[發明專利]一種基于電廠之間強耦合關系的發電機無功功率控制方法

有效

• 申請號: 201410487913.0
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104269857B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 孫宏斌;郭慶來;王彬;張伯明;吳文傳;湯磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

1.一種基于電廠之間強耦合關系的發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)將電力系統的各無功功率電壓控制分區中的發電機劃分成多個廠廠協調組，具體過程如下：

(1-1)設電力系統的第d個無功功率電壓控制分區中的第i個電廠與第j個電廠之間的互耦合系數為λ_ij，是第d個無功功率電壓控制分區中所有電廠的集合，k_ji為第i個電廠無功功率的變化對第j個電廠高壓側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中各電廠間的互耦合關系矩陣λ_d：

其中，N為第d個無功功率電壓控制分區中參與電力系統電壓控制的電廠個數；

(1-3)設定一個電廠間互耦合系數的閾值λ^thr，λ^thr的取值范圍為0.1-0.5，利用聚類分析法，將第d個無功功率電壓控制分區中所有電廠集合中的電廠劃分成多個廠廠協調組，使同一個廠廠協調組中任意兩個電廠之間的互耦合系數大于λ^thr，不同廠廠協調組的兩個電廠之間的互耦合系數小于λ^thr，并對多個廠廠協調組進行編號；

(2)遍歷第d個無功功率電壓控制分區中的所有電廠，若所有電廠中的第h個電廠所屬的廠廠協調組中只有一個電廠，則h∈NC，若第h個電廠所在的廠廠協調組中有多個電廠，則h∈C，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電機集合；

(3)根據電力系統調度中心獲取的中樞母線電壓實測值、設定值和控制死區閾值，分別對電力系統中各無功功率電壓控制分區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定值之間的偏差大于控制死區閾值，則進行步驟(4)；

(3-2)若中樞母線的電壓實測值與設定值之間的偏差小于或等于控制死區閾值，則進行步驟(5)；

(4)建立基于廠廠協調約束的電力系統發電機無功功率跟蹤控制模型，具體過程如下：

(4-1)建立基于廠廠協調約束的電力系統發電機無功功率跟蹤控制模型的目標函數如下：

minΔQg1{Wp||Vp-Vpref+CgΔQg1||2+WqΣk∈Ωgd(Lk)2}]]>

其中，ΔQ_g1為電力系統的無功功率電壓控制分區內發電機的無功功率調節量，V_p和分別表示中樞母線的電壓實測值和電壓設定值，C_g為電力系統的無功功率電壓控制分區內發電機的無功功率變化量對中樞母線電壓變化量的靈敏度，W_p和W_q分別為權重系數，W_p取值范圍是5-20，W_q的取值范圍是0.01-0.02，L_k為無功功率電壓控制分區內第k臺發電機的無功功率負載率：

Lk=Qgk+ΔQgk-Qgk‾Qgk‾-Qgk‾]]>

上式中，和分別表示第k臺發電機的當前無功功率、無功功率下限和無功功率上限；

(4-2)建立基于廠廠協調約束的電力系統發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的第z個電廠的高壓側母線的調節步長約束為：

|CvgzΔQg1|≤ΔVgh,z]]>

其中，為無功功率電壓控制分區內各發電機的無功功率對該分區內第z個電廠的高壓側母線電壓的控制靈敏度向量，為該分區內第z個電廠高壓側母線的單次最大調節步長，取值范圍是1.0-2.0kV；

(4-2-2)無功功率電壓控制分區內第y個電廠高壓側母線的電壓上、下限約束為：

Vgy‾≤Vgy+CvgyΔQg1≤Vgy‾]]>

其中，和分別表示第y個電廠高壓側母線的電壓下限、電壓實測值和電壓上限，為無功功率電壓控制分區內各發電機的無功功率對該分區內第y個電廠的高壓側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內第m個中樞母線的電壓運行上限約束和下限約束：

Vpm‾≤Vpm+CpgmΔQg1≤Vpm‾]]>

其中，為無功功率電壓控制分區內各發電機的無功功率對該控制分區內第m條中樞母線電壓的控制靈敏度向量，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個控制發電機無功功率上、下限約束：

Qgx‾≤Qgx+ΔQgx≤Qgx‾]]>

上式中，和分別表示第x臺發電機的當前無功功率、無功功率下限和無功功率上限；

第x個發電機無功功率負載率協調約束：

-ϵq≤Lx-LwA≤ϵq]]>

其中，ε^q為發電機無功功率負載率偏差控制死區，取值范圍是0.1-0.2，w為與第x個發電機相對應的廠廠協調組的編號，為第w個廠廠協調組的平均負載率：

LwA=Σx∈Ωgd(w)Qgx+Σx∈Ωgd(w)ΔQgx-Σx∈Ωgd(w)Qgx‾Σx∈Ωgd(w)Qgx‾-Σx∈Ωgd(w)Qgx‾]]>

其中，為第d個無功功率電壓控制分區中第w個廠廠協調組的發電機集合；

(4-3)利用內點法求解步驟(4-1)和步驟(4-2)構成的控制模型，得到無功功率電壓控制分區中各發電機無功功率出力調整量ΔQ_g1，進行步驟(5)；

(5)建立基于廠廠協調目標的電壓保持無功功率校正控制模型，具體過程如下：

(5-1)建立基于廠廠協調目標的電壓保持無功功率校正控制模型的目標函數如下：

minΔQg2{WpΣu∈C(Lu-LsA)2+WqΣv∈NC(ΔQgv)2}]]>

其中，ΔQ_g2為電力系統的無功功率電壓控制分區內發電機的無功功率調節量，為電力系統的無功功率電壓控制分區內第v個發電機的無功功率調節量，W_p和W_q分別為權重系數，W_p取值范圍是5-20，W_q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電機集合，L_u為無功功率電壓控制分區內第u臺發電機的無功功率負載率：

Lu=Qgu+ΔQgu-Qgu‾Qgu‾-Qgu‾]]>

s為與第u臺電機相對應的廠廠協調組的編號，為第s個廠廠協調組的平均負載率：

LsA=Σt∈Ωgd(s)Qgt+Σt∈Ωgd(s)ΔQgt-Σt∈Ωgd(s)Qgt‾Σx∈Ωgd(s)Qgt‾-Σx∈Ωgd(s)Qgt‾]]>

其中，為第d個無功功率電壓控制分區中第s個廠廠協調組的發電機集合；

(5-2)建立基于廠廠協調目標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個電廠高壓側母線的調節步長約束：

|CvgqΔQg2|≤ΔVgh,q]]>

其中，為無功功率電壓控制分區內各發電機的無功功率對該控制分區內第q個電廠高壓側母線電壓的控制靈敏度向量，該控制分區內第q個電廠高壓側母線電壓單次最大調節步長，取值范圍是1.0-2.0kV；

第q個電廠高壓側母線的電壓運行上限約束和下限約束：

Vgq‾≤Vgq+CvgqΔQg2≤Vgq‾]]>

分別表示第q個控制電廠高壓側母線的電壓下限、電壓實測值、電壓上限；

(5-2-2)無功功率電壓控制分區內第o個中樞母線的電壓運行死區約束：

Vpo,set-ϵv≤Vpo+CpgoΔQg2≤Vpo,set+ϵv]]>

其中，ε^v為中樞母線控制死區，取值范圍為0.5-1kV，為第o個中樞母線電壓設定值，為第o個中樞母線電壓實測值，為無功功率電壓控制分區內各發電機的無功功率對該控制分區內第o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內第l個發電機無功功率的上、下限約束：

Qgl‾≤Qgl+ΔQgl≤Qgl‾]]>

上式中，和分別表示第l臺發電機的當前無功功率、無功功率調整量、無功功率下限和無功功率上限；

(5-3)利用內點法求解上述步驟(5-1)和步驟(5-2)構成的控制模型，得到無功功率電壓控制分區中各發電機的無功功率出力調整量ΔQ_g2；

(6)根據步驟(4)-步驟(5)得到的無功功率電壓控制分區中發電機無功功率總調整量ΔQ_g，ΔQ_g＝ΔQ_g1+ΔQ_g2，得到無功功率電壓控制分區中發電廠高壓側母線電壓的控制調節量ΔV_g：

ΔV_g＝S_vqΔQ_g

上式中S_vq為發電機無功功率調整量對發電廠高壓側母線電壓變化量的靈敏度矩陣，將上述電廠的高壓側母線電壓調整量ΔV_g作為電壓控制指令，下發給無功功率電壓控制分區中相應的電廠，實現對發電機無功功率的控制。