專利名稱：二級電壓控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力自動控制領域，特別是涉及二級電壓控制方法和裝置。
背景技術：
自動電壓控制(automatic voltage control)是指在正常運行情況下,通過實時監(jiān)視電網無功和電壓的情況，進行在線優(yōu)化計算，分層分區(qū)域控制電網無功電源和相關設備，優(yōu)化無功潮流分布，達到電壓合格和全網有功損耗最小的目的。具體包括一級電壓控制(primary voltage control), 二級電壓控制(secondary voltage control)和三級電壓控制(tertiary voltage control)。其中，一級電壓控制利用自動電壓調節(jié)器將發(fā)電機機端電壓閉環(huán)控制在設定值附近；二級電壓控制通過修改一級電壓控制器的電壓設定值來調節(jié)受控發(fā)電機的無功出力，從而將中樞母線電壓閉環(huán)控制在設定值附近；三級電壓控制以全網有功損耗最小為目標，給出各個控制區(qū)域的中樞母線電壓設定值，為二級電壓控制提供設定值。目前，國內外考慮區(qū)域間耦合作用的二級電壓控制設計方法還是比較少，主要是求取中樞母線電壓相對于聯絡線傳輸無功功率的靈敏度系數，再在各個區(qū)域的二級電壓控制模型中考慮聯絡線無功的變化對中樞母線電壓的影響，或提出一種能區(qū)分出無功擾動是否發(fā)生在本區(qū)域的協調變量，并對該變量增加相應約束條件來降低區(qū)域之間的相互影響。但是目前的二級電壓控制存在以下不足需要額外檢測區(qū)域間聯絡線傳輸的無功功率；增加了各個區(qū)域二級電壓控制模型的協調變量的約束條件，而約束條件中的最大偏差量需要根據具體的實際情況取合適的值，不利于中樞母線電壓的快速穩(wěn)定；在調節(jié)電壓和無功時，容易引起波動。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種二級電壓控制方法，不需要額外檢測區(qū)域間聯絡線傳輸的無功功率，可以將中樞母線電壓快速穩(wěn)定，減少因調節(jié)電壓和無功而引起的波動。為達到上述目的采用的技術方案是二級電壓控制方法，包括步驟將需控制的電網分成M個控制區(qū)域；根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣B-,根據所述增量關系矩陣I，獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)
電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；根據各區(qū)域中樞母線相對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣、各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，建立各個區(qū)域的二級電壓控制模型；進行各個區(qū)域的二級電壓控制模型的第一次迭代運算，包括步驟忽略第一區(qū)域與其它區(qū)域的耦合影響，求解第一區(qū)域的二級電壓控制模型，得到第一區(qū)域的的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；根據第一區(qū)域至第N-I區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第N區(qū)域的二級電壓控制模型，得到第N區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；其中，N大于I且小于或者等于M ；輸出各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；根據各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量進行二級電壓控制。 本發(fā)明方法通過根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣，繼而獲取各區(qū)域中樞母線相對于本區(qū)域和其它區(qū)域發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；然后建立各個區(qū)域的、考慮區(qū)域之間耦合影響的二級電壓控制模型；求解各個區(qū)域的二級電壓控制模型，得到各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，然后進行二級電壓控制，不需要額外檢測區(qū)域間聯絡線傳輸的無功功率，可以將中樞母線電壓快速穩(wěn)定，減少因調節(jié)電壓和無功而引起的波動。本發(fā)明的目的還在于提出一種二級電壓控制裝置，不需要額外檢測區(qū)域間聯絡線傳輸的無功功率，可以將中樞母線電壓快速穩(wěn)定，減少因調節(jié)電壓和無功，而引起的波動。為達到上述目的采用的技術方案是二級電壓控制裝置，包括區(qū)域劃分單元，用于將需控制的電網分成M個控制區(qū)域；第一獲取單元，用于根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之
間的增量關系矩陣玉；第二獲取單元，用于根據所述增量關系矩陣3 ,獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相
對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；二級電壓控制模型建立單元，用于根據各區(qū)域中樞母線電壓相對于本區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣、各區(qū)域中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，建立各個區(qū)域的二級電壓控制模型；第一計算單元，用于進行各個區(qū)域的二級電壓控制模型的第一次迭代運算，包括忽略第一區(qū)域與其它區(qū)域的耦合影響，求解第一區(qū)域的二級電壓控制模型，得到第一區(qū)域的的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；根據第一區(qū)域至第N-I區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第N區(qū)域的二級電壓控制模型，得到第N區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；其中，N大于I且小于或者等于M ;輸出單元，用于輸出各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；二級電壓控制單元，用于根據各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量進行二級電壓控制。本發(fā)明裝置通過根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣，繼而獲取各區(qū)域中樞母線相對于本區(qū)域和其它區(qū)域發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；然后建立各個區(qū)域的、考慮區(qū)域之間耦合影響的二級電壓控制模型；求解各個區(qū)域的二級電壓控制模型，得到各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，然后進行二級電壓控制，不需要額外檢測區(qū)域間聯絡線傳輸的無功功率，可以將中樞母線電壓快速穩(wěn)定，減少因調節(jié)電壓和無功而引起的波動。


圖I為本發(fā)明的一個實例流程圖；圖2為本發(fā)明裝置的一個結構示意圖；圖3為本發(fā)明裝置的另一個結構示意圖；圖4是本發(fā)明中考慮區(qū)域間耦合的二級電壓控制的一般和博弈模型原理圖。
具體實施例方式為便于理解本發(fā)明，下面將結合附圖進行闡述。本發(fā)明提出二級電壓控制方法，請參考圖1，包括步驟S101、劃分電網控制區(qū)域；將需控制的電網分成M個控制區(qū)域。S102、根據潮流方程獲取增量關系矩陣； 根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣B
OS103、根據所述增量關系矩陣，獲取各區(qū)域中樞母線電壓相對于本區(qū)域和其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；根據所述增量關系矩陣I，獲取本區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)
電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及本區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣。S104、建立各個區(qū)域的二級電壓控制模型；根據各區(qū)域中樞母線相對于本區(qū)域受控發(fā)電機無功出力和各區(qū)域中樞母線相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，建立各個區(qū)域的二級電壓控制模型。在其中一個實施例中，建立的各個區(qū)域的二級電壓控制模型為min以 l^pfk) ~ K(k)) + ^pgikAQgik) ++ P ||%)||，Vpmm{k) < Vp(k) + Cpg(k)AQg(k) + Cpg(k)AQg(k) < Vpma<k)，Gmm⑷—^h(Jc) + ^hg(k)^Qg(k)—廠；7max⑷，Chg(k)AQg(k) < AVh(k)；Qgmim(k) - Qg(k') + ^Qg(k') ~ Ggmax(Ar)，其中，⑷g(k.)為k區(qū)域的受控發(fā)電機的無功調節(jié)量向量；Q—為k區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的當前值向量；為k區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的下限值向量；Ggmaxw為k區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的上限值向量；Vp(k)為k區(qū)域中樞母線電壓的當前值；Vpmin(k)為k區(qū)域中樞母線電壓的下限值；Vpmax(k)為k區(qū)域中樞母線電壓的上限值；ν; )為k區(qū)域中樞母線電壓的設定值；epg(k)為k區(qū)域中樞母線電壓相對于k區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；Ggw為k區(qū)域中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；Agw為除k區(qū)域外的受控發(fā)電機的無功調節(jié)量向量；α、β為權重系數；RwSk區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓的當前值向量；ARw為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓最大調節(jié)步長向量、K-的為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓的下限值向量；Kmaxw為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓的上限值向量；區(qū)域受控發(fā)電機端電壓相對于k區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；Jw為k區(qū)域的無功協調因子向
量。其中，&w、Vp(k)、Rw為電網當前運行的狀態(tài)參數，可以通過實時運行數據獲取；
權利要求
1.ニ級電壓控制方法，其特征在于，包括步驟 將需控制的電網分成M個控制區(qū)域； 根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣g ； 根據所述增量關系矩陣g，獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣； 根據各區(qū)域中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣、各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，建立各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型； 進行各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型的第一次迭代運算，包括步驟忽略第一區(qū)域與其它區(qū)域的耦合影響，求解第一區(qū)域的ニ級電壓控制模型，得到第一區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；根據第一區(qū)域至第N-I區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第N區(qū)域的ニ級電壓控制模型，得到第N區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；其中，N大于I且小于或者等于M ； 輸出各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量； 根據各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量進行ニ級電壓控制。
2.根據權利要求I所述的ニ級電壓控制方法，其特征在于，所述根據增量關系矩陣g,獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣的步驟包括 在求取C區(qū)域的中樞母線電壓相對于該區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣時，將矩陣;§對應其它區(qū)域所有受控發(fā)電機機端節(jié)點的對角線元素上置一個大于或者等于1000的正數，再求逆；以C區(qū)域的中樞母線電壓編號為行號，C區(qū)域受控發(fā)電機無功出力編號為列號，在此次求逆后的矩陣中獲取對應的元素，組成C區(qū)域中樞母線電壓相對于C區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣； 在求取C區(qū)域中樞母線相對于D區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數時，在矩陣;§對應C區(qū)域發(fā)電機機端節(jié)點的對角線元素上置一個大于或者等于1000的正數，再求逆；以C區(qū)域中樞母線電壓編號為行號、D區(qū)域受控發(fā)電機無功出力編號為列號，在此次求逆后的矩陣中獲取對應的元素，組成C區(qū)域中樞母線電壓相對于D區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，其中，C不等于D，C、D都屬于M。
3.根據權利要求I所述的ニ級電壓控制方法，其特征在于，所述建立的各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型為
4.根據權利要求I至3任一項所述的ニ級電壓控制方法，其特征在于，在所述進行各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型的第一次迭代運算后，包括步驟 進行各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型的后續(xù)迭代運算 51、根據第二區(qū)域至第M區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第一區(qū)域的ニ級電壓控制模型； 52、根據第一區(qū)域至第N-I區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第N區(qū)域的ニ級電壓控制模型，得到第N區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量； 53、對第H區(qū)域，獲取當前得到的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，與上一次的得到的受控發(fā)電機無功調節(jié)量的差值；其中，H大于或者等于1，且小于或者等于M ; 54、對于所有區(qū)域，判斷該差值的絕對值是否小于預定值；若是，則輸出各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；若否，則進行S5 ； 55、以此次迭代計算的結果為基礎，按照SI至S4的步驟再次進行ニ級電壓控制模型的迭代運算。
5.ニ級電壓控制裝置，其特征在于，包括 區(qū)域劃分單元，用于將需控制的電網分成M個控制區(qū)域； 第一獲取單元，用于根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣; 第二獲取單元，用于根據所述增量關系矩陣g，獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣； ニ級電壓控制模型建立単元，用于根據各區(qū)域中樞母線電壓相對于本區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣、各區(qū)域中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，建立各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型； 第一計算單元，用于進行各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型的第一次迭代運算，包括忽略第一區(qū)域與其它區(qū)域的耦合影響，求解第一區(qū)域的ニ級電壓控制模型，得到第一區(qū)域的的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；根據第一區(qū)域至第N-I區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第N區(qū)域的ニ級電壓控制模型，得到第N區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；其中，N大于I且小于或者等于M ； 輸出單元，用于輸出各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量； ニ級電壓控制単元，用于根據各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量進行ニ級電壓控制。
6.根據權利要求5所述的ニ級電壓控制裝置，其特征在于，所述第二獲取單元根據所述增量關系矩陣g #獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，以及各區(qū)域的中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣 在求取C區(qū)域的中樞母線電壓相對于該區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣時，將矩陣;§對應其它區(qū)域所有受控發(fā)電機機端節(jié)點的對角線元素上置一個大于或者等于1000的正數，再求逆；以C區(qū)域的中樞母線電壓編號為行號，C區(qū)域受控發(fā)電機無功出力編號為列號，在此次求逆后的矩陣中獲取對應的元素，組成C區(qū)域中樞母線電壓相對于該區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣； 在求取C區(qū)域中樞母線相對于D區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數時，在矩陣;§對應C區(qū)域發(fā)電機機端節(jié)點的對角線元素上置一個大于或者等于1000的正數，再求逆；以C區(qū)域中樞母線電壓編號為行號、D區(qū)域受控發(fā)電機無功出力編號為列號，在此次求逆后的矩陣中獲取對應的元素，組成C區(qū)域中樞母線電壓相對于D區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣，其中，C不等于D，C、D都屬于M。
7.根據權利要求5所述的ニ級電壓控制裝置，其特征在于，建立的所述各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型為 minひ ^pmmCk) — ^p(k') + ^pg(k')^Qg(k') + ^pg(k'AQg(k) — ^pmax(Jc)， ^hmm(Zc) ~ ^h(k) + ^hg(k)^Qg(t) ~ ^hmax(k)， ^hg(k)^Qg(k) - ^h(k)， Qgmim(k) ~ Qg(k) + ^Qg(k) ~ Qgmax(k)， 其中，為k區(qū)域的受控發(fā)電機的無功調節(jié)量向量為k區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的當前值向量為k區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的下限值向量jgmaxW為k區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的上限值向量；Vp(k)為k區(qū)域中樞母線電壓的當前值；Vpmin(k)為k區(qū)域中樞母線電壓的下限值；VP max(k)為k區(qū)域中樞母線電壓的上限值'Vふ為k區(qū)域中樞母線電壓的設定值'Cpg⑷為k區(qū)域中樞母線電壓相對于k區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣A咖為k區(qū)域中樞母線電壓相對于其它區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣Agw為除k區(qū)域外的受控發(fā)電機的無功調節(jié)量向量；α、β為權重系數'fh(k、為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓的當前值向量；Afftw為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓最大調節(jié)步長向量、も為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓的下限值向量Amaxw為k區(qū)域的受控發(fā)電機端電壓的上限值向量A—為k區(qū)域受控發(fā)電機端電壓相對于k區(qū)域受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣為k區(qū)域的無功協調因子向量。
8.根據權利要求5至7任一項所述的ニ級電壓控制裝置，其特征在于，所述ニ級電壓控制裝置還包括第二計算單元；在所述第一計算單元進行各個區(qū)域的ニ級電壓控制模型的第一次迭代運算后，所述第二計算單元進行ニ級電壓控制模型的后續(xù)迭代運算 根據第二區(qū)域至第M區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第一區(qū)域的ニ級電壓控制模型； 然后，根據第一區(qū)域至第N-I區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，來求解第N區(qū)域的ニ級電壓控制模型，得到第N區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量； 對第H區(qū)域，獲取當前得到的受控發(fā)電機無功調節(jié)量，與上一次的得到的受控發(fā)電機無功調節(jié)量的差值；其中，H大于或者等于I，且小于或者等于M ； 對于所有區(qū)域，判斷該差值的絕對值是否小于預定值；若是，則通知所述輸出單元輸出各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；若否，則再次進行ニ級電壓控制模型的迭代運算。
全文摘要
本發(fā)明提出二級電壓控制方法，包括步驟將需控制的電網分成M個控制區(qū)域；根據全網的潮流方程，獲取節(jié)點注入無功功率與節(jié)點電壓之間的增量關系矩陣；獲取各區(qū)域的中樞母線電壓相對于本區(qū)域和其它區(qū)域的受控發(fā)電機無功出力的靈敏度系數矩陣；建立考慮區(qū)域間無功耦合的各個區(qū)域二級電壓控制模型；基于納什均衡的思想，進行各個區(qū)域的二級電壓控制模型的交替迭代求解，得到各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量；根據各個區(qū)域的受控發(fā)電機無功調節(jié)量進行二級電壓控制。本發(fā)明還提出二級電壓控制裝置，不需要額外檢測區(qū)域間聯絡線傳輸的無功功率，可以將中樞母線電壓快速穩(wěn)定，減少因調節(jié)電壓和無功而引起的波動。
文檔編號H02J3/16GK102664417SQ20121012727
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權日2012年4月26日
發(fā)明者劉明波, 吳國炳, 李劍輝, 李力, 楊銀國, 林舜江, 溫柏堅, 袁康龍, 辛拓 申請人:華南理工大學, 廣東省電力調度中心