[发明专利]一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法

摘要

本发明涉及一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法，属于电力系统优化调度控制技术领域。建立包含相互强耦合的厂厂协调组，定义厂厂协调组无功负载率偏差指标，若中枢母线电压未调节到位，考虑厂厂协调约束的协调二级电压控制，使得中枢母线电压追踪优化设定值；若中枢母线电压已经调节到位，进行基于厂厂协调目标的无功校正控制，降低强耦合电厂间的无功负载率偏差，并保证中枢母线电压维持在控制死区范围内。本方法使电力系统自动电压控制主站系统根据电力系统的实时运行状态以及电厂间的无功分布情况，实施最适宜的无功电压协调控制，减少强耦合电厂间的不合理无功分布，满足电力系统运行的安全、优质、经济控制需求。

主权项

一种基于电厂之间强耦合关系的发电机无功功率控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将电力系统的各无功功率电压控制分区中的发电机划分成多个厂厂协调组，具体过程如下：(1‑1)设电力系统的第d个无功功率电压控制分区中的第i个电厂与第j个电厂之间的互耦合系数为λij，是第d个无功功率电压控制分区中所有电厂的集合，kji为第i个电厂无功功率的变化对第j个电厂高压侧母线电压变化的灵敏度；(1‑2)建立第d个无功功率电压控制分区中各电厂间的互耦合关系矩阵λd：其中，N为第d个无功功率电压控制分区中参与电力系统电压控制的电厂个数；(1‑3)设定一个电厂间互耦合系数的阈值λthr，λthr的取值范围为0.1‑0.5，利用聚类分析法，将第d个无功功率电压控制分区中所有电厂集合中的电厂划分成多个厂厂协调组，使同一个厂厂协调组中任意两个电厂之间的互耦合系数大于λthr，不同厂厂协调组的两个电厂之间的互耦合系数小于λthr，并对多个厂厂协调组进行编号；(2)遍历第d个无功功率电压控制分区中的所有电厂，若所有电厂中的第h个电厂所属的厂厂协调组中只有一个电厂，则h∈NC，若第h个电厂所在的厂厂协调组中有多个电厂，则h∈C，NC为不参与无功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发电机集合，C为参与无功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发电机集合；(3)根据电力系统调度中心获取的中枢母线电压实测值、设定值和控制死区阈值，分别对电力系统中各无功功率电压控制分区的中枢母线电压进行判定：(3‑1)若中枢母线的电压实测值与设定值之间的偏差大于控制死区阈值，则进行步骤(4)；(3‑2)若中枢母线的电压实测值与设定值之间的偏差小于或等于控制死区阈值，则进行步骤(5)；(4)建立基于厂厂协调约束的电力系统发电机无功功率跟踪控制模型，具体过程如下：(4‑1)建立基于厂厂协调约束的电力系统发电机无功功率跟踪控制模型的目标函数如下：minΔQg1{Wp||Vp-Vpref+CgΔQg1||2+WqΣk∈Ωgd(Lk)2}]]>其中，ΔQg1为电力系统的无功功率电压控制分区内发电机的无功功率调节量，Vp和分别表示中枢母线的电压实测值和电压设定值，Cg为电力系统的无功功率电压控制分区内发电机的无功功率变化量对中枢母线电压变化量的灵敏度，Wp和Wq分别为权重系数，Wp取值范围是5‑20，Wq的取值范围是0.01‑0.02，Lk为无功功率电压控制分区内第k台发电机的无功功率负载率：Lk=Qgk+ΔQgk-Qgk‾Qgk‾-Qgk‾]]>上式中，和分别表示第k台发电机的当前无功功率、无功功率下限和无功功率上限；(4‑2)建立基于厂厂协调约束的电力系统发电机无功功率跟踪控制模型的约束条件如下：(4‑2‑1)无功功率电压控制分区的第z个电厂的高压侧母线的调节步长约束为：|CvgzΔQg1|≤ΔVgh,z]]>其中，为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该分区内第z个电厂的高压侧母线电压的控制灵敏度向量，为该分区内第z个电厂高压侧母线的单次最大调节步长，取值范围是1.0‑2.0kV；(4‑2‑2)无功功率电压控制分区内第y个电厂高压侧母线的电压上、下限约束为：Vgy‾≤Vgy+CvgyΔQg1≤Vgy‾]]>其中，和分别表示第y个电厂高压侧母线的电压下限、电压实测值和电压上限，为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该分区内第y个电厂的高压侧母线电压的控制灵敏度向量；(4‑2‑3)无功功率电压控制分区内第m个中枢母线的电压运行上限约束和下限约束：Vpm‾≤Vpm+CpgmΔQg1≤Vpm‾]]>其中，为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该控制分区内第m条中枢母线电压的控制灵敏度向量，分别表示第m条中枢母线的电压下限、电压实测值、电压上限；(4‑2‑4)第x个控制发电机无功功率上、下限约束：Qgx‾≤Qgx+ΔQgx≤Qgx‾]]>上式中，和分别表示第x台发电机的当前无功功率、无功功率下限和无功功率上限；第x个发电机无功功率负载率协调约束：-ϵq≤Lx-LwA≤ϵq]]>其中，εq为发电机无功功率负载率偏差控制死区，取值范围是0.1‑0.2，w为与第x个发电机相对应的厂厂协调组的编号，为第w个厂厂协调组的平均负载率：LwA=Σx∈Ωgd(w)Qgx+Σx∈Ωgd(w)ΔQgx-Σx∈Ωgd(w)Qgx‾Σx∈Ωgd(w)Qgx‾-Σx∈Ωgd(w)Qgx‾]]>其中，为第d个无功功率电压控制分区中第w个厂厂协调组的发电机集合；(4‑3)利用内点法求解步骤(4‑1)和步骤(4‑2)构成的控制模型，得到无功功率电压控制分区中各发电机无功功率出力调整量ΔQg1，进行步骤(5)；(5)建立基于厂厂协调目标的电压保持无功功率校正控制模型，具体过程如下：(5‑1)建立基于厂厂协调目标的电压保持无功功率校正控制模型的目标函数如下：minΔQg2{WpΣu∈C(Lu-LsA)2+WqΣv∈NC(ΔQgv)2}]]>其中，ΔQg2为电力系统的无功功率电压控制分区内发电机的无功功率调节量，为电力系统的无功功率电压控制分区内第v个发电机的无功功率调节量，Wp和Wq分别为权重系数，Wp取值范围是5‑20，Wq的取值范围是0.01‑0.02，NC为不参与无功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发电机集合，C为参与无功功率电压控制中无功功率再分配的电厂发电机集合，Lu为无功功率电压控制分区内第u台发电机的无功功率负载率：Lu=Qgu+ΔQgu-Qgu‾Qgu‾-Qgu‾]]>s为与第u台电机相对应的厂厂协调组的编号，为第s个厂厂协调组的平均负载率：LsA=Σt∈Ωgd(s)Qgt+Σt∈Ωgd(s)ΔQgt-Σt∈Ωgd(s)Qgt‾Σx∈Ωgd(s)Qgt‾-Σx∈Ωgd(s)Qgt‾]]>其中，为第d个无功功率电压控制分区中第s个厂厂协调组的发电机集合；(5‑2)建立基于厂厂协调目标的电压保持无功功率校正控制模型的约束条件如下：(5‑2‑1)第q个电厂高压侧母线的调节步长约束：|CvgqΔQg2|≤ΔVgh,q]]>其中，为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该控制分区内第q个电厂高压侧母线电压的控制灵敏度向量，该控制分区内第q个电厂高压侧母线电压单次最大调节步长，取值范围是1.0‑2.0kV；第q个电厂高压侧母线的电压运行上限约束和下限约束：Vgq‾≤Vgq+CvgqΔQg2≤Vgq‾]]>分别表示第q个控制电厂高压侧母线的电压下限、电压实测值、电压上限；(5‑2‑2)无功功率电压控制分区内第o个中枢母线的电压运行死区约束：Vpo,set-ϵv≤Vpo+CpgoΔQg2≤Vpo,set+ϵv]]>其中，εv为中枢母线控制死区，取值范围为0.5‑1kV，为第o个中枢母线电压设定值，为第o个中枢母线电压实测值，为无功功率电压控制分区内各发电机的无功功率对该控制分区内第o个中枢母线电压的控制灵敏度向量；(5‑2‑3)无功功率电压控制分区内第l个发电机无功功率的上、下限约束：Qgl‾≤Qgl+ΔQgl≤Qgl‾]]>上式中，和分别表示第l台发电机的当前无功功率、无功功率调整量、无功功率下限和无功功率上限；(5‑3)利用内点法求解上述步骤(5‑1)和步骤(5‑2)构成的控制模型，得到无功功率电压控制分区中各发电机的无功功率出力调整量ΔQg2；(6)根据步骤(4)‑步骤(5)得到的无功功率电压控制分区中发电机无功功率总调整量ΔQg，ΔQg＝ΔQg1+ΔQg2，得到无功功率电压控制分区中发电厂高压侧母线电压的控制调节量ΔVg：ΔVg＝SvqΔQg上式中Svq为发电机无功功率调整量对发电厂高压侧母线电压变化量的灵敏度矩阵，将上述电厂的高压侧母线电压调整量ΔVg作为电压控制指令，下发给无功功率电压控制分区中相应的电厂，实现对发电机无功功率的控制。