考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法和系统与流程

1.本发明属于动态无功补偿技术领域，具体涉及一种考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法和系统。


背景技术：

2.近年来，在大规模电网中，无功补偿的方法在解决系统电压稳定问题中得到广泛的应用。众多研究表明无功电源可以在系统发生扰动或故障后迅速投入，具有稳定系统电压水平、提高系统中的无功功率储备、减小系统网络损耗以及抑制高次谐波等众多有效作用。传统的电容器、电抗器已在大规模地区电网的各变电站中进行了全面配置；如今以静止无功补偿器(svc)和静止同步补偿器((statcom)等facts设备为代表的动态无功补偿装置在电网中的应用也越来越广泛，配置的电压等级也越来越高。但是目前无功电源的制作成本高，不可能进行全面配置，只能针对系统中的电压薄弱区域进行分层分区配置。
3.目前动态无功源方面的研究局限于对系统中电压薄弱区域的确定或者是动态无功补偿措施的有效性。但是，电网的实际运行会面临很多不同的运行方式，如何适应各种运行方式，有效找到系统电压薄弱区域，并基于此区域对可改造为调相机的动态无功源进行优化配置，对解决电网调度运行面临的无功源配置决策困难具有重要的实用价值。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法和系统。
5.一种考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法，包括如下步骤：
6.确定协同平台的多个电网运行方式，对影响电压稳定性的严重故障进行暂稳扫描，生成电网严重故障集；
7.对所述电网严重故障集进行暂态时域仿真，得到故障后的母线电压信息，根据所述母线电压信息，确定电压薄弱区域；
8.根据所述电压薄弱区域，分别对各母线节点增加等量的无功补偿，计算动态灵敏度，并以直流换相失败次数和动态灵敏度作为节点补偿效果评价指标，确定预选补偿点；
9.为所述预选补偿点配置动态无功源。
10.优选地，所述对所述电网严重故障集进行暂态时域仿真包括以下步骤：
11.确定暂态电压安全指标，暂态电压安全指标包括瞬时电压跌落分量、暂态电压恢复分量、稳态电压水平分量；
12.暂态电压安全指标的每个分量均包含暂态电压过程的量化项和电网运行标准的惩罚项；
13.如果电压波形满足分量所考虑的电网运行标准，则电网运行标准的惩罚项等于零，否则，电网运行标准的惩罚项大于零。
14.优选地，所述瞬时电压跌落分量、所述暂态电压恢复分量、所述稳态电压水平分量
方程为：
15.瞬时电压跌落分量：
[0016][0017][0018]
式中，是瞬时电压跌落分量的暂态电压过程的量化项，是瞬时电压跌落分量的电网运行标准的惩罚项，t
flt
是故障发生时刻，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，“标准1”关注故障过程中动态元件的响应特性；
[0019]
暂态电压恢复分量：
[0020][0021][0022]
式中，是暂态电压恢复分量的暂态电压过程的量化项，是暂态电压恢复分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，vs是故障后电压，t2是t
clr
之后v(t)首次恢复到vs的时刻，“标准2”关注故障清除后的电压恢复过程；
[0023]
稳态电压水平分量：
[0024][0025][0026]
式中，是稳态电压水平分量的暂态电压过程的量化项，是稳态电压水平分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，ts是电压达到稳态的时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，vs是故障后电压，“标准3”关注故障清除后电压达到的新稳态。
[0027]
优选地，所述配置动态无功源，包括以下步骤：
[0028]
在待改机组库中，对各个电压敏感站点模拟，注入等容量电容的电流扰动，对比各个火电机组并网点电压的变动量，并根据电压偏差对各个机组进行排序；
[0029]
根据排序结果对优先级机组改造为调相机，完成动态无功源的配置。
[0030]
一种考虑动态无功源规划预选补偿点的确定系统，包括：
[0031]
故障集构建模块，确定协同平台的多个电网运行方式，对影响电压稳定性的严重故障进行暂稳扫描，生成电网严重故障集；
[0032]
电压薄弱区域确定模块，对所述电网严重故障集进行暂态时域仿真，得到故障后的母线电压信息，根据所述母线电压信息，确定电压薄弱区域；
[0033]
预选补偿点确定模块，根据所述电压薄弱区域，分别对各母线节点增加等量的无功补偿，计算动态灵敏度，并以直流换相失败次数和动态灵敏度排序作为节点补偿效果评价指标，确定预选补偿点；
[0034]
动态无功源配置模块，为预选补偿点配置动态无功源。
[0035]
优选地，所述对所述电网严重故障集进行暂态时域仿真包括以下步骤：
[0036]
确定暂态电压安全指标，暂态电压安全指标包括瞬时电压跌落分量、暂态电压恢复分量、稳态电压水平分量；
[0037]
暂态电压安全指标的每个分量均包含暂态电压过程的量化项和电网运行标准的惩罚项；
[0038]
如果电压波形满足分量所考虑的电网运行标准，则电网运行标准的惩罚项等于零，否则，电网运行标准的惩罚项大于零。
[0039]
优选地，所述时电压跌落分量、所述暂态电压恢复分量、所述稳态电压水平分量方程为：
[0040]
瞬时电压跌落分量：
[0041][0042][0043]
式中，是瞬时电压跌落分量的暂态电压过程的量化项，是瞬时电压跌落分量的电网运行标准的惩罚项，t
flt
是故障发生时刻，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，“标准1”关注故障过程中动态元件的响应特性；
[0044]
暂态电压恢复分量：
[0045][0046][0047]
式中，是暂态电压恢复分量的暂态电压过程的量化项，是暂态电压恢复分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，vs是故障后电压，t2是t
clr
之后v(t)首次恢复到vs的时刻，“标准2”关注故障清除后的电压恢复过程；
[0048]
稳态电压水平分量：
[0049][0050][0051]
式中，是稳态电压水平分量的暂态电压过程的量化项，是稳态电压水平分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，ts是电压达到稳态的时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，vs是故障后电压，“标准3”关注故障清除后电压达到的新稳态。
[0052]
优选地，所述配置动态无功源，包括以下步骤：
[0053]
在待改机组库中，对各个电压敏感站点模拟，注入等容量电容的电流扰动，对比各个火电机组并网点电压的变动量，并根据电压偏差对各个机组进行排序；
[0054]
根据排序结果对优先级机组改造为调相机，完成动态无功源的配置。
[0055]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法步骤。
[0056]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法步骤。
[0057]
本发明的积极有益效果：
[0058]
1.本发明以电网电压稳定问题为背景，根据暂稳扫描中故障严重程度排序，确定制约电网电压稳定问题的约束故障；然后采用时域仿真分析的方法，对电力系统事故进行tvsi指标分析，确定电压薄弱区域；分别针对各母线节点增加等量的无功补偿，计算动态灵敏度，并以直流换相失败次数和动态灵敏度排序作为节点补偿效果评价指标，确定预选补偿点；综合考虑电网节点间电气相关性(互阻抗)、无功补偿装置配备经济性及分层分区配备原则，对应预选补偿点进行动态无功源配置；本发明为动态无功源的精准高效低成本配置提供了有效方法，有利于提升电网的整体补偿效果，保障系统电压稳定。
[0059]
2.本发明考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法不同于以往单独的补偿装置或者单独的电压薄弱区域，本发明首次将预选补偿点的选择与动态无功源的改造结合在一起，精准配置动态无功源，改善系统电压稳定性，减少无功调度的工作强度，提升电网的整体补偿效果，具有显著的实用价值。
附图说明
[0060]
图1为本发明考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法流程图。
具体实施方式
[0061]
下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。
[0062]
实施例1
[0063]
一种考虑动态无功源规划预选补偿点的确定方法，参见图1，包括如下步骤：
[0064]
确定协同平台的多个电网运行方式，对影响电压稳定性的严重故障进行暂稳扫描，生成电网严重故障集；
[0065]
对电网严重故障集进行暂态时域仿真，得到故障后的母线电压信息，并反应动态事故严重性指标和母线脆弱性指标，根据母线电压信息，确定电压薄弱区域；
[0066]
根据电压薄弱区域，分别对各母线节点增加等量的无功补偿，计算动态灵敏度，并以直流换相失败次数和动态灵敏度作为节点补偿效果评价指标，按照指标由大到小顺序，确定第一个预选补偿点；
[0067]
为第一个预选补偿点配置动态无功源；
[0068]
然后采用同样的方法，逐步确定剩余预选补偿点并配置动态无功源。
[0069]
进一步地，对电网严重故障集进行暂态时域仿真包括以下步骤：
[0070]
确定暂态电压安全指标，暂态电压安全指标包括瞬时电压跌落分量、暂态电压恢复分量、稳态电压水平分量；
[0071]
暂态电压安全指标的每个分量均包含暂态电压过程的量化项和电网运行标准的惩罚项；
[0072]
如果电压波形满足分量所考虑的电网运行标准，则电网运行标准的惩罚项等于零，否则，电网运行标准的惩罚项大于零。
[0073]
更进一步地，暂态电压安全指标tvsi含有的三个分量瞬时电压跌落分量tvsi1、暂态电压恢复分量tvsi2、稳态电压水平分量tvsi3分别对应故障过程中、故障清除后、故障后稳态，
[0074]
其中，瞬时电压跌落分量：
[0075][0076][0077]
式中，是瞬时电压跌落分量的暂态电压过程的量化项，是瞬时电压跌落分量的电网运行标准的惩罚项，t
flt
是故障发生时刻，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压。“标准1”关注故障过程中动态元件的响应特性，对于hvdc换流站，要求交流母线电压大于0.9p.u.；
[0078]
暂态电压恢复分量：
[0079][0080][0081]
式中，是暂态电压恢复分量的暂态电压过程的量化项，是暂态电压恢复分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，vs是故障后电压，t2是t
clr
之后v(t)首次恢复到vs的时刻。“标准2”关注故障清除后的电压恢复过程，根据《电力系统电压稳定评价导则》，在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压需要在10s以内恢复到0.80p.u.以上；
[0082]
稳态电压水平分量：
[0083][0084][0085]
式中，是稳态电压水平分量的暂态电压过程的量化项，是稳态电压水平分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，ts是电压达到稳态的时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，vs是故障后电压。“标准3”关注故障清除后电压达到的新稳态，根据《电力系统电压稳定评价导则》和《电能质量—供电电压偏差》，新稳态的电压要在0.9p.u.～1.1p.u.之间。
[0086]
进一步地，配置动态无功源，是以反映电网节点间电气相关性强弱的互阻抗为指标，优选出电压支撑能力强的机组作为调相机待改机组，包括以下步骤：
[0087]
选择互阻抗为指标，计算互阻抗：
[0088][0089]
其中，等式左边的两项分别是节点导纳矩阵和节点电压矩阵，等式右边的一项是节点电流矩阵；y
ij
是节点i与节点j间的互导纳值，vi是节点i的电压值，ii是节点i的电流值；
[0090]
当节点i注入电流扰动di时，表征节点j与扰动注入节点i间的互阻抗值z
ij
的节点j电压的变化量dv
ij
计算方法：
[0091][0092]
当注入电流扰动时，以节点j电压的变化量dv
ij
表征节点j与扰动注入节点i间的互阻抗值z
ij
，互阻抗值越大，其电气相关性判定为越强；
[0093]
在待改机组库中，对各个电压敏感站点(例如：中州换500千伏母线、豫南换500千伏母线、南阳站500千伏母线)模拟，注入等容量电容的电流扰动，对比各个火电机组并网点电压的变动量，并根据电压的变动量排序，对比各火电机组并网点电压变动量，综合考虑各个电厂对各个电压敏感站点母线的电压控制效果，按照电压偏差由大到小对各个机组进行排序，如下表1所示；
[0094]
表1各个机组并网点电压(标么值)的变化量综合结果
[0095]
[0096][0097]
根据排序结果以及各个电厂的实际运行情况，筛选出29台适宜改造的火电机组，主要考虑一些老旧机组，如表2所示，根据需要对若干台优先级机组改造为调相机，完成第一个预先补偿点动态无功源的配置。
[0098]
表2适宜改造机组的初步选择
[0099]
[0100][0101]
由表1可知，各机组对3种故障所表现出的综合电压偏差可知，不同的机组对电压的支撑能力差别很大。表2为优选出的电压支撑能力强的待改机组，适宜作为第一个补偿点的动态无功源。
[0102]
然后同样的方法，逐步确定电压薄弱区域剩余预选补偿点并配置动态无功源，直至电压薄弱区域最后一个预选补偿点完成动态无功源配置。
[0103]
实施例2
[0104]
一种考虑动态无功源规划预选补偿点的确定系统，包括：
[0105]
故障集构建模块，确定协同平台的多个电网运行方式，对影响电压稳定性的严重故障进行暂稳扫描，生成电网严重故障集；
[0106]
电压薄弱区域确定模块，对电网严重故障集进行暂态时域仿真，得到故障后的母线电压信息，根据母线电压信息，确定电压薄弱区域；
[0107]
预选补偿点确定模块，根据电压薄弱区域，分别对各母线节点增加等量的无功补偿，计算动态灵敏度，并以直流换相失败次数和动态灵敏度排序作为节点补偿效果评价指标，确定预选补偿点；
[0108]
动态无功源配置模块，为预选补偿点配置动态无功源。
[0109]
进一步地，对所述电网严重故障集进行暂态时域仿真包括以下步骤：
[0110]
确定暂态电压安全指标，暂态电压安全指标包括瞬时电压跌落分量、暂态电压恢复分量、稳态电压水平分量；
[0111]
暂态电压安全指标的每个分量均包含暂态电压过程的量化项和电网运行标准的惩罚项；
[0112]
如果电压波形满足分量所考虑的电网运行标准，则电网运行标准的惩罚项等于零，否则，电网运行标准的惩罚项大于零。
[0113]
进一步地，瞬时电压跌落分量tvsi1、暂态电压恢复分量tvsi2、稳态电压水平分量tvsi3方程为：
[0114]
瞬时电压跌落分量：
[0115]
[0116][0117]
式中，是瞬时电压跌落分量的暂态电压过程的量化项，是瞬时电压跌落分量的电网运行标准的惩罚项，t
flt
是故障发生时刻，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，“标准1”关注故障过程中动态元件的响应特性；
[0118]
暂态电压恢复分量：
[0119][0120][0121]
式中，是暂态电压恢复分量的暂态电压过程的量化项，是暂态电压恢复分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，v(t)是电压波形，vs是故障后电压，t2是t
clr
之后v(t)首次恢复到vs的时刻，“标准2”关注故障清除后的电压恢复过程；
[0122]
稳态电压水平分量：
[0123][0124][0125]
式中，是暂态电压恢复分量的暂态电压过程的量化项，是暂态电压恢复分量的电网运行标准的惩罚项，t
clr
是故障清除时刻，ts是电压达到稳态的时刻，v(t)是电压波形，v0是故障前电压，vs是故障后电压，“标准3”关注故障清除后电压达到的新稳态。
[0126]
进一步地，配置动态无功源，包括以下步骤：
[0127]
选择互阻抗为指标，计算互阻抗：
[0128][0129]
其中，等式左边的两项分别是节点导纳矩阵和节点电压矩阵，等式右边的一项是节点电流矩阵；y
ij
是节点i与节点j间的互导纳值，vi是节点i的电压值，ii是节点i的电流值；
[0130]
当节点i注入电流扰动di时，表征节点j与扰动注入节点i间的互阻抗值z
ij
的节点j电压的变化量dv
ij
计算方法：
[0131]
[0132]
当注入电流扰动时，以节点j电压的变化量dv
ij
表征节点j与扰动注入节点i间的互阻抗值z
ij
；
[0133]
在待改机组库中，对各个电压敏感站点模拟，注入等容量电容的电流扰动，对比各个火电机组并网点电压的变动量，并根据电压偏差对各个机组进行排序；
[0134]
根据排序结果对优先级机组改造为调相机，完成动态无功源的配置。
[0135]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法步骤。
[0136]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法步骤。
[0137]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。