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申请/专利权人：大连理工大学;国网经济技术研究院有限公司;国网新疆电力有限公司

摘要：本发明涉及一种基于断线扰动的电压控制区域划分结果优化方法及系统，其方法包括：S1：获取负荷节点的无功‑电压曲线，即Q‑V曲线；对比分析每个负荷节点对应Q‑V曲线的极小值点，得到分区结果；将分区结果作为各个阈值划分的分区判据；S2：基于区域间的电压弱耦合性，根据潮流雅可比子矩阵构建含有功‑电压弱耦合关系的阈值划分模型；S3：采用小元素去除的方法，对阈值划分模型进行小元素去除，得到不同阈值下的VCA划分结果，并根据分区判据进行划分，得到最佳阈值对应的VCA划分结果；S4：对最佳阈值对应的VCA划分结果进行修正，得到优化后的划分结果。本发明提供的方法，修正分区结果，并减少断线修正的计算量。

主权项：1.一种基于断线扰动的电压控制区域划分结果优化方法，其特征在于，包括：步骤S1：采用连续潮流计算，求取负荷节点的无功-电压曲线，即Q-V曲线；对比分析每个所述负荷节点对应Q-V曲线的极小值点，得到分区结果；将所述分区结果作为各个阈值划分的分区判据；步骤S2：基于区域之间电压的弱耦合性，根据潮流雅可比子矩阵构建包含有功-电压弱耦合关系的阈值划分模型，具体包括：步骤S21：通过极坐标下牛顿-拉夫逊法潮流计算得到电力系统的功率方程，如公式1所示； 其中，公式1中非线性方程组代表电力系统节点的功率方程，以功率的变化量表达；Pi、Qi分别代表电力系统节点i的有功功率和无功功率；Ui表示电力系统节点i电压幅值，n为电力系统节点个数；Gij表示阻抗，Bij表示导纳；δij表示所述电力系统节点的相角；步骤S22：利用牛顿-拉夫逊法潮流计算来修正Pi、Qi，通过求解所述电力系统的不平衡量，得到功率的线性方程组，如公式2～3所示； 步骤S23：令所述电力系统共由有n个节点，m个负荷节点，即PQ节点，n-m-1个发电机节点，即PV节点，1个平衡节点，将公式3以Taylor级数展开，略去高次项，得到线性方程组的矩阵表达形式，如公式4所示： 其中，ΔP、ΔQ分别代表所述电力系统节点有功功率、无功功率的变化量；Δδ、ΔV分别代表电压相差的和幅差；J为雅可比矩阵；由雅可比矩阵J和负荷节点电压的幅差之比ΔVV、相差Δδ计算得到雅可比子矩阵：H、M、N、L:如公式5所示： 当i≠j时： 当i＝j时： 其中，Hij、Nij、Mij、Lij为雅可比子矩阵，反映了无功功率和有功功率与电压的耦合关系；步骤S24：采用雅可比子矩阵Lij、Nij来构建改进阈值划分模型：比较雅可比子矩阵Lij、Nij的元素和及其对角线元素Lcc、Nbb，并选取每个所述子矩阵中最大的对角元素，利用各自子矩阵内的其他元素除以最大的对角元素，形成两个标准化矩阵L'、N'如公式8～9所示： 其中，L'为负荷节点的无功-电压偏导数标准化矩阵，代表无功对电压幅值的强耦合，N'为负荷节点和发电机节点的有功-电压偏导数标准化矩阵，代表了有功对电压幅值的弱耦合，基于此构建阈值划分模型，如公式10所示： 其中，W仅为负荷节点的功率-电压偏导数标准化矩阵，包含了无功和有功功率对电压的耦合性作用；步骤S3：采用小元素去除的方法，对所述阈值划分模型进行小元素去除，得到不同阈值下的电压控制区域VCA划分结果，并根据所述分区判据进行划分，得到最佳阈值对应的VCA划分结果，具体包括：步骤S31：将W矩阵每行非对角线元素绝对值按从小到大排序，从最小元素开始去除，直到消去的非对角线元素之和大于阈值α为止；步骤S32：去除元素对应矩阵位置置零，大于所述阈值而未被去除的非对角元素保留，得到的矩阵为阈值划分得到的VCA矩阵，记为W'矩阵；步骤S33：当Wij'≠0且i≠j时，电力系统节点i与电力系统节j划分为同一区域，所述电力系统共有m个PQ节点，则不同阈值下电压控制区域记为VCAi，i∈1，m；步骤S34：根据步骤S1得到的所述分区判据作为VCA划分依据，选取最佳阈值α'，以及α'对应的分区结果；步骤S4：对所述最佳阈值对应的VCA划分结果进行修正，得到优化后的电压控制区域划分结果，具体包括：步骤S41：将所述最佳阈值α'对应的VCA记为QK＝{Q1，Q2…}，其中，K为VCA的个数；QK的边界支路Lk＝{lk,a,b,lk,c,d…}，其中，lk,a,b为QK与相邻区域的连接支路，对应的边界节点bk＝{na,nb,nc,nd…}，其中，na,nb分别为lk,a,b上的两个电力系统节点；步骤S42：对所述边界支路Lk逐一的进行断线，并通过牛顿-拉夫逊法潮流分析计算断线前后PQ节点的电压值，由此计算各节点电压变化范围：ΔUi＝Ui-Ui'11步骤S43：以最佳阈值α'对应的准分区为基础，合并步骤S42中的电压变化范围，依次得到不同的VCA边界支路断线下的电压变化范围；ΔUk，i-jmin≤ΔUk,i-j≤ΔUk,i-jmax12其中，ΔUk，i-jmin为分区k中断线i-j的节点电压变化范围的最小值，ΔUk,i-jmax为分区k中断线i-j的节点电压变化范围的最大值，ΔUk,i-j为分区k中断线i-j的节点电压变化范围；步骤S44：对于独立的节点，若它与相邻区域电压变化小于阈值，则将其归为同一区域，若电压变化与相邻区域大于等于阈值，则将其单独划为一个区域； 其中，为k中某一边界节点的电压变化范围，为k中与边界节点直接相连的内部节点；步骤S45：若满足公式14的条件，则将此边界节点修正至邻接VCA； 其中，ΔUl,i为与边界节点相邻VCA内与其相连节点的电压变化范围；步骤S46：若边界节点bk为电压失稳的节点，不修正；步骤S47：若满足公式15，则将此边界节点归并至两者中与之电压变化范围相差较低的VCA； 步骤S48：经过步骤S47之后，如果剩余两个或多个区域内部节点电压变化均小于阈值α，则将这些区域合并为一个区域；若存在剩余独立的PQ节点，它们的电压变化范围一致，但与任何已形成区域内的其他PQ节点的电压变化范围不一致，则将这些剩余独立的PQ节点合并为一个新的区域；步骤S49：经过步骤S41～S48后，若仍然存在未被合并的剩余PV节点，则将其类型转换为PQ节点，根据下述公式16～18计算平均电气距离的大小归并这些节点；S＝-L+N+M-116D＝-lgSijSjj×SjiSii17 其中，S为灵敏度矩阵，D为电气距离矩阵，k代表所述电力系统的第k个区域，h代表第k个区域内所有的负荷节点数，h∈1～m；m+z代表未被合并的剩余PV节点，z∈m～n,代表第m+z个未被合并的剩余PV节点相对于其他区域的平均电气距离；对于所述平衡节点，若步骤S3中该平衡节点已经归并，则不再处理；否则，将所述平衡节点的类型转换为PQ节点，并选择一个电压等级与之最接近的电源节点作为新的平衡节点；经过以上步骤，得到优化后的电压控制区域划分结果。

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