風(fēng)電接入下無(wú)功電壓控制分區(qū)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電接入下無(wú)功電壓控制分區(qū)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三級(jí)電壓控制已成為電力系統(tǒng)普遍認(rèn)可的一種電壓控制方式，實(shí)際應(yīng)用效果好。 而其實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)合理的分區(qū)。因此有效的分區(qū)方法是電壓控制的重要課題。
[0003] 傳統(tǒng)電壓分區(qū)在方法上可概括為以下五類：聚類算法；圖論；智能啟發(fā)式算法；混 合式算法；以結(jié)構(gòu)特征分析為代表的其他方法。已有分區(qū)方法可以較好地適用于傳統(tǒng)電網(wǎng)， 但應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)電接入引起潮流狀態(tài)隨機(jī)變化的電網(wǎng)分區(qū)將面臨挑戰(zhàn)。
[0004] 電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分區(qū)傳統(tǒng)方法中基于聚類的方法由于直觀、快捷等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。風(fēng)電 等新能源接入電網(wǎng)使得以靈敏度為基礎(chǔ)的節(jié)點(diǎn)間電氣距離頻繁隨機(jī)變化，給傳統(tǒng)分區(qū)方法 的應(yīng)用帶來(lái)困難。現(xiàn)有的文獻(xiàn)指出電網(wǎng)分區(qū)要求盡量穩(wěn)定，以減少不同分區(qū)下主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)選 擇和控制策略變動(dòng)。因此如何獲得相對(duì)穩(wěn)定又滿足風(fēng)電波動(dòng)情況下電壓控制要求的合理分 區(qū)是難點(diǎn)?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)提出將風(fēng)電節(jié)點(diǎn)處理為PV節(jié)點(diǎn)，通過(guò)有功期望獲得穩(wěn)定風(fēng)電出力， 進(jìn)而采取傳統(tǒng)模糊聚類分區(qū)。該方法具有處理簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn)。但風(fēng)電作為不穩(wěn)定 能源，目前異步或雙饋風(fēng)機(jī)均需從系統(tǒng)側(cè)吸收無(wú)功進(jìn)而建立磁場(chǎng)，因此將風(fēng)電處理為具有 電壓調(diào)節(jié)能力的PV節(jié)點(diǎn)并不完全符合實(shí)際情況；同時(shí)通過(guò)一次性求取有功期望消除風(fēng)電 出力波動(dòng)性難以體現(xiàn)電氣距離的波動(dòng)性對(duì)分區(qū)造成的影響。此外多數(shù)文獻(xiàn)均提出了分區(qū)高 內(nèi)聚低耦合的分區(qū)要求，但鮮少有文獻(xiàn)以量化指標(biāo)進(jìn)行分區(qū)結(jié)果評(píng)估。文獻(xiàn)具有多目標(biāo)量 化評(píng)估特性的無(wú)功電壓雙階段分區(qū)方法.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2009, 29 (16)，首次提出五項(xiàng) 量化標(biāo)準(zhǔn)在分區(qū)評(píng)估方面作出里程碑式的突破，但其基于有功相角靈敏度的指標(biāo)定義無(wú)法 直觀反映分區(qū)的電壓調(diào)控能力；同時(shí)該指標(biāo)依賴于指定的理想分區(qū)數(shù)和區(qū)域理想節(jié)點(diǎn)數(shù)， 具有一定主觀性。因此風(fēng)電接入帶來(lái)的波動(dòng)性問(wèn)題以及客觀有效的分區(qū)評(píng)估指標(biāo)是電網(wǎng)接 入風(fēng)電后分區(qū)的困難所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了風(fēng)電接入下無(wú)功電壓控制分區(qū)方法， 本發(fā)明選取AP聚類作為核心分區(qū)方法。針對(duì)風(fēng)電接入帶來(lái)的波動(dòng)性問(wèn)題，以考慮風(fēng)電功率 概率特征的節(jié)點(diǎn)間電氣距離期望矩陣取代以單一潮流斷面下的電氣距離矩陣作為分區(qū)依 據(jù)。考慮PQ節(jié)點(diǎn)與PV節(jié)點(diǎn)響應(yīng)過(guò)程不同，首先基于AP聚類算法對(duì)PQ節(jié)點(diǎn)分區(qū)。再基于攝 動(dòng)法定義考慮風(fēng)電功率概率特征時(shí)各PV節(jié)點(diǎn)對(duì)各PQ分區(qū)的區(qū)域電壓調(diào)控靈敏度，在保證 區(qū)域連通性和可控性的前提下基于優(yōu)先靈敏度原則實(shí)現(xiàn)PV節(jié)點(diǎn)歸類至合適的PQ分區(qū)同時(shí) 兼顧區(qū)域最優(yōu)電壓控制，完成全網(wǎng)分區(qū)。最后為進(jìn)行客觀有效的分區(qū)評(píng)估從聚類區(qū)間解耦 性、區(qū)內(nèi)耦合性以及分區(qū)電壓控制能力出發(fā)定義分區(qū)質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)對(duì)分區(qū)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] 風(fēng)電接入下無(wú)功電壓控制分區(qū)方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：以考慮風(fēng)電功率概率特征的全網(wǎng)電氣距離期望矩陣取代某一潮流斷面下 的電氣距離矩陣作為分區(qū)依據(jù)，基于AP聚類實(shí)現(xiàn)PQ節(jié)點(diǎn)分區(qū)；
[0009] 步驟二：將定義考慮風(fēng)電概率特征時(shí)各PV節(jié)點(diǎn)對(duì)各PQ分區(qū)的區(qū)域電壓調(diào)控靈敏 度，獲取PV節(jié)點(diǎn)分區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；
[0010] 步驟三：基于區(qū)域靈敏度排序的PV節(jié)點(diǎn)分區(qū)，節(jié)點(diǎn)劃分首先考慮區(qū)域連通性及可 控性，同時(shí)保證將PV節(jié)點(diǎn)歸類至其控制最靈敏的PQ區(qū)域；
[0011] 步驟四：從PQ節(jié)點(diǎn)的分區(qū)耦合性和PV節(jié)點(diǎn)電壓控制能力兩方面出發(fā)定義分區(qū)質(zhì) 量評(píng)估指標(biāo)，包括區(qū)內(nèi)強(qiáng)耦合區(qū)間弱耦合指數(shù)及PV節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)控靈敏指數(shù)，指標(biāo)量化分區(qū) 要求，對(duì)分區(qū)方案進(jìn)行評(píng)估。
[0012] 進(jìn)一步的，PQ節(jié)點(diǎn)間電氣距離的定義：
[0013] 利用潮流雅克比矩陣定義PQ節(jié)點(diǎn)間的電壓靈敏度如下：
[0014]
' 'J^J.一}…M
[0015] 式中：0u為節(jié)點(diǎn)i與j之間電壓靈敏度
是N*N方陣，N 為PQ節(jié)點(diǎn)數(shù)，/If'為潮流雅克比矩陣，a^和a分別為a的i行j列和j行j列元 素；
[0016] AP聚類算法允許采用不對(duì)稱電氣距離矩陣作為輸入，定義PQ節(jié)點(diǎn)間電氣距離矩 陣如下：
[0017]
[0018] 式中：N為全網(wǎng)PQ節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；Dx]表示任意節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j間的電氣距離為-lg| 0ijI。
[0019] 進(jìn)一步的，風(fēng)電接入下建立電氣距離期望矩陣：
[0020] 采用離散概率分布來(lái)表征風(fēng)電概率特征，將風(fēng)電有功出力歷史樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，假 設(shè)風(fēng)電額定出力為匕，將出力區(qū)間[0, 100%PJ離散化為f個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)風(fēng)電有功出力樣本 落在各區(qū)間的頻數(shù)，計(jì)算得各區(qū)間的概率，依次取功率區(qū)間中值作為各區(qū)間典型出力場(chǎng)景， 可得風(fēng)電概率分布；
[0021] 離散化所得每一出力場(chǎng)景均認(rèn)為是該概率下的穩(wěn)定出力，風(fēng)電滲透率一定時(shí)，當(dāng) 風(fēng)電場(chǎng)景以有功出力pk(k= 1，2,…，f)接入電網(wǎng)，接入點(diǎn)處理為PQ節(jié)點(diǎn)，按傳統(tǒng)電網(wǎng)電氣 距離求取方式獲得PQ節(jié)點(diǎn)間電氣距離矩陣D(k)如式（3)所示，對(duì)應(yīng)概率為pk;
[0022]
[0023] 式中DGOdiG[l，N]，jG[1，N])表示風(fēng)電出力為PM，節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間 的電氣距離為D(k)lj;
[0024] 各場(chǎng)景下的PQ節(jié)點(diǎn)間電氣距離求取期望，獲得穩(wěn)定電氣距離陣ED取代某一潮流 斷面下的電氣距離矩陣作為風(fēng)電接入下的分區(qū)依據(jù)；
[0025]
[0026] 其中，ED為全網(wǎng)PQ節(jié)點(diǎn)間電氣距離期望矩陣，ED^iG[1，N]，jG[1，N])表示 節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j間考慮風(fēng)電注入下的電氣距離期望。
[0027] 進(jìn)一步的，基于AP聚類實(shí)現(xiàn)PQ節(jié)點(diǎn)分區(qū)，以PQ節(jié)點(diǎn)間考慮風(fēng)電概率特征的電氣 距離期望矩陣作為輸入，AP聚類算法規(guī)定節(jié)點(diǎn)之間距離越小越相似，因此將ED矩陣各元素 取負(fù)值即可得到相似度矩陣S，以S陣輸入AP聚類算法即可自動(dòng)得出最優(yōu)聚類結(jié)果。
[0028] 進(jìn)一步的，節(jié)點(diǎn)間電壓靈敏度受運(yùn)行狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)影響，PV節(jié)點(diǎn)對(duì)PQ節(jié)點(diǎn)的電 壓調(diào)控靈敏度關(guān)系：
[0029] F(i) ?AVPV(i) =AVPQ(i) (5)
[0030] 式中：avpv⑴與AVPQ分別表示在運(yùn)行狀態(tài)i下PV節(jié)點(diǎn)與PQ節(jié)點(diǎn)電壓變化；F⑴ 為運(yùn)行狀態(tài)i下的靈敏度矩陣；
[0031] 在運(yùn)行狀態(tài)i下，基于攝動(dòng)法定義M個(gè)PV節(jié)點(diǎn)對(duì)N個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)的電壓調(diào)控靈敏度 矩陣如下：
[0032]
[0033] 式中，F(xiàn)⑴任意元素棚的_kMU]丨，其中AVPV(i)#AVPQ(i)j別表示 在運(yùn)行狀態(tài)i下PV節(jié)點(diǎn)y電壓攝動(dòng)量和相應(yīng)PQ節(jié)點(diǎn)x的電壓變化量。
[0034] 同一PV節(jié)點(diǎn)在風(fēng)電接入下電壓調(diào)控靈敏度將呈現(xiàn)波動(dòng)性，以電壓調(diào)控靈敏度期 望表征考慮風(fēng)電功率概率特征下PV節(jié)點(diǎn)對(duì)各PQ節(jié)點(diǎn)的調(diào)控能力。
[0035] 進(jìn)一步的，風(fēng)電統(tǒng)計(jì)概率分布律定義：
[0036]
[0037] 式中：F任意元素心= (-Te[l，M]，.rS[l，iV])表示風(fēng)電接入下PV節(jié)點(diǎn)x對(duì)PQ節(jié) /-I： 點(diǎn)y的電壓調(diào)控靈敏度。
[0038] 由于PV節(jié)點(diǎn)歸類的初始狀態(tài)是L個(gè)PQ分區(qū)，為此定義PV節(jié)點(diǎn)對(duì)PQ分區(qū)的區(qū)域 電壓調(diào)控靈敏度為該P(yáng)V節(jié)點(diǎn)對(duì)該P(yáng)Q分區(qū)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)控靈敏度期望的均值，定義：
[0039]
[0040] 式中：G任意元素％ = 士Z〇[L胡..'端邛表示PV節(jié)點(diǎn)x對(duì)PQ分區(qū)Qy的區(qū)域 電壓調(diào)控靈敏度；r為的任一PQ節(jié)點(diǎn)號(hào)；nQy中所含PQ節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0041] 進(jìn)一步的，PV節(jié)點(diǎn)分區(qū)可在其對(duì)各PQ分區(qū)的區(qū)域電壓調(diào)控靈敏度基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。節(jié) 點(diǎn)劃分首先考慮區(qū)域連通性及可控性，同時(shí)盡可能保證將PV節(jié)點(diǎn)歸類至其控制最靈敏的 PQ區(qū)域，具體過(guò)程如下：
[0042] (1)將所有PV節(jié)點(diǎn)對(duì)第一個(gè)PQ分區(qū)的區(qū)域電壓調(diào)控靈敏度排序，保證連通性的 情況下選擇最靈敏的PV節(jié)點(diǎn)歸并入該區(qū)；余下區(qū)域同理進(jìn)行無(wú)功源節(jié)點(diǎn)選取，每次選取PV 節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)排除之前區(qū)域已選擇過(guò)的PV節(jié)點(diǎn)，初次分區(qū)后保證各PQ分區(qū)均有一個(gè)無(wú)功源節(jié) 點(diǎn)，保證分區(qū)可控性；
[0043] (2)將其余未歸并的PV節(jié)點(diǎn)排序，將單個(gè)PV節(jié)點(diǎn)對(duì)所有PQ分區(qū)的區(qū)域電壓調(diào)控 靈敏度排序，在保證連通性的情況下將該P(yáng)V節(jié)點(diǎn)劃分至靈敏度最高的PQ分區(qū)。依次完成 所有PV節(jié)點(diǎn)劃分。
[0044] 電壓分區(qū)缺少指標(biāo)量化評(píng)估分區(qū)效果，因此用基于電氣距離定義的Silhoutte指 標(biāo)將分區(qū)結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行量化，以評(píng)估分區(qū)結(jié)果好壞。
[0045] 進(jìn)一步的，基于Silhouttte指標(biāo)和風(fēng)電接入下PQ節(jié)點(diǎn)間電氣距離期望定義區(qū)內(nèi) 強(qiáng)耦合區(qū)間弱耦合指數(shù)如下：
[0046]
[0047]
[0048] 式中：QNJi表示第i個(gè)PQ分區(qū)的耦合性指標(biāo)；QNJ表