基于电压灵敏度的多断面500kV电网无功补偿投切策略优化方法

摘要

本发明公开了基于电压灵敏度的多断面500kV电网无功补偿投切策略优化方法，包括以下几个步骤：输入500kV电网网架数据和无功补偿装置配置情况；基于电压灵敏度分析方法对多断面情况下存在电压越限问题的变电站进行分析，按照各变电站对电压的灵敏度高低建立所有500kV变电站低压侧无功补偿装置的投切顺序表；按照投切顺序表对实际电网无功补偿装置进行投切，直至所有500kV变电站的母线电压满足运行电压上下限要求；得到最优投切策略和投切记录。本发明优化后的投切策略在连续多个断面情况下保证500kV母线电压合理运行的同时，减少了无功装置的投切次数，500kV变电站母线电压满足上下限要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电压灵敏度的多断面500kV电网无功补偿 投切策略优化方法，属于电网无功电压优化技术领域。

背景技术

电网无功补偿装置的优化投切是电网运行中的一项重要内容，是 基于现有无功补偿装置配置和网架结构，在已知优化周期内系统各节 点负荷功率的前提下，应用优化技术确定无功装置的最佳投切策略， 起到减少网络损耗、消除过载和改善电压分布的作用。

在研究无功装置优化投切问题时主要有面向时间断面的静态优 化和考虑投切次数限制的全局动态优化两类方法。静态优化以优化时 刻的系统网损最小为目标，并考虑各种运行约束条件。静态优化的变 量仅为优化时刻各无功装置的投入组数，解空间的规模较小易于在短 时间内获得优化解，并且既可依据未来一天的负荷预测值进行离线优 化，也可采用系统的在线负荷数据进行实时优化。但常规的静态优化 方法存在一个突出的问题：优化模型仅以每一时刻的系统网损最小为 目标，难以考虑投切次数限制，优化方案往往不具备实际可操作性。 动态优化基于未来一天的负荷预测数据，将一天划分为若干时段，以 全天各时段的网损之和最小为目标，并将投切次数限制作为一个重要 的约束条件。动态优化模型的控制变量包括全天各时段各节点无功装 置的投入组数，控制变量的维数急剧扩大，解空间规模和计算量都要 比静态优化大得多，其优化求解十分困难。

在500kV电网实际运行中，变电站低压侧无功补偿装置的投切通 常由监控人员根据单个变电站母线的电压变化情况决定，存在着投切 次数多、调压效果差、缺乏全局优化等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于电压灵敏 度的多断面500kV电网无功补偿投切策略优化方法，本发明基于电压 灵敏度建立的投切顺序表对无功补偿装置进行优化投切，在保证所选 时间断面内无功补偿装置累计投切次数最少的同时，而且500kV变电 站母线电压满足上下限要求。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的基于电压灵敏度的多断面500kV电网无功补偿投切策 略优化方法，包括以下几个步骤：

(1)输入500kV电网节点、线路、变压器、负荷数据和无功补偿装 置数量和容量，输入需要优化的连续运行时间断面数量、各断面下电 网的节点电压和线路功率及无功补偿装置的投切策略，投切策略包括 最优投切策略、最近投切策略和最新投切策略；

(2)基于电压灵敏度分析方法对多断面情况下存在电压越限问题 的变电站进行分析，确定多时间断面下存在电压越限的变电站，计算 500kV电网无功补偿装置对电压越限变电站的电压灵敏度，按照灵敏 度高低建立所有500kV变电站低压侧无功补偿装置的投切优先顺序 表；

(3)按照投切顺序表对实际电网无功补偿装置进行投切，直至所有 500kV变电站的母线电压满足运行电压上下限要求；

(4)最终得到多断面情况下500kV电网无功补偿装置最优投切策 略和投切记录。

步骤(2)-(4)具体包括以下几个步骤：

将需要优化的连续运行时间断面数量设为T，最优投切策略设为 STR₀、最近投切策略设为STR₁和最新投切策略设为STR₂，投切记录设 为ACT，其中：STR₀、STR₁和STR₂包括所有500kV变电站无功补偿装 置的投切状态，所述投切状态包括台数和容量；ACT记录每个变电站 的无功补偿装置投切的时间、台数和容量，将首个时间断面下的500kV 无功补偿装置的状态设置为最新投切策略STR₂；t_e＝0(t_e表示第0 个时间断面)；

step0:设置t＝1,表示首个时间断面，将STR₂更新至STR₀和STR₁， ACT清空；

step1:将STR₂代入t断面下的电网运行数据进行潮流计算(计算方 法为现有技术，此处不再赘述)，将存在母线电压越限情况的所有 500kV变电站记为集合STA_o；如STA_o为空，表明不存在越限情况，转 step2；如果STA_o不为空，表明存在电压越限情况，转step3；

step2:t＝t+1，如果t＞T，转step7；否则，转step1；

step3:计算500kV电网无功补偿装置对STA_o中所有变电站的电压 灵敏度，根据电压灵敏度大小建立无功补偿装置的优先投切顺序表， 按照投切顺序表依次投入无功补偿装置，并进行潮流计算，直至t时 刻断面下的500kV变电站母线电压满足上下限要求，并将投切操作更 新至STR₂，设t_e＝t，转step4；

step4:t_e＝t_e-1，如t_e＝0，转step0；否则，转step5；

step5:将STR₂代入t_e断面下的电网运行数据进行潮流计算，判断是 否存在500kV变电站电压越限情况，如存在，转step6；如不存在，转 step4；

step6:比较STR₁和STR₂，将不同的无功装置投切状态更新至ACT， 转step2；

step7:输出最优投切策略STR₀和ACT，结束计算。

所述步骤(3)中，按照投切顺序表对实际电网无功补偿装置进 行投切，并通过电力系统专业分析软件BPA对多个电网断面数据进行 仿真分析计算，验证是否出现500kV变电站母线电压的越限，满足运 行要求。

本发明优化后的投切策略在连续多个断面情况下保证500kV母 线电压合理运行的同时，减少了无功装置的投切次数，500kV变电站 母线电压满足上下限要求，延长了无功补偿装置的使用寿命，起到减 少网络损耗、消除过载和改善电压分布的作用，提高了电网运行的经 济性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的基于电压灵敏度的多断面500kV电网无功补偿投 切策略优化方法工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明 白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明是一种基于电压灵敏度的多断面500kV电网无功补偿投 切策略优化方法，其是采用电压灵敏度计算方法分析多断面情况下变 电站存在的电压越限问题，从而根据各变电站无功补偿装置对母线电 压灵敏度的高低来决定其投切优先顺序，得到500kV电网无功补偿优 化后的投切策略，减少了投切次数、改善了调压效果、实现了全局优 化和电网的经济运行。其具体步骤如下：

(1)确定500kV电网网架数据和无功补偿装置配置情况，以及待 优化的连续运行时间断面数量、断面数据和投切策略。

(2)采用电压灵敏度分析法对多断面情况下存在电压越限问题的 变电站进行分析，建立全网无功补偿装置的投切顺序表；

基于电压灵敏度的计算方法详细流程如下：

将需要优化的连续运行时间断面数量设为T，相关变量包括最优 投切策略STR₀、最近投切策略STR₁和最新投切策略STR₂，投切操作 ACT，其中：STR₀、STR₁和STR₂包括所有500kV变电站无功补偿装置 的投切状态(台数和容量)；ACT记录每个变电站的无功补偿装置投 切的时间、台数和容量。

step0:记第一个时间断面t＝1，将t时段下无功补偿装置的投切策 略更新至STR₀、STR₁和STR₂，ACT＝φ，t_e＝0；

step1:将STR₂代入t断面下的电网运行数据进行潮流计算，将存在 母线电压越限情况的所有500kV变电站记为集合STA_o；如STA_o＝φ， 转step2；否则，转step3；

step2:t＝t+1，如果t＞T，转step7；否则，转step1；

step3:计算所有无功补偿装置对STA_o中所有变电站的电压灵敏度， 根据STR₂和无功装置的容量形成STA_o中变电站无功装置投切优先顺 序表，基于投切顺序表和电压越限值进行无功装置的投切操作，保证 满足t断面下电压上下限要求，并将投切策略更新至STR₂，设t_e＝t转 step4；

step4:t_e＝t_e-1，如t_e＝0，转step5；否则，转step6；

step5:STR₀＝STR₁＝STR₂，转step2:；

step6:将STR₂代入t_e断面下电网运行数据进行潮流计算，如存在电 压越限的500kV变电站，对比STR₂和STR₁中无功装置投切状态的不同， 并将相关无功装置的投切时间t_e和投切容量添加至ACT，STR₁＝STR₂， 转step2:；

step7:输出最优最优投切策略STR₀和ACT，结束计算。

由以上算法分析，存在电压越限问题的变电站无功补偿装置投切 策略得到了优化，从而可以按照各变电站对电压的灵敏度高低建立所 有500kV变电站低压侧无功装置的投切顺序表；

(3)按照顺序表选择无功装置的投切并保证全部500kV变电站母 线电压满足上下限要求；

(4)得到500kV电网无功补偿装置最优投切策略和投切记录；优 化后的投切策略在连续多个断面情况下保证500kV母线电压合理运 行的同时，减少了无功装置的投切次数，延长了无功补偿装置的使用 寿命，起到减少网络损耗、消除过载和改善电压分布的作用，提高了 电网运行的经济性。

考虑到现有江苏电网500kV变电站无功补偿装置投切策略的不 足，采用上述优化方法进行优化，与常用投切策略相比，优化后的投 切策略在连续多个断面情况下保证500kV母线电压合理运行的同时， 降低了电网运行中的人工成本和无功装置频繁投切导致的设备损耗， 并且经济效益具有长效性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优 点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上 述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明 精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改 进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权 利要求书及其等效物界定。