[發明專利]一種基于連續潮流仿真的電網自動電壓控制仿真方法

有效

• 申請號: 202110033680.7
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112865108B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 王建平;呂晨旭;高馬平;郭亮;李慶良;李萬林;黃少波;張斌
• 申請（專利權）人: 國網山西省電力公司忻州供電公司
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06;H02J3/16
• 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

1.一種基于連續潮流仿真的電網自動電壓控制仿真方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)設定電網自動電壓控制周期為T_c；

(2)從電網的電壓自動控制的歷史斷面中，讀取設定參考日的電網模型M和288點基態電網潮流斷面F_i，形成以下兩種仿真文件：F_m，i電網288點運行方式文件以及F_sch電網方式調整數據文件，其中：

288點電網運行方式文件F_m，i的表達式為：

F_m，i＝[i，i＝1，...，288]{Ld_m，i，Un_m，i，Bs_m，i，Xf_m，i，Dev_m，i}；

其中，下標i為采樣時刻，Ld_m，i、Un_m，i、Bs_m，i、Xf_m，i和Dev_m，i分別為與參考日的第i采樣時刻相對應的電網模型中負荷Ld_m，i、發電機組Un_m，i、電網母線Bs_m，i、電網變壓器Xf_m，i和設備Dev_m，i的信息數組，其中設備包括開關和變壓器分接頭；

電網負荷信息數組包含：負荷有功Ld_m，i，p和負荷無功Ld_m，i，q兩部分，即：

Ld_m，i＝[Ld_m，i，p，Ld_m，i，q]；

發電機組信息數組包含：發電機組有功Un_m，i，p和發電機組無功Un_m，i，q兩部分，即：

Un_m，i＝[Un_m，i，p，Un_m，i，q]；

電網母線信息數組包含：母線名稱Bs_m，i，name和母線電壓Bs_m，i，val兩部分，即：

Bs_m，i＝[Bs_m，i，name，Bs_m，i，val]；

電網變壓器信息數組包含：變壓器有功Xf_m，i，p和變壓器無功Xf_m，i，q兩部分，即：

Xf_m，i＝[Xf_m，i，p，Xf_m，i，q]；

設備信息數組包含：開關狀態Cb_m，i和變壓器分接頭Oltc_m，i兩部分，即：

Dev_m，i＝[Cb_m，i，Oltc_m，i]；

其中，開關狀態Cb_m，i包含：開關名稱Cb_m，i，name和開關狀態Cb_m，i，val，即：

Cb_m，i＝[Cb_m，i，name，Cb_m，i，val]；

變壓器分接頭Oltc_m，i包含：分接頭名稱Oltc_m，i，name和分接頭擋位Oltc_m，i，val，即：

Oltc_m，i＝[Oltc_m，i，name，Oltc_m，i，val]；

F_sch電網方式調整數據文件的表達式如下：

F_sch＝{BS_sch}；

其中，BS_sch為電網母線中需調節母線的調整信息，設需調節母線的序號為n，n＝1，...，N，N表示文件F_sch中紀錄的需調節母線的總數量，即：

BS_sch＝[n，n＝1，...，N][bus_n，U_n，min，U_n，max，T_n，start，T_n，end]；

其中，bus_n為第n條記錄的需調節母線的名稱，U_n，min為第n條記錄的需調節母線的電壓下限值，U_n，max為第n條記錄的需調節母線的電壓上限值，T_n，start，T_n，end分別為第n條記錄的需調節母線的調整生效的開始時刻和結束時刻；

(3)建立一個初始電網模型F_N：設定初始電網模型為參考日第0：00時刻的基態電網潮流斷面F₀，包括電網發電機的機端電壓、發電機有功，負荷有功、負荷無功、開關狀態和變壓器分接頭擋位，具體過程如下：

(3-1)設定電網中可調節發電機組的序號為g，g＝1，...，G，G表示電網模型M中可調節發電機組的總數量，G_0，v和G_0，p分別為可調節發電機組的初始電壓和初始有功：

G_0，v＝[g，g＝1，...，G][V_0，g]；

G_0，p＝[g，g＝1，...，G][P_0，g]；

其中，V_0，g和P_0，g分別為第g個可調節發電機組的初始電壓和初始有功；

(3-2)設定電網中可調節負荷的序號為l，l＝1，…，L，L表示電網模型M中可調節負荷的總數量，L_0，p和L_0，q為可調節負荷的初始有功和初始無功：

L_0，p＝[l，l＝1，...，L][P_0，l]；

L_0，q＝[l，l＝1，...，L][Q_0，l]；

其中，P_0，l和Q_0，l分別為第l個可調節負荷的初始有功和初始無功；

(3-3)設定電網中可控開關的序號為c，c＝1，...，C，C表示電網模型M中可控開關的總數量，Cb₀為可控開關的初始狀態數組：

Cb₀＝[c，c＝1，...，C][Open_0，c]；

其中，Open_0，c為第c個可控開關的初始分合狀態：

(3-4)設定電網中變壓器可控分接頭的序號為t，t＝1，...，T，T表示電網模型M中變壓器可控分接頭的總數量，Oltc₀為變壓器可控分接頭的初始擋位數組：

Oltc₀＝[t，t＝1，...，T] [Tap_0，t]；

其中，Tap_0，t為初始第t個變壓器可控分接頭的擋位：

(3-5)設定電網電壓自動控制中可控制母線的序號為s，s＝1，...，S，S表示電網模型M中可控制母線的總數量，Bs₀為可控制母線的初始狀態數組：

U_s，i，min和U_s，i，max分為與第s條可控制母線在第i個采樣時刻相對應的初始上限值和初始下限值；

(3-6)根據以上描述，得到初始電網模型F_N如下：

F_N＝[G_0，v，G_0，p，L_0，p，L_0，q，Cb₀，Oltc₀，Bs₀]；

(4)在仿真啟動的第0：00時刻，根據步驟(2)中的電網方式調整數據文件F_sch，對步驟(3-5)可控制母線的初始狀態數組Bs₀進行更新，得到新的可控制母線電壓狀態數組Bs_0，new，包括以下步驟：

(4-1)對步驟(2)的電網方式調整數據文件F_sch進行檢測，若電網方式調整數據文件F_sch中記錄有需調節母線的信息，則進行步驟(4-2)，若電網方式調整數據文件F_sch中沒有記錄需調節母線的信息，則進行步驟(5)；

(4-2)根據步驟(2)中的電網方式調整數據文件F_sch，對步驟(3-5)的可控制母線的初始狀態數組Bs₀進行更新，更新過程如下：

(4-2-1)從步驟(2)的電網方式調整文件F_sch中讀取第n條需調節母線的名稱bus_n和電壓調整限值U_n，min，U_n，max，并將該需調節母線調整生效的開始時刻和結束時刻記為T_{n，i，start}，T_n，i，end；

(4-2-2)根據步驟(4-2-1)的需調節母線信息，對步驟(3-5)的可控制母線的初始狀態數組Bs₀進行更新，方法如下：

(4-2-2-1)根據步驟(4-2-1)中得到的第n條需調節母線的名稱bus_n，從步驟(3-5)的可控制母線的初始狀態數組Bs₀中，檢索到第n條需調節母線在數組Bs₀中的位置，將該位置記為s₀；

(4-2-2-2)用步驟(4-2-1)中讀取的需調節母線的電壓調整限值U_n，min、U_n，max，調整生效的開始時刻和結束時刻T_{n，i，start}，T_n，i，end和步驟(4-2-2-1)中得到的需調節母線序號s₀，對步驟(3-5)中可控制母線初始狀態數組Bs₀的U_n，min，U_n，max進行替換，得到時段T_{n，i，start}，T_n，i，end內可控制母線新的電壓限值如下：

進而得到一個新的可控制母線電壓狀態數組Bs_0，new如下：

(5)在參考日第0：00時刻，對基態電網進行潮流計算，輸出得到潮流信息數組F_0，out：

F_0，out＝[Bs_0，out，Xf_0.out，Cp_0，out，Un_0，out，Cb_0，out，Ln_0，out，Ld_0，out]；

其中，Bs_0，out為第0：00時刻電網母線信息，Xf_0.out為第0：00時刻電網變壓器信息，Cp_0，out為第0：00時刻電網容抗器信息，Un_0，out為第0：00時刻電網發電機組信息，Cb_0，out為第0：00時刻電網開關信息，Ln_0，out為第0：00時刻電網線路信息，Ld_0，out為第0：00時刻電網負荷信息；

(6)根據步驟(5)的潮流計算結果，在第0：00時刻進行自動電壓控制計算，輸出得到電廠母線、容抗器、變壓器分接頭的相應控制參數A_0，strg：

A_0，strg＝[DVC_0，stg，SVC_0，strg]；

其中，DVC_0，stg為第0：00時刻的變電站控制參數，SVC_0，strg為第0：00時刻的電廠母線控制參數，其中：

變電站控制參數DVC_0，stg為：

DVC_0，stg＝[[x，x＝0，...，X]Cp_0，x，strg，[y，y＝0，...，Y]Oltc_0，y，strg]；

其中，x為容抗器控制參數記錄序號，x＝0，...，X，X表示容抗器控制參數記錄總數量，y為變壓器分接頭控制參數記錄序號，y＝0，...，Y，Y為變壓器分接頭控制參數記錄總數量，Cp_0，x，strg為第x條容抗器控制參數，Oltc_0，y，strg為第y條變壓器分接頭控制參數；

電廠母線控制參數SVC_0，strg為：

SVC_0，strg＝[[z，z＝0，...，Z]Bs_0，z，strg]；

其中，z為電廠母線控制參數記錄序號，z＝0，…，Z，Z表示電廠母線控制參數記錄的總數量，Bs_0，z，strg為第z條電廠母線控制參數；

(7)根據步驟(6)的電廠母線、容抗器、變壓器分接頭的相應控制參數A_0，strg，對步驟(3)的初始電網模型F_N進行更新，并利用更新后的初始電網模型F_N進行潮流計算，包括以下步驟：

(7-1)從步驟(6)的變電站控制參數DVC_0，stg中讀取第x₀條容抗器控制參數并對容抗器控制參數進行判斷，若容抗器控制參數為投入運行，則設置與容抗器相對應的開關狀態為閉合，若容抗器控制參數為退出運行，則設置與容抗器相對應的開關狀態為分開；根據上述開關狀態，在步驟(3)的初始電網模型F_N查找該開關在可控開關初始狀態數組Cb₀中的位置，并將該位置記為c₀，對初始電網模型F_N中的開關狀態進行更新：

(7-2)從步驟(6)的變電站控制參數DVC_0，stg中讀取第y₀條變壓器分接頭控制參數得到變壓器分接頭對應的擋位值在步驟(3)的初始電網模型F_N中查找第y₀條變壓器分接頭在初始擋位數組Oltc₀中的位置，并將該位置記為t₀，并對初始電網模型F_N中的變壓器分接頭擋位進行更新：

(7-3)從步驟(6)的電廠母線控制參數SVC_0，strg中讀取第z₀條電廠母線控制參數得到電廠母線設定電壓目標值為

其中，為電廠母線當前電壓值，為電廠母線設定電壓目標值，計算得到電廠母線的電壓調整量

對上述進行判斷，若則判定電廠母線的電壓調節為增電壓，若則判定電廠母線的電壓調節為減電壓；根據上述判斷結果，統計初始電網模型F_N中該電廠可調節發電機組的個數，包括以下步驟：

(a)若則統計初始電網模型F_N中第z₀條控制參數所在電廠可調節增電壓的發電機組G_0，up的總數量U₁：

U_0，adjup＝[u₁，u₁＝1，...，U₁]G_0，up；

設電廠母線的當前電壓與第u₁個電廠發電機組的機端電壓的比值為

根據上述比值得到第0：00時刻第u₁個電廠發電機組的機端電壓調整目標值為

在步驟(3)的初始電網模型F_N中查找第u₁個電廠發電機組在可調節發電機組初始狀態數組G_0，v中的位置，并將該位置記為g₁，根據上述機端電壓調整目標值和位置g₁，對初始電網模型F_N中可調節發電機組的初始電壓進行更新如下：

(b)若則統計初始電網模型F_N中第z₀條控制參數所在電廠可調節減電壓的發電機組G_0，down的總數量U₂：

U_0，adjdn＝[u₂，u₂＝1，...，U₂]G_0，down；

設電廠母線的當前電壓與第u₂個電廠發電機組的機端電壓的比值為

根據上述比值得到第0：00時刻第u₂個電廠發電機組的機端電壓調整目標值為

在步驟(3)的初始電網模型F_N中查找第u₂個電廠發電機組在可調節發電機組初始狀態數組G_0，v中的位置，并將該位置記為g₂，根據上述機端電壓調整目標值和位置g₂，對初始電網模型F_N中可調節發電機組的初始電壓進行更新如下：

(7-4)利用上述更新后的初始電網模型F_N進行潮流計算，輸出得到潮流信息數組F′_0，out：

F′_0，out＝[Bs′_0，out，Xf′_0.out，Cp′_0，out，Un′_0，out，Cb′_0，out，Ln′_0，out，Ld′_0，out]；

(7-5)從步驟(7-4)的數組F′_0，out中，得到與自動電壓控制設備相關的變壓器分接頭Oltc_strg，out數組、與容抗器對應的開關Cb_strg，cp數組和發電機組機端電壓G_strg，out數組；

(8)在參考日第二采樣時刻，讀取相應的電網運行方式文件F_m，1，并在當前電網潮流結構中更新，包括以下步驟：

(8-1)使當前電網潮流計算模型中使與容抗器相連的開關以外的其他開關的運行為第二采樣時刻F_m，1中狀態，具體更新如下：

根據電網運行方式文件F_m，1，使與容抗器相連的開關以外的其他開關運行狀態為：

Cb₀＝Cb_m，1；

使與容抗器相連的開關以及變壓器分接頭保持步驟(7-5)中的運行狀態，即：

Cb₀＝Cb_strg，cp；

Oltc₀＝Oltc_strg，out；

(8-2)使電廠發電機組的機端電壓保持步驟(7-5)中的運行狀態，即：

G_0，v＝G_strg，out；

(8-3)根據電網運行方式文件F_m，1，使電廠發電機組有功、可控負荷有功、可控負荷無功為：

G_0，p＝Un_m，1，p；

Ld_0，p＝Ld_m，1，p；

Ld_0，q＝Ld_m，1，q；

(9)利用第二采樣時刻調整后的電網結構，重復步驟(5)，進行潮流計算，輸出得到潮流信息數組F_1，out：

F_1，out＝[Bs_1，out，Xf_1.out，Cp_1，out，Un_1，out，Cb_1，out，Ln_1，out，Ld_1，out]；

其中：Bs_1，out為第二采樣時刻電網母線信息，Xf_1.out為第二采樣時刻電網變壓器信息，Cp_1，out為第二采樣時刻電網容抗器信息，Un_1，out為第二采樣時刻電網機組信息，Cb_1，out為第二采樣時刻電網開關信息，Ln_1，out為第二采樣時刻電網線路信息，Ld_1，out為第二采樣時刻電網負荷信息；

(10)根據步驟(9)得到的潮流信息數組F_1，out，重復步驟(6)，計算得到第二采樣時刻的自動電壓控制參數數組A_1，strg：

A_1，strg＝[DVC_1，stg，SVC_1，strg]；

DVC_1，stg＝[[x，x＝0，...，X]Cp_1，x，strg，[y，y＝0，...，Y]Oltc_1，y，strg]；

SVC_1，strg＝[[z，z＝0，...，Z]Bs_1，z，strg]；

(11)用步驟(10)的自動電壓控制參數數組A_1，strg，對步驟(3)的初始電網模型F_N進行更新，重復步驟(7)，利用更新后的初始電網模型F_N進行潮流計算，輸出得到潮流信息數組F′_1，out；

(12)遍歷所有采樣時刻，重復步驟(8)～步驟(11)，輸出仿真結果如下：

a、全天電網運行數據：

F_out＝[f，f＝1，…，F][Bs_f，out，Xf_f，out，Cp_f，out，Un_f，out]；

其中，f為電網運行數據序號，f＝0，…，F，F表示電網運行數據的總數量，Bs_f，out為第f個斷面電網運行數據中母線信息，Xf_f，out為第f個斷面電網運行數據中主變信息，C_pf，out為第f個斷面電網運行數據中容抗器信息，Un_f，out為第f個斷面電網運行數據中機組信息，

b、全天自動電壓控制參數：

A_strg＝[k，k＝1，...，K][Bs_k，stg，Cp_k，strg，Oltc_k，strg]；

其中，k為自動電壓控制參數序號，k＝0，…，K，K表示自動電壓控制參數的總數量，Bs_k，stg為第k條自動電壓控制參數對應的電廠母線調整信息，Cp_k，strg為第k條自動電壓控制參數對應的容抗器投切信息，Oltc_k，strg為第k條自動電壓控制參數對應的主變分頭調整信息；

實現基于連續潮流仿真的電網自動電壓控制仿真。