一種無功補償優(yōu)化配置方法與無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N無功補償優(yōu)化配置方法與無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)，根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間從動態(tài)無功補償的角度解決了電力系統(tǒng)中的暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題，其建立的兩個優(yōu)化模型分別可以得出最佳補償地點和最優(yōu)補償容量，得到了全局最優(yōu)的補償結果，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了保障。
【專利說明】
-種無功補償優(yōu)化配置方法與無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及電力系統(tǒng)技術領域，尤其設及一種無功補償優(yōu)化配置方法與無功補償 優(yōu)化配置系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 近年來，世界范圍內的多次大停電事故均由電壓失穩(wěn)問題引發(fā)。并且，隨著電網復 雜程度和電壓水平的不斷提升，負荷的日益加重W及交直流互聯(lián)大電網的不斷推行，電力 系統(tǒng)在發(fā)生故障后的暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題日益突出。
[0003] 導致暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題發(fā)生的一個關鍵因素便是電力系統(tǒng)的動態(tài)無功支撐不足， 目前雖有一些對系統(tǒng)無功補償優(yōu)化配置問題的研究，但它們多是采用靜態(tài)電壓穩(wěn)定的分析 方法;比如，在電網發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)后，當前相應的控制手段為，通過投入STATCOM和快投 電容器等來補償系統(tǒng)的無功缺失，使得電壓恢復到正常水平。
[0004] 然而STATCOM等無功補償設備投入費用較高且安裝地點有限，因此補償地點的選 擇尤為關鍵。若系統(tǒng)發(fā)生某故障，只是單純地在該故障情況下電壓最薄弱的節(jié)點投入無功 補償，則該節(jié)點及與其電器距離較近的節(jié)點均得到了充足的無功支撐，但當故障發(fā)生在較 遠區(qū)域時，此時的電壓薄弱區(qū)域發(fā)生變化，之前的補償并不能為此時的薄弱區(qū)域提供充足 的無功支撐，系統(tǒng)仍然可能發(fā)生失穩(wěn);而且現(xiàn)有的運種優(yōu)化方法忽略了故障后系統(tǒng)的動態(tài) 特性，不能很好地解決暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題，難W得到全局最優(yōu)的補償結果。

【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種無功補償優(yōu)化配置方法與無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)， W解決現(xiàn)有技術難W得到全局最優(yōu)的補償結果的問題。
[0006] 為實現(xiàn)所述目的，本申請?zhí)峁┑募夹g方案如下：
[0007] -種無功補償優(yōu)化配置方法，包括：
[000引依據時域仿真建立嚴重故障集合；
[0009] 根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個節(jié)點的電壓跌落嚴重性指標 的模型；
[0010] 依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進行排序，建立電壓薄 弱節(jié)點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣；
[0011] 通過假設補償地點，建立表述無功補償設備的預設數量和所述節(jié)點電壓跌落嚴重 性指標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間關系的第一優(yōu)化模型，根據所 述第一優(yōu)化模型得出最佳補償地點及較佳補償地點集合；
[0012] 利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各節(jié)點的靈敏度矩陣；
[0013] 依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關系，建立表述所述補償 容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根據所述第二優(yōu)化模型得出最優(yōu) 補償容量。
[0014] 優(yōu)選的，所述依據時域仿真建立嚴重故障集合的步驟包括：
[0015] 利用電力系統(tǒng)仿真軟件對預分析的電力系統(tǒng)進行時域仿真，得到故障清除后暫態(tài) 電壓跌落較嚴重的故障；
[0016] 根據所述故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴重故障集合。
[0017] 優(yōu)選的，所述根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立的各個節(jié)點的電壓跌 落嚴重性指標的模型為：
[001 引 SlRi,k=(0.75-Umin) XTi,k
[0019]式中，Ti.k為故障k下節(jié)點i的電壓低于0.75PU的總時間，Umin為仿真過程中節(jié)點i的 最低電壓。
[0020] 優(yōu)選的，當Ti.k MS時：
[0021 ] SiRi.k= (0.75-Umin) X Ti,k+SlM;
[0022] 其中，sIm=1s。
[0023] 優(yōu)選的，所述依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進行排 序，建立電壓薄弱節(jié)點集合，形成的所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩 陣為：
[0024]
[0025] 優(yōu)選的，所述通過假設補償地點，建立的表述無功補償設備的預設數量和所述節(jié) 點電壓跌落嚴重性指標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間關系的第一 優(yōu)化模型為：
[0026]
[0027]
[0028] 其中，M為節(jié)點數，N為故障數，Xi為控制變量，表示是否在節(jié)點i處投入無功補償設 備，Z為無功補償設備的預設數量;SlGiJ,k為用來衡量節(jié)點i和節(jié)點j在故障k下的補償差異， 由下式的得出：
[0029] SICi,j,k= |SlRi,k-SlR,j,k。
[0030] 優(yōu)選的，所述利用靈敏度分析獲得的所述較佳補償地點集合中各節(jié)點在故障清除 后Is時的靈敏度矩陣為：
[0031]
[0032] 式中，yi,k表示某時刻節(jié)點i在故障k下的靈敏度，具體為：
[0033]
[0034] 其中，V為某時刻節(jié)點i在故障k下的電壓，Q為無功補償量。
[0035] 優(yōu)選的，所述依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關系，建立 的表述所述補償容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型為：
[0036]
[0037]
[003引 A Q^in < A 也 < A Qmax
[0039] 式中，Cf為無功補償設備的安裝費用，Cv為每投入IOOMvar的補償所需的費用，AQm 表征補償容量是決策變量，U'i,k為補償后的節(jié)點電壓，Ulim為電壓限定值，Ulim = O. 75pu，t。 為故障清除時間，tlim為電壓恢復時間限定值，tlim=ls。
[0040] -種無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)，包括：
[0041 ]故障集合建立單元，用于依據時域仿真建立嚴重故障集合；
[0042] 指標模型建立單元，用于根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個節(jié)點 的電壓跌落嚴重性指標的模型；
[0043] 指標矩陣建立單元，用于依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程 度進行排序，建立電壓薄弱節(jié)點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重 性指標矩陣；
[0044] 第一模型建立單元，用于通過假設補償地點，建立表述無功補償設備的預設數量 和所述節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間關 系的第一優(yōu)化模型，根據所述第一優(yōu)化模型得出最佳補償地點及較佳補償地點集合；
[0045] 靈敏度矩陣建立單元，用于利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各節(jié)點 的靈敏度矩陣；
[0046] 第二模型建立單元，用于依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性 關系，建立表述所述補償容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根據所 述第二優(yōu)化模型得出最優(yōu)補償容量。
[0047] 優(yōu)選的，所述故障集合建立單元包括：
[0048] 仿真單元，用于利用電力系統(tǒng)仿真軟件對預分析的電力系統(tǒng)進行時域仿真，得到 故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障；
[0049] 集合建立單元，用于根據所述故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴重 故障集合。
[0050] 本申請?zhí)峁┮环N無功補償優(yōu)化配置方法，首先依據時域仿真建立嚴重故障集合； 然后根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個節(jié)點的電壓跌落嚴重性指標的模 型;再依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進行排序，建立電壓薄弱 節(jié)點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣;通過假設補償 地點，建立表述無功補償設備的預設數量和所述節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣及與所述假 設補償地點相對應的總補償效果之間關系的第一優(yōu)化模型，根據所述第一優(yōu)化模型得出最 佳補償地點及較佳補償地點集合;利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各節(jié)點的 靈敏度矩陣；依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關系，建立表述所述 補償容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根據所述第二優(yōu)化模型得出 最優(yōu)補償容量。本申請?zhí)峁┑乃鰺o功補償優(yōu)化配置方法，根據各故障下各個節(jié)點的低電 壓維持時間從動態(tài)無功補償的角度解決了電力系統(tǒng)中的暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題，其建立的兩個 優(yōu)化模型分別可W得出最佳補償地點和最優(yōu)補償容量，得到了全局最優(yōu)的補償結果，為系 統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了保障。
【附圖說明】
[0051] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術內的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述內的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據運些附圖獲得其他的附圖。
[0052] 圖1為本申請實施例提供的一種無功補償優(yōu)化配置方法的流程圖；
[0053] 圖2為本申請另一實施例提供的無功補償優(yōu)化配置方法的另一流程圖；
[0054] 圖3為本申請另一實施例提供的無功補償優(yōu)化配置方法應用的電力系統(tǒng)示意圖；
[0055] 圖4為本申請另一實施例提供的無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)的結構示意圖；
[0056] 圖5為本申請另一實施例提供的無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)的另一結構示意圖。
【具體實施方式】
[0057] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0058] 本發(fā)明提供一種無功補償優(yōu)化配置方法，W解決現(xiàn)有技術難W得到全局最優(yōu)的補 償結果的問題。
[0059] 具體的，所述無功補償優(yōu)化配置方法，如圖1所示，包括：
[0060] S101、依據時域仿真建立嚴重故障集合；
[0061] 具體的，可W利用電力系統(tǒng)仿真軟件BPA-PSAW對預分析的電網進行仿真，從電壓 幅值跌落程度和電壓延遲恢復時間兩方面綜合評估故障清除后各條母線的電壓跌落情況， 初步找出故障清除后母線暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴重故障集合。
[0062] S102、根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個節(jié)點的電壓跌落嚴重性 指標的模型；
[0063] 目前，我國常用的一種判定暫態(tài)電壓失穩(wěn)的工程經驗判據是:若動態(tài)過程中系統(tǒng) 電壓中樞點母線電壓下降持續(xù)(一般為Is)低于限定值(一般為0.75PU)，就認為系統(tǒng)或負荷 電壓不穩(wěn)定。本發(fā)明中也可將其低電壓維持時間的參考闊值設置為0.75PU，此處不做具體 限定，均在本申請的保護范圍內。
[0064] S103、依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進行排序，建立 電壓薄弱節(jié)點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣；
[0065] 通過上述過程的時域仿真獲取嚴重故障集合，然后依據上述節(jié)點電壓跌落程度嚴 重性指標對各節(jié)點電壓薄弱程度進行排序，獲得電壓跌落較嚴重的節(jié)點集合，為下一步最 佳補償點選取做好準備，并記錄它們的嚴重性指標的矩陣。
[0066] S104、通過假設補償地點，建立表述無功補償設備的預設數量和所述節(jié)點電壓跌 落嚴重性指標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間關系的第一優(yōu)化模型， 根據所述第一優(yōu)化模型得出最佳補償地點及較佳補償地點集合；
[0067] 可W理解的是，在不同的補償地點下，其相應的總補償效果應不盡相同；比如具有 較大的嚴重性指標并且能夠更大程度地影響與其電氣距離較遠點的補償地點的補償效果 更佳;同時考慮到實際應用環(huán)境，還需要兼顧無功補償設備的預設數量。
[0068] S105、利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各節(jié)點的靈敏度矩陣；
[0069] 軌跡靈敏度分析是將系統(tǒng)在系統(tǒng)運行軌跡的各個點上做線性化的處理，從而近似 確定系統(tǒng)參數發(fā)生微小變化后系統(tǒng)軌跡的變化。軌跡靈敏度法W時域仿真得到的系統(tǒng)軌跡 為基礎，已在電力系統(tǒng)各個領域的實際工程得到廣泛的應用。
[0070] S106、依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關系，建立表述所 述補償容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根據所述第二優(yōu)化模型得 出最優(yōu)補償容量。
[0071] 所述第二優(yōu)化模型考慮電力系統(tǒng)運行的安全性和經濟學兩方面要求，為確保系統(tǒng) 在故障后的暫態(tài)電壓穩(wěn)定，應保證在故障清除后Is內電壓恢復至高于0.75PU的水平，投設 無功補償設備又需要一定的費用，故應在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎上使得補償設備費 用最低。具體可W利用軌跡靈敏度描述節(jié)點電壓與補償容量間的關系，用二者之間近似線 性化的增量關系構建暫態(tài)電壓安全約束，使得上述暫態(tài)電壓優(yōu)化問題轉化為線性規(guī)劃問題 進行求解。
[0072] 本實施例提供的所述無功補償優(yōu)化配置方法，根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維 持時間從動態(tài)無功補償的角度解決了電力系統(tǒng)中的暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題，其建立的兩個優(yōu)化 模型分別可W得出最佳補償地點和最優(yōu)補償容量，得到了全局最優(yōu)的補償結果，為系統(tǒng)的 安全穩(wěn)定運行提供了保障。
[0073] 在本發(fā)明另一具體的實施例中，在圖1所示上述實施例的基礎之上，如圖2所示，步 驟SlOl具體包括：
[0074] S111、利用電力系統(tǒng)仿真軟件對預分析的電力系統(tǒng)進行時域仿真，得到故障清除 后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障；
[0075] S112、根據所述故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴重故障集合。
[0076] 另外，步驟S102中，建立的各個節(jié)點的電壓跌落嚴重性指標的模型為：
[0077] SlRi,k=(0.75-Umin) XTi,k
[0078] 式中，Ti.k為故障k下節(jié)點i的電壓低于0.75PU的總時間，Umin為仿真過程中節(jié)點i的 最低電壓。
[0079] 優(yōu)選的，當Ti.k MS時：
[0080] SiRi.k= (0.75-Umin) X SIi,k+SlM;
[0081 ]其中，SIm=1s。
[0082]在本實施例內，可W通過電力系統(tǒng)仿真軟件BPA-PSAW對故障后的300個周波（即 6s)進行仿真，將故障k下節(jié)點i電壓低于0.75pu的總時間即其低電壓維持時間記為Tl,k，然 而單純的考慮低壓持續(xù)時間并不能反應該節(jié)點的電壓跌落程度，還應顧及電壓幅值跌落大 小(Umin為該節(jié)點的最低電壓），故建立嚴重性指標SlRi, k來表征節(jié)點i在故障k下的電壓跌落 嚴重性指標的模型為：
[008；3] SlRi,k=(0.75-Umin) XTi,k;
[0084]在故障k下，兩節(jié)點的SIr差值越大則電壓軌跡相似度越低，二者間的電氣距離也 越遠，那么在其中一個節(jié)點處投入的無功補償對另外一個節(jié)點的影響越小，因此為了更大 程度地增強整個系統(tǒng)的無功支撐，更傾向于在電氣距離相對較遠，即SIr差值更大的兩母線 間增設無功補償裝置，故用下式來衡量節(jié)點巧日節(jié)點j在故障k下的補償差異：
[00化]SIci.j.k= |SlRi,k-SlRj,k| ;
[0086] 依據我國常用的工程經驗判據電壓低于0.75pu持續(xù)時間超過Is的節(jié)點定義為失 穩(wěn)節(jié)點，此處為失穩(wěn)節(jié)點加入罰值SIm= Is，故對失穩(wěn)節(jié)點有：
[0087] SiRi.k= (0.75-Umin) X SIi,k+SlM。
[0088] 與現(xiàn)有技術相比，本實施例所提出的考慮系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的動態(tài)無功補償優(yōu)化 配置方法具有實現(xiàn)簡潔、計算快速及效率高等優(yōu)勢。
[0089] 此時，步驟S103所形成的所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣 為：
[0090]
[0091] 此時，為使整個系統(tǒng)獲得最佳的補償效果，選取最佳補償點的標準應是具有較大 的嚴重性指標并且能夠更大程度地影響與其電氣距離較遠點的補償效果，故步驟S104所建 立的所述第一優(yōu)化模型為：
[0092]
[0093]
[0094] 其中，M為節(jié)點數，N為故障數，Xi為控制變量，表示是否在節(jié)點i處投入無功補償設 備，Z為無功補償設備的預設數量;SlGiJ,k為用來衡量節(jié)點i和節(jié)點j在故障k下的補償差異， 由下式的得出：
[00巧]SIci, j,k= I SlRi,k_SlRj,k I。
[0096] 本實施例在無功補償裝置布點優(yōu)化模型中加入了不同節(jié)點間的嚴重性指標差值 信息，從而巧妙地考慮到除補償點外其他節(jié)點的補償效果，突破了傳統(tǒng)無功補償裝置配置 模型的局限。
[0097] 優(yōu)選的，步驟S105中利用靈敏度分析獲得的最佳補償地點集合中各節(jié)點在故障清 除后Is時的靈敏度矩陣為：
[009引
[0099] 式中，yi,k表示某時刻節(jié)點i在故障k下的靈敏度，具體為：
[0100]
[0101] 其中，V為某時刻節(jié)點i在故障k下的電壓，Q為無功補償量。
[0102] 具體的，用于電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓分析的微分代數方程如下所示：
[0103]
[0104] 式中X為系統(tǒng)狀態(tài)變量，y為代數變量，T為控制變量，本實施例中表示無功補償容 量。將上式等號兩邊同時對控制變量T求偏導數可W得到母線電壓V對無功補償容量Q的軌 跡靈敏度：
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 利用此軌跡靈敏度矩陣刻畫暫態(tài)電壓安全約束中控制變量和母線電壓的近似線 性增量關系，為第二優(yōu)化模型的建立和求解打下基礎。
[0109] 另外，本實施例為在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎上使得補償設備費用最低，建 立如下優(yōu)化模型：
[0110]
[0111]
[0112]
[0113] 式中，Cf為無功補償設備的安裝費用，Cv為每投入IOOMvar的補償所需的費用，AQm 表征補償容量是決策變量，U'i,k為補償后的節(jié)點電壓，Ulim為電壓限定值，Ulim = O. 75pu，t。 為故障清除時間，tlim為電壓恢復時間限定值，tlim= 1S。
[0114] 優(yōu)選的，為使上述模型可W求解，利用軌跡靈敏度描述節(jié)點電壓與補償容量間的 關系，用二者之間近似線性化的增量關系構建暫態(tài)電壓安全約束，使得上述暫態(tài)電壓優(yōu)化 問題轉化為線性規(guī)劃問題進行求解，步驟S106將上述模型進行轉化，進而建立的所述第二 優(yōu)化模型為：
[0115]
[0116]
[0117] A Qmin < AQm< AQmax；
[0118] 本實施例利用軌跡靈敏度描述節(jié)點電壓與補償容量間的關系，用二者之間近似線 性化的增量關系構建暫態(tài)電壓安全約束，從很大程度上減少了模型求解的計算量。
[0119] 本實施例對建立的兩個優(yōu)化模型進行了具體說明，分別解決動態(tài)無功補償優(yōu)化配 置的兩個子問題：
[0120] 基于普遍認同的暫態(tài)電壓失穩(wěn)工程判據，考慮低電壓持續(xù)時間W及電壓跌落程 度，并給失穩(wěn)節(jié)點加入罰值，計及不同節(jié)點間的低壓持續(xù)時間的差異，建立所述第一優(yōu)化模 型，利用混合整數規(guī)劃求解模型，考慮各節(jié)點間的電氣距離，綜合不同節(jié)點間的補償效果， 選取失穩(wěn)程度較重且與其他節(jié)點間的電氣距離相對較長的節(jié)點作為補償點；
[0121] 選取最佳的補償地點后還需確定每個地點的補償容量，使得投入無功補償后系統(tǒng) 在故障后能夠維持暫態(tài)電壓穩(wěn)點。由于投入無功補償設備需要一定費用，故需要在保證電 壓穩(wěn)定的同時顧及經濟效益，力求系統(tǒng)安全穩(wěn)定經濟地運行。因此W補償費用最小作為優(yōu) 化目標，利用軌跡靈敏度，W時域仿真得到的系統(tǒng)軌跡為基礎建立暫態(tài)電壓安全約束條件， 通過一個簡化的線性規(guī)劃模型來表征系統(tǒng)復雜的動態(tài)特性，得到無功補償容量的最優(yōu)解。
[0122] 本發(fā)明另一實施例，結合具體相關數據，采用MA化AB2010編寫考慮系統(tǒng)暫態(tài)電壓 穩(wěn)定的動態(tài)的所述無功補償優(yōu)化配置方法。
[0123] 具體的，算例采用如圖3所示的IE邸9節(jié)點系統(tǒng)，線路電壓等級為230kV，故障選取 如下：
[0124] 故障1:母線A-母線2中間位置發(fā)生S相短路故障，0.2s后清除故障；
[0125] 故障2:母線B-母線3中間位置發(fā)生S相短路故障，0.2s后清除故障；
[01 %]故障3:母線C-母線3中間位置發(fā)生S相短路故障，0.2s后清除故障；
[0127]通過時域仿真得到系統(tǒng)在上述3個故障情況下均發(fā)生暫態(tài)電壓失穩(wěn)，依據嚴重性 指標SlRi,k對各節(jié)點電壓薄弱程度進行排序，得知電壓最薄弱的母線為母線A、母線B和母線 C，運=條母線的失穩(wěn)情況如表1所示：
[01%]表1補償前薄弱母線的暫態(tài)電壓情況
[0129]
[uuu」 開問町Pj 得判這二殺巧線巧討巾放
障情如h的r重性指頓巧陣：
[0131]
[0132] 若此時可供投入的無功補償設備總數為2,則由布點優(yōu)化模型得出最佳補償地點 應為母線A和母線B。
[0135] 利用靈敏度分析獲得母線A和母線B在故障清除后Is時刻的靈敏度矩陣為：
[0133]
[0134]
[0138] 取Cf和Cv分別為150萬元與500萬元/IOOMvar，依據靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容 量間的巧化線忡黃系，由怒畳優(yōu)化標巧求解出最優(yōu)補償容量為：
[0136]
[0137]
[0139]
[0140] 在母線A加入145.436Mva;r的無功補償后，系統(tǒng)在巧巾故障下的暫態(tài)電壓情況如2表 所示，可W看到此時的系統(tǒng)可W維持暫態(tài)電壓穩(wěn)定。
[0141] 表巧H嘗后薄弱母線的暫態(tài)電壓情況
[0142]
[
[0144] 本發(fā)明另一實施例還提供了一種無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)，如圖4所示，包括：
[0145] 故障集合建立單元101，用于依據時域仿真建立嚴重故障集合；
[0146] 指標模型建立單元102,用于根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個 節(jié)點的電壓跌落嚴重性指標的模型；
[0147] 指標矩陣建立單元103,用于依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄 弱程度進行排序，建立電壓薄弱節(jié)點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落 嚴重性指標矩陣；
[0148] 第一模型建立單元104,用于通過假設補償地點，建立表述無功補償設備的預設數 量和所述節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間 關系的第一優(yōu)化模型，根據所述第一優(yōu)化模型得出最佳補償地點及較佳補償地點集合；
[0149] 靈敏度矩陣建立單元105,用于利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各 節(jié)點的靈敏度矩陣；
[0150] 第二模型建立單元106,用于依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似 線性關系，建立表述所述補償容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根 據所述第二優(yōu)化模型得出最優(yōu)補償容量。
[0151] 優(yōu)選的，如圖5所示，故障集合建立單元101包括：
[0152] 仿真單元111，用于利用電力系統(tǒng)仿真軟件對預分析的電力系統(tǒng)進行時域仿真，得 到故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障；
[0153] 集合建立單元112,用于根據所述故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴 重故障集合。
[0154] 本實施例提供的所述無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)，根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維 持時間從動態(tài)無功補償的角度解決了電力系統(tǒng)中的暫態(tài)電壓失穩(wěn)問題，其建立的兩個優(yōu)化 模型分別可W得出最佳補償地點和最優(yōu)補償容量，得到了全局最優(yōu)的補償結果，為系統(tǒng)的 安全穩(wěn)定運行提供了保障。
[0K5]具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再一一寶述。
[0156]本發(fā)明中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實 施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而 言，由于其與實施例公開的方法相對應，所W描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明 即可。
[0157] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖 然本發(fā)明已W較佳實施例掲露如上，然而并非用W限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人 員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述掲示的方法和技術內容對本發(fā)明 技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離 本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對W上實施例所做的任何簡單修改、等同 變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，包括： 依據時域仿真建立嚴重故障集合； 根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個節(jié)點的電壓跌落嚴重性指標的模 型； 依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進行排序，建立電壓薄弱節(jié) 點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣； 通過假設補償地點，建立表述無功補償設備的預設數量和所述節(jié)點電壓跌落嚴重性指 標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間關系的第一優(yōu)化模型，根據所述第 一優(yōu)化模型得出最佳補償地點及較佳補償地點集合； 利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各節(jié)點的靈敏度矩陣； 依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關系，建立表述所述補償容量 與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根據所述第二優(yōu)化模型得出最優(yōu)補償 容量。2. 根據權利要求1所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述依據時域仿真建立 嚴重故障集合的步驟包括： 利用電力系統(tǒng)仿真軟件對預分析的電力系統(tǒng)進行時域仿真，得到故障清除后暫態(tài)電壓 跌落較嚴重的故障； 根據所述故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴重故障集合。3. 根據權利要求1所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述根據各故障下各個 節(jié)點的低電壓維持時間建立的各個節(jié)點的電壓跌落嚴重性指標的模型為： SiRi'k二（0.75-Umin) X Ti'k 式中，Ti. k為故障k下節(jié)點i的電壓低于0.75pu的總時間，Umin為仿真過程中節(jié)點i的最低 電壓。4. 根據權利要求3所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，當Ti.k MS時： SlRi,k= (ο . 75-Umin) X SIi,k+SlM； 其中，SIm二 1 s。5. 根據權利要求4所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述依據所述電壓跌落 嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進行排序，建立電壓薄弱節(jié)點集合，形成的所述電 壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣為：6. 根據權利要求4所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述通過假設補償地 點，建立的表述無功補償設備的預設數量和所述節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣及與所述假 設補償地點相對應的總補償效果之間關系的第一優(yōu)化模型為：其中，Μ為節(jié)點數，N為故障數，xi為控制變量，表示是否在節(jié)點i處投入無功補償設備，Z 為無功補償設備的預設數量;為用來衡量節(jié)點i和節(jié)點j在故障k下的補償差異，由下 式的得出： SIci, j, k二 I SiRi, 1?-SI", k I。7. 根據權利要求1所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述利用靈敏度分析獲 得的所述較佳補償地點集合中各節(jié)點在故障清除后Is時的靈敏度矩陣為：式中，yi,k表示某時刻節(jié)點i在故障k下的靈敏度，具體為：9 其中，V為某時刻節(jié)點i在故障k下的電壓，Q為無功補償量。8. 根據權利要求1所述的無功補償優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述依據所述靈敏度矩 陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關系，建立的表述所述補償容量與補償后電壓及補償 成本之間關系的第二優(yōu)化模型為：Δ Qmin ^ Δ Q]]i < Δ Qmax 式中，Cf為無功補償設備的安裝費用，Cv為每投入lOOMvar的補償所需的費用，AQm表征 補償容量是決策變量，為補償后的節(jié)點電壓，Ulim為電壓限定值，Ulim=0.75pU，tc為故 枉清除時間，tlim為電壓恢夏時間限走值，tlim二Is。9. 一種無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)，其特征在于，包括： 故障集合建立單元，用于依據時域仿真建立嚴重故障集合； 指標模型建立單元，用于根據各故障下各個節(jié)點的低電壓維持時間建立各個節(jié)點的電 壓跌落嚴重性指標的模型； 指標矩陣建立單元，用于依據所述電壓跌落嚴重性指標對各個節(jié)點的電壓薄弱程度進 行排序，建立電壓薄弱節(jié)點集合，并形成所述電壓薄弱節(jié)點集合的節(jié)點電壓跌落嚴重性指 標矩陣； 第一模型建立單元，用于通過假設補償地點，建立表述無功補償設備的預設數量和所 述節(jié)點電壓跌落嚴重性指標矩陣及與所述假設補償地點相對應的總補償效果之間關系的 第一優(yōu)化模型，根據所述第一優(yōu)化模型得出最佳補償地點及較佳補償地點集合； 靈敏度矩陣建立單元，用于利用靈敏度分析獲得所述較佳補償地點集合中各節(jié)點的靈 敏度矩陣； 第二模型建立單元，用于依據所述靈敏度矩陣刻畫電壓與補償容量間的近似線性關 系，建立表述所述補償容量與補償后電壓及補償成本之間關系的第二優(yōu)化模型，根據所述 第二優(yōu)化模型得出最優(yōu)補償容量。10.根據權利要求9所述的無功補償優(yōu)化配置系統(tǒng)，其特征在于，所述故障集合建立單 元包括： 仿真單元，用于利用電力系統(tǒng)仿真軟件對預分析的電力系統(tǒng)進行時域仿真，得到故障 清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障； 集合建立單元，用于根據所述故障清除后暫態(tài)電壓跌落較嚴重的故障，建立嚴重故障 集合。
【文檔編號】H02J3/16GK105846442SQ201610316695
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】張俊峰, 付聰, 趙艷軍, 唐景星, 王鈐, 翁洪杰, 安然然
【申請人】廣東電網有限責任公司電力科學研究院