[發(fā)明專(zhuān)利]交直流電網(wǎng)PQ節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定指標(biāo)調(diào)控靈敏度確定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110600911.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113258580B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 贠志皓;馬開(kāi)剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/12
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/12;H02J3/06;G06F17/11;G06F17/16
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

1.一種交直流電網(wǎng)PQ節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定指標(biāo)調(diào)控靈敏度確定方法，應(yīng)用于交直流電網(wǎng)，其特征在于，包括：

通過(guò)廣域量測(cè)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和功率，并基于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值阻抗求解方法，求解指定負(fù)荷增長(zhǎng)方向和指定直流系統(tǒng)的控制方式下的節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)等值阻抗，進(jìn)而獲得PQ節(jié)點(diǎn)的戴維南等值參數(shù)；

基于獲得的PQ節(jié)點(diǎn)的戴維南等值參數(shù)，將交直流電網(wǎng)簡(jiǎn)化為等值參數(shù)對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，并確定節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度表達(dá)式；

對(duì)獲得的電壓穩(wěn)定裕度表達(dá)式進(jìn)行簡(jiǎn)化，消去表達(dá)式中的等值電勢(shì)模值，并經(jīng)相應(yīng)線(xiàn)性化處理得到調(diào)控量對(duì)電壓穩(wěn)定裕度的靈敏度映射關(guān)系；采用交直流系統(tǒng)潮流修正方程，確定靈敏度映射關(guān)系表達(dá)式中的調(diào)控量對(duì)戴維南等值阻抗的靈敏度映射關(guān)系；由于高壓直流輸電傳輸功率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較大，故不作為調(diào)控措施參與防控優(yōu)化；選取交流部分的無(wú)功補(bǔ)償裝置提供的無(wú)功變化量和發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓分別代表調(diào)控措施中的離散變量和連續(xù)變量，其他調(diào)控措施如切負(fù)荷的靈敏度推導(dǎo)可以用類(lèi)似方法推導(dǎo)獲得，其具體步驟如下所示：

(一)PQ節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度表達(dá)式的確定

首先，采用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值阻抗的方法來(lái)辨識(shí)節(jié)點(diǎn)端口的戴維南等值阻抗，動(dòng)態(tài)等值阻抗的計(jì)算方法如下式所示；

式中，Z_thi為節(jié)點(diǎn)i的戴維南等值阻抗，和為電壓相量和電流相量的微分；鑒于節(jié)點(diǎn)的復(fù)變電壓和電流不具備顯式的解析復(fù)變函數(shù)，無(wú)法直接求導(dǎo)獲取等值阻抗特性參數(shù)，所以在復(fù)數(shù)域內(nèi)，復(fù)變電壓不能直接展開(kāi)為復(fù)變電流的泰勒級(jí)數(shù)，必須選擇實(shí)數(shù)參變量進(jìn)行間接求導(dǎo)；

式(1-1)中的動(dòng)態(tài)等值阻抗Z_th隨負(fù)荷增長(zhǎng)方向以及直流控制方式變化而變化，為求解指定負(fù)荷增長(zhǎng)方向以及直流運(yùn)行方式下的動(dòng)態(tài)等值阻抗Z_th，將式(1-1)轉(zhuǎn)化為式(1-2)；式(1-2)求取的動(dòng)態(tài)等值阻抗的意義可以概括為指定負(fù)荷增長(zhǎng)方向以及直流運(yùn)行方式，在相同的負(fù)荷增長(zhǎng)參數(shù)變化量下電壓相量和電流相量的變化量比值；動(dòng)態(tài)等值阻抗對(duì)應(yīng)的戴維南等值阻抗參數(shù)可以在考慮負(fù)荷增長(zhǎng)方式以及直流控制方式下反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性；

式中，λ∈R¹為指定負(fù)荷增長(zhǎng)方向下的增長(zhǎng)參數(shù)；和基于相同的負(fù)荷增長(zhǎng)方向和直流運(yùn)行方式；

將交流系統(tǒng)中雅可比矩陣中的元素修改為交直流系統(tǒng)的雅可比矩陣，具體元素的求取可采用現(xiàn)有方法，具體的可以考慮負(fù)荷的增長(zhǎng)方向、以及直流線(xiàn)路的控制方式；在得到PQ節(jié)點(diǎn)的戴維南等值阻抗后，運(yùn)用下式即可計(jì)算得到戴維南等值電勢(shì)；

式中：和表示節(jié)點(diǎn)i電壓、電流相量；P_Li和Q_Li表示節(jié)點(diǎn)i的有功功率和無(wú)功功率；和Z_thi為節(jié)點(diǎn)i戴維南等值電勢(shì)、等值阻抗；

在求得各個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)的戴維南等值參數(shù)以后，系統(tǒng)化簡(jiǎn)為等值參數(shù)對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)；其中，兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)電壓方程有解的條件為：

(2P_LZ_R+2Q_LZ_X-E²)²-4[(P_LZ_R+Q_LZ_X)²+(Q_LZ_R-P_LZ_X)²]≥0?(1-5)

式中，E∈R^q為戴維南等值電勢(shì)模值，q為PQ節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；Z_R∈R^q、Z_X∈R^q分別為戴維南等值阻抗的電阻和電抗；P_L∈R^q、Q_L∈R^q為PQ節(jié)點(diǎn)的有功功率、無(wú)功功率；

設(shè)Q_L＝Q_L0+Q_c，其中，為節(jié)點(diǎn)無(wú)功負(fù)荷，為功率因數(shù)角，Q_c為節(jié)點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償量；式(1-5)可以改為：

根據(jù)式(1-5)可以推導(dǎo)得到PQ節(jié)點(diǎn)的有功功率極限為：

根據(jù)式(1-7)求解的功率極限，定義節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度：

式中，mar_L∈R^q為PQ節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)，q為PQ節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；ΔP_L∈R^q為下個(gè)時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)增長(zhǎng)功率；裕度指標(biāo)表明在指定的負(fù)荷增長(zhǎng)方向和直流運(yùn)行方式下，預(yù)測(cè)功率變化量與現(xiàn)有負(fù)荷到功率極限距離的差值，描述了未來(lái)增長(zhǎng)的最大極限和預(yù)測(cè)增長(zhǎng)量之間的關(guān)系；

在得到PQ節(jié)點(diǎn)戴維南參數(shù)以后用式(1-10)可以計(jì)算出PQ節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度，滿(mǎn)足在線(xiàn)運(yùn)行的要求；節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的范圍為-∞到1，值越大代表穩(wěn)定裕度越好，小于等于零代表當(dāng)前斷面下負(fù)荷增長(zhǎng)指定變化量時(shí)發(fā)生靜態(tài)電壓失穩(wěn)；

(二)調(diào)控措施對(duì)等值阻抗的靈敏度關(guān)系推導(dǎo)

式(1-10)對(duì)應(yīng)的PQ節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓裕度表達(dá)式可以簡(jiǎn)化表示成：

式中，mar_L∈R^q為PQ節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)，q為PQ節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；節(jié)點(diǎn)的有功功率值P_L∈R^q、節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)增長(zhǎng)功率值ΔP_L∈R^q和功率因數(shù)角的正切值為已知量；節(jié)點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償量Q_c∈R^q視為調(diào)控措施；其中E和Z_th與調(diào)控量r(包含并聯(lián)電容器投切帶來(lái)的無(wú)功變化量Q_c和機(jī)端電壓)有解析關(guān)系；為求得穩(wěn)定裕度和調(diào)控措施之間的解析表達(dá)式，首先需要獲得調(diào)控措施對(duì)等值阻抗Z_th∈R^q的靈敏度關(guān)系式；

借鑒交流系統(tǒng)的思路推導(dǎo)交直流系統(tǒng)中等值阻抗Z_th對(duì)調(diào)控措施的靈敏度關(guān)系；節(jié)點(diǎn)i的等值阻抗對(duì)第j個(gè)調(diào)控量的靈敏度

式(1-12)中的的詳細(xì)表達(dá)式：

式(1-12)中的的詳細(xì)表達(dá)式：

式(1-14)中的詳細(xì)表達(dá)式：

式(1-14)中由式(1-4)推導(dǎo)得到詳細(xì)表達(dá)式：

式(1-14)和(1-16)中的推導(dǎo)得到詳細(xì)表達(dá)式：

基于所述調(diào)控量對(duì)電壓穩(wěn)定裕度的靈敏度映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定指標(biāo)調(diào)控靈敏度的計(jì)算。