本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)自動(dòng)化及控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無功電壓分區(qū)方法。

背景技術(shù)：

隨著用電需求不斷上升和用戶側(cè)的分布式能源滲透率上升，電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，各級(jí)電網(wǎng)之間相互連接，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)，使得具有強(qiáng)耦合性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)作為同一區(qū)域，弱耦合節(jié)點(diǎn)分在不同區(qū)域，可以提高電壓控制的性能。法國(guó)電力集團(tuán)公司在上世紀(jì)提出的分級(jí)電壓控制方案已經(jīng)得到了廣泛的英語，其基本思想就是將電網(wǎng)分成彼此電器距離較遠(yuǎn)，相互近似解耦的區(qū)域。目前部分電網(wǎng)采用的根據(jù)地域來劃分電網(wǎng)區(qū)域，僅僅考慮了電網(wǎng)的自然特性，忽略了電氣特性。合理的電壓分區(qū)不僅對(duì)于電壓穩(wěn)定有所幫助，對(duì)于系統(tǒng)失穩(wěn)概率的降低和安全穩(wěn)定運(yùn)行效率的提高都具有重要意義。

目前電網(wǎng)無功電壓控制分區(qū)的主要方法是利用電氣距離等相關(guān)信息，利用以聚類算法為代表的分區(qū)計(jì)算方法，但采用反應(yīng)電壓變化的靈敏度矩陣反應(yīng)電氣距離也具有計(jì)算復(fù)雜的特點(diǎn)。同時(shí)現(xiàn)有方法所采用的單一指標(biāo)無功校驗(yàn)也難以確保分區(qū)方案的可行性，容易讓優(yōu)化結(jié)果陷入局部最優(yōu)而非全局最優(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的就是提供一種無功電壓分區(qū)方法，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)按照無功平衡特性劃分為若干個(gè)區(qū)域子電網(wǎng)。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種無功電壓分區(qū)方法，它包括有：所述方法步驟如下：

s01：輸入基本參數(shù)；

s02：確定電壓中樞點(diǎn)數(shù)量；

s03：選擇電壓中樞點(diǎn)；

s04：無功電壓分區(qū)；

s05：無功儲(chǔ)備和靈敏度指標(biāo)校檢；

s06：判斷指標(biāo)是否合格，如果是，則結(jié)束；如果不是，則跳轉(zhuǎn)步驟s04。

進(jìn)一步，所述步驟s01中的基本參數(shù)包括有：電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)、線路參數(shù)和變壓器參數(shù)；

所述節(jié)點(diǎn)參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)總數(shù)n和節(jié)點(diǎn)類型；所述節(jié)點(diǎn)類型包括：平衡節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)g、pq節(jié)點(diǎn)、pv節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)額定電壓uen、節(jié)點(diǎn)電壓額定有功負(fù)荷pen和節(jié)點(diǎn)電壓額定無功負(fù)荷qen；

所述線路參數(shù)包括：線路總數(shù)k、線路端點(diǎn)、線路編號(hào)、線路電抗xk、線路電納gk；

所述變壓器參數(shù)包括：變壓器變比kt、變壓器電阻rt、變壓器電抗xt、變壓器基準(zhǔn)功率st。

進(jìn)一步，所述步驟s02中確定電壓中樞點(diǎn)數(shù)量的過程如下：

s021：計(jì)算無功電壓靈敏度sij，計(jì)算特征值并按照從大到小的順序排列，分別為排列后的第i個(gè)特征值及其所對(duì)應(yīng)的特征向量；

s022：利用下述公式計(jì)算分區(qū)個(gè)數(shù)m；

其中，λi為樣本相關(guān)矩陣r的特征值。

進(jìn)一步，所述無功電壓靈敏度sij的計(jì)算過程如下：

s0211：建立無潮流模型：

其中，qpq為pq節(jié)點(diǎn)的無功注入；qpv為pv節(jié)點(diǎn)的無功注入；vpq為pq的電壓幅值；vpv為pv節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；

s0212：根據(jù)控制變量對(duì)依從變量的常規(guī)靈敏度定義，對(duì)于pq節(jié)點(diǎn)無功注入直接參與控制，pq節(jié)點(diǎn)對(duì)pq節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

s0213：pq節(jié)點(diǎn)對(duì)pv節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

s0214：對(duì)于pv節(jié)點(diǎn)通過電壓調(diào)整來實(shí)現(xiàn)無功調(diào)整，pv節(jié)點(diǎn)對(duì)pq節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

s0215：pv節(jié)點(diǎn)對(duì)pv節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

通過上述計(jì)算可以得到無功電壓靈敏度sij。

進(jìn)一步，所述步驟s03中選擇電壓中樞點(diǎn)的過程如下：

s031：計(jì)算靈敏度矩陣w為-(l-mh^-1n)，通過已知的電壓中樞點(diǎn)個(gè)數(shù)m，定義中樞點(diǎn)矩陣c為m×n階矩陣，元素cij滿足：

元素cij表示若節(jié)點(diǎn)j為第i個(gè)中樞節(jié)點(diǎn)，則元素為1，否則為0；

s032：目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

tr{[(i-lll^-1llghc)lll^-1δql]^t(i-lll^-1llghc)lll^-1δql}；

s033：利用貪婪算法，選取電壓中樞點(diǎn)集合為空集，依次將第1至第n個(gè)節(jié)點(diǎn)放入電樞節(jié)點(diǎn)集合中；計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，選取最小的目標(biāo)函數(shù)作為即將加入中樞點(diǎn)的集合；當(dāng)中樞節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)達(dá)到上限或者目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)較小時(shí)算法停止搜索，從而得到m簇子群的中樞點(diǎn)。

進(jìn)一步，所述步驟s04中的無功電壓分壓過程如下：

s041：計(jì)算節(jié)點(diǎn)j局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)lj，

其中，和為節(jié)點(diǎn)電壓向量；sj為系統(tǒng)對(duì)節(jié)點(diǎn)i的等值負(fù)荷；zij為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i，j之間的等值互阻抗；上標(biāo)*表示共軛；yij為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間互導(dǎo)納；

s042：計(jì)算各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到中樞點(diǎn)的電氣距離dij：

dij＝-lg|δli/δlj|＝-lg|(δli/δqi)/(δlj/δqj)|；

其中，δlj表示負(fù)荷有功注入恒定，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入無功功率對(duì)局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)lj影響指標(biāo)δlj，表達(dá)式為：

s043：按照每個(gè)節(jié)點(diǎn)離中樞點(diǎn)的距離大小進(jìn)行排序，利用核c-均值聚類算法獲得分區(qū)方案。

進(jìn)一步，所述步驟s05中無功儲(chǔ)備和靈敏度指標(biāo)校檢過程如下：

無功儲(chǔ)備裕度指標(biāo)β計(jì)算公式為：

其中，qi為分區(qū)內(nèi)任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入無功功率，qg為分區(qū)中發(fā)電機(jī)無功裕量；

無功儲(chǔ)備系數(shù)下限為15％，低于此下限則對(duì)節(jié)點(diǎn)重新調(diào)整分區(qū)；對(duì)于無功電壓靈敏度參數(shù)sij高的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為關(guān)鍵負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷節(jié)點(diǎn)采取適當(dāng)措施提高其無功電壓控制。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)㈦娋W(wǎng)按照無功平衡特性劃分為若干個(gè)區(qū)域子電網(wǎng)；通過中樞點(diǎn)的判斷、確定和選擇，按照節(jié)點(diǎn)的無功區(qū)域平衡特性將其劃分為多個(gè)群；每個(gè)群內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間電氣耦合程度較高而區(qū)外耦合程度較低，從而將電網(wǎng)劃分為若干個(gè)子區(qū)域進(jìn)行電壓無功的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

本發(fā)明的附圖說明如下：

圖1為本發(fā)明的總流程圖。

圖2為電壓中樞點(diǎn)數(shù)量確定和選擇的流程圖。

圖3為無功電壓分區(qū)算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例：如圖1至圖3所示；一種無功電壓分區(qū)方法，方法步驟如下：

s01：輸入基本參數(shù)；

s02：確定電壓中樞點(diǎn)數(shù)量；

s03：選擇電壓中樞點(diǎn)；

s04：無功電壓分區(qū)；

s05：無功儲(chǔ)備和靈敏度指標(biāo)校檢；

s06：判斷指標(biāo)是否合格，如果是，則結(jié)束；如果不是，則跳轉(zhuǎn)步驟s04。

步驟s01中的基本參數(shù)包括有：電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)、線路參數(shù)和變壓器參數(shù)；

節(jié)點(diǎn)參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)總數(shù)n和節(jié)點(diǎn)類型；節(jié)點(diǎn)總數(shù)分別編號(hào)1～n；

節(jié)點(diǎn)類型包括：平衡節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)g、pq節(jié)點(diǎn)、pv節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)額定電壓uen、節(jié)點(diǎn)電壓額定有功負(fù)荷pen和節(jié)點(diǎn)電壓額定無功負(fù)荷qen；

線路參數(shù)包括：線路總數(shù)k、線路端點(diǎn)、線路編號(hào)、線路電抗xk、線路電納gk；

變壓器參數(shù)包括：變壓器變比kt、變壓器電阻rt、變壓器電抗xt、變壓器基準(zhǔn)功率st。

步驟s02中確定電壓中樞點(diǎn)數(shù)量的過程如下：

s021：計(jì)算無功電壓靈敏度sij，計(jì)算特征值并按照從大到小的順序排列，分別為排列后的第i個(gè)特征值及其所對(duì)應(yīng)的特征向量；

s0211：通過輸入的參數(shù)，首先計(jì)算無功電壓靈敏度sij，其定義為第i個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)間無功電壓靈敏度。無功電壓靈敏度sij的計(jì)算過程如下，建立無潮流模型：

其中，qpq為pq節(jié)點(diǎn)的無功注入；qpv為pv節(jié)點(diǎn)的無功注入；vpq為pq的電壓幅值；vpv為pv節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；

s0212：根據(jù)控制變量對(duì)依從變量的常規(guī)靈敏度定義，有：對(duì)于pq節(jié)點(diǎn)無功注入直接參與控制，pq節(jié)點(diǎn)對(duì)pq節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

s0213：pq節(jié)點(diǎn)對(duì)pv節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

s0214：對(duì)于pv節(jié)點(diǎn)通過電壓調(diào)整來實(shí)現(xiàn)無功調(diào)整，pv節(jié)點(diǎn)對(duì)pq節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

s0215：pv節(jié)點(diǎn)對(duì)pv節(jié)點(diǎn)無功電壓靈敏度為：

通過上述計(jì)算可以得到無功電壓靈敏度sij。

對(duì)無功電壓靈敏度sij進(jìn)行主成分分析，通過構(gòu)成的無功源控制空間，計(jì)算樣本矩陣x和樣本相關(guān)矩陣r；在此基礎(chǔ)上，計(jì)算r的特征值λi和對(duì)應(yīng)的特征向量αi以及中樞點(diǎn)個(gè)數(shù)m。其中，樣本矩陣x和相關(guān)矩陣r有：

xn×g＝{xij＝-log|sij|}n×g；

在求出上述相關(guān)矩陣的基礎(chǔ)上，計(jì)算特征值并按照從大到小的順序排列，分別為排列后的第i個(gè)特征值及其所對(duì)應(yīng)的特征向量。

s022：利用下述公式計(jì)算分區(qū)個(gè)數(shù)m；

其中，λi為樣本相關(guān)矩陣r的特征值。該公式表示求得的最小值m滿足前m個(gè)特征值之和占總特征值之和比例大于80％，且后i+1個(gè)特征值貢獻(xiàn)小于前i個(gè)特征值累計(jì)貢獻(xiàn)5％。

步驟s03中選擇電壓中樞點(diǎn)的過程如下：輸入電壓中樞點(diǎn)數(shù)目m，根據(jù)牛頓法的基本功率修正公式為：

在保持有功注入不變的情況下，可以得到△p和△u分別有：

δq＝-(l-mh^-1n)δu；

s031：計(jì)算靈敏度矩陣w為-(l-mh^-1n)，通過已知的電壓中樞點(diǎn)個(gè)數(shù)m，定義中樞點(diǎn)矩陣c為m×n階矩陣，元素cij滿足：

元素cij表示若節(jié)點(diǎn)j為第i個(gè)中樞節(jié)點(diǎn)，則元素為1，否則為0；

s032：目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

tr{[(i-lll^-1llghc)lll^-1δql]^t(i-lll^-1llghc)lll^-1δql}；

s033：利用貪婪算法，選取電壓中樞點(diǎn)集合為空集，依次將第1至第n個(gè)節(jié)點(diǎn)放入電樞節(jié)點(diǎn)集合中，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，選取最小的目標(biāo)函數(shù)作為即將加入中樞點(diǎn)的集合。在第一輪優(yōu)化結(jié)束后計(jì)算所得到的中樞點(diǎn)基礎(chǔ)上，再次將其他節(jié)點(diǎn)加入計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，若目標(biāo)函數(shù)值小于當(dāng)前值則該節(jié)點(diǎn)加入中樞節(jié)點(diǎn)，若大于則繼續(xù)循環(huán)。當(dāng)中樞節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)達(dá)到上限或者目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)較小時(shí)算法停止搜索，從而得到m簇子群的中樞點(diǎn)。

步驟s04中的無功電壓分壓過程如下：

s041：計(jì)算節(jié)點(diǎn)j局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)lj，

其中，和為節(jié)點(diǎn)電壓向量；sj為系統(tǒng)對(duì)節(jié)點(diǎn)i的等值負(fù)荷；zij為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i，j之間的等值互阻抗；上標(biāo)*表示共軛；yij為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間互導(dǎo)納；

s042：利用所得到的電壓中樞點(diǎn)集合，以中樞點(diǎn)為無功電分區(qū)的中心，通過優(yōu)化的核c-均值聚類算法，將節(jié)點(diǎn)分為若干個(gè)子區(qū)域。再計(jì)算各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到中樞點(diǎn)的電氣距離dij，兩節(jié)點(diǎn)之間的電氣距離dij的表達(dá)式為：

dij＝-lg|δli/δlj|＝-lg|(δli/δqi)/(δlj/δqj)|；

其中，δlj表示負(fù)荷有功注入恒定，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入無功功率對(duì)局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)lj影響指標(biāo)δlj，表達(dá)式為：

s043：按照每個(gè)節(jié)點(diǎn)離中樞點(diǎn)的距離大小進(jìn)行排序，利用核c-均值聚類算法獲得分區(qū)方案。

步驟s05中無功儲(chǔ)備和靈敏度指標(biāo)校檢過程如下：

定義的無功儲(chǔ)備系數(shù)下限為15％所定義的無功儲(chǔ)備裕度指標(biāo)β計(jì)算公式為：

其中，qi為分區(qū)內(nèi)任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入無功功率，qg為分區(qū)中發(fā)電機(jī)無功裕量；無功儲(chǔ)備系數(shù)下限為15％，低于此下限則對(duì)節(jié)點(diǎn)重新調(diào)整分區(qū)。

對(duì)于無功電壓靈敏度參數(shù)sij高的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為關(guān)鍵負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷節(jié)點(diǎn)采取適當(dāng)措施提高其無功電壓控制，對(duì)于無功儲(chǔ)備低于下限的節(jié)點(diǎn)根據(jù)周邊分區(qū)的無功儲(chǔ)備，重新調(diào)整無功負(fù)荷較大節(jié)點(diǎn)的分區(qū)。

本發(fā)明具有的有益效果：能夠?qū)㈦娋W(wǎng)按照無功平衡特性劃分為若干個(gè)區(qū)域子電網(wǎng)；通過中樞點(diǎn)的判斷、確定和選擇，按照節(jié)點(diǎn)的無功區(qū)域平衡特性將其劃分為多個(gè)群；每個(gè)群內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間電氣耦合程度較高而區(qū)外耦合程度較低，從而將電網(wǎng)劃分為若干個(gè)子區(qū)域進(jìn)行電壓無功的調(diào)節(jié)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。