考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法及系統(tǒng)，所述方法首先獲取電網的相關數(shù)據(jù)；然后對電網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真分析，通過電網故障進行分析確定暫態(tài)電壓失穩(wěn)故障集合，并劃分為若干個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域；再計算各個故障狀態(tài)下的動態(tài)無功補償靈敏度，并利用規(guī)劃選址組合分析法確定其中一個電網故障薄弱區(qū)域的待補償點的個數(shù)和位置；最后輸出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明適用于交直流混聯(lián)電網中的動態(tài)無功規(guī)劃選址問題中，具有高效簡易、與工程緊密結合等優(yōu)點，并能夠有效防止動態(tài)無功規(guī)劃選址待選補償點的冗余性。
【專利說明】
考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種無功補償選址方法，具體涉及一種考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無 功規(guī)劃選址分析方法及系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)無功補償技術領域。
【背景技術】
[0002] 我國的直流輸電已經具有了一定規(guī)模，特高壓交流也在大力發(fā)展和陸續(xù)建設中， 已經建成投運了多條特高壓交流工程(如晉東南-南陽-荊門、淮南-滬西等特高壓交流工 程），我國華東、華南等區(qū)域網架較為復雜，而且負荷增長比較快，且有多條特高壓接入，隨 著未來電網的發(fā)展對該類負荷中心區(qū)域的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性具有較大的挑戰(zhàn)。為了增強交直 流混聯(lián)地區(qū)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，可在暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域進行考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動 態(tài)無功規(guī)劃，確定薄弱區(qū)域的待補償節(jié)點數(shù)量和位置，以提高系統(tǒng)在電網發(fā)生故障后的動 態(tài)無功的支撐能力。
[0003] 用于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析中，核心在于提出反映電網故 障后恢復能力的暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標，以及建立考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分 析方法。目前對電網電壓穩(wěn)定性的研究較多，其中，對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究較為成熟，常 用的靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標主要有PV曲線法、靈敏度指標、模態(tài)識別法等方法。但僅依靠靜態(tài)電 壓穩(wěn)定性對電網的電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域進行研究有一定局限性，當前研究中也提出了若干暫 態(tài)電壓穩(wěn)定指標，其中，故障后電壓跌落指標可反映電網的暫態(tài)恢復能力，最大故障清除時 間指標可評估電網運行處于故障下的最長時間，這些指標受電網拓撲結構及控制系統(tǒng)的影 響較大，具有一定的局限性。此外，能量函數(shù)法可用來評估電網在故障后的電壓穩(wěn)定性，但 由于該方法構造能量函數(shù)法比較困難，因此能量函數(shù)法在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的評估中還需要 更多的研究。為了更加全面準確反映電網發(fā)生故障后的恢復能力，提出新型的暫態(tài)電壓穩(wěn) 定指標具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服以上技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供了一種考慮暫態(tài) 電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是:考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī) 劃選址分析方法，其特征是，包括以下步驟：
[0006] 步驟1:獲取電網的相關數(shù)據(jù)，電網的相關數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償 裝置和發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù)及其控制系統(tǒng)參數(shù)；
[0007] 步驟2:對電網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真分析，通過電網故障進行分析確定暫態(tài) 電壓失穩(wěn)故障集合，記為并根據(jù)的分布將發(fā)生故障的電網劃分為若干個暫態(tài)電壓 穩(wěn)定薄弱區(qū)域；
[0008] 步驟3:對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的故障進行逐個分析，并計算各個故障狀態(tài)下的 動態(tài)無功補償靈敏度，利用規(guī)劃選址組合分析法確定其中一個電網故障薄弱區(qū)域的待補償 點的個數(shù)和位置，如果1個補償點無法滿足穩(wěn)定需求，則需要2個甚至更多個補償點組合對 薄弱區(qū)域進行無功補償；
[0009] 步驟4:是否對所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析完畢，如果是 則輸出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，否則轉到步驟3 繼續(xù)對下一薄弱區(qū)域的規(guī)劃選址分析，直至對所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃 選址分析完畢為止。
[0010] 所述故障集合包括發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障和線路故 障。
[0011] 所述動態(tài)無功補償靈敏度包括基于暫態(tài)電壓恢復指標TVRI的補償靈敏度知Isis和 基于暫態(tài)電壓波動指標TVFI的補償靈敏度SfV 4。
[0012] 所述補償靈敏度*^、的計算過程包括以下步驟：
[0013] (11)暫態(tài)電壓恢復指標TVRI定義為：
[0014]
(1)
[0015]式中：ut, i為在t時刻節(jié)點i的暫態(tài)電壓;UiO為節(jié)點i正常工況下的電壓;tc為暫態(tài)恢 復過程中截止時間;Fk為電網的故障類型;其中，
為故障集合；
[0016] (12)故障集合9^表示為：
[0017]
(2)
[0018] 式中：Rg，Ruhv，Rhvdc，Rbr分別表不發(fā)電機故障集合、特高壓交流故障集合、直流輸電 故障集合和線路故障集合；
[0019] (13)將式（1)的TVRI指標表示為其差分定義式：
[0020]
G)
[0021]式中：ts為時域仿真分析中的計算步長；
[0022] (14)采用7ΥΑ7/對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出全局暫態(tài)電壓恢復指標為：
[0023]
(4)
[0024] 由式(4)可知，全局暫態(tài)電壓恢復指標由評估區(qū)域中的所有節(jié)點的7Τ7?/嚴最 大值決定；
[0025]基于TVRI指標的補償靈敏度表示為：
[0026] (7)
[0027]
[0028] (8)
[0029] 式中：TVRIs可由式(4)求解，Qsvc為無功補償容量。
[0030] 所述補償靈敏度At,、的計算過程包括以下步驟：
[0031] (21)暫態(tài)電壓波動指標TVFI定義為：
[0032]
(5)
[0033] 式中：Nt為暫態(tài)時域仿真的周波數(shù);Np為電網故障后第pth次周汲分 別為Fk故障下節(jié)點i在第Np周波的最大和最小電壓；
[0034] (22)采用7YF//:對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出暫態(tài)電壓波動指標為：
[0035]
[0036] (23)基于TVFI指標的補償靈敏度表示為：
[0037] C9)
[0038]
[0039] (10)
[0040] 式中：TVFIs可由式(6)求解，Qsvc為無功補償容量。
[0041 ]所述規(guī)劃選址組合分析法包括以下步驟：
[0042] (1)利用時域仿真程序對全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真和分析，并根據(jù)存在暫 態(tài)電壓穩(wěn)定性問題的故障集合劃分為若干個薄弱區(qū)域；
[0043] (2)針對每個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，可選擇一個或多個待選點進行補償，規(guī)劃選 址的原則為利用最少的補償點提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；
[0044] (3)對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的每一區(qū)域的故障集合基于所述的補償靈敏度逐 個進行計算和分析，若1臺動態(tài)無功補償裝置不能解決暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的問題，則需要用2 臺甚至更多臺動態(tài)無功補償裝置進行補償；
[0045] (4)基于動態(tài)無功補償靈敏度對每個薄弱區(qū)域的選址位置進行計算和篩選，最終 得出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，以改善全網的暫態(tài) 電壓穩(wěn)定性。
[0046] 所述電網的相關數(shù)據(jù)從電網系統(tǒng)中直接獲取或通過輸入裝置錄入。
[0047] 本發(fā)明還提供了一種考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析系統(tǒng)，其特征 是，包括：
[0048] 數(shù)據(jù)獲取模塊，用以獲取電網的相關數(shù)據(jù)，電網的相關數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)、動 態(tài)無功補償裝置和發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù)及其控制系統(tǒng)參數(shù)；
[0049] 仿真分析模塊，用以對電網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真分析，通過電網故障進行 分析確定暫態(tài)電壓失穩(wěn)故障集合，記為
[0050] 區(qū)域劃分模塊，用以根據(jù)％的分布將將發(fā)生故障的電網劃分為若干個暫態(tài)電壓 穩(wěn)定薄弱區(qū)域；
[0051] 選址分析模塊，用以對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的故障進行逐個分析，并計算各個 故障狀態(tài)下的動態(tài)無功補償靈敏度，利用規(guī)劃選址組合分析法確定其中一個電網故障薄弱 區(qū)域的待補償點的個數(shù)和位置，如果1個補償點無法滿足穩(wěn)定需求，則需要2個甚至更多個 補償點組合對薄弱區(qū)域進行無功補償；
[0052] 輸出模塊，用以輸出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置 方案。
[0053] 所述故障集合包括發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障和線路故 障。
[0054]所述選址分析模塊包括動態(tài)無功補償靈敏度計算模塊和規(guī)劃選址組合分析模塊。
[0055] 所述動態(tài)無功補償靈敏度計算模塊用以計算基于暫態(tài)電壓恢復指標TVRI的補償 靈敏度矣^和基于暫態(tài)電壓波動指標TVFI的補償靈敏度·. 'Λ 9
[0056] 所述補償靈敏度的計算過程包括以下步驟：
[0057] (11)暫態(tài)電壓恢復指標TVRI定義為：
[0058]
(1)
[0059]式中：Ut,i為在t時刻節(jié)點i的暫態(tài)電壓;Uio為節(jié)點i正常工況下的電壓;tc為暫態(tài)恢 復過程中截止時間;Fk為電網的故障類型;其中，/·;. ;'凡.為故障集合；
[0060] (12)故障集合貨^表示為：
[0061 ]
(2):
[0062 ]式中：Rg，Ruhv，Rhvdc，Rbr分別表不發(fā)電機故障集合、特高壓交流故障集合、直流輸電 故障集合和線路故障集合；
[0063] (13)將式（1)的TVRI指標表示為其差分定義式：
[0064]
(3)
[0065] 式中：ts為時域仿真分析中的計算步長；
[0066] (1 4)梁用T7F財$對電網中仵意書點講桿i+笪，可得出仝局暫態(tài)電壓恢復指標為：
[0067]
(4)
[0068] 由式(4)可知，全局暫態(tài)電壓恢復指標由評估區(qū)域中的所有節(jié)點的最 大值決定；
[0069]基于TVRI指標的補償靈敏度表示為：
[0070]
(7)
[0071] 將式(7)轉化為：
[0072]
(8)
[0073] 式中：TVRIs可由式(4)求解，Qsvc為無功補償容量；
[0074] 所述補償靈敏度的計算過程包括以下步驟：
[0075] (21)暫態(tài)電壓波動指標TVFI定義為：
[0076]
(5 )
[0077] 式中：Nt為暫態(tài)時域仿真的周波數(shù);Np為電網故障后第pth次周； 分 別為Fk故障下節(jié)點i在第Np周波的最大和最小電壓；
[0078] (22)采用對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出暫態(tài)電壓波動指標為：
[0079]
(6)
[0080] (23)基于TVFI指標的補償靈敏度表示為：
[0081 ] C9)
[0082]
[0083] (1.0)
[0084] 式中：TVFIs可由式(6)求解，Qsvc為無功補償容量。
[0085] 所述規(guī)劃選址組合分析模塊首先利用時域仿真程序對全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進 行仿真和分析，并根據(jù)存在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性問題的故障集合劃分為若干個薄弱區(qū)域;針對 每個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，可選擇一個或多個待選點進行補償，規(guī)劃選址的原則為利用 最少的補償點提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性;對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的每一區(qū)域的故障集 合基于所述的補償靈敏度逐個進行計算和分析，若1臺動態(tài)無功補償裝置不能解決暫態(tài)電 壓穩(wěn)定性的問題，則需要用2臺甚至更多臺動態(tài)無功補償裝置進行補償;基于動態(tài)無功補 償靈敏度對每個薄弱區(qū)域的選址位置進行計算和篩選，最終得出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū) 域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，以改善全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。
[0086] 所述數(shù)據(jù)獲取模塊從電網系統(tǒng)中直接獲取電網的相關數(shù)據(jù)或通過輸入裝置錄入 電網的相關數(shù)據(jù)。
[0087] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明根據(jù)暫態(tài)電壓失穩(wěn)故障集合的分布劃分為若干個暫 態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，通過將無功補償規(guī)劃選址作為一項子問題先行解決，一定程度上對 動態(tài)無功規(guī)劃問題進行了簡化;提出的TVRI和TVFI指標用于故障后的暫態(tài)電壓穩(wěn)定評估適 用性較強，故障下的動態(tài)無功補償靈敏度劣計算較為簡易，建立的動態(tài)無功補償 規(guī)劃選址組合分析方法實用性強，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明適用于交直流混聯(lián)電網中的動 態(tài)無功規(guī)劃選址問題中，具有高效簡易、與工程緊密結合等優(yōu)點，并能夠有效防止動態(tài)無功 規(guī)劃選址待選補償點的冗余性。
[0088] 本發(fā)明可解決考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的無功規(guī)劃問題的最近補償位置，利用時域仿 真軟件分析系統(tǒng)的暫態(tài)電壓失穩(wěn)區(qū)域，并采用無功規(guī)劃選址組合法對最佳補償點數(shù)量和位 置進行分析，通過對每個區(qū)域利用規(guī)劃選址組合分析法可將問題簡易化，對薄弱區(qū)域用最 少的補償點位置，可防止動態(tài)無功規(guī)劃選址的冗余性，并能高效增強系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定 性。
[0089] 為了對動態(tài)無功規(guī)劃選址進行分析，本發(fā)明提出了能夠反映電網故障后電壓恢復 能力的暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標:暫態(tài)電壓恢復指標TVRI和暫態(tài)電壓波動指標TVFI，以此來對電 網故障后暫態(tài)電壓偏離程度以及暫態(tài)波動程度進行評估。本發(fā)明還針對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱 區(qū)域給出了一種基于TVRI指標和TVFI指標下的補償靈敏度的簡易計算方法。
【附圖說明】
[0090] 圖1是本發(fā)明所述選址系統(tǒng)的結構示意圖；
[0091 ]圖2是本發(fā)明所述選址分析方法的方法流程圖；
[0092] 圖3為電網大擾動后暫態(tài)電壓曲線；
[0093] 圖4為動態(tài)無功補償裝置組合選址法的示意圖；
[0094]圖5為基于IEEE39的擴展交直流混聯(lián)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0095]為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過【具體實施方式】，并結合其附圖，對本發(fā) 明進行詳細闡述。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結 構。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。此外，本發(fā)明可以 在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示 所討論各種實施例和/或設置之間的關系。應當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例 繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處理技術及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0096] 針對電網中存在的暫態(tài)電壓失穩(wěn)風險的薄弱區(qū)域，動態(tài)無功規(guī)劃可作為一種防范 的措施。動態(tài)無功規(guī)劃中首先需要確定規(guī)劃選址位置，對動態(tài)無功規(guī)劃選址常見的有兩種 方式進行確定，一種為建立合適的暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標進行對最佳規(guī)劃補償點進行選擇，另 外一種為建立動態(tài)無功規(guī)劃優(yōu)化模型，模型中將規(guī)劃選址位置和動態(tài)無功補償容量均作為 優(yōu)化變量進行尋優(yōu)。對規(guī)劃選址位置通過優(yōu)化尋優(yōu)的方式較為簡單，但是用于實際大電網 中將會增加優(yōu)化變量，從而使得控制變量維數(shù)明顯增加，因此，基于暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標提出 優(yōu)良的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法可將規(guī)劃選址問題和定容問題進行分解，一定程度上對 動態(tài)無功規(guī)劃問題進行了簡化。因此，建立考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析 方法有利于對動態(tài)無功規(guī)劃方法的分解和簡化，并能高效增強系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。
[0097] 如圖1所示，本發(fā)明的一種考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析系統(tǒng)， 它包括：
[0098] 數(shù)據(jù)獲取模塊，從電網系統(tǒng)中直接獲取電網的相關數(shù)據(jù)或通過輸入裝置錄入電網 的相關數(shù)據(jù)，電網的相關數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償裝置和發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù) 及其控制系統(tǒng)參數(shù)，從中可以獲得發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障和線 路故障信息；
[0099] 仿真分析模塊，仿真分析模塊安裝有時域仿真分析軟件，用以對電網的暫態(tài)電壓 穩(wěn)定性進行仿真分析，通過電網故障進行分析確定暫態(tài)電壓失穩(wěn)故障集合，記為所述 故障集合包括發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障和線路故障；
[0100] 區(qū)域劃分模塊，用以根據(jù)％的分布將將發(fā)生故障的電網劃分為若干個暫態(tài)電壓 穩(wěn)定薄弱區(qū)域；
[0101]選址分析模塊，用以對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的故障進行逐個分析，并計算各個 故障狀態(tài)下的動態(tài)無功補償靈敏度，利用規(guī)劃選址組合分析法確定其中一個電網故障薄弱 區(qū)域的待補償點的個數(shù)和位置，如果1個補償點無法滿足穩(wěn)定需求，則需要2個甚至更多個 補償點組合對薄弱區(qū)域進行無功補償；
[0102] 輸出模塊，用以輸出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置 方案。
[0103] 所述選址分析模塊包括動態(tài)無功補償靈敏度計算模塊和規(guī)劃選址組合分析模塊； 所述動態(tài)無功補償靈敏度計算模塊用以計算基于暫態(tài)電壓恢復指標TVRI的補償靈敏度 和基于暫態(tài)電壓波動指標TVFI的補償靈敏度&.所述規(guī)劃選址組合分析模塊首先 利用時域仿真程序對全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真和分析，并根據(jù)存在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性 問題的故障集合劃分為若干個薄弱區(qū)域;針對每個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，可選擇一個或 多個待選點進行補償，規(guī)劃選址的原則為利用最少的補償點提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性； 對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的每一區(qū)域的故障集合基于所述的補償靈敏度逐個進行計算和 分析，若1臺動態(tài)無功補償裝置不能解決暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的問題，則需要用2臺甚至更多臺 動態(tài)無功補償裝置進行補償;基于動態(tài)無功補償靈敏度對每個薄弱區(qū)域的選址位置進行計 算和篩選，最終得出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，以 改善全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。
[0104]如圖2所示，本發(fā)明的一種考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法，該 選址分析方法所依附的系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示，給出了動態(tài)無功補償設備選址方法的 分析和篩選方案。
[0105] 本發(fā)明所述的選址分析方法可解決考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的無功規(guī)劃問題的最近 補償位置，利用時域仿真軟件分析系統(tǒng)的暫態(tài)電壓失穩(wěn)區(qū)域，并采用無功規(guī)劃選址組合法 對最佳補償點數(shù)量和位置進行分析，動態(tài)無功規(guī)劃的選址具體流程如圖2所示。
[0106] 本發(fā)明所述的選址分析方法可利用時域仿真分析軟件進行輔助，其主要步驟為：
[0107] 步驟1:獲取電網的相關數(shù)據(jù)，電網的相關數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償 裝置和發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù)及其控制系統(tǒng)參數(shù)；
[0108] 步驟2:對電網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真分析，通過發(fā)電機故障、特高壓交流故 障、特高壓直流輸電故障和線路故障等電網故障進行分析確定暫態(tài)電壓失穩(wěn)故障集合，記 為~，并根據(jù)牝的分布將發(fā)生故障的電網劃分為若干個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域；
[0109] 步驟3:對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的故障進行逐個分析，并計算各個故障狀態(tài)下的 動態(tài)無功補償靈敏度(鱗％和^_,、可基于式(8)或（10)進行計算），利用規(guī)劃選址組合分析 法確定其中一個電網故障薄弱區(qū)域的待補償點的個數(shù)和位置，如果1個補償點無法滿足穩(wěn) 定需求，則需要2個甚至更多個補償點組合對薄弱區(qū)域進行無功補償；
[0110] 步驟4:是否對所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析完畢，如果是 則輸出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，否則轉到步驟3 繼續(xù)對下一薄弱區(qū)域的規(guī)劃選址分析，直至對所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃 選址分析完畢為止。
[0111] 本發(fā)明所述選址分析方法對每個區(qū)域利用規(guī)劃選址組合分析法可將問題簡易化， 對薄弱區(qū)域用最少的補償點位置，可防止動態(tài)無功規(guī)劃選址的冗余性。
[0112] 電網在故障后的暫態(tài)電壓響應示意圖如圖3所示，其中，Un為額定電壓;tF為電網故 障發(fā)生時間；ted為電網故障清除時間；t。為用于暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標計算的截止時間。故障后 會引起電壓失穩(wěn)發(fā)生的區(qū)域，可通過安裝動態(tài)無功補償裝置進行改善。
[0113] 為了對動態(tài)無功補償設備規(guī)劃選址進行分析，需要首先提出能夠反映電網故障后 電壓恢復能力的暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標，為此，提出了暫態(tài)電壓恢復指標TVRI (Transient voltage recovery index，TVRI)和暫態(tài)電壓波動指標TVFI(transient voltage fluctuation index，TVFI)，對電網故障后暫態(tài)電壓偏離程度以及暫態(tài)波動程度進行評估。
[0114] 所述的暫態(tài)電壓恢復指標TVRI，其定義式為：
[0115]
(1)
[0116] 式中：Ut, i為在t時刻節(jié)點i的暫態(tài)電壓;Uio為節(jié)點i正常工況下的電壓;tc為暫態(tài)恢 復過程中截止時間;F k為電網的故障類型;其中，巧e為故障集合。
[0117] 其中，故障集合包括發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障、線路 故障等，其可表示為：
[0118]
(2)
[0119] 式中：Rg，Ruhv，R_c，Rbr分別表不發(fā)電機故障集合、特高壓交流故障集合、直流輸電 故障集合以及線路故障集合。
[0120] 暫態(tài)電壓恢復指標可用于評估電網故障后暫態(tài)電壓偏離正常工況下的程度，以衡 量故障后的暫態(tài)電壓恢復能力。為了便于利用時域仿真分析程序對故障后的暫態(tài)電壓恢復 指標計算，將式(1)的TVRI指標表示為其差分定義式：
[0121]
(3)
[0122] 式中：ts為時域仿真分析中的計算步長。
[0123] TTWfi可衡量節(jié)點i故障集合9^下的暫態(tài)電壓恢復程度，TYi?//*可對任意節(jié)點進 行計算，為了對某個區(qū)域或全網下的暫態(tài)電壓恢復能力進行評估，給出了全局暫態(tài)電壓恢 復指標，其定義為：
[0124]
(4)
[0125] 全局暫態(tài)電壓恢復指標JYi?/=由評估區(qū)域中的所有節(jié)點的TTR/f*最大值決定。當 TVRI指標較大時，則表明故障電網不具備自動恢復的能力，該節(jié)點在電網發(fā)生故障后導致 電壓不穩(wěn)定的隱患越大，該節(jié)點即為暫態(tài)穩(wěn)定薄弱節(jié)點，需要通過采取一定的補償措施予 以防患于未然。故障后的暫態(tài)電壓恢復情況與網架結構及動態(tài)調節(jié)元件的控制系統(tǒng)相關。
[0126] 所述的暫態(tài)電壓波動指標TVFI定義式為：
[0127]
(5)
[0128] 式中：Nt為暫態(tài)時域仿真的周波數(shù);Np為電網故障后第pth次周波
? 別為Fk故障下節(jié)點i在第Np周波的最大和最小電壓。
[0129] 同樣，可以定義TVFI在全網下的全局指標為：
[0130]
⑷
[0131] TVFI指標可通過故障后的電壓暫態(tài)平均波動衡量電網的電壓恢復能力。
[0132] 所述的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法可通過補償靈敏度進行計算和篩選，針對暫態(tài) 電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域給出了基于TVRI指標和TVFI指標下的補償靈敏度的簡易計算方法。
[0133] 所述的基于TVRI指標的補償靈敏度可表示為：
[0134]
(7)
[0135] 為了利用暫態(tài)仿真分析軟件分析和計算動態(tài)無功補償裝置的待選節(jié)點，可將式 (7)轉化為：
[0136]
(8)
[0137] 式中：TVRIs可由式(4)求解。
[0138] 所述的基于TVFI指標的補償靈敏度可表示為：
[0139]
(:9.)
[0140] 同樣，為了便于暫態(tài)仿真分析計算，可將式(9)簡化為：
[0141]
(10):
[0142] 式中：TVFIs可由式(6)求解。
[0143] 考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址最近補償點問題，對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱 區(qū)域可通過動態(tài)無功規(guī)劃組合選址分析法進行識別。
[0144] 動態(tài)無功規(guī)劃選址組合分析法可解決選址待選點的個數(shù)以及最佳組合問題，旨在 防止對規(guī)劃選址中的補償節(jié)點過多投資。由于實際區(qū)域電網網架較為復雜，母線眾多，為了 使得所述的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法能夠更加快速、便利和高效地應用到實際電網，首 先可利用時域仿真程序對全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真和分析，根據(jù)存在暫態(tài)電壓穩(wěn)定 性問題的故障集合劃分為若干個薄弱區(qū)域，針對每個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，可選擇一個 或多個待選點進行補償，規(guī)劃選址的原則為利用最少的補償點提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定 性。動態(tài)無功規(guī)劃選址組合分析法如圖4所示，對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的每一區(qū)域的故障 集合基于所述的補償靈敏度逐個進行計算和分析，若1臺動態(tài)無功補償裝置不能解決暫態(tài) 電壓穩(wěn)定性的問題，則需要用2臺甚至更多臺動態(tài)無功補償裝置進行補償。動態(tài)無功規(guī)劃選 址的方法基于動態(tài)無功補償靈敏度分析和篩選，對每個薄弱區(qū)域的選址位置進行計算和篩 選，最終改善全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。
[0145] 下面結合一具體應用實施例來對本發(fā)明進行驗證。
[0146] 該實施例采用基于IEEE39標準算例的擴展交直流混聯(lián)系統(tǒng)為例，基于IEEE39的擴 展交直流混聯(lián)系統(tǒng)的結構圖如圖5所示，系統(tǒng)中共有3條直流輸電接入，其中，整流側接入點 分別為節(jié)點2,、10以及12,逆變側接入點分別為節(jié)點8、17以及26,直流輸電系統(tǒng)采用定電流 定熄弧角控制模式，整流側初始直流輸電電流為1.0 p .u .，逆變側的熄弧角為8.0°。通過 IEEE39標準算例對提出的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法進行驗證和 分析。
[0147] 基于時域仿真分析程序對該擴展系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行分析，其中，電網故 障類型采用三相故障，故障時間設為100ms，且故障線路末端清除時間延遲50ms清除。經過 暫態(tài)仿真分析后得知，該IEEE39的擴展系統(tǒng)中共有兩個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，分別如圖5 中的薄弱區(qū)域1以及薄弱區(qū)域2,存在電壓失穩(wěn)風險的線路故障共有8條，電壓失穩(wěn)區(qū)域及線 路如表1所示。
[0148] 表1:存在暫態(tài)電壓失穩(wěn)風險的區(qū)域和線路
[0151]以暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域1的10-13線路故障為例，其補償靈敏度的計算結果如表 2所示，通過基于TVRI指標和TVFI指標的補償靈敏度結果可知，該區(qū)域只有節(jié)點10或11安裝 動態(tài)無功補償裝置后可使得故障后暫態(tài)電壓得以恢復，且區(qū)域1的最佳動態(tài)無功規(guī)劃選址 位置為節(jié)點11，通過動態(tài)無功補償裝置的規(guī)劃組合分析法可知，該區(qū)域僅需1臺動態(tài)無功補 償裝置。
[0152]表2:線路10-13故障后選址補償靈敏度
[0154] 對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域2的線路26-27故障后補償靈敏度分析結果如表3所示， 通過計算可知，該區(qū)域僅靠安裝1臺動態(tài)無功補償裝置不能達到改善暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的目 的，利用規(guī)劃選址組合分析法安裝2臺動態(tài)無功補償裝置進行分析，結果表明，2臺裝置可實 現(xiàn)故障后系統(tǒng)恢復的能力，而且共有3種待選點組合方式可改善暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，根據(jù)補償 靈敏度分析結果可知，節(jié)點28和節(jié)點29均安裝動態(tài)無功補償裝置對在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的改 善效果靈敏度最高。
[0155] 表3:線路26-27故障后動態(tài)無功補償選址補償靈敏度

[0158] 因此，該實施例考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的最佳動態(tài)無功選址位置為節(jié)點11、28以及 29,通過對薄弱區(qū)域內的所有故障進行逐一校驗可知，這3個節(jié)點作為動態(tài)無功規(guī)劃選址的 待選點具有良好的改善效果。
[0159] 此外，本發(fā)明的應用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、制 造、物質組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內容，作為本領域的普通技術人員將容易 地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法或 步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結 果，依照本發(fā)明可以對它們進行應用。因此，本發(fā)明所附權利要求旨在將這些工藝、機構、制 造、物質組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內。
【主權項】
1. 考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法，其特征是，包括以下步驟： 步驟1:獲取電網的相關數(shù)據(jù)，電網的相關數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無功補償裝置 和發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù)及其控制系統(tǒng)參數(shù)； 步驟2:對電網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真分析，通過電網故障進行分析確定暫態(tài)電壓 失穩(wěn)故障集合，記為并根據(jù)9、的分布將發(fā)生故障的電網劃分為若干個暫態(tài)電壓穩(wěn)定 薄弱區(qū)域； 步驟3:對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的故障進行逐個分析，并計算各個故障狀態(tài)下的動態(tài) 無功補償靈敏度，利用規(guī)劃選址組合分析法確定其中一個電網故障薄弱區(qū)域的待補償點的 個數(shù)和位置，如果1個補償點無法滿足穩(wěn)定需求，則需要2個甚至更多個補償點組合對薄弱 區(qū)域進行無功補償； 步驟4:是否對所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析完畢，如果是則輸 出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，否則轉到步驟3繼續(xù) 對下一薄弱區(qū)域的規(guī)劃選址分析，直至對所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址 分析完畢為止。2. 根據(jù)權利要求1所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法，其特征 是，所述故障集合包括發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障和線路故障。3. 根據(jù)權利要求1所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法，其特征 是，所述動態(tài)無功補償靈敏度包括基于暫態(tài)電壓恢復指標TVRI的補償靈敏度和基于暫 態(tài)電壓波動指標TVFI的補償靈敏度. 9 所述補償靈敏度的計算過程包括以下步驟： (11) 暫態(tài)電壓恢復指標TVRI定義為：式中：Ut,i為在t時刻節(jié)點i的暫態(tài)電壓;UiQ為節(jié)點i正常工況下的電壓;tc為暫態(tài)恢復過 程中截止時間;Fk為電網的故障類型;其中，巧e 為故障集合； (12) 故障集合表示為： ?；?。,/?,.,"人4 (2) 式中：Rg，Ruh V，Rh VDC，Rbr分別表不發(fā)電機故障集合、特高壓交流故障集合、直流輸電故障 集合和線路故障集合； (13) 將式(1)的TVRI指標表示為其差分定義式：式中:ts為時域仿真分析中的計算步長； (14) 采用ΤΤΤ?//'對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出全局暫態(tài)電壓恢復指標為： 由式(4)可知，全局暫態(tài)電壓恢復指標ITi?/，由評估區(qū)域中的所有節(jié)點的ΓΓΛ/Ρ最大值 決定；基于TVRI指標的補償靈敏度表示為：式中:TVRIS可由式(4)求解，Qsvc為無功補償容量； 所述補償靈敏度的計算過程包括以下步驟： (21) 暫態(tài)電壓波動指標TVFI定義為：式中:Ντ為暫態(tài)時域仿真的周波數(shù);化為電網故障后第pth次周波；分別為Fk 故障下節(jié)點i在第NP周波的最大和最小電壓； (22) 采用7YF/,"對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出暫態(tài)電壓波動指標為：(23) 基于TVFI指標的補償靈敏度表示為：式中:TVFIS可由式(6)求解，Qsvc為無功補償容量。4.根據(jù)權利要求1所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法，其特征 是，所述規(guī)劃選址組合分析法包括以下步驟： (1) 利用時域仿真程序對全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真和分析，并根據(jù)存在暫態(tài)電 壓穩(wěn)定性問題的故障集合劃分為若干個薄弱區(qū)域； (2) 針對每個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，可選擇一個或多個待選點進行補償，規(guī)劃選址 的原則為利用最少的補償點提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性； (3) 對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的每一區(qū)域的故障集合基于所述的補償靈敏度逐個進行 計算和分析，若1臺動態(tài)無功補償裝置不能解決暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的問題，則需要用2臺甚至 更多臺動態(tài)無功補償裝置進行補償； (4)基于動態(tài)無功補償靈敏度對每個薄弱區(qū)域的選址位置進行計算和篩選，最終得出 所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方案，以改善全網的暫態(tài)電壓 穩(wěn)定性。5. 根據(jù)權利要求1所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析方法，其特征 是，所述電網的相關數(shù)據(jù)從電網系統(tǒng)中直接獲取或通過輸入裝置錄入。6. 考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址分析系統(tǒng)，其特征是，包括： 數(shù)據(jù)獲取模塊，用以獲取電網的相關數(shù)據(jù)，電網的相關數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)、動態(tài)無 功補償裝置和發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù)及其控制系統(tǒng)參數(shù)； 仿真分析模塊，用以對電網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真分析，通過電網故障進行分析 確定暫態(tài)電壓失穩(wěn)故障集合，記為'凡-. 區(qū)域劃分模塊，用以根據(jù)的分布將將發(fā)生故障的電網劃分為若干個暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄 弱區(qū)域； 選址分析模塊，用以對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的故障進行逐個分析，并計算各個故障 狀態(tài)下的動態(tài)無功補償靈敏度，利用規(guī)劃選址組合分析法確定其中一個電網故障薄弱區(qū)域 的待補償點的個數(shù)和位置，如果1個補償點無法滿足穩(wěn)定需求，則需要2個甚至更多個補償 點組合對薄弱區(qū)域進行無功補償； 輸出模塊，用以輸出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功規(guī)劃選址待選點位置方 案。7. 根據(jù)權利要求6所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址系統(tǒng)，其特征是，所 述故障集合包括發(fā)電機故障、特高壓交流故障、特高壓直流輸電故障和線路故障。8. 根據(jù)權利要求6所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址系統(tǒng)，其特征是，所 述選址分析模塊包括動態(tài)無功補償靈敏度計算模塊和規(guī)劃選址組合分析模塊； 所述動態(tài)無功補償靈敏度計算模塊用以計算基于暫態(tài)電壓恢復指標TVRI的補償靈敏 度和基于暫態(tài)電壓波動指標TVFI的補償靈敏度. 所述補償靈敏度^一的計算過程包括以下步驟： (11) 暫態(tài)電壓恢復指標TVRI定義為：式中：Ut,i為在t時刻節(jié)點i的暫態(tài)電壓;UiQ為節(jié)點i正常工況下的電壓;tc為暫態(tài)恢復過 程中截止時間;Fk為電網的故障類型;其中，6 W為故障集合； (12) 故障集合表不為： = [Rc:, ,Rgf^ (2 ) 式中：Rg，Ruh V，Rh VDC，Rbr分別表不發(fā)電機故障集合、特高壓交流故障集合、直流輸電故障 集合和線路故障集合； (13) 將式(1)的TVRI指標表示為其差分定義式：式中:ts為時域仿真分析中的計算步長； (14)采用7T/?//對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出全局暫態(tài)電壓恢復指標為：由式(4)可知，全局暫態(tài)電壓恢復指標7'嘆〇由評估區(qū)域中的所有節(jié)點的rFR/f*最大值 決定； 基于TVRI指標的補償靈敏度表示為：式中:TVRIS可由式(4)求解，Qsvc為無功補償容量； 所述補償靈敏度史；%/的計算過程包括以下步驟： (21) 暫態(tài)電壓波動指標TVFI定義為：式中:NT為暫態(tài)時域仿真的周波數(shù);NP為電網故障后第pth次周波;分別為F k 故障下節(jié)點i在第NP周波的最大和最小電壓； (22) 采用對電網中任意節(jié)點進行計算，可得出暫態(tài)電壓波動指標為：(23) 基于TVFI指標的補償靈敏度表示為：式中:TVFIS可由式(6)求解，Qsvc為無功補償容量。9.根據(jù)權利要求8所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址系統(tǒng)，其特征是，所 述規(guī)劃選址組合分析模塊首先利用時域仿真程序對全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行仿真和分 析，并根據(jù)存在暫態(tài)電壓穩(wěn)定性問題的故障集合劃分為若干個薄弱區(qū)域;針對每個暫態(tài)電 壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域，可選擇一個或多個待選點進行補償，規(guī)劃選址的原則為利用最少的補償 點提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性;對暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的每一區(qū)域的故障集合基于所述 的補償靈敏度逐個進行計算和分析，若1臺動態(tài)無功補償裝置不能解決暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的 問題，則需要用2臺甚至更多臺動態(tài)無功補償裝置進行補償;基于動態(tài)無功補償靈敏度對每 個薄弱區(qū)域的選址位置進行計算和篩選，最終得出所有暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的動態(tài)無功 規(guī)劃選址待選點位置方案，以改善全網的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。10.根據(jù)權利要求6所述的考慮暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的動態(tài)無功規(guī)劃選址系統(tǒng)，其特征是， 所述數(shù)據(jù)獲取模塊從電網系統(tǒng)中直接獲取電網的相關數(shù)據(jù)或通過輸入裝置錄入電網的相 關數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H02J3/18GK106058876SQ201610387208
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】牟宏, 汪湲, 王春義, 于光遠, 王寶勇, 尹愛輝, 張友泉, 孫偉, 王飛, 安鵬, 趙龍, 王艷, 張 杰, 劉曉明, 曹相陽, 鄭志杰, 吳奎華, 梁衛(wèi)國, 趙鵬
【申請人】國網山東省電力公司濟南供電公司, 國家電網公司