数量和新建负荷的节点，引入等效方法，结合网架模型数据库，得到变电站等效网架接线模型。3.根据权利要求2所述的基于灵敏度分析的无功电压优化方法，其特征在于，所述等效方法包括：判断每个需要修改的变电站中现存主变数量；判断需要新建负荷的节点，并建立负荷模型；进行变压器及负荷扩建，若变电站中只存在一台主变，只需要将现有中压侧负荷进行修改，在低压侧增加负荷，并将负荷进行赋值；若变电站中存在两台主变，第一台主变修改思路与只有一台主变时相同，第二台主变首先将旧第二台主变参数进行提取，将旧第二台主变运行状态闭锁，新建一台变压器将旧主变参数进行输入，并在中低压侧进行负荷建立，并赋值；若变电站中存在N台主变，第一台修改思路与只有一台时相同，第2
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N台修改思路与存在两台主变时相同。4.根据权利要求1所述的基于灵敏度分析的无功电压优化方法，其特征在于，所述得到节点无功注入灵敏度的过程具体包括：基于变电站等效网架接线模型，考虑无功潮流的变化对于节点电压的影响，去除有功潮流对节点电压的影响，基于分解雅可比矩阵，构建节点无功注入灵敏度。5.根据权利要求1所述的基于灵敏度分析的无功电压优化方法，其特征在于，所述无功网损灵敏度的构建过程包括：基于变电站等效网架接线模型，分析电网中每段线路网损；根据电网中每段线路网损，得到每段线路网损无功灵敏度；根据每段线路网损无功灵敏度，得到全电网网损无功灵敏度，即无功网损灵敏度。6.根据权利要求1所述的基于灵敏度分析的无功电压优化方法，其特征在于，所述得到无功优化节点集合的过程包括：筛选出所有超出电压上限节点，按电压顺序排序；进行变压器变比调整，调整顺序按照变压器变比灵敏度，作为无功优化初步资源调...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹永吉，张恒旭，邹世豪，马睿聪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：