用電力系統(tǒng)分區(qū)方法確定無功源最佳配置地點(diǎn)

1、用電力系統(tǒng)分區(qū)方法確定無功源最佳配置地點(diǎn)作者：未知    資料來源：網(wǎng)友提供    點(diǎn)擊數(shù)： 91    更新時(shí)間：2006-5-18 用電力系統(tǒng)分區(qū)方法確定無功源最佳配置地點(diǎn) 胡彩娥, 楊仁剛 (中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院, 北京 100083)   摘要: 無功功率不能遠(yuǎn)距離傳輸，電壓/無功是一個(gè)局部問題。結(jié)合電力系統(tǒng)分區(qū)與電壓穩(wěn)定靈敏 度分析確定無功電源最佳配置地點(diǎn)的方法，將電力系統(tǒng)分區(qū)的思想應(yīng)用于電力系統(tǒng)無功配置 ，利用“電氣距離”把電力系統(tǒng)分成幾個(gè)耦合

2、強(qiáng)的小區(qū)。該方法使無功電源得到合理的配置 ，無功補(bǔ)償分區(qū)域平衡。經(jīng)過仿真計(jì)算比較，該方法可找到電力系統(tǒng)無功電源的最佳配置地 點(diǎn)，并對提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性有很好的效果。 關(guān)鍵詞: 電力系統(tǒng)分區(qū); 電氣距離; 無功配置; 電壓穩(wěn)定 Optimal Allocation of Reactive Power Sources Using Netw ork Partitioning HU Caie, YANG Rengang (College of Information and Electrical Engineering, China Agriculture University, Beijing

3、 100083, China)   Abstract: Reactive power cannot be transmitted over long distances,voltage stability is co nsidered as more of local problem rather than a system global problem.A new meth od of combination network partitioning and voltage stability sensitivity for opt imal allocation of react

4、ive power sources is presented in this paper to enhance voltage stability.The concept of electrical distance is introduced to partition a power network into strongly connected subnetworks.By applying this approach, the reactive power sources can be allocated most reasonably,reactive compensatio n ba

5、lances in every zone.The simulation results indicated that the method is pra cticable and effective to improve the voltage stability of power systems. Key words: network partitioning; electrical distance; reacti ve allocation; voltage stability 1引言電力系統(tǒng)無功優(yōu)化規(guī)劃包括兩方面的內(nèi)容：1）確定無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)；2）確定各個(gè)無功 補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償容量。系統(tǒng)的

6、經(jīng)濟(jì)性及電壓穩(wěn)定性與候選無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的選擇密切相關(guān)，本 文主要討論無功補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的確定，無功補(bǔ)償容量用改進(jìn)遺傳算法1，2計(jì)算。 無功功率不能遠(yuǎn)距離傳輸，電氣距離較小的各點(diǎn)間，無功功率供需的相互支援和調(diào)節(jié)幾乎是 不可能的，電壓/無功控制通常為分級(jí)/分區(qū)控制49。電力系統(tǒng)無功/電壓問題是 局部（區(qū)域性）問題，通常是某個(gè)薄弱區(qū)域由于缺少無功支持而發(fā)生電壓不穩(wěn)定，如果不及 時(shí)采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，局部電壓不穩(wěn)定會(huì)很快發(fā)展為全局電壓崩潰事故，所以對電力系統(tǒng)進(jìn)行 合理分區(qū)，在每個(gè)分區(qū)內(nèi)確定合適的無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)將會(huì)提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。 本文提出了一種確定候選無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的新方法，結(jié)合電力系統(tǒng)分區(qū)與電壓穩(wěn)定靈敏度

7、分析 法確定無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。首先引入?yún)?shù)：負(fù)荷水平，建立擴(kuò)展潮流方程，求出電壓穩(wěn)定靈敏 度，并按照從大到小的順序進(jìn)行排序；然后利用“電氣距離”進(jìn)行分區(qū)。把此方法應(yīng)用于IEEE30節(jié)點(diǎn)及甘肅金昌地區(qū)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，可以看出電壓質(zhì)量及電壓穩(wěn)定性都有了提高 。 2節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定的靈敏度排序 在常規(guī)潮流方程中引入負(fù)荷增長水平，得到擴(kuò)展潮流方程3 式中：Vi為節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值；ij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的相角差；Gij、B ij分別為導(dǎo)納矩陣元素Yij的實(shí)、虛部；ji表示所有節(jié)點(diǎn)j與i直接相連； 為負(fù)荷增長水平；PLi0、QLi0、PGi0分別為=0時(shí)節(jié)點(diǎn)i的有功、無功 負(fù)荷、發(fā)電機(jī)的出力；cr為電壓崩潰點(diǎn)的

8、負(fù)荷水平；PGi()、QGi分 別為節(jié)點(diǎn)i在負(fù)荷增長水平為時(shí)的發(fā)電機(jī)有功、無功出力；PLi()、QLi( )分別為節(jié)點(diǎn)i在負(fù)荷水平為時(shí)的有功、無功負(fù)荷。 為了描述方便，簡化式（1）為 對式（2）求全導(dǎo)數(shù) 根據(jù)式（3）求出，并從大到小排序，即得到電壓穩(wěn)定的 靈敏度排序，最大的節(jié)點(diǎn)即為電壓穩(wěn)定最差的點(diǎn)。 3電力系統(tǒng)分區(qū) 最簡單、直觀的電力網(wǎng)絡(luò)分區(qū)可以根據(jù)地域或電網(wǎng)所屬的電力公司來劃分，但這樣的分區(qū)沒 有考慮系統(tǒng)的電氣特性。研究人員提出了各種各樣的電網(wǎng)分區(qū)方法：文獻(xiàn)5在基于電氣 距離概念的向上分級(jí)歸類的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力系統(tǒng)專家知識(shí)對自動(dòng)分區(qū)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化；文 獻(xiàn)6從數(shù)學(xué)優(yōu)化的角度，提出了一種電網(wǎng)分區(qū)

9、的優(yōu)化模型，使用一種快速的現(xiàn)代啟發(fā)式 優(yōu)化方法Tabu搜索法進(jìn)行電壓控制分區(qū)。 本文考慮了電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系，提出了一種新的分區(qū)方法。 3.1電氣距離 當(dāng)式（1）中的=0時(shí)，即為常規(guī)潮流方程。 參照文獻(xiàn)4，采用某一節(jié)點(diǎn)處電壓幅值變化V對另一節(jié)點(diǎn)處注入無功功率變化 Q的靈敏度Svq來表示兩節(jié)點(diǎn)間的電氣距離。 在平衡點(diǎn)處將常規(guī)潮流方程線性化（包含PV節(jié)點(diǎn)），得到 式中：P、Q分別為節(jié)點(diǎn)注入有功功率和無功功率的變化量；、V分別為節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值的變化量；J為潮流方程的雅可比矩陣。 一般情況下當(dāng)ij時(shí)，(Svq)ij(Svq)ji，考慮到電氣距離空間 集合中兩節(jié)點(diǎn)間電氣距離的對稱性，采用Sij=Sj

10、i=(Svq)ij+(S vq)ji/2表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的電氣距離的大小。矩陣S即為電氣距離矩陣，表 示節(jié)點(diǎn)間的耦合強(qiáng)度。 3.2電力系統(tǒng)分區(qū)的方法如果電氣距離Sij大，則節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j耦合強(qiáng)度大，聯(lián)系緊密;如果Sij小，則 節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j耦合強(qiáng)度小，聯(lián)系弱。電力系統(tǒng)分區(qū)的目標(biāo)是使同一個(gè)區(qū)間內(nèi)，節(jié)點(diǎn)間的電氣 距離較大；而不同區(qū)間的節(jié)點(diǎn)間的電氣距離較小，也就是區(qū)內(nèi)耦合大，而區(qū)間的耦合小。 電力系統(tǒng)分區(qū)的基本步驟： 1)根據(jù)式（3）計(jì)算負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定靈敏度，并按照從小到大進(jìn)行排序。 2)根據(jù)式（5）計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的電氣距離。 3)找出最大電氣距離max(S)、最小電氣距離min(S),取r=(m

11、ax(S)-min(S) /2)，步長step=r。4)以PV節(jié)點(diǎn)（含有無功儲(chǔ)備的節(jié)點(diǎn)）作為中心點(diǎn)i。 5)從中心點(diǎn)i開始，進(jìn)行分層搜索，如果與中心點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)j之間的電氣距離Sij大 于常數(shù)r，則節(jié)點(diǎn)j與i合并為一個(gè)區(qū)，形成初始分區(qū)m。 6)尋找與j相連的節(jié)點(diǎn)k，若節(jié)點(diǎn)k與中心節(jié)點(diǎn)i之間的電氣距離Sik大于常數(shù)r，節(jié)點(diǎn)k 合并到分區(qū)m中。 7)重復(fù)步驟6），直到與中心節(jié)點(diǎn)的電氣距離小于常數(shù)r，則形成分區(qū)m。 8)重復(fù)步驟4）、5）、6）、7），形成以PV節(jié)點(diǎn)為中心的Npv個(gè)分區(qū)。 9)找出剩下的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)中電壓穩(wěn)定靈敏度最大的節(jié)點(diǎn)，作為中心節(jié)點(diǎn)，重復(fù)步驟5）、6）7），得到以此負(fù)荷節(jié)點(diǎn)為中心的

12、分區(qū)。 10)重復(fù)步驟9），得到電力系統(tǒng)的分區(qū)。 11)設(shè)PV節(jié)點(diǎn)數(shù)與無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)數(shù)之和為count，step=0.5*step，如果分區(qū)數(shù)大于cou nt+(為松弛變量，本文取為7)，調(diào)整常數(shù)r=r-step；如果分區(qū)數(shù)小于count時(shí)，調(diào)整常 數(shù)r=r+step。重復(fù)步驟410，直到分區(qū)數(shù)介于(count,count+)之間，（在本文的兩個(gè)例子 中，對r進(jìn)行四次調(diào)整得到最后的分區(qū)結(jié)果）。 分區(qū)結(jié)果還須限制區(qū)域內(nèi)最大、最小節(jié)點(diǎn)數(shù)。對一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)時(shí)，用上述算法獲得 的分區(qū)結(jié)果往往需要調(diào)整。根據(jù)專家知識(shí)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合并節(jié)點(diǎn)數(shù)少的分區(qū)，得到最終的分區(qū) 結(jié)果，使分區(qū)數(shù)等于PV節(jié)點(diǎn)數(shù)與無功補(bǔ)償節(jié)

13、點(diǎn)數(shù)之和。 4確定無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) 所有不包含PV節(jié)點(diǎn)的分區(qū)個(gè)數(shù)，即為無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù)。每個(gè)分區(qū)內(nèi)電壓穩(wěn)定靈敏度最 大的節(jié)點(diǎn)即為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。 5算例 為了驗(yàn)證用本文提出的方法確定的無功源配置地點(diǎn)對提高電壓穩(wěn)定性的作用，用Matlab 編程，對IEEE30節(jié)點(diǎn)及甘肅39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真計(jì)算。 5.1IEEE30節(jié)點(diǎn) 然后用本文提出的方法對負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)。表1為分區(qū)結(jié)果。 當(dāng)r=0.203 5時(shí)，從表1中看出，IEEE30節(jié)點(diǎn)被分為13個(gè)區(qū)。按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)整為7 個(gè)區(qū)，其中有5個(gè)區(qū)包含PV節(jié)點(diǎn)：(2)，(5)，(8)，(11,9,7,6)，(13,12,14,15,16,4,3) 。有兩個(gè)區(qū)全是

14、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)：(30,27,29,25,24,26,28,23)，(19,18,20,10,17,21,22)。分別 找出這兩個(gè)區(qū)電壓穩(wěn)定靈敏度最大的節(jié)點(diǎn)：30與19，作為候選無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。 為了比較本方法的有效性，設(shè)計(jì)了三個(gè)方案進(jìn)行仿真計(jì)算。方案1，不安裝SVC；方 案2，按照本文的方法選擇30、19節(jié)點(diǎn)，作為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)，安裝SVC；方案3，按照靈 敏度排序，選擇30、26作為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)，安裝同樣常數(shù)的SVC。 用連續(xù)潮流算法計(jì)算式（1）得到圖1。圖1為節(jié)點(diǎn)24的電壓與負(fù)荷水平的關(guān)系曲線。曲線1 為采用方案1的-V曲線，曲線2為采用方案2的-V曲線；曲線3為采用方案3的-V曲線。 從圖中可以

15、看出，方案1在=1.957時(shí)，發(fā)生電壓崩潰，方案3在=2.668發(fā)生電壓崩潰，且 曲線比較平坦，說明的值比方案1小，其電壓穩(wěn)定性高， 方案3在提高了靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的同時(shí)，改善了電壓質(zhì)量。方案2的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度為 =2.841，比方案3大，曲線比方案3更平坦。因此用本文提出的選擇SVC最佳配置(方案2) 使得系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性得到較大的提高。 5.2甘肅39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng) 為了比較本方法的有效性，設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案進(jìn)行仿真計(jì)算。方案1，按照靈敏度排序選擇變 壓器低壓側(cè)12、34、37、15、24作為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)；方案2，按照本文的方法選擇11、31、1 2、10、24作為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)，安裝同樣參數(shù)的并聯(lián)補(bǔ)償電容器。表2為方案1、2的比較結(jié)果 。 用本文提出的方案2確定的補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)，其補(bǔ)償效果比方案1單純按照電壓靈敏度方法補(bǔ) 償效果要好，其網(wǎng)絡(luò)損耗及最大電壓偏移比方案1小，靜態(tài)負(fù)荷裕度比方案1大。 6結(jié)論本文結(jié)合電力系統(tǒng)分區(qū)與靈敏度分析確定無功源最佳配置地點(diǎn)的方法概念清晰,易于實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過在IEEE30節(jié)點(diǎn)及甘肅39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中仿真計(jì)算,表明該方法確定的無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)安裝 無功補(bǔ)償設(shè)備對提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性有較好的效果。 在應(yīng)用本文提到的方法確定出無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)后，可以按照優(yōu)化方法，如遺傳算法，計(jì)算出各 個(gè)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的無功補(bǔ)償容量。 參考文獻(xiàn)1方鴿飛，王惠祥，黃曉爍.改進(jìn)遺傳算法在無功優(yōu)化中的應(yīng)