一種基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度控制【技術(shù)領(lǐng)域】。建立包含相互強耦合的廠廠協(xié)調(diào)組，定義廠廠協(xié)調(diào)組無功負(fù)載率偏差指標(biāo)，若中樞母線電壓未調(diào)節(jié)到位，考慮廠廠協(xié)調(diào)約束的協(xié)調(diào)二級電壓控制，使得中樞母線電壓追蹤優(yōu)化設(shè)定值；若中樞母線電壓已經(jīng)調(diào)節(jié)到位，進行基于廠廠協(xié)調(diào)目標(biāo)的無功校正控制，降低強耦合電廠間的無功負(fù)載率偏差，并保證中樞母線電壓維持在控制死區(qū)范圍內(nèi)。本方法使電力系統(tǒng)自動電壓控制主站系統(tǒng)根據(jù)電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)以及電廠間的無功分布情況，實施最適宜的無功電壓協(xié)調(diào)控制，減少強耦合電廠間的不合理無功分布，滿足電力系統(tǒng)運行的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟控制需求。
【專利說明】一種基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法，屬于電力 系統(tǒng)運行和控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 運行于控制中心的自動電壓控制（Automatic Voltage Control, AVC)主站系統(tǒng)協(xié) 調(diào)控制電力系統(tǒng)內(nèi)的無功資源，對保障電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要作用。 典型的自動電壓控制主站系統(tǒng)包括小時級的全網(wǎng)無功優(yōu)化計算、分鐘級的分區(qū)控制決策兩 部分組成，通過全網(wǎng)無功優(yōu)化計算，給出各關(guān)鍵母線電壓的優(yōu)化設(shè)定值，為分區(qū)控制提供控 制目標(biāo)；通過分區(qū)控制決策，調(diào)整各無功手段的控制調(diào)節(jié)量，使得各關(guān)鍵母線電壓追蹤全網(wǎng) 無功優(yōu)化給出的優(yōu)化設(shè)定值。
[0003] 在分區(qū)控制決策環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)AVC主站以保證電力系統(tǒng)關(guān)鍵母線（人工指定，以下簡 稱為中樞母線）電壓滿足優(yōu)化設(shè)定值為主要控制目標(biāo)，當(dāng)電廠與電廠之間相互電氣聯(lián)系緊 密（強耦合）時，有可能為了電壓滿足要求，而使得強耦合電廠之間出現(xiàn)不合理的無功分 布，從而影響電力系統(tǒng)整體的安全經(jīng)濟運行。為此本發(fā)明提出一種強耦合電廠之間的無功 電壓協(xié)調(diào)自動控制方法，通過電壓追蹤無功跟蹤控制和電壓保持無功校正控制，減少強耦 合電廠之間的不合理的無功流動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法， 建立包含相互強耦合的廠廠協(xié)調(diào)組，并作為協(xié)調(diào)單元，定義廠廠協(xié)調(diào)組無功負(fù)載率偏差指 標(biāo)，若中樞母線電壓未調(diào)節(jié)到位，進行考慮廠廠協(xié)調(diào)約束的協(xié)調(diào)二級電壓控制，使得中樞母 線電壓追蹤優(yōu)化設(shè)定值的同時保證強耦合電廠間的無功負(fù)載率偏差滿足控制要求，保證中 樞母線電壓維持在控制死區(qū)范圍內(nèi)。
[0005] 本發(fā)明提出的基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法，包括以下步 驟：
[0006] (1)將電力系統(tǒng)的各無功功率電壓控制分區(qū)中的發(fā)電機劃分成多個廠廠協(xié)調(diào)組， 具體過程如下：
[0007] (1-1)設(shè)電力系統(tǒng)的第d個無功功率電壓控制分區(qū)中的第i個電廠與第j個電廠 之間的互耦合系數(shù)為λ u，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電廠之間強耦合關(guān)系的發(fā)電機無功功率控制方法，其特征在于該方法包括 以下步驟： (1) 將電力系統(tǒng)的各無功功率電壓控制分區(qū)中的發(fā)電機劃分成多個廠廠協(xié)調(diào)組，具體 過程如下： (1-1)設(shè)電力系統(tǒng)的第d個無功功率電壓控制分區(qū)中的第i個電廠與第j個電廠之間 JiJi 的互耦合系數(shù)為Ω=是第d個無功功率電壓控制分區(qū)中 所有電廠的集合，I^i為第i個電廠無功功率的變化對第j個電廠高壓側(cè)母線電壓變化的靈 敏度； (1-2)建立第d個無功功率電壓控制分區(qū)中各電廠間的互耦合關(guān)系矩陣Ad:
其中，N為第d個無功功率電壓控制分區(qū)中參與電力系統(tǒng)電壓控制的電廠個數(shù)； (1-3)設(shè)定一個電廠間互耦合系數(shù)的閾值λtto，λ的取值范圍為〇. 1-0. 5,利用聚類 分析法，將第d個無功功率電壓控制分區(qū)中所有電廠集合中的電廠劃分成多個廠廠協(xié) 調(diào)組，使同一個廠廠協(xié)調(diào)組中任意兩個電廠之間的互耦合系數(shù)大于Athr，不同廠廠協(xié)調(diào)組 的兩個電廠之間的互耦合系數(shù)小于'并對多個廠廠協(xié)調(diào)組進行編號； (2) 遍歷第d個無功功率電壓控制分區(qū)中的所有電廠，若所有電廠中的第h個電廠所屬 的廠廠協(xié)調(diào)組中只有一個電廠，則heNC，若第h個電廠所在的廠廠協(xié)調(diào)組中有多個電廠， 則heC，NC為不參與無功功率電壓控制中無功功率再分配的電廠發(fā)電機集合，C為參與無 功功率電壓控制中無功功率再分配的電廠發(fā)電機集合； (3) 根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度中心獲取的中樞母線電壓實測值、設(shè)定值和控制死區(qū)閾值，分別 對電力系統(tǒng)中各無功功率電壓控制分區(qū)的中樞母線電壓進行判定： (3-1)若中樞母線的電壓實測值與設(shè)定值之間的偏差大于控制死區(qū)閾值，則進行步驟 (4)； (3-2)若中樞母線的電壓實測值與設(shè)定值之間的偏差小于或等于控制死區(qū)閾值，則進 行步驟（5); (4) 建立基于廠廠協(xié)調(diào)約束的電力系統(tǒng)發(fā)電機無功功率跟蹤控制模型，具體過程如 下： (4-1)建立基于廠廠協(xié)調(diào)約束的電力系統(tǒng)發(fā)電機無功功率跟蹤控制模型的目標(biāo)函數(shù)如 下：
其中，AQgl為電力系統(tǒng)的無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)發(fā)電機的無功功率調(diào)節(jié)量，\和 分別表示中樞母線的電壓實測值和電壓設(shè)定值，Cg為電力系統(tǒng)的無功功率電壓控制分 區(qū)內(nèi)發(fā)電機的無功功率變化量對中樞母線電壓變化量的靈敏度，Wp和Wq分別為權(quán)重系數(shù)， Wp取值范圍是5-20,Wq的取值范圍是0. 01-0. 02,Lk為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第k臺發(fā) 電機的無功功率負(fù)載率：
上式中，、@和@分別表示第k臺發(fā)電機的當(dāng)前無功功率、無功功率下限和無功 功率上限； (4-2)建立基于廠廠協(xié)調(diào)約束的電力系統(tǒng)發(fā)電機無功功率跟蹤控制模型的約束條件如 下： (4-2-1)無功功率電壓控制分區(qū)的第z個電廠的高壓側(cè)母線的調(diào)節(jié)步長約束為： 其中，G為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)各發(fā)電機的無功功率對該分區(qū)內(nèi)第z個電廠的高 壓側(cè)母線電壓的控制靈敏度向量，為該分區(qū)內(nèi)第z個電廠高壓側(cè)母線的單次最大調(diào)節(jié) 步長，取值范圍是1.0-2.OkV; (4-2-2)無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第y個電廠高壓側(cè)母線的電壓上、下限約束為： ri<vg^+c;:gAQgl<v^ 其中，I、^和分別表示第y個電廠高壓側(cè)母線的電壓下限、電壓實測值和電壓 上限，Gg為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)各發(fā)電機的無功功率對該分區(qū)內(nèi)第y個電廠的高壓 側(cè)母線電壓的控制靈敏度向量； (4-2-3)無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第m個中樞母線的電壓運行上限約束和下限約束：Vl<V；：+C；；gAQgl<V； 其中，G為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)各發(fā)電機的無功功率對該控制分區(qū)內(nèi)第m條中 樞母線電壓的控制靈敏度向量，;5；、巧"、f分別表示第m條中樞母線的電壓下限、電壓 實測值、電壓上限； (4-2-4)第X個控制發(fā)電機無功功率上、下限約束： 0 ' <Q' +AO' <〇 ' 上式中，β〖、&和分別表示第X臺發(fā)電機的當(dāng)前無功功率、無功功率下限和無功 功率上限； 第X個發(fā)電機無功功率負(fù)載率協(xié)調(diào)約束： -Sq <Lt -L' <{：,: 其中，ε?為發(fā)電機無功功率負(fù)載率偏差控制死區(qū)，取值范圍是〇. 1-0. 2,w為與第X個 發(fā)電機相對應(yīng)的廠廠協(xié)調(diào)組的編號，<為第w個廠廠協(xié)調(diào)組的平均負(fù)載率：
其中，為第d個無功功率電壓控制分區(qū)中第w個廠廠協(xié)調(diào)組的發(fā)電機集合； (4-3)利用內(nèi)點法求解步驟（4-1)和步驟（4-2)構(gòu)成的控制模型，得到無功功率電壓控 制分區(qū)中各發(fā)電機無功功率出力調(diào)整量AQgl，進行步驟（5); (5)建立基于廠廠協(xié)調(diào)目標(biāo)的電壓保持無功功率校正控制模型，具體過程如下： (5-1)建立基于廠廠協(xié)調(diào)目標(biāo)的電壓保持無功功率校正控制模型的目標(biāo)函數(shù)如下：
其中，AQg2為電力系統(tǒng)的無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)發(fā)電機的無功功率調(diào)節(jié)量，Δ^；.為 電力系統(tǒng)的無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第V個發(fā)電機的無功功率調(diào)節(jié)量，Wp和Wq分別為權(quán)重 系數(shù)，Wp取值范圍是5-20，Wq的取值范圍是0. 01-0. 02，NC為不參與無功功率電壓控制中無 功功率再分配的電廠發(fā)電機集合，C為參與無功功率電壓控制中無功功率再分配的電廠發(fā) 電機集合，L11為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第u臺發(fā)電機的無功功率負(fù)載率：
s為與第u臺電機相對應(yīng)的廠廠協(xié)調(diào)組的編號，< 為第s個廠廠協(xié)調(diào)組的平均負(fù)載率：
其中，Ω^5)為第d個無功功率電壓控制分區(qū)中第s個廠廠協(xié)調(diào)組的發(fā)電機集合； (5-2)建立基于廠廠協(xié)調(diào)目標(biāo)的電壓保持無功功率校正控制模型的約束條件如下： (5-2-1)第q個電廠高壓側(cè)母線的調(diào)節(jié)步長約束： ?；Δ^2|<ΔΚ；- 其中，為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)各發(fā)電機的無功功率對該控制分區(qū)內(nèi)第q個電 廠高壓側(cè)母線電壓的控制靈敏度向量，亥控制分區(qū)內(nèi)第q個電廠高壓側(cè)母線電壓單 次最大調(diào)節(jié)步長，取值范圍是I. 0-2.OkV; 第q個電廠高壓側(cè)母線的電壓運行上限約束和下限約束： Vl<V：+C：gAQg2<V^ 2、g、7分別表示第q個控制電廠高壓側(cè)母線的電壓下限、電壓實測值、電壓上 限； (5-2-2)無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第ο個中樞母線的電壓運行死區(qū)約束： V；-set-Sv < V；+C0pgAQg2 < V；se, +εν 其中，εν為中樞母線控制死區(qū)，取值范圍為〇. 5-lkV，為第〇個中樞母線電壓設(shè)定 值，G為第〇個中樞母線電壓實測值，G為無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)各發(fā)電機的無功功率 對該控制分區(qū)內(nèi)第〇個中樞母線電壓的控制靈敏度向量； (5-2-3)無功功率電壓控制分區(qū)內(nèi)第1個發(fā)電機無功功率的上、下限約束： 上式中，g和瓦分別表示第！臺發(fā)電機的當(dāng)前無功功率、無功功率調(diào)整 量、無功功率下限和無功功率上限； (5-3)利用內(nèi)點法求解上述步驟（5-1)和步驟（5-2)構(gòu)成的控制模型，得到無功功率電 壓控制分區(qū)中各發(fā)電機的無功功率出力調(diào)整量AQg2 ; (6)根據(jù)步驟（4)-步驟（5)得到的無功功率電壓控制分區(qū)中發(fā)電機無功功率總調(diào)整量AQg，AQg=AQgl+AQg2，得到無功功率電壓控制分區(qū)中發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的控制調(diào)節(jié) 量AVg: ΔVg =SvqΔQg 上式中Svq為發(fā)電機無功功率調(diào)整量對發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓變化量的靈敏度矩陣， 將上述電廠的高壓側(cè)母線電壓調(diào)整量ΛVg作為電壓控制指令，下發(fā)給無功功率電壓控制分 區(qū)中相應(yīng)的電廠，實現(xiàn)對發(fā)電機無功功率的控制。
【文檔編號】H02J3/18GK104269857SQ201410487913
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】孫宏斌, 郭慶來, 王彬, 張伯明, 吳文傳, 湯磊 申請人:清華大學(xué)