原文发表在《电力电容器与无功补偿》2024年第6期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2024.06.012
考虑邻域耦合程度的次区域主导节点优化辨识方法
郭小龙，宋朋飞
(国网新疆电力有限公司，乌鲁木齐 830063)
一 内容简介
电网结构的日益复杂和运行方式变化对系统的电压稳定性影响显著，传统的电压控制方法难以准确辨识电压主导节点，限制了局部电压的有效控制。针对这一问题，本文提出了一种考虑邻域耦合程度的次区域主导节点优化辨识方法。该方法基于对电网进行合理划分，获取反映局部电压控制特性的次区域，并通过构建主导节点优化辨识模型，准确定位各次区域的电压主导节点。首先，考虑无功源控制特性，构建电气距离全维扩展矩阵模型，采用层次聚类算法实现电网的次区域划分；其次，结合区域的连通性原则，分析次区域内可控节点与相邻区域的功率?电压耦合关系，构建考虑邻域耦合程度的综合灵敏度指标，根据指标计算结果辨识各次区域的主导节点；同时，研究电网在不同运行方式下主导节点的变化情况，验证所提辨识方法的灵活适应性。最后，采用IEEE 39节点系统进行仿真分析，结果表明，所提方法综合考虑了邻域节点的耦合程度，相较于传统主导节点选取方法更为可靠。此外，该方法不仅适应灵活多变的电网运行方式，还能为复杂网络的无功补偿容量规划提供有效支撑。
二 主要内容
随着电力系统的发展，电网的复杂结构及运行方式的时变致使电压稳定性问题突出。在该背景下，制定合理的电压控制方案能够显著提升系统的灵活性调节能力，进而保证电网高效、稳定运行。面对电网复杂多变的新形势，将电网划分为不同的次区域，并准确选取各区域的电压主导节点，以实现电网的局部电压控制，对于维持系统的高效、安全、稳定运行具有至关重要的研究意义。
电网的次区域划分在电压控制效果中发挥着关键作用。传统的划分方法通常是基于节点电压灵敏度，通过计算负荷节点的电气距离，并采用合适的分区算法将电网划分为区域内强耦合、区域之间弱耦合的控制次区域。电气距离能够表征负荷节点之间的电气联系程度，通常由牛顿拉夫逊法、PQ分解法计算得到，分区算法通常包括聚类法、启发式算法和复杂网络理论等，能够实现电网的合理划分。然而，在复杂的电力系统中，仅针对电网进行次区域划分仍存在一些控制局限性。
为了进一步提升系统的电压控制能力，强化次区域和电网之间的控制关联性，近年来，相关研究通过考虑电压的影响因素，提出了主导节点的选取方法。有作者提出考虑区域无功平衡的主导节点选择和无功分区的优化方法，基于目标相对占优的遗传算法求解实现了多负荷水平的无功优化。有作者考虑了系统电压和无功特性的薄弱性指标，为确定待补偿节点位置提供了条件。有作者考虑了风电出力的概率分布特性，在满足系统受随机扰动后能够通过控制消除所选主导节点的电压偏差，从而保证系统运行的电压稳定性。文献[21]考虑了源荷功率随机性和相关性，实现了主导节点的选取和无功分区的协调优化。文献[22]考虑了系统各节点的功率储备度计算了电气距离量度，通过GIN算法改进AP聚类算法实现了电网的次区域划分与主导节点的选取。有作者通过计算负荷节点的电压稳定指标，确定系统的电压稳定薄弱节点，作为电压稳定主导节点划分得到初始电压稳定关键注入区域，并提出相应的控制策略。上述研究中主导节点的选取方法主要是针对整个系统，通过计算电压稳定性及薄弱性指标来确定主导节点，而对于次区域内的局部电压控制特性研究较少，并且未考虑相邻次区域之间的影响程度，在运行方式变化的条件下难以准确辨识主导节点。
为了克服上述问题，文章提出了一种考虑邻域耦合程度的次区域主导节点优化辨识方法。该方法基于无功源-负荷节点类型转换，构建了电气距离全维扩展矩阵模型，采用层次聚类算法得到电网的次区域划分结果。考虑相邻次区域之间节点电压的影响程度，提出了考虑邻域耦合程度的综合灵敏度指标，根据指标计算结果辨识各次区域的主导节点，通过算例分析验证了所提方法的有效性。
1 电网次区域划分
1 电气距离模型
2 聚类划分
2 考虑邻域耦合的主导节点优化辨识
2.1 综合灵敏度指标
2.2 主导节点辨识方法
2.3 求解流程
3 算例分析
3.1 次区域划分
3.2 主导节点辨识
三 结论
文章提出了一种考虑邻域耦合程度的次区域主导节点优化辨识方法，能够准确辨识电网的电压主导节点，具体如下：
1）全维度电气距离矩阵充分结合了节点功率-电压耦合特性，基于无功源空间快速准确的实现了全网次区域划分，为主导节点的分区辨识提供了便利；
2）主导节点优化辨识指标综合考虑了相邻区域连接节点对本区域主导节点的影响程度，辨识结果更可靠；
3）所提方法适用于不同过载情况、次区域划分变化等场景，辨识结果更可靠，为解决复杂网络无功补偿准确选址问题提供了基础。
结果表明，所提方法通过构建改进的主导节点辨识指标，合理准确的选取了全网各次区域内的电压主导节点，为复杂电网的安全稳定运行提供了有力支撑。
作者简介
郭小龙（1979—），男，正高级工程师，主要从事电力系统分析及运行控制工作。E-mail：951751666@qq.com。
宋朋飞（1980—），男，正高级工程师，主要从事电力系统分析工作。
本文索引
郭小龙，宋朋飞. 考虑邻域耦合程度的次区域主导节点优化辨识方法[J]. 电力电容器与无功补偿，2024，45(6)：83-91.
GUO Xiaolong，SONG Pengfei. Optimal identification of sub-regional dominant node considering the neighbourhood coupling degree[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2024，45(6)：83-91.
功补偿》简介
《电力电容器与无功补偿》是我国电力电容器行业唯一公开发行的科技期刊。以其技术性强、信息快、发行广，在电工行业有着广泛的知名度和影响力。2015年、2018年连续2次入编中文核心期刊。自创刊以来，先后被《中国核心期刊（遴选）数据库》、中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）、《中国学术期刊（光盘版）》、中国期刊全文数据库（CJFD）、知网数据库、万方数据库、重庆维普资讯数据库等收录。《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据规范》首届《CAJ—CD规范》执行优秀期刊奖， 2016、2017年、2018年连续三年获第四届、第五届、第六届陕西省科技期刊优秀期刊奖。2021年获西部科技期刊联盟首届“西牛奖”十佳优秀中文科技期刊奖。
《电力电容器与无功补偿》原名《电力电容器》，1980年创刊。2007年经中华人民共和国新闻出版总署批复，陕西省新闻出版局批准，更名为《电力电容器与无功补偿》。主管、主办单位为中国西电集团有限公司，双月刊，邮发代号：52-13，国际标准连续出版物号为ISSN 1674-1757，国内统一连续出版物号为CN61-1468/TM。国内外公开发行。
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