一种基于电气特点分解归并的电网分区方法

摘要

本发明是一种基于电气特点分解归并的电网分区方法，首先根据电网电气结构特点，将电网分解为环网部分和树状部分，再采用电气耦合度分区算法和拓扑连接关系分区算法相结合的混合分区方法协调完成全网的电气分区。本发明将庞大的电网模型事先进行分解，这样只需对环网网络进行灵敏度计算。其模型简单，计算规模减小，大大节约了计算时间，可以满足实时在线要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为电网电压无功综合控制优化措施的电网分区方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

近十多年来，随着中国经济的持续高速发展和国家连续两个五年计划对电网的大规模投资，电力系统快速发展，电网规模迅速增长，电力自动化技术大大提高。随着电力系统的高速发展，电网规模在成倍增长，电网一线人员尤其是调度员面临的精神压力和劳动强度也在不断增大。而全网电压无功控制系统作为一种自动控制系统，在这种背景下能极大地缓解和减轻调度员的精神压力和劳动强度，因此广泛地受到重视。近年来，全网电压无功控制系统迅速普及，县区级一般采用一级电压控制系统，大县区及地区则主要采用二级电压控制系统，大地区及网省级电网则以三级电压控制系统与面向全网的电压无功分层分区控制为主。

在全网电压无功分层分区控制系统中，大规模动态电网首先被分解成几个弱耦合的子系统，再针对各个子系统进行分析、控制，这样一来，电压无功控制系统的效果就变得更好，对该电网的作用也更加重要。在全网电压无功分层分区控制系统中，必须注意的有两点：

一是控制区域的划分要慎重。控制区域的分区，大小要适度。分区过大，不易实现无功就地平衡及母线电压控制，线路中无功功率传输也会过多，电网中有功功率的损耗会有所增加。分区过小，不仅没有实际意义，还会影响到系统的整体性能。

二是必须实时跟踪动态电网运行方式的改变。由于大电网中开关刀闸变位非常频繁，控制系统必须能自动辨识开关刀闸的变位，并重新进行分区，满足控制系统的实时在线要求。

现有的分区方法主要为根据连接关系拓扑分区算法和基于电气耦合度的多阀值分区算法。而这两种方法均采用得是单一的算法，都不能根据电网特点进行分解。当电网规模增大后，计算量成级数增长，即使电网有微小的变化也需要全部重新计算，这就大大降低了分区的效率，同时也延长了计算所需的时间，有时还会产生孤立节点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种简单易用、可靠性高、程序实现简单的基于电气特点分解归并的电网分区方法。采用电气耦合度分区技术和拓扑连接关系分区技术相结合的混合分区技术来协调完成全网的分区，有利于无功功率的就地平衡和母线电压的控制。

本发明的技术方案如下：

一种基于电气特点分解归并的电网分区方法，其特征在于：首先根据电网电气结构特点，将电网分解为环网部分和树状部分，再采用电气耦合度分区算法和拓扑连接关系分区算法相结合的混合分区方法协调完成全网的电气分区。

包括如下步骤：

一、针对环网部分部分的电气耦合度分区算法：

1、从系统中获取参与灵敏度计算的母线参数及节点信息，所述母线是包含发电厂母线在内的的电压等级在220kV以上的母线；

2、将获取的母线参数及节点信息作为灵敏度分析算法所需的初始数据，调用灵敏度分析算法进行计算，将所有节点之间的无功电压灵敏度数值作为所需的结果进行输出；

3、根据灵敏度分析结果，计算节点间的相对电气距离，节点间的相对电气距离为某节点对其他节点的绝对电气距离除以该节点对自身的绝对电气距离；

4、指定电气区域的电气主节点，并将所述电气主节点以外的其它电气节点作为非电气主节点，选择全网内最高电压等级的母线对应的节点作为电气主节点，或选择环网网络内发电厂高压侧母线为电气主节点；

5、搜素所述非电气主节点所属的电气主节点，搜索方法：首先根据节点间的相对电气距离，设定一个初始值为当前阀值，再找出与电气主节点相对电气距离超过当前阀值的非电气主节点，将搜索到的非电气主节点所属的电气主节点赋值；然后在与电气主节点相对电气距离不超过当前阀值的非电气主节点，搜索与已找到所属电气主节点的非电气主节点相对距离超过当前阀值的非电气主节点，并对满足搜索条件的非电气主节点的所属电气主节点赋值；根据搜索结果，调整阀值，重新进行搜索；当所有节点都找到所属电气主节点，或者达到预先设定的最大搜索次数时，搜索自动停止；因达到预先设定的最大搜索次数而停止搜索时，对仍未找到所属电气主节点的非电气主节点，设置其所属电气主节点为初始默认的电气主节点。

6、确定节点的所属电气区域和母线的所属电气区域，电气主节点的所属电气区域为其对应母线的所属厂站的原始电气分区，非电气主节点的所属电气区域为其所属电气主节点的所属电气区域，根据节点-母线对应关系，第1步中母线所属电气区域为其对应节点的所属电气区域；

二、针对树状网络的拓扑连接关系分区算法：

1、初始化区域主变的区域信息，每个220kV变压器及其供电的区域为一个独立区域，该变压器为所在区域的区域主变，如果多个区域主变并列运行，则将所在区域合并为一个区域，将其它变压器作为非区域主变；

2、为非区域主变搜索所属的区域主变，搜索方法：根据线路的供电拓扑关系进行循环搜索，如果所有的非区域主变都已搜索到所属的区域主变，或者循环次数达到设定的循环次数，搜索自动停止；因循环次数达到设定的循环次数而停止搜索时，对未搜索到所属的区域主变的非区域主变，设置器所属区域主变为初始默认的区域主变；

3、给所有主变赋所属区域，区域主变的所属区域为其原始所属区域，非区域主变的所属区域为其所属的区域主变的所属区域；

三、电气耦合度分区和拓扑连接关系分区算法归并处理：

区域主变根据拓扑关系，搜索到环网网络内其对应的供电母线，而区域主变的所属电气区域为其供电母线的所属电气区域。非区域主变的所属电气区域为其对应区域主变的所属电气区域。树状网络中的母线的所属电气区域为其相连接的主变的所属电气区域。

 

本发明有如下优点：

第一、本发明属于基于电气特点分解归并的电网分区方法，将庞大的电网模型事先进行分解，这样只需对环网网络进行灵敏度计算。其模型简单，计算规模减小，大大节约了计算时间，可以满足实时在线要求。

第二、树状网络本身的拓扑连接关系与环网相比要简单很多，因此程序实现起来也简单，并不涉及复杂算法。

第三、混合分区算法能动态跟踪电网运行方式的变化。大电网中开关刀闸的变位非常频繁，控制系统需对开关刀闸变位进行自动辨识。而电网中树状网络占很大的比重，可以说开关刀闸变位主要发生在树状网络结构中。采用混合分区方法，在树状网络结构有变化的情况下，可以首先过滤掉不影响全网电压无功控制系统分区的变位事件，这时无需启动环网网络的电气分区方法，就能只通过简单的拓扑连接关系重新进行分区，保证了在跟踪实时网络拓扑的同时减少分区算法的启动次数，极大地满足了实时在线要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本发明。

本发明首先根据电网电气结构特点，将电网分解为环网部分和树状部分，再采用电气耦合度分区算法和拓扑连接关系分区算法相结合的混合分区方法协调完成全网的电气分区。其主要包括三大部分：电气耦合度分区算法、拓扑连接关系分区算法和归并处理。

主要步骤如下：

一、针对环网部分部分的电气耦合度分区算法。

1、从系统中获取参与灵敏度计算的母线参数及节点信息。电网中的环网部分，其母线主要是电压等级在220kV及以上的母线（含发电厂母线等），而这些母线必须在全网电压无功控制系统中存在。

2、将获取的母线参数及节点信息作为灵敏度分析算法所需的初始数据，调用灵敏度分析算法进行计算，将所有节点之间的无功电压灵敏度数值作为所需的结果进行输出。

3、根据灵敏度分析结果，计算节点间的相对电气距离。节点间的相对电气距离为某节点对其他节点的绝对电气距离除以该节点对自身的绝对电气距离。

4、指定电气区域的电气主节点，并将所述电气主节点以外的其它电气节点作为非电气主节点。选择全网内最高电压等级的母线对应的节点作为电气主节点，或选择环网网络内发电厂高压侧母线为电气主节点。

5、搜素所述非电气主节点所属的电气主节点。搜索方法：首先根据节点间的相对电气距离，设定一个初始值为当前阀值，再找出与电气主节点相对电气距离超过当前阀值的非电气主节点，将搜索到的非电气主节点所属的电气主节点赋值；然后在与电气主节点相对电气距离不超过当前阀值的非电气主节点，搜索与已找到所属电气主节点的非电气主节点相对距离超过当前阀值的非电气主节点，并对满足搜索条件的非电气主节点的所属电气主节点赋值。   

根据搜索结果，调整阀值，重新进行搜索。当所有节点都找到所属电气主节点，或者达到预先设定的最大搜索次数时，搜索自动停止。

因达到预先设定的最大搜索次数而停止搜索时，对仍未找到所属电气主节点的非电气主节点，设置其所属电气主节点为初始默认的电气主节点。

6、确定节点的所属电气区域和母线的所属电气区域。电气主节点的所属电气区域为其对应母线的所属厂站的原始电气分区。非电气主节点的所属电气区域为其所属电气主节点的所属电气区域。根据节点-母线对应关系，第1步中母线所属电气区域为其对应节点的所属电气区域。

二、针对树状网络的拓扑连接关系分区算法。

1、初始化区域主变的区域信息。每个220kV变压器及其供电的区域为一个独立区域，该变压器为所在区域的区域主变，如果多个区域主变并列运行，则将所在区域合并为一个区域。将其它变压器作为非区域主变。

2、为非区域主变搜索所属的区域主变。搜索方法：根据线路的供电拓扑关系进行循环搜索，如果所有的非区域主变都已搜索到所属的区域主变，或者循环次数达到设定的循环次数，搜索自动停止。因循环次数达到设定的循环次数而停止搜索时，对未搜索到所属的区域主变的非区域主变，设置器所属区域主变为初始默认的区域主变。

3、给所有主变赋所属区域。区域主变的所属区域为其原始所属区域，非区域主变的所属区域为其所属的区域主变的所属区域。

三、电气耦合度分区和拓扑连接关系分区算法归并处理。

区域主变根据拓扑关系，搜索到环网网络内其对应的供电母线，而区域主变的所属电气区域为其供电母线的所属电气区域。非区域主变的所属电气区域为其对应区域主变的所属电气区域。树状网络中的母线的所属电气区域为其相连接的主变的所属电气区域。