一种递归切割式无功电压分区控制方法
【专利摘要】一种递归切割式无功电压分区控制方法，本发明属于电力系统安全分析与运行控制领域，具体涉及电力系统的节点耦合关系解析及无功电压分区控制方法。解决了现有无功电压分区控制方法用于网架结构不均匀的互联电网时存在适应性差的问题，本发明先计算电源节点耦合关系矩阵和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵HLG；将待分割区域内的电源节点分为组内耦合度大于γ(k)、组间耦合度小于γ(k)的两组；待分割区内的负荷节点归并入到相应电源节点的节点集；判断节点集所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，完成该区域电网电压运行控制；否则，继续进行分区，本发明适用于电力系统安全分析与运行控制。
【专利说明】一种递归切割式无功电压分区控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统安全分析与运行控制领域，具体涉及电力系统的节点耦合关系解析及无功电压分区控制方法。
【背景技术】
[0002]无功电压控制是确保电网安全运行的一项重要保障和措施，在风电渗透率快速增加和远距离输送形式下，电力系统的无功电压问题表现得更为突出。分级电压控制理念和方法自从上世纪七八十年代被提出以来，得到了人们较多的关注和应用。由于无功电压问题具有区域性和局部性特点，所以实施分级电压控制的核心任务在于如何根据电压控制的需要有效地对电网分区。
[0003]为适应无功电压控制需要而进行的电网分区，其根本任务在于将电网分解成若干个区内强耦合而区间弱耦合的子区域，且各分区内部具有足够的电压控制能力。从数学角度讲，电网分区是一个复杂的组合优化问题，比较常见的解法是在计算电气距离的基础上应用相应分区算法实现电压无功的分区计算。电气距离的定义方面，目前有多种方式，但基本上都是基于牛顿法或PQ分解法潮流程序的雅克比矩阵，通过节点间无功电压的灵敏度关系来定义反映节点间联系强度的电气距离。分区计算的算法方面，主要有向上凝聚法、谱聚类法、模糊聚类法以及模拟退火法、遗传算法和进化算法等。
[0004]相比较而言，以向上凝聚法为代表的聚类分区方法自20世纪80年代被用于法国电网以来，作为一种更受青睐的无功电压分区方法得到了人们较多的研究和关注。向上凝聚法通常以每个发电或负荷节点为中心，按电气距离大小将整个电网凝聚成若干分区，采用分区半径与分区数关系曲线的平坦区来判定是否已将到最优分区数。研究表明，对于网架结构比较均衡的一般系统来说，这种判据通常能找到合理的分区数和分区结果，然而对于网架结构不十分均匀的互联系统，分区半径与分区数关系曲线，一般不存在明显的平坦区，致使这种判据在实际应用中难以发挥作用。导致上述判据失效的原因是因为全系统采用了统一的电气分区半径标准。对于一个互联系统，不同区域的网架强壮性和电气距离特性可能有较大差异，当其中一个子电网还未被凝聚出两个分区时，另一个子电网可能已经被凝聚出很多个分区，这显然不符合实际应用需求。因此现有无功电压分区控制方法存在适应性差的问题。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有无功电压分区控制方法用于网架结构不均匀的互联电网时存在适应性差的问题，提出了一种递归切割式无功电压分区控制方法。
[0006]本发明所述一种递归切割式无功电压分区控制方法，该方法的具体步骤为:
[0007]步骤一、计算电源节点耦合关系矩阵4丨,和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui ；[0008]步骤二、依据电源节点耦合度矩阵Zra，利用二分切割分区算法将待分割区域内的
电源节点分为组内耦合度大于Y (k)、组间耦合度小于Y (k)的两组，分别为电源节点集Skl和电源节点集Sk2;所述k为分区次数；
[0009]步骤三、调用电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui，将待分割区域内的所有负荷节点逐一映射归并入到节点集Skl所在分区或节点集Sk2所在分区；
[0010]步骤四、判断节点集Skl所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集Skl分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，从而完成该区域电网电压运行控制；否则，令k=k+l返回执行步骤二 ；
[0011]同时判断节点集Sk2所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集Sk2分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，从而完成该区域电网电压运行控制；否则，令k=k+l返回执行步骤二。
[0012]本发明基于网络阻抗矩阵和方程，提供了识别电源节点耦合关系和电源节点对负荷节点电压控制灵敏度的解析指标及利用无功电压递归切割分区实现对电网电压的控制，无需指定电网节点的分区半径和分区数且能够根据实际网络确定电压分区控制的中止条件，实现对网架结构不均匀的互联电网的电压分区控制，且与现有电压分区控制方法相比适用于网架结构不均匀的互联电网。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明所述一种递归切割式无功电压分区控制方法流程图；
[0014]图2为IEEE118节点系统的网络切割过程示意图；
[0015]图3为IEEE118节点系统的网络切割过程中Y (k)的变化示意图。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种递归切割式无功电压分区控制方法，该方法的具体步骤为:
[0017]步骤一、计算电源节点耦合关系矩阵Z」,和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hlc ;
[0018]步骤二、依据电源节点耦合度矩阵利用二分切割分区算法将待分割区域内的电源节点分为组内耦合度大于Y (k)、组间耦合度小于Y (k)的两组，分别为电源节点集Skl和电源节点集Sk2;所述k为分区次数；
[0019]步骤三、调用电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui，将待分割区域内的所有负荷节点逐一映射归并入到节点集Skl所在分区或节点集Sk2所在分区；
[0020]步骤四、判断节点集Skl所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集Skl分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，从而完成该区域电网电压运行控制；否则，令k=k+l返回执行步骤二 ；
[0021]同时判断节点集Sk2所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集Sk2分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，从而完成该区域电网电压运行控制；否则，令k=k+l返回执行步骤二。[0022]本发明物理意义明晰、易于被工程技术人员理解和掌握，适用于网架结构强度不均匀的互联电网的电压分区控制。
[0023]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种递归切割式无功电压分区控制方法的进一步说明，步骤一中计算电源节点耦合关系矩阵C和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui的方法为:
[0024]根据基尔霍夫定律，获得节点电压方程:
【权利要求】
1.一种递归切割式无功电压分区控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤为: 步骤一、计算电源节点耦合关系矩阵和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵 Hlg ； 步骤二、依据电源节点耦合度矩阵利用二分切割分区算法将待分割区域内的电源节点分为组内耦合度大于Y (k)、组间耦合度小于Y (k)的两组，分别为电源节点集Skl和电源节点集Sk2 ;所述k为分区次数； 步骤三、调用电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui，将待分割区域内的所有负荷节点逐一映射归并入到节点集Skl所在分区或节点集Sk2所在分区； 步骤四、判断节点集Skl所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集Skl分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，从而完成该区域电网电压运行控制；否则，令k=k+l返回执行步骤二； 同时判断节点集Sk2所在分区是否满足分区中止条件，若是，则结束对点集Sk2分区；然后对该区域电网电压进行控制设置，从而完成该区域电网电压运行控制；否则，令k=k+l返回执行步骤二。
2.根据权利要求1所述的一种递归切割式无功电压分区控制方法，其特征在于，步骤一中计算电源节点耦合关系矩阵^和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui的方法为: 步骤一中计算电源节点耦合关系矩阵Zi和电源节点对负荷节点的电压控制灵敏度矩阵Hui的方法为: 根据基尔霍夫定律，获得节点电压方程:
3.根据权利要求1所述的一种递归切割式无功电压分区控制方法，其特征在于，步骤二中依据电源节点耦合度大小，利用二分切割分区算法将待分割区域内的电源节点分为组内强耦合、组间弱耦合的两组的方法为: 步骤21、对矩阵Zi^的上三角元素取绝对值，按每个元素绝对值由小到大的顺序存入数组β ； 步骤22、取矩阵每一行元素的模的最小值，将其存入一临时数组αι，找出β中与α !数组元素最大值对应的元素β (c);所述c为数组β中的第c个元素； 步骤23、依次比较矩阵第一行的元素的模与β (c)的大小，将模值大于β (c)的电源节点归为节点集Skl，其它的归为另一节点集Sk2 ； 步骤24、依次比较点集Sk2中的电源节点与点集Skl中电源节点的耦合度是否大于β (c)，将点集Skl中与点集Sk2中节点耦合度小于β (c)的节点从点集Sk2中移出并将其归入到点集Skl ； 步骤25、将点集Sk2中的电源节点依次与点集Skl比较完毕后，如果Sk2为空集，此时的β (c)不能将待分区域切割成两个分区，则令c=c+l，返回步骤23，否则，β (c)为该次分区的耦合度值，即Y (k)，完成该次电源节点切割分区。
4.根据权利要求1所述的一种递归切割式无功电压分区控制方法，其特征在于，步骤三中依据电源节点对负荷节点电压控制的灵敏度大小，将待分割区域内的所有负荷节点逐一映射归并入相应电源节点组的方法，该方法的具体步骤为: 步骤31、将待分区负荷节点集中的节点号按从小到大的顺序存入一临时数组Ci2，令负荷节点集中的元素标号d=l ； 步骤32、比较矩阵Hui的第a 2 (d)行元素的值，将负荷节点α 2⑷归并到max (| (Hlg)a2(d)el.e=l,…m)对应的电源节点所在的分区；m为发电机节点数； 步骤33、判断元素a2(d)是否为数组Ci2的最后一个元素，若是则将负荷节点映射归并入相应电源节点组完成；否则，令d=d+l，返回步骤32。
5.根据权利要求1所述的一种递归切割式无功电压分区控制方法，其特征在于，步骤四中所述的分区中止条件为: 判断完成第k次电源二分切割对应的耦合度Y (k)与完成上一层电源二分切割对应的耦合度Y (k-Ι)或Y (k-2)是否满足:
【文档编号】H02J3/00GK103532139SQ201310499042
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】李卫星, 齐士伟, 牟晓明, 杨溢 申请人:哈尔滨工业大学