電壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力安全技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種電壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓失穩(wěn)故障可分為兩類：一類是故障后的系統(tǒng)不存在新的靜態(tài)穩(wěn)定平衡點(diǎn)；另 一類是故障后的系統(tǒng)存在靜態(tài)穩(wěn)定平衡點(diǎn)，但是系統(tǒng)無法過渡到運(yùn)個(gè)新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，例 如故障實(shí)際的切除時(shí)間大于極限切除時(shí)間。第1類失穩(wěn)故障可W采用靜態(tài)方法來研究，而 第2類失穩(wěn)故障只能采用暫態(tài)穩(wěn)定方法來研究，本項(xiàng)目僅對(duì)于前者進(jìn)行處理，是電壓穩(wěn)定 預(yù)防控制問題。預(yù)防控制算法要同時(shí)考慮多個(gè)運(yùn)類失穩(wěn)故障，而緊急控制算法只需考慮一 個(gè)失穩(wěn)故障。不論哪種方式都存在如下困難：沒有一個(gè)對(duì)應(yīng)的故障后潮流解，從而無法形成 雅可比矩陣，無法直接計(jì)算控制的靈敏度。
[0003] 針對(duì)上述困難，現(xiàn)有的處理方法主要有兩類。一類是間接方法，即將問題分解為一 個(gè)恢復(fù)潮流可解性的子問題和一個(gè)根據(jù)靈敏度矢量捜索最小減載方向的子問題來迭代求 解。其中，在恢復(fù)潮流可解性和求解負(fù)荷空間穩(wěn)定臨界點(diǎn)的環(huán)節(jié)上又可分為基于最優(yōu)乘子 的阻尼牛頓潮流算法和基于局部參數(shù)化的連續(xù)潮流方法兩種算法，后者要求已知一個(gè)可行 的初始卸負(fù)荷策略。另一類是直接方法，即直接求解KKT條件的最優(yōu)潮流算法。該方法的 機(jī)理是在潮流可行域邊界上系統(tǒng)二階海森矩陣非奇異、可解，并通過最小卸負(fù)荷的目標(biāo)函 數(shù)實(shí)現(xiàn)。因該方法要形成和因子化二階海森矩陣，計(jì)算量大，無法預(yù)估最佳減載地點(diǎn)而使得 控制變量數(shù)目巨大，造成在線實(shí)用化很困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算量大， 無法預(yù)估最佳減載地點(diǎn)而使得控制變量數(shù)目巨大的技術(shù)問題。該方法包括：通過循環(huán)W下 步驟來實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定預(yù)防控制：對(duì)于電力系統(tǒng)的預(yù)想故障集中的每個(gè)故障，計(jì)算故障穩(wěn)定 裕度，其中，所述故障穩(wěn)定裕度表示電力系統(tǒng)故障情況下的靜態(tài)穩(wěn)定程度；將故障穩(wěn)定裕度 小于1的故障加入失穩(wěn)故障集；對(duì)于失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故 障穩(wěn)定裕度的靈敏度；根據(jù)所述靈敏度選擇參與控制集，所述參與控制集包括待控制變量； 將所述靈敏度代入電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定預(yù)防控制的列式中求解，獲得所述系統(tǒng)控制向量； 根據(jù)所述系統(tǒng)控制向量對(duì)所述參與控制集中的待控制變量進(jìn)行電壓穩(wěn)定預(yù)防控制。 陽〇化]在一個(gè)實(shí)施例中，還包括：對(duì)電壓穩(wěn)定預(yù)防控制后的電力系統(tǒng)計(jì)算在基態(tài)和原失 穩(wěn)故障情況下的穩(wěn)定裕度。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，計(jì)算系統(tǒng)控制向量 對(duì)于故障穩(wěn)定裕度的靈敏度，包括：對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，求取虛擬的 靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)和故障穩(wěn)定裕度；對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，在所述靜態(tài) 穩(wěn)定臨界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故障穩(wěn)定裕度的靈敏度。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，求取虛擬的靜態(tài)穩(wěn) 定臨界點(diǎn)和故障穩(wěn)定裕度，包括：對(duì)于多重復(fù)雜故障的參數(shù)化后的系統(tǒng)潮流方程：
[0008] f(X，入，U) = 0
[0009] 其中，X G護(hù)，X是狀態(tài)向量；A G R，A是故障參數(shù)；U G r，U是控制參數(shù)向量， 在電壓穩(wěn)定預(yù)防控制中為控制向量，在故障連續(xù)潮流計(jì)算中為已知量；
[0010] 對(duì)電力系統(tǒng)多重復(fù)雜故障的參數(shù)化后的系統(tǒng)潮流方程，采用擬弧長參數(shù)化方法擴(kuò) 展系統(tǒng)方程為：
陽〇1引式中第二個(gè)方程護(hù)Y I-As=O是一維擬弧長參數(shù)化方 程，該方程保證擴(kuò)展雅克比矩陣在鞍結(jié)型分岔點(diǎn)是非奇異的；上標(biāo)j表示待求點(diǎn)，j-1表示 前一個(gè)解點(diǎn)，是已知量；;/1表示弧長對(duì)參數(shù)A在前一點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)，V-I表示狀態(tài)變量弧長 對(duì)X在前一點(diǎn)的梯度向量；A S是計(jì)算步長；
[0013] 忽略上標(biāo)，得到擴(kuò)展后的系統(tǒng)潮流方程的雅克比矩陣：
[001引其中，fx(x,入，U)是函數(shù)向量f(X,A,U)對(duì)狀態(tài)向量X的梯度矩陣，fx(x,A,U)表 示潮流雅可比矩陣，fA(X，入，U)是函數(shù)向量f(X，A,U)對(duì)參數(shù)A的梯度向量；
[0016] 求得X-A曲線上的一系列點(diǎn)，將故障參數(shù)A的最大值A(chǔ)mex對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)運(yùn)行 點(diǎn)確定為虛擬的靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)；將Amgy-I定義為故障穩(wěn)定裕度。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨 界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故障穩(wěn)定裕度的靈敏度，包括：當(dāng)所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)為鞍 結(jié)型分岔點(diǎn)時(shí)，通過W下公式計(jì)算在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故障穩(wěn) 定裕度的靈敏度：
[0019] 其中，AuU是故障穩(wěn)定裕度對(duì)控制參數(shù)向量U的靈敏度，W是電壓崩潰臨界點(diǎn)處 潮流雅克比矩陣的左特征向量，fu(x, A,u) U是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x, A,U)對(duì) 控制參數(shù)U的一階導(dǎo)數(shù)矩陣，f\(x，A，u)L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)故 障參數(shù)A的偏導(dǎo)數(shù)向量。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨 界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故障穩(wěn)定裕度的靈敏度，包括：當(dāng)所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)為約 束誘導(dǎo)型分岔點(diǎn)時(shí)，通過W下公式計(jì)算在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故 障穩(wěn)定裕度的靈敏度：
[0022] 其中，是靈敏度，k是約束誘導(dǎo)分叉對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值的變量編號(hào)，6k是第 k列為1，其余元素均為O的n維行向量；6。+1是第n+1列為1，其余元素均為O的n+1維行 向量；fu(x，A，u)L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)控制參數(shù)U的一階導(dǎo)數(shù)矩 陣，fX(X，A，u)L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)故障參數(shù)A的偏導(dǎo)數(shù)向量； fu(x,A,u)U是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x,A,u)對(duì)狀態(tài)向量X的一階導(dǎo)數(shù)矩陣。 [0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定預(yù)防控制的列式為： 陽024]入imax(X〇,U〇)+SiAU> 1. 0
[00巧]其中，AI,m。,是失穩(wěn)故障i的最大故障參數(shù)，（X。，u。）是運(yùn)行點(diǎn)，Si是失穩(wěn)故障i對(duì) 應(yīng)的靈敏度矢量，AU是系統(tǒng)控制向量，i= 1，2,…，n。，n。是正整數(shù)。
[00%] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電壓穩(wěn)定預(yù)防控制裝置，W解決現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算量 大，無法預(yù)估最佳減載地點(diǎn)而使得控制變量數(shù)目巨大的技術(shù)問題。該裝置包括：控制模塊， 用于通過循環(huán)執(zhí)行W下單元來實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定預(yù)防控制：故障穩(wěn)定裕度計(jì)算單元，用于對(duì)于 電力系統(tǒng)的預(yù)想故障集中的每個(gè)故障，計(jì)算故障穩(wěn)定裕度，其中，所述故障穩(wěn)定裕度表示電 力系統(tǒng)故障情況下的靜態(tài)穩(wěn)定程度；故障加入單元，用于將故障穩(wěn)定裕度小于1的故障加 入失穩(wěn)故障集；靈敏度計(jì)算單元，用于對(duì)于失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì) 于故障穩(wěn)定裕度的靈敏度；選擇單元，用于根據(jù)所述靈敏度選擇參與控制集，所述參與控制 集包括待控制變量；求解單元，用于將所述靈敏度代入電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定預(yù)防控制的列 式中求解，獲得所述系統(tǒng)控制向量；控制單元，用于根據(jù)所述系統(tǒng)控制向量對(duì)所述參與控制 集中的待控制變量進(jìn)行電壓穩(wěn)定預(yù)防控制。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制模塊還包括：穩(wěn)定裕度計(jì)算單元，用于對(duì)電壓穩(wěn)定預(yù)防 控制后的電力系統(tǒng)計(jì)算在基態(tài)和原失穩(wěn)故障情況下的穩(wěn)定裕度。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述靈敏度計(jì)算單元，包括：第一計(jì)算子單元，用于對(duì)于電力系 統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，求取虛擬的靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)和故障穩(wěn)定裕度；靈敏度計(jì)算 子單元，用于對(duì)于電力系統(tǒng)的失穩(wěn)故障集中的每個(gè)故障，在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)處計(jì)算系 統(tǒng)控制向量對(duì)于故障穩(wěn)定裕度的靈敏度。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一計(jì)算子單元執(zhí)行W下步驟：對(duì)于多重復(fù)雜故障的參數(shù) 化后的系統(tǒng)潮流方程：
[0030]f(X，入，U)= 0
[0031] 其中，XG護(hù)，X是狀態(tài)向量；AGR，A是故障參數(shù)；UGr，U是控制參數(shù)向量， 在電壓穩(wěn)定預(yù)防控制中為控制向量，在故障連續(xù)潮流計(jì)算中為已知量；
[0032] 對(duì)電力系統(tǒng)多重復(fù)雜故障的參數(shù)化后的系統(tǒng)潮流方程，采用擬弧長參數(shù)化方法擴(kuò) 展系統(tǒng)方程為： \f{x\l\u) =Q
[0033] { ^ +(/!/' )；L'y -As-O
[0034] 式中第二個(gè)方程(XLyWfi-J-I+(少-少As=O是一維擬弧長參數(shù)化方 程，該方程保證擴(kuò)展雅克比矩陣在鞍結(jié)型分岔點(diǎn)是非奇異的；上標(biāo)j表示待求點(diǎn)，j-1表示 前一個(gè)解點(diǎn)，是已知量；若-1表示弧長對(duì)參數(shù)A在前一點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)表示狀態(tài)變量弧長 對(duì)X在前一點(diǎn)的梯度向量；AS是計(jì)算步長；
[0035] 忽略上標(biāo)，得到擴(kuò)展后的系統(tǒng)潮流方程的雅克比矩陣：
陽037] 其中，fx(x,入，u)是函數(shù)向量f(x, A，u)對(duì)狀態(tài)向量X的梯度矩陣，fx(x,入，u)表 示潮流雅可比矩陣，f X (X，A，u)是函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)參數(shù)A的梯度向量；
[0038] 求得X-A曲線上的一系列點(diǎn)，將故障參數(shù)A的最大值A(chǔ)max對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)運(yùn)行 點(diǎn)確定為虛擬的靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)；將Amgy-I定義為故障穩(wěn)定裕度。
[0039] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述靈敏度計(jì)算子單元，具體用于當(dāng)所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)為鞍 結(jié)型分岔點(diǎn)時(shí)，通過W下公式計(jì)算在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于故障穩(wěn) 定裕度的靈敏度：
[0041] 其中，AuU是故障穩(wěn)定裕度對(duì)控制參數(shù)向量U的靈敏度，W是電壓崩潰臨界點(diǎn)處 潮流雅克比矩陣的左特征向量，fu(x，A，u) L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì) 控制參數(shù)U的一階導(dǎo)數(shù)矩陣，f\(x，A，u)L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)故 障參數(shù)A的偏導(dǎo)數(shù)向量。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述靈敏度計(jì)算子單元，還具體用于當(dāng)所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)為 約束誘導(dǎo)型分岔點(diǎn)時(shí)，通過W下公式計(jì)算在所述靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)處計(jì)算系統(tǒng)控制向量對(duì)于 故障穩(wěn)定裕度的靈敏度：
[0044]其中，A。，是靈敏度，k
是約束誘導(dǎo)分叉對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值的變量編號(hào)，6k是第 k列為1，其余元素均為0的n維行向量；6。+1是第n+1列為1，其余元素均為0的n+1維行 向量；fu(x，A，u)L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)控制參數(shù)U的一階導(dǎo)數(shù)矩 陣，f X (X，^，U) U是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f (X，A , U)對(duì)故障參數(shù)A的偏導(dǎo)數(shù)向量； fu(x，A，u)L是電壓崩潰臨界點(diǎn)處函數(shù)向量f(x，A，u)對(duì)狀態(tài)向量X的一階導(dǎo)數(shù)矩陣。
[0045] 在一個(gè)實(shí)施例中，電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定預(yù)防控制的列式為： 陽046]入1,max(X。，U。）+Si AU> 1.0
[0047] 其中，^ 是失穩(wěn)故障i的最大故障參數(shù)，（X。, U。）是運(yùn)行點(diǎn)，Si是失穩(wěn)故障i對(duì) 應(yīng)的靈敏度