一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法
【專利摘要】一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，本發明屬于電力系統安全分析與運行控制領域，具體涉及電力系統的節點耦合關系解析及無功電壓分區控制方法。解決了現有無功電壓分區控制方法用于網架結構不均勻的互聯電網時存在適應性差的問題，本發明先計算電源節點耦合關系矩陣和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣HLG；將待分割區域內的電源節點分為組內耦合度大于γ(k)、組間耦合度小于γ(k)的兩組；待分割區內的負荷節點歸并入到相應電源節點的節點集；判斷節點集所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，完成該區域電網電壓運行控制；否則，繼續進行分區，本發明適用于電力系統安全分析與運行控制。
【專利說明】一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力系統安全分析與運行控制領域，具體涉及電力系統的節點耦合關系解析及無功電壓分區控制方法。
【背景技術】
[0002]無功電壓控制是確保電網安全運行的一項重要保障和措施，在風電滲透率快速增加和遠距離輸送形式下，電力系統的無功電壓問題表現得更為突出。分級電壓控制理念和方法自從上世紀七八十年代被提出以來，得到了人們較多的關注和應用。由于無功電壓問題具有區域性和局部性特點，所以實施分級電壓控制的核心任務在于如何根據電壓控制的需要有效地對電網分區。
[0003]為適應無功電壓控制需要而進行的電網分區，其根本任務在于將電網分解成若干個區內強耦合而區間弱耦合的子區域，且各分區內部具有足夠的電壓控制能力。從數學角度講，電網分區是一個復雜的組合優化問題，比較常見的解法是在計算電氣距離的基礎上應用相應分區算法實現電壓無功的分區計算。電氣距離的定義方面，目前有多種方式，但基本上都是基于牛頓法或PQ分解法潮流程序的雅克比矩陣，通過節點間無功電壓的靈敏度關系來定義反映節點間聯系強度的電氣距離。分區計算的算法方面，主要有向上凝聚法、譜聚類法、模糊聚類法以及模擬退火法、遺傳算法和進化算法等。
[0004]相比較而言，以向上凝聚法為代表的聚類分區方法自20世紀80年代被用于法國電網以來，作為一種更受青睞的無功電壓分區方法得到了人們較多的研究和關注。向上凝聚法通常以每個發電或負荷節點為中心，按電氣距離大小將整個電網凝聚成若干分區，采用分區半徑與分區數關系曲線的平坦區來判定是否已將到最優分區數。研究表明，對于網架結構比較均衡的一般系統來說，這種判據通常能找到合理的分區數和分區結果，然而對于網架結構不十分均勻的互聯系統，分區半徑與分區數關系曲線，一般不存在明顯的平坦區，致使這種判據在實際應用中難以發揮作用。導致上述判據失效的原因是因為全系統采用了統一的電氣分區半徑標準。對于一個互聯系統，不同區域的網架強壯性和電氣距離特性可能有較大差異，當其中一個子電網還未被凝聚出兩個分區時，另一個子電網可能已經被凝聚出很多個分區，這顯然不符合實際應用需求。因此現有無功電壓分區控制方法存在適應性差的問題。

【發明內容】

[0005]本發明為了解決現有無功電壓分區控制方法用于網架結構不均勻的互聯電網時存在適應性差的問題，提出了一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法。
[0006]本發明所述一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，該方法的具體步驟為:
[0007]步驟一、計算電源節點耦合關系矩陣4丨,和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui ；[0008]步驟二、依據電源節點耦合度矩陣Zra，利用二分切割分區算法將待分割區域內的
電源節點分為組內耦合度大于Y (k)、組間耦合度小于Y (k)的兩組，分別為電源節點集Skl和電源節點集Sk2;所述k為分區次數；
[0009]步驟三、調用電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui，將待分割區域內的所有負荷節點逐一映射歸并入到節點集Skl所在分區或節點集Sk2所在分區；
[0010]步驟四、判斷節點集Skl所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集Skl分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，從而完成該區域電網電壓運行控制；否則，令k=k+l返回執行步驟二 ；
[0011]同時判斷節點集Sk2所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集Sk2分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，從而完成該區域電網電壓運行控制；否則，令k=k+l返回執行步驟二。
[0012]本發明基于網絡阻抗矩陣和方程，提供了識別電源節點耦合關系和電源節點對負荷節點電壓控制靈敏度的解析指標及利用無功電壓遞歸切割分區實現對電網電壓的控制，無需指定電網節點的分區半徑和分區數且能夠根據實際網絡確定電壓分區控制的中止條件，實現對網架結構不均勻的互聯電網的電壓分區控制，且與現有電壓分區控制方法相比適用于網架結構不均勻的互聯電網。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明所述一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法流程圖；
[0014]圖2為IEEE118節點系統的網絡切割過程示意圖；
[0015]圖3為IEEE118節點系統的網絡切割過程中Y (k)的變化示意圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一、結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，該方法的具體步驟為:
[0017]步驟一、計算電源節點耦合關系矩陣Z」,和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hlc ;
[0018]步驟二、依據電源節點耦合度矩陣利用二分切割分區算法將待分割區域內的電源節點分為組內耦合度大于Y (k)、組間耦合度小于Y (k)的兩組，分別為電源節點集Skl和電源節點集Sk2;所述k為分區次數；
[0019]步驟三、調用電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui，將待分割區域內的所有負荷節點逐一映射歸并入到節點集Skl所在分區或節點集Sk2所在分區；
[0020]步驟四、判斷節點集Skl所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集Skl分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，從而完成該區域電網電壓運行控制；否則，令k=k+l返回執行步驟二 ；
[0021]同時判斷節點集Sk2所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集Sk2分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，從而完成該區域電網電壓運行控制；否則，令k=k+l返回執行步驟二。[0022]本發明物理意義明晰、易于被工程技術人員理解和掌握，適用于網架結構強度不均勻的互聯電網的電壓分區控制。
[0023]【具體實施方式】二、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法的進一步說明，步驟一中計算電源節點耦合關系矩陣C和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui的方法為:
[0024]根據基爾霍夫定律，獲得節點電壓方程:
【權利要求】
1.一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟一、計算電源節點耦合關系矩陣和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣 Hlg ； 步驟二、依據電源節點耦合度矩陣利用二分切割分區算法將待分割區域內的電源節點分為組內耦合度大于Y (k)、組間耦合度小于Y (k)的兩組，分別為電源節點集Skl和電源節點集Sk2 ;所述k為分區次數； 步驟三、調用電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui，將待分割區域內的所有負荷節點逐一映射歸并入到節點集Skl所在分區或節點集Sk2所在分區； 步驟四、判斷節點集Skl所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集Skl分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，從而完成該區域電網電壓運行控制；否則，令k=k+l返回執行步驟二； 同時判斷節點集Sk2所在分區是否滿足分區中止條件，若是，則結束對點集Sk2分區；然后對該區域電網電壓進行控制設置，從而完成該區域電網電壓運行控制；否則，令k=k+l返回執行步驟二。
2.根據權利要求1所述的一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，其特征在于，步驟一中計算電源節點耦合關系矩陣^和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui的方法為: 步驟一中計算電源節點耦合關系矩陣Zi和電源節點對負荷節點的電壓控制靈敏度矩陣Hui的方法為: 根據基爾霍夫定律，獲得節點電壓方程:
3.根據權利要求1所述的一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，其特征在于，步驟二中依據電源節點耦合度大小，利用二分切割分區算法將待分割區域內的電源節點分為組內強耦合、組間弱耦合的兩組的方法為: 步驟21、對矩陣Zi^的上三角元素取絕對值，按每個元素絕對值由小到大的順序存入數組β ； 步驟22、取矩陣每一行元素的模的最小值，將其存入一臨時數組αι，找出β中與α !數組元素最大值對應的元素β (c);所述c為數組β中的第c個元素； 步驟23、依次比較矩陣第一行的元素的模與β (c)的大小，將模值大于β (c)的電源節點歸為節點集Skl，其它的歸為另一節點集Sk2 ； 步驟24、依次比較點集Sk2中的電源節點與點集Skl中電源節點的耦合度是否大于β (c)，將點集Skl中與點集Sk2中節點耦合度小于β (c)的節點從點集Sk2中移出并將其歸入到點集Skl ； 步驟25、將點集Sk2中的電源節點依次與點集Skl比較完畢后，如果Sk2為空集，此時的β (c)不能將待分區域切割成兩個分區，則令c=c+l，返回步驟23，否則，β (c)為該次分區的耦合度值，即Y (k)，完成該次電源節點切割分區。
4.根據權利要求1所述的一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，其特征在于，步驟三中依據電源節點對負荷節點電壓控制的靈敏度大小，將待分割區域內的所有負荷節點逐一映射歸并入相應電源節點組的方法，該方法的具體步驟為: 步驟31、將待分區負荷節點集中的節點號按從小到大的順序存入一臨時數組Ci2，令負荷節點集中的元素標號d=l ； 步驟32、比較矩陣Hui的第a 2 (d)行元素的值，將負荷節點α 2⑷歸并到max (| (Hlg)a2(d)el.e=l,…m)對應的電源節點所在的分區；m為發電機節點數； 步驟33、判斷元素a2(d)是否為數組Ci2的最后一個元素，若是則將負荷節點映射歸并入相應電源節點組完成；否則，令d=d+l，返回步驟32。
5.根據權利要求1所述的一種遞歸切割式無功電壓分區控制方法，其特征在于，步驟四中所述的分區中止條件為: 判斷完成第k次電源二分切割對應的耦合度Y (k)與完成上一層電源二分切割對應的耦合度Y (k-Ι)或Y (k-2)是否滿足:
【文檔編號】H02J3/00GK103532139SQ201310499042
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】李衛星, 齊士偉, 牟曉明, 楊溢 申請人:哈爾濱工業大學