一种考虑静态电压稳定提升的输-配电网无功优化方法与流程

本发明属于电网控制，尤其是一种考虑静态电压稳定提升的输-配电网无功优化方法。

背景技术：

1、随着风电、光伏等新能源渗透率的不断增加，电网无功储备不足的问题愈发显著，输电网运营者需要更多的手段保障全网的电压运行安全，而含有大量分布式资源的配电网在配电网运营者的协调管理下能够在根节点处提供充足的无功容量，使其可以响应上级输电网运营者的调控指令。因此，近年来越来越多的研究人员逐渐意识到输-配电网协同管理的重要性，将配电网作为无功源向电网提供无功支撑的策略被提出。一方面，由于配电网一般处于输电网的馈线末端且远离大容量发电机，其提供的无功支撑可以减少无功功率远距离输送造成的运行损耗，另一方面，配电网处于负荷中心，能够有效支撑电网电压，提升电网的电压稳定安全。事实上，国内外一些研究机构和电力公司已经开展了初步探索，丹麦电网项目中，通过调整配电网的无功功率消耗为输电网提供无功储备和改善电压，瑞士电网项目也验证了限制输-配电网边界的无功功率可以解决输电网无功资源的稀缺问题。然而，现有研究多集中于配电网无功支撑在降低输电网损耗和电压支撑方面的作用，缺乏配电网无功支撑对提升全网静态电压稳定裕度的研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种考虑静态电压稳定提升的输-配电网无功优化方法，无功备用的增加有效提高了系统的静态电压稳定裕度，同时鲁棒优化使得最恶劣运行场景下的静态电压稳定裕度大于给定阈值，有效消除了电网的静态电压稳定越限风险。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种考虑静态电压稳定提升的输-配电网无功优化方法，包括以下步骤：

4、步骤1、基于配电网运营者的实时数据获取配电网的无功支撑容量；

5、步骤2、根据步骤1中获取的无功支撑容量，考虑发电机、svc、配电网多类型无功资源计算有效无功备用，并对无功资源价值系数进行改进，以降低输电网网损和提高有效无功备用为目标对输电网进行优化；

6、步骤3、在步骤2的基础上以调控指令误差最小为目标对配电网进行优化，实现配电网对无功调控指令的动态追踪。

7、而且，所述2中多类型资源无功资源备用计算方法为：

8、发电机无功备用

9、

10、式中，为发电机的有效无功备用；为发电机在系统电压临界点处的无功出力；

11、svc无功备用

12、

13、式中，为svc的有效无功备用；为svc在系统电压临界点处的无功出力；qsvc为svc当前运行点的无功出力；

14、风电/光伏无功备用

15、

16、式中，分别为风电场和光伏电站的有效无功备用；为风电和光伏在系统电压临界点处的无功出力；qwind、qpv为风电场和光伏电站当前运行点的无功出力；

17、配电网无功备用

18、

19、式中，为配电网的有效无功备用；为配电网无功支撑范围上限；qd为配电网当前运行点的无功出力。

20、而且，所述步骤2中对无功资源价值系数进行改进的具体实现方法为：定义无功源接入节点i对负荷节点j的有效无功备用价值系数为：

21、

22、式中，是无功源接入点i的无功出力对于负荷节点j无功扰动的灵敏度；是无功源接入点i的无功出力对于负荷节点j有功扰动的灵敏度；

23、令无功备用价值系数最大的发电机的sij为1，对系数矩阵进行归一化处理得：

24、

25、式中，sj为有效无功备用价值系数矩阵中关于负荷节点j的子矩阵；max(sj)为子矩阵sj中的最大值；n为负荷节点数量；有效无功备用价值系数vij综合表征了无功源接入节点i对负荷节点j有功和无功增长的响应能力，vij越大，表明接入节点i对负荷节点j的无功电压支撑越强，对系统无功备用贡献程度也越高。

26、而且，所述步骤2中以降低输电网网损和提高有效无功备用为目标对输电网进行优化的具体实现方法为：根据上述步骤对多类型资源有效无功备用及其价值系数的定义，得到考虑系统静态电压稳定的有效无功备用：

27、

28、式中，为系统有效无功备用；q t为输电网无功资源集合，包括发电机、svc、风电、光伏及配电网；vi为各无功源对关键节点的有效无功备用价值系数；为各无功源的有效无功备用；

29、在输电网鲁棒无功优化模型中，综合考虑输电网的运行网损和有效无功备用对其进行无功优化，目标函数如下：

30、

31、式中，为输电网有效无功备用；为输电网网损；sn为的输电网节点集合；gij为节点i、j所连接支路的电导；vi、vj为节点i、j电压幅值；θi、θj为节点i、j的电压相角；p1为有效无功备用优化目标的权重系数，p1<0；p2为运行网损优化目标的权重系数，p2>0；

32、约束条件包括：

33、(1)网络潮流等式约束

34、

35、式中，pg,i、qg,i节点i发电机注入的有功功率和无功功率；pl,i、ql,i节点i的有功负载和无功负载；bij、θij分别为节点i、j所连接支路的电纳和相角差；qwind,i、qpv,i、qsvc,i、qd,i分别为节点i风电场、光伏电站、svc及配电网提供的无功功率；

36、(2)电压安全约束

37、vimin≤vi≤vimax i∈sn

38、式中，vimin、vimax为输电网节点i电压的下限和上限；

39、(3)发电机有功出力约束

40、

41、式中，分别为节点i发电机注入有功功率的上下限；sg代表发电机节点集合；

42、(3)无功源控制变量约束

43、

44、式中，qg,i为节点i无功源的功率；分别为节点i无功源注入无功功率的上下限；swind、spv、ssvc、sd分别为风电场节点集合、光伏电站节点集合、svc节点集合及能够提供无功支撑的配电网节点集合。

45、而且，所述步骤3的具体实现方法为：考虑到配电网在收到上级输电网下发的无功调控指令后，需要进一步对网内各快调节设备进行调整，以实现对无功指令的实时追踪，为满足要求，以配电网提供的无功功率与无功指令的差值最小为优化目标：

46、min(qreg-qd)2

47、式中，目标函数中qreg为上级输电网的无功指令值；qd为配电网提供的无功功率。当目标函数为0或接近0时，配电网能够动态追踪无功指令；约束条件为配电网潮流约束及各无功源的出力约束。

48、本发明的优点和积极效果是：

49、本发明基于配电网运营者的实时数据获取配电网的无功支撑容量；根据获取的无功支撑容量，考虑发电机、svc、配电网多类型无功资源计算有效无功备用，并对无功资源价值系数进行改进，以降低输电网网损和提高有效无功备用为目标对输电网进行优化；以调控指令误差最小为目标对配电网进行优化，实现配电网对无功调控指令的动态追踪。本发明证明配电网的无功备用价值更高，在相同容量下能够发挥更好的支撑作用。同时配电网进行无功支撑降低了系统的运行网损并增加了系统的无功备用，计算结果表明，无功备用价值系数较大的无功源会减少出力以增加备用，无功备用价值系数较小的则反之。无功备用的增加有效提高了系统的静态电压稳定裕度，同时鲁棒优化使得最恶劣运行场景下的静态电压稳定裕度大于给定阈值，有效消除了电网的静态电压稳定越限风险。