外网等值网络边界电压无功支撑充裕性计算方法

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201610131377.X 

申 请 日：20160308 

发 明 人：陈涛张林代伟周宁史成钢吴迎霞余娟 

申 请 人：国家电网公司国网重庆市电力公司重庆大学 

申请人地址：100031 北京市西城区西长安街86号 

公 开 日：20160511 

公 开 号：CN105576667A 

代 理 人：王翔 

代理机构：重庆大学专利中心 50201 

摘　　要：本发明公开了一种外网等值网络边界电压无功支撑充裕性计算方法，输入PMU量测边界节点处所需断面的电压、功率及最大最小的运行方式下等值网络参数数据。根据基于PMU量测的多端口外网等值方法建立模型，求解外网等值参数，然后进行外网的无功优化，计算外网等值网络边界电压无功支撑能力，然后依据无功电力支撑能力选择有效的等值方法。该计算方法基于考虑元件全面性的外网等值方法，计算实际外网对内网边界节点处的电压无功支撑能力，然后判断实际电力系统中的挂等值机节点是否正确，如果外网具有充足的电压无功支撑能力则认为PV等值也是有效的；如果外网不具备充足的电压无功支撑能力则认为只有考虑元件全面性的外网等值方法有效。 

主 权 项：外网等值网络边界电压无功支撑充裕性计算方法，其特征在于：所述方法的具体步骤包括以下内容；1)确定m时刻数依据内外网相连的端口数，通过公式(1)确定求解等值网络参数所需的PMU时刻数；2mn＞n²+6n??(1)式中，n为内外网相连的端口数，m为待求的PMU采样时刻数；2)输入测量数据输入m个时刻各边界节点处PMU的电压量测值和m个时刻各边界节点向内网注入的等效电流量测值其中i＝1,2,…,n,n为内外网相连的端口数，t＝t₁,t₂,…,t_m,t为PMU采样时刻，m为总的PMU采样时刻数；3)建立等值网络测量方程根据第2)步输入的电压量测量与等效量测量，建立等值网络的量测方程和$\begin{array}{c}{f}_{1i}^t\left(x\right)=\alpha [E_{i,\mathrm{Re}}-U_{i,\mathrm{Re}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)+Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)]\\ -\beta [E_{i,\mathrm{Im}}-U_{i,\mathrm{Im}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)-Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)]\\ -\underset{j=1,j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}[\eta (U_{i,\mathrm{Re}}^t-U_{j,\mathrm{Re}}^t)-\mu (U_{i,\mathrm{Im}}^t-U_{j,\mathrm{Im}}^t)]=0\end{array}---\left(2\right)$$\begin{array}{c}{f}_{2i}^t\left(x\right)=\alpha [E_{i,\mathrm{Im}}-U_{i,\mathrm{Im}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)-Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)]\\ +\beta [E_{i,\mathrm{Re}}-U_{i,\mathrm{Re}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)+Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)]\\ -\underset{j=1,j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}[\eta (U_{i,\mathrm{Im}}^t-U_{j,\mathrm{Im}}^t)+\mu (U_{i,\mathrm{Re}}^t-U_{j,\mathrm{Re}}^t)]=0\end{array}---\left(3\right)$与分别表示t时刻第i个边界节点处量测方程的实部与虚部，x＝[E_i,Re,E_i,Im,Z_i,Re,Z_i,Im,Z_ij,Re,Z_ij,Im,S_Li,Re,S_Li,Im,B_i]^T,i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n,j≠i，x为待求的等值网络参数矩阵，i代表第i个边界节点，j代表第j个边界节点，n为内外网相连的端口数；其中E_i,Re和E_i,Im分别为第i个边界节点处所对应等值虚拟发电机节点电压实部与虚部；Z_i,Re和Z_i,Im分别为第i个边界节点处所对应等值支路的电阻和电抗；Z_ij,Re和Z_ij,Im分别为第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电阻和电抗；S_Li,Re和S_Li,Im分别为第i个边界节点处的负荷对应的等值电流的实部和虚部；B_i为第i个边界节点处对应的对地支路；和分别为第i个边界节点的电压实部和虚部；和分别为第j个边界节点的电压实部和虚部，t表示第t个时刻；I_i,Re和I_i,Im分别为第i个边界节点处负荷等值电流与边界节点向内网注入的等效电流之和的实部和虚部；α和β分别代表了的实部和虚部，η和μ分别代表了的实部和虚部，其中Z_ij为边界节点i与边界节点j之间的等值阻抗，Z_ik为边界节点i与边界节点k之间的等值阻抗，k＝1,2,…,n，k≠i,j；4)建立等值参数约束方程公式(4)表示为输入的最大运行方式下等值网络的等值参数向量x_maxo；x_maxo＝[E_i,maxo,R_i,maxo,X_i,maxo,R_ij,maxo,X_ij,maxo,P_Li,maxo,Q_Li,maxo,B_i,maxo]^T??(4)公式(5)表示为输入的最小运行方式下的等值网络的等值参数向量x_mino；x_mino＝[E_i,mino,R_i,mino,X_i,mino,R_ij,mino,X_ij,mino,P_Li,mino,Q_Li,mino,B_i,mino]^T??(5)依据最大最小运行方式等值参数建立公式(6)?(13)的等值参数约束方程；B_i,mino≤B_i"≤B_i,maxo??(6)R_i,maxo≤Z_i,Re"≤R_i,mino??(7)X_i,maxo≤Z_i,Im"≤X_i,mino??(8)R_ij,maxo≤Z_ij,Re"≤R_ij,mino??(9)X_ij,maxo≤Z_ij,Im"≤X_ij,mino??(10)P_Li,mino≤S_Li,Re"≤P_Li,maxo??(11)Q_Li,mino≤S_Li,Im"≤Q_Li,maxo??(12)$E_{i,min}\le \sqrt{{E_{i,\mathrm{Re}}}^{\prime 2}+{E_{i,\mathrm{Im}}}^{\prime 2}}\le E_{i,\max }---\left(13\right)$其中B_i,mino和B_i,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点所对应的等值对地支路；B_i"为当前待求的第i个边界节点处对应的对地支路；R_i,mino和R_i,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点所对应等值支路的电阻；Z_i,Re"为当前待求的第i个边界节点处对应等值支路的电阻；X_i,mino和X_i,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点所对应等值支路的电抗；Z_i,Im"为当前待求的第i个边界节点处对应等值支路的电抗；R_ij,mino和R_ij,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电阻；Z_ij,Re"为当前待求的第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电阻；X_ij,mino和X_ij,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电抗；Z_ij,Im"为当前待求的第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电抗；E_i,min和E_i,max分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点处所对应等值虚拟发电机节点电压；E_i,Re"和E_i,Im"分别为待求的第i个边界节点处所对应等值虚拟发电机节点电压实部和虚部；P_Li,mino和P_Li,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点处的负荷有功功率；Q_Li,mino和Q_Li,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点处的负荷无功功率；S_Li,Re"和S_Li,Im"分别为待求的第i个边界节点处的负荷对应的等值负荷的有功功率和无功功率；5)建立等值网络的优化模型利用公式(14)建立等值网络优化模型的目标函数；$min\left(\underset{t=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\right[{\left(f_{1i}^t\right(x\left)\right)}^2+{\left(f_{2i}^t\right(x\left)\right)}^2\left]\right)---\left(14\right)$式中m为PMU采样时刻数，n为内外网相连的端口数；与分别表示t时刻第i个边界节点处量测方程的实部与虚部；6)求解外网等值参数通过内点法直接求得外网等值参数x；7)等值外网的无功优化模型根据第6)步中的外网等值参数建立等值外网的无功优化模型；建立外网无功损耗为最小的目标函数；minf_E(Q_G,Q_b)??(15)式中，Q_G为等值发电机无功功率向量，Q_b为等值对地支路无功功率向量；建立无功优化模型的功率平衡等式方程；$P_a-U_a\underset{b=1}{\overset{N}{\Sigma }}{U}_b(G_{a,b}{\mathrm{cos\delta }}_{a,b}+B_{a,b}{\mathrm{sin\delta }}_{a,b})=0---\left(16\right)$$Q_a-U_a\underset{b=1}{\overset{N}{\Sigma }}{U}_b(G_{a,b}{\mathrm{sin\delta }}_{a,b}-B_{a,b}{\mathrm{cos\delta }}_{a,b})=0---\left(17\right)$式中，a、b为等值外网节点，a＝1,2,…,N,b＝1,2,…,N，N为等值外网节点总数，P_a和Q_a分别为节点a的注入有功功率与无功功率；U_a、δ_a分别为节点a处的电压幅值和相角，U_b、δ_b分别为节点b处的电压幅值和相角，式中δ_a,b＝δ_a?δ_b；G_a,b、B_a,b分别为节点导纳矩阵的第a行、第b列项元素的实部和虚部，sin与cos分别为正弦函数与余弦函数；建立无功优化模型的不等式约束方程；$Q_{G_e}^{\min }\le Q_{G_e}\le Q_{G_e}^{\max },e=1,2,...,N_B---\left(18\right)$$U_f^{\min }\le U_f\le U_f^{\max },f=1,2,...,N---\left(19\right)$式中，为节点e处等值发电机发出的无功功率，e＝1,2,...,N_B，N_B为等值发电机总数，和为节点e处等值发电机发出的无功功率的上下限；U_f为节点f处的电压幅值，f＝1,2,...,N，N为等值外网节点总数，和为节点f处的电压幅值上下限；用内点法求解上述非线性优化问题可求得Q_b，其中Q_bi∈Q_b；Q_bi为节点处等值对地支路无功功率；8)求取无功功率上下限通过外网最大最小运行方式下的等值对地支路可求取等值对地支路无功功率上下限；Q_bi,min＝U_i²B_i,mino??(20)Q_bi,max＝U_i²B_i,maxo??(21)式(20)与(21)中，B_i,maxo和B_i,mino分别为第i个边界节点处最大和最小运行方式下的等值对地支路；U_i为第i个边界节点处的电压幅值；Q_bi,max和Q_bi,min分别为第i个边界节点等值对地支路无功功率上下限；9)等值方法的选择如果Q_bi≤Q_bi,max，则边界节点处有充足的电压无功支撑能力，外网用简单的PV等值方法等值；如果Q_bi≥Q_bi,max，则边界节点处没有充足的电压无功支撑能力，外网只能采用考虑元件全面性的外网等值方法。 

关 键 词： 

法律状态：公开 

IPC专利分类号：H02J3/16(2006.01)I