[发明专利]一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法

权利要求书

1.一种基于母线电压历史数据分析的逆调压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)从电力系统的自动电压控制系统中，在每日0时到来时，读取电力系统中的每条母线的名称，形成母线名称集合B：B_i＝|B₁ B₂ B₃ B₄ ... B_I|，i＝1,...,I，B为母线名称集合，下标i为母线序号，B_i为第i个母线；读取电力系统中发电机组的名称，形成发电机组名称的集合G：G_j＝|G₁ G₂ G₃ G₄ ... G_J|，j＝1,...,J，G为发电机组名称集合，下标j为发电机组序号，G_j为第j个发电机组；读取电力系统中容抗器的名称，形成容抗器的名称集合C，C_k＝|C₁C₂ C₃ C₄ ... C_K|，k＝1,...,K，C为容抗器名称集合，下标k为容抗器序号，C_k为第k个容抗器；

(2)从电力系统中读取母线电压设定计划值以及母线、发电机组和容抗器的历史值，设定一天内的采样点为n＝1,...,N、历史天数m＝1,...,M，历史天数m为从当前0点前的M天中的一天，发电机组对母线的灵敏度和变电站低压母线对高压母线的灵敏度，容抗器容量，进行数据整合形成数据集合，包括以下步骤：

(2-1)根据母线集合B，读取母线电压设定计划值，形成如下所有母线电压设定计划值的集合：

V^max、V^min分别为母线电压设定计划值的上限集合和下限集合，分别为第i个母线在一天内的第n个采样点的电压设定计划值的上限数据值和电压设定计划值的下限数据值；

(2-2)根据母线名称集合B，读取第i个母线的前M天每天采样点N个点的电压历史值，形成数据集合：

V_i^m-n为第i个母线的第m天第n个电压历史采样点，遍历母线序号i，形成所有母线的电压历史数据集合V：V＝|V₁ V₂ V₃ V₄|...|V_I|；

(2-3)根据发电机组集合G，读取第j个发电机组的前M天每天采样点N个点的无功历史值，形成数据集合：

为第j个发电机组的第m天第n个无功历史采样点，遍历发电机组序号j，形成所有发电机组的无功历史数据集合：

Q＝|Q₁ Q₂ Q₃ Q₄ ... Q_J|；

(2-4)根据容抗器集合C，读取第k个容抗器的前M天每天采样点N个点的运行状态历史值，形成数据集合：

为第k个发电机组的第m天第n个运行状态历史采样点，遍历容抗器序号k，形成所有容抗器的运行状态历史数据集合：D＝|D₁ D₂ D₃ D₄ ... D_K|；

(2-5)根据发电机组集合G和母线集合B，读取发电机组对母线的灵敏度信息，形成集合如下：

其中，S_GV为发电机组对母线的灵敏度矩阵，S_ji为第j个发电机组对第i个母线的灵敏度；

(2-6)读取变电站低压母线对高压母线的灵敏度，形成变电站低压母线对高压母线的灵敏度集合S_CV：

其中，S_CV为变电站低压母线对高压母线的灵敏度矩阵，S_wr为第w个低压母线对第r个高压母线的灵敏度；w为变电站低压母线个数，r为变电站高压母线个数；

(2-7)根据容抗器集合C，读取第k个容抗器的容量形成所有容抗器的容量集合：

(3)根据步骤(2)得到的数据集合，计算发电厂控制母线、变电站控制母线的逆调压电压上限，步骤如下：

(3-1)读取母线集合的母线B_i，对母线B_i进行判断，若B_i为发电厂母线，则执行步骤(3-2),若B_i为变电站母线，则执行步骤(3-3)；

(3-2)根据母线集合的母线B_i，从发电机组集合G中读取与母线B_i相连接的发电机组，形成集合G_G：G_f＝|G₁ G₂ G₃ G₄ ... G_F|、f＝1,...,F，其中，F为与母线B_i相连接的发电机组的个数，G_f为第f个发电机组，并根据相连接的发电机组集合G_G分别从发电机组的无功历史数据集合Q中获取该发电机组的无功历史值Q_f，同时从母线B_i电压设定计划值集合V^max、V^min中分别读取母线B_i的设定计划值上限设定计划值下限根据上述读取到的集合数据，计算母线B_i的逆调压电压上限包括以下步骤：

(3-2-1)设定母线B_i电压向下调节能力V_id＝0、电压向上调节能力V_iu＝0，计算母线B_i的电压向下调节能力V_id、电压向上调节能力V_iu，步骤如下：

(3-2-1-1)设定发电机组G_f可减少无功Q_fs＝0、发电机组G_f可减少无功的采样计数点Z₁＝0，记发电机组G_f的最小无功出力为Q_min，从发电机组的无功历史值Q_f中读取其中，上标m-n为第m天的第n个采样点、为第m天的第n个点的无功值，将发电机组G_f的第m天第n个点的历史值与发电机组最小无功出力Q_min进行比较，若则使发电机组G_f的可减少无功使采样计数点Z₁＝Z₁+1；遍历历史天数m，将所有得到的发电机组G_f的可减少无功Q_fs进行累加，并将所有发电机组G_f可减少无功的采样计数点Z₁的累加；根据累加值，计算发电机组G_f可减少无功值的平均值Q_avg＝Q_fs/Z₁；读取发电机组G_f对母线B_i的灵敏度S_GV，根据灵敏度S_GV和发电机组G_f可减少无功平均值Q_avg计算得到母线B_i电压向下调节能力V_adjd＝Q_avg×S_GV×V_x,V_x为安全系数，根据电压向下调节能力V_adjd，计算得到母线B_i的电压向下调节能力累加：V_id＝V_id+V_adjd；

(3-2-1-2)设定发电机组G_f的可增加无功Q_fu＝0、发电机组G_f可增加无功的采样计数点Z₂＝0，将发电机组G_f的最大无功出力记为Q_max，从发电机组G_f的无功历史值Q_f中读取将发电机组的第m天第n个点的历史值与发电机组最大无功出力进行比较，若则使使Z₂＝Z₂+1；遍历历史天数m，将所有得到的发电机组的可增加无功Q_fu进行累加，并将发电机组可增加无功的采样计数点Z₂进行累加，根据累加值计算得到发电机组G_f可增加无功平均值Q_pju＝Q_fu/Z₂；读取发电机组G_f对母线B_i的灵敏度S_GV，根据灵敏度S_GV和发电机组G_f可增加无功平均值Q_pju，计算得到母线B_i电压向上调节能力V_adju＝Q_pju×S_GV×V_x,V_x为安全系数；据电压向上调节能力V_adju，计算得到母线B_i的电压向上调节能力累加：V_iu＝V_iu+V_adju；

(3-2-1-3)对与母线B_i相连接的发电机组集合G_G，遍历发电机组个数f的取值，重复步骤(3-2-1-1)～步骤(3-2-1-2)，得到所有与母线B_i相连接的发电机组对母线B_i总的电压向下调节能力V_id和电压向上调节能力V_iu；

(3-2-2)设定母线B_i的电压值V_s＝0，母线B_i电压计数点Z₃＝0，从步骤(2-2)的母线B_i的电压历史值V_i中读取V_i^m-n，将母线B_i第m天第n个点的历史值V_i^m-n与母线B_i的电压设定计划值比较，若并且则使母线B_i电压V_s＝V_s+V_i^m-n，并使计数点Z₃＝Z₃+1；遍历历史天数m，对得到的母线B_i的所有电压值V_s进行累加，对所有母线B_i的电压计数点Z₃进行累加，根据得到的累加数据计算得到母线B_i的电压平均值V_ipj＝V_s/Z₃；

(3-2-3)对采样点n进行判断，若采样点n为电力系统负荷低谷时刻，则根据(3-2-2)计算得到的母线B_i的电压平均值V_ipj和(3-2-1-3)计算得到的母线B_i总的向下调节能力V_id，计算得到母线B_i的逆调压电压上限并读取母线B_i的电压设定计划值对母线B_i的逆调压电压上限进行如下修正：若则使若则使若采样点n的时刻为电力系统负荷平峰或高峰时刻，则根据步骤(3-2-2)计算得到的母线B_i的电压平均值V_ipj和步骤(3-2-1-3)计算得到的母线B_i总的电压向上调节能力V_iu，计算母线B_i的逆调压电压上限并读取母线B_i的电压设定计划值对母线B_i的逆调压电压上限进行如下修正：若则使若则使

(3-3)根据母线集合的母线B_i，从容抗器集合C中读取与母线B_i相连接的容抗器C_C＝|G₁G₂ G₃ G₄ ... G_O|，其中o＝1,...,O，O为相连接的容抗器的个数，根据相连接的容抗器集合C_C，从容抗器G_o的无功历史数据集合D中获取容抗器的历史值D_o，从母线B_i电压设定计划值集合V^max、V^min中读取母线B_i的设定计划值上限设定计划值下限根据上述读取到的集合数据，计算母线B_i的逆调压电压上限V_i^smax，包括以下步骤：

(3-3-1)设定母线B_i的电压向下调节能力V_id＝0、电压向上调节能力V_iu＝0，计算母线B_i的电压向下调节能力V_id、电压向上调节能力V_iu，步骤如下：

(3-3-1-1)设定母线B_i可增加无功容量Q_vh＝0、母线B_i可增加无功容量的采样计数点Z₄＝0、母线B_i可减无功容量Q_vl＝0、母线B_i可减无功容量的采样计数点Z₅＝0,从步骤(2-4)容抗器G_o的运行状态历史值D_o中读取并从步骤(2-7)容抗器的容量集合C^rmx中读取对G_o的容量进行判断：若则判定G_o为电容器，并进而根据电容器G_o的运行状态的历史值进行判断，若C_o为已投入运行的电容器，则使Q_vl＝Q_vl+1，若C_o为热备用的电容器，则使使Z₄＝Z₄+1；若为负，则判定G_o为电抗器，并进而根据电抗器G_o的运行状态的历史值进行判断，若C_o为已投入运行的电抗器，则使Z₄＝Z₄+1，若C_o为热备用的电抗器，则使Q_vl＝Q_vl+1；遍历历史天数m,得到母线B_i所有可增加无功容量Q_vh的累加值、母线B_i所有可增加无功容量的采样计数点Z₄的累加值、母线B_i所有可减无功容量Q_vl的累加值以及母线B_i所有可减无功容量的采样计数点Z₅的累加值；

(3-3-1-2)根据步骤(3-3-1-1)的母线B_i所有可增加无功容量Q_vh的累加值、B_i所有可增加无功容量的采样计数点Z₄的累加值，计算母线B_i的可增加无功容量平均值Q_pjh＝Q_vh/Z₄，根据母线B_i所有可减无功容量Q_vl的累加、母线B_i所有可减无功容量的采样计数点Z₅的累加值，计算得到母线B_i的可减少无功容量平均值Q_pjl＝Q_vl/Z₅；从步骤(2-6)读取变电站低压母线对高压母线灵敏度S_CV，根据变电站低压母线对高压母线灵敏度S_CV和可减少无功容量平均值Q_pjl、可增加无功容量平均值Q_pjh，分别计算得到母线B_i的电压向下调节能力V_tjd＝Q_pjl×S_CV×V_x和电压向上调节能力V_tju＝Q_pjh×S_CV×V_x，V_x为安全系数；根据计算得到的母线B_i的电压向下调节能力V_tjd、电压向上调节能力V_tju，分别计算得到母线B_i的累加电压向下调节能力V_id＝V_id+V_tjd和电压向上调节能力V_iu＝V_iu+V_tju；

(3-3-1-3)对与母线B_i相连接的容抗器集合C_C，遍历容抗器个数o的取值，重复步骤(3-3-1-1)～步骤(3-3-1-2)，得到与母线B_i的所有连接的容抗器对母线B_i的总向下调节能力V_id、总电压向上调节能力V_iu；

(3-3-2)设定母线B_i电压V_s＝0，母线B_i电压采样点数Z₃＝0，从母线B_i的电压历史值V_i中读取V_i^m-n，将母线B_i第m天第n个点的历史值V_i^m-n与母线B_i的电压设定计划值比较，若且则使母线B_i的电压V_s＝V_s+V_i^m-n、使Z₃＝Z₃+1；遍历历史天数m，得到母线B_i的所有电压V_s的累加值、母线B_i电压采样点数Z₃的累加值，根据累加值计算得到母线B_i的电压平均值V_ipj＝V_s/Z₃；

(3-3-3)对采样点n进行判断，若采样点n为电力系统负荷低谷时刻，则根据步骤(3-3-2)计算得到的母线B_i的电压平均值V_ipj和步骤(3-3-1-3)计算得到的母线B_i总的向下调节能力V_id，计算得到母线B_i的逆调压电压上限并进而根据母线B_i的电压设定计划值对逆调压电压上限进行如下修正：若则使若则使若采样点n的时刻为电力系统负荷平峰或高峰时刻，则根据步骤(3-3-2)计算得到的母线B_i的电压平均值V_ipj和步骤(3-3-1-3)计算得到的母线B_i总的电压向上调节能力V_iu，计算得到母线B_i的逆调压电压上限并进而根据母线B_i的电压设定计划值对母线B_i的逆调压电压上限进行如下修正：若则使若则使

(3-4)遍历步骤(1)的母线集合B中的所有母线，遍历采样点n，重复步骤(3-1)～步骤(3-3)，计算并形成母线B_i的逆调压电压上限集合：

为第i个母线第n个采样点的逆调压电压上限值；

(4)设定自动电压控制周期为T_c，在每个自动电压控制周期T_c到来时，记到来时刻为t₀，计算自动电压控制发电厂无功控制指令，包括以下步骤：

(4-1)建立一个自动电压控制优化模型，该优化模型的目标函数的表达式如下：

其中，V_p表示电力系统区域中枢母线的当前电压，表示电力系统区域中枢母线设定电压，C_g为中枢母线无功电压灵敏度矩阵，ΔQ_g表示发电机无功出力的调节量，W_p和W_q为发电机组的权重系数，取值范围为(0.1-10)，α为增益系数，取值范围为0.1～10，Θ_g为无功裕度向量，Θ_g的第i个分量为：

其中，为发电机i的当前无功出力，为发电机i的无功出力的调节量，为发电机i的无功最大值，为发电机i的无功最小值，i为发电机的序号，||Θ_g||²为无功裕度向量集，以上数据量分别从电力系统中自动电压控制系统中获取；

(4-2)确定自动电压控制优化模型的约束条件，表达式如下：

其中，C₀、C₁、C₂、C₃分别为限值约束方程，C_vg为高压侧母线无功电压灵敏度矩阵，从电力系统中读取，V_H表示发电机高压侧母线的当前电压，和分别表示中枢母线电压下限和中枢母线电压上限；和分别表示发电机无功下限和无功上限；和分别表示发电机高压侧母线的电压下限、电压上限和允许的单步电压最大调整量，以上数据量分别从电力系统中自动电压控制系统中获取；

(4-3)根据(2)定义的一天内的采样点n＝1,...,N，计算采样点时间间隔t_t＝24×60÷N，通过当前到来时刻t₀及采样点时间间隔t_t，计算得到当前采样点n₀＝t₀÷t_t；从步骤(3-4)逆调压电压上限集合V^smax中，获取与当前到来t₀时刻相对应的逆调压电压上限并以该分别取代步骤(4-2)中限值约束方程C₁中的和限值约束方程C₂中的得到更新后的自动电压控制优化模型；

(4-4)采用二次规划计算方法，求解步骤(4-3)的优化模型，得到发电机无功出力的调节量ΔQ_g，并将该发电机无功出力的调节量ΔQ_g下发到发电厂的各自动电压控制电厂子站，实现基于母线电压历史数据分析的逆调压控制。