首页> 中国专利> 基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法

基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法

页面导航

摘要
著录项
法律信息
说明书
相似文献

摘要

本发明涉及一种基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，属于电力系统评估和控制技术领域。首先，监测系统当中中枢节点电压值，根据该电压值计算出参与电压控制的发电机与动态无功补偿设备的控制指令。将指令下发给相应的发电机与动态无功补偿设备。判断是否需要进行动态无功优化，如果不需要，则在时刻T0+△T，返回第一步骤，若需要，则根据发电机与动态无功补偿装置的无功功率及上限和下限值，计算动态无功优化的控制指令并下发。发电机与动态无功补偿装置根据指令调整各自的无功功率。本发明方法能够有效的进行暂态电压稳定的预防控制，提高电力系统中动态无功储备水平和扰动后的系统电压的恢复效果。

著录项

公开/公告号CN103825281A

专利类型发明专利
公开/公告日2014-05-28

原文格式PDF
申请/专利权人清华大学;
展开▼

申请/专利号CN201410030530.0
发明设计人孙宏斌;郭庆来;王彬;张伯明;王旭冉;葛怀畅;吴文传;
展开▼

申请日2014-01-22
分类号H02J3/16(20060101);
代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙);
代理人罗文群
地址 100084 北京市海淀区清华园1号
入库时间 2024-02-20 00:11:30

法律信息

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态
2016-02-24

授权

授权
2014-06-25

实质审查的生效 IPC(主分类):H02J3/16 申请日:20140122

实质审查的生效
2014-05-28

公开

公开

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，属于电力系统评估和控制技术领域。

背景技术

近些年来，电力系统的电压稳定问题时有发生，并且有的已经造成了相当巨大的影响。电压控制方法显得尤为重要。但是由于传统的控制手段有限，导致控制响应速度很慢，本发明中，将动态无功补偿装置作为一种新的控制手段引入进来，提高了电压控制的响应速度。另外，在本发明中，还采用了动态无功优化的方法保证动态无功补偿设备保持在一个有足够的无功功率储备，以防在电力系统发生故障时，没有足够的无功功率容量响应控制的需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，该方法将动态无功补偿装置作为一种控制手段，纳入电力系统中枢母线电压控制中来，并且通过动态无功储备优化，实现了对电网发生大故障时的预防性控制。

本发明提出的基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，包括以下步骤：

（1）从电力系统的调度中心获取中枢母线电压的设定值当前采集时刻T0的电力系统中中枢母线的电压值V_p，通过下式计算得到中枢母线电压控制阶段的参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g和参与控制的动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_s：

$(\begin{matrix} \min_{Δ V_{g}, Δ V_{s}} {W_{p} {| | a \cdot (V_{p} - V_{p}^{ref}) + C_{pg} Δ V_{g} + C_{ps} Δ V_{s} | |}^{2} + W_{q} ({| | Θ_{g} | |}^{2} + {| | Θ_{s} | |}^{2})} \\ s . t . V_{p}^{\min} \leq V_{p} + C_{pg} Δ V_{g} + C_{ps} Δ V_{s} \leq V_{p}^{\max} \\ Q_{g}^{\min} \leq Q_{g} + C_{g} Δ V_{g} + C_{gs} Δ V_{s} \leq Q_{g}^{\max} \end{matrix})$

$(\begin{matrix} Q_{s}^{\min} \leq Q_{s} + C_{sg} Δ V_{g} + C_{s} Δ V_{s} \leq Q_{s}^{\max} \\ | Δ V_{g} | \leq Δ V_{g}^{\max} \\ | Δ V_{s} | \leq Δ V_{s}^{\max} \end{matrix})$

其中，Θ_g为发电机无功功率的裕度矢量，该裕度矢量Θ_g中的第i个分量为：

$Θ_{g_{i}} = \frac{Q_{g_{i}} + \underset{j \in Ng}{Σ} C_{g_{ij}} Δ V_{g_{j}} + \underset{k \in Ns}{Σ} C_{g s_{ik}} Δ V_{s_{k}} - Q_{g_{i}}^{\min}}{Q_{g_{i}}^{\max} - Q_{g_{i}}^{\min}}$

Θ_s为动态无功补偿设备无功功率的裕度矢量，裕度矢量Θ_s的第i个分量为：

$Θ_{s_{i}} = \frac{Q_{s_{i}} + \underset{j \in Ns}{Σ} C_{s_{ij}} Δ V_{s_{j}} + \underset{k \in Ng}{Σ} C_{{sg}_{ik}} Δ V_{g_{k}} - Q_{s_{i}}^{\min}}{Q_{s_{i}}^{\max} - Q_{s_{i}}^{\min}}$

其中下标p表示中枢母线，下标g表示发电机，下标s表示动态无功补偿装置；C_pg是从调度中心获取的中枢母线电压偏差对参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g的灵敏度矩阵；C_ps是从调度中心获取的中枢母线电压偏差对参与控制的动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_s的灵敏度矩阵；W_p为中枢母线电压偏差的权重系数，W_p的取值范围为0.1-1，W_q为发电机和动态无功补偿装置的无功功率储备裕度的权重系数，W_q的取值范围为10-100， α是中枢母线电压的增益系数，α的取值范围为1-10，Q_g是参与控制的发电机当前发出的无功功率，分别为参与控制的发电机的无功功率下限与无功功率上限，Q_s是参与控制的动态无功补偿装置当前发出的无功功率，分别为参与控制的动态无功补偿装置发出的无功功率下限与无功功率的上限，C_g为从调度中心获取的参与控制的发电机的无功功率调整量对参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g的灵敏度矩阵，C_s为从调度中心获取的参与控制的动态无功补偿装置的无功功率调整量对参与控制的动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_s的灵敏度矩阵，C_gs为从调度中心获取的参与控制的发电机的无功功率调整量对参与控制的动态无功补偿设备的电压调整量ΔV_s的灵敏度矩阵；C_sg为从调度中心获取的参与控制的动态无功补偿装置的无功功率调整量对参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g的灵敏度矩阵，为设定的中枢母线电压的下限，为设定的中枢母线电压上限，为从调度中心获取的参与控制的发电机允许的单步最大调整量，为从调度中心获取的参与控制的动态无功补偿装置允许的单步最大调整量，Ns为参与控制的动态无功补偿装置的编号的集合，Ng为参与控制的发电机的编号的集合；

将上述计算得到的参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g和参与控制的动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_s作为控制指令下达给相应的发电机和动态无功补偿装置，各发电机和动态无功补偿装置根据控制指令，完成中枢母线电压阶段控制；

（2）设定动态无功补偿装置无功功率的裕度阈值为将当前动态无功补偿装置的裕度值与设定的裕度阈值比较，若当前动态无功补偿装置的裕度值大于或等于设定的裕度阈值，则经过中枢母线电压两次控制之间的时间间隔ΔT后重复步骤（1），ΔT 的取该数值为5至10分钟，若当前动态无功补偿装置的裕度值小于设定的裕度阈值，则进行步骤（3）；

（3）根据下式计算，得到动态无功补偿装置无功功率裕度优化阶段的参与控制的发电机和动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_g和ΔV_s：

$(\begin{matrix} \min_{Δ V_{g}, Δ V_{s}} {W_{s} {| | μ_{s} | |}^{2} + W_{g} {| | μ_{g} | |}^{2}} \\ s . t . \\ V_{p} - V_{band} \leq V_{p} + C_{pg} Δ V_{g} + C_{ps} Δ V_{s} \leq V_{p} + V_{band} \\ Q_{g}^{\min} \leq Q_{g} + C_{g} Δ V_{g} + C_{gs} Δ V_{s} \leq Q_{s}^{\max} \\ Q_{s}^{\min} \leq Q_{s} + C_{sg} Δ V_{g} + C_{s} Δ V_{s} \leq Q_{s}^{\max} \\ | Δ V_{g} | \leq Δ V_{g}^{\max} \\ | Δ V_{s} | \leq Δ V_{s}^{\max} \end{matrix})$

上述目标函数中，μ_s为动态无功补偿装置的无功功率矢量，表示动态无功补偿装置经控制后无功功率偏离设定值的大小，μ_g为发电机的无功功率矢量，表示发电机经控制后的无功功率偏离所有发电机无功功率平均值的大小；

$μ_{si} = \frac{Q_{si} + \underset{j \in Ns}{Σ} C_{s_{ij}} Δ V_{s_{j}} + \underset{k \in Ng}{Σ} C_{s g_{ik}} Δ V_{g_{k}} - Q_{s_{i}}^{reference}}{Q_{si}^{\max} - Q_{si}^{\min}}$

$μ_{gi} = \frac{Q_{gi} + \underset{j \in Ng}{Σ} C_{g_{ij}} {ΔV}_{g_{j}} + \underset{k \in Ns}{Σ} C_{g s_{ik}} Δ V_{s_{k}} - Q_{g}^{aver}}{Q_{g}^{aum}}$

为动态无功补偿装置的裕度设定值，为当前时刻所有发电机的无功功率平均值，为当前时刻发电机无功功率总和，W_s为动态无功补偿装置的无功功率矢量的权重系数，W_s的取值范围为0.1-1，W_g为发电机的无功功率矢量的权重系数，W_g的取值范围为10-100；

将计算得到的无功功率裕度优化阶段的电压调整量ΔV_g和ΔV_s作为控制指令下达给参与控制的发电机与动态无功储备装置，完成动态无功功率裕度优化阶段控制；

（4）在时刻T₀+△T，返回步骤（1）。

本发明提出的基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，其优点是：

1、本发明提出的基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，将动态无功补偿装置纳入传统的电压控制模型中，充分利用动态无功补偿装置的快速调节特性。

2、本发明方法中建立了动态无功储备优化模型，利用慢速动态无功补偿装置置换出动态无功补偿装置的无功功率，提供电力系统中动态无功储备水平。

3、本发明方法能够有效的进行暂态电压稳定的预防控制，提高扰动后的系统电压的恢复效果。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：

（1）从电力系统的调度中心获取中枢母线电压的设定值当前采集时刻T₀的电力系统中中枢母线的电压值V_p，通过下式计算得到中枢母线电压控制阶段的参与控制的发电机的电压调整量ΔV_g和参与控制的动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_s：

其中，Θ_g为发电机无功功率的裕度矢量，该裕度矢量Θ_g中的第i个分量为：

$Θ_{s_{i}} = \frac{Q_{s_{i}} + \underset{j \in Ns}{Σ} C_{s_{ij}} Δ V_{s_{j}} + \underset{k \in Ng}{Σ} C_{{sg}_{ik}} Δ V_{g_{k}} - Q_{s_{i}}^{\min}}{Q_{s_{i}}^{\max} - Q_{s_{i}}^{\min}}$

Θ_s为动态无功补偿设备无功功率的裕度矢量，裕度矢量Θ_s的第i个分量为：

$Θ_{s_{i}} = \frac{Q_{s_{i}} + \underset{j \in Ns}{Σ} C_{s_{ij}} Δ V_{s_{j}} + \underset{k \in Ng}{Σ} C_{{sg}_{ik}} Δ V_{g_{k}} - Q_{s_{i}}^{\min}}{Q_{s_{i}}^{\max} - Q_{s_{i}}^{\min}}$

（2）设定动态无功补偿装置无功功率的裕度阈值为对于裕度阈值的设定，一般情况下设定为动态无功补偿装置无功功率的中间值，但是也可以根据电网的实际情况略作调整，比如在可能大量缺少无功功率的地点，即可能发生严重故障的节点附近，设定的最优动态无功储备值可以取动态无功装置出力中间偏小的位置，使得发生严重故障的时候此台动态无功储备装置能够补偿更多的无功功率。将当前动态无功补偿装置的裕度值与设定的裕度阈值比较，若当前动态无功补偿装置的裕度值大于或等于设定的裕度阈值，则经过中枢母线电压两次控制之间的时间间隔ΔT后重复步骤（1），ΔT的取该数值为 5至10分钟，若当前动态无功补偿装置的裕度值小于设定的裕度阈值，则进行步骤（3）；

（3）动态无功功率裕度优化控制是在保证中枢母线的电压合格、优质的前提下，将发电机与动态无功补偿装置的无功功率进行置换，使得当系统发生故障需要快速的调节手段时，动态无功补偿装置有足够的无功功率裕度来响应系统的控制需求，提高扰动后的系统电压恢复效果，实现暂态电压稳定的预防控制。

根据下式计算，得到动态无功补偿装置无功功率裕度优化阶段的参与控制的发电机和动态无功补偿装置的电压调整量ΔV_g和ΔV_s：

$(\begin{matrix} Q_{g}^{\min} \leq Q_{g} + C_{g} Δ V_{g} + C_{gs} Δ V_{s} \leq Q_{g}^{\max} \\ Q_{s}^{\min} \leq Q_{s} + C_{sg} Δ V_{g} + C_{s} Δ V_{s} \leq Q_{s}^{\max} \\ | Δ V_{g} | \leq Δ V_{g}^{\max} \\ | Δ V_{s} | \leq V_{s}^{\max} \end{matrix})$

$μ_{si} = \frac{Q_{si} + \underset{j \in Ns}{Σ} C_{s_{ij}} Δ V_{s_{j}} + \underset{k \in Ng}{Σ} C_{s g_{ik}} Δ V_{g_{k}} - Q_{s_{i}}^{reference}}{Q_{si}^{\max} - Q_{si}^{\min}}$

$μ_{gi} = \frac{Q_{gi} + \underset{j \in Ng}{Σ} C_{g_{ij}} {ΔV}_{g_{j}} + \underset{k \in Ns}{Σ} C_{g s_{ik}} Δ V_{s_{k}} - Q_{g}^{aver}}{Q_{g}^{aum}}$

为动态无功补偿装置的裕度设定值，一般情况的取值为动态无功补偿装置无功功率的中间值，但是也可以根据电力系统中的实际情况略作调整，比如在可能大量缺少无功功率的地点，即可能发生严重故障的节点附近，设定的最优动态无功储备值可以取动态无功补偿装置出力中间偏小的位置，使得发生严重故障的时候此台动态无功补偿装置可以补偿更多的无功功率；为当前时刻所有发电机的无功功率平均值，为当前时刻发电机无功功率总和，W_s为动态无功补偿装置的无功功率矢量的权重系数，W_s的取值范围为0.1-1，W_g为发电机的无功功率矢量的权重系数，W_g的取值范围为10-100；

（4）在时刻T₀+△T，返回步骤（1）。时间T₀+ΔT（T₀为步骤（1）中所设置的时间起点，ΔT为本文所提出的中枢母线电压控制方法两次控制的时间间隔，一般取该数值为5 至10分钟）。

去获取专利，查看全文>

相似文献

专利
中文文献
外文文献

1. 基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法 [P] . 中国专利： CN103825281B . 2016.02.24
2. 基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法 [P] . 中国专利： CN103825281A . 2014-05-28
3. REACTIVE POWER COMPENSATION CONTROL DEVICE FOR SECURING DYNAMIC RESERVE REACTIVE POWER CAPABLE OF SECURING REACTIVE POWER RESERVE REQUIRED FOR POWER SYSTEM AND A CONTROL METHOD THEREOF [P] . 韩国专利： KR20130034769A . 2013-04-08

机译：用于确保电力系统所需的无功功率的动态储备无功功率的无功补偿控制装置及其控制方法
4. METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING SUPPLY OF REACTIVE POWER SUCH AS COMPENSATION REACTOR IN POWER SYSTEM [P] . 日本专利： JP2012085476A . 2012-04-26

机译：电力系统中作为补偿电抗器的无功电源的控制方法和装置
5. Information processing apparatus, control method therefor, and computer-readable storage medium, for updating device information corresponding to a device among the device information stored in a storage unit, and for sending a notification for releasing an internet-protocol address assigned to the device to a dynamic-host-configuration-protocol server based on whether received information specifies a specific condition [P] . 美国专利： US8489766B2 . 2013-07-16

机译：信息处理设备，其控制方法和计算机可读存储介质，用于更新存储在存储单元中的设备信息中与设备相对应的设备信息，以及用于将用于释放分配给该设备的互联网协议地址的通知发送给基于接收到的信息是否指定特定条件的动态主机配置协议服务器