电力网络的无功分区初步划分
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摘要：基于潮流追踪方法，对电力系统的无功优化进行了研究，提出了独特的无功补偿和电网无功分区方法，并对其进行了详细的阐述，指出了该方法可以有效改善电力系统无功传输和降低有功网损，具有一定发的实用价值。
中图分类号: TU98文献标识码：A文章编号：T2012-02（03）9861
无功分区需要保证区域内强祸合，区域间弱祸合，尽可能减少相邻子区域间电压控制的相互影响，由系统状态图的划分过程可以知，用O表示的单一发电机 供电区域内部的祸合程度是较强的，在形成系统初步无功分区的过程中，这些区域均可以作为一个整体，成为无功分区的一部分。不同供电区域之间的支路上流动的潮流可以作为不同供电区域之间祸合程度强弱的判断标志。无功潮流很小的支路作为不同无功分区的边界。这样，系统就可以初步分成若干个无功分区。
在系统状态图的计算过程中，有可能会行成某些孤立节点，这类节点的特点是等效的充电功率较大，会向两个或以上供电区域注入无功功率。对这类节点的处理方法是将其作为一种特殊的单一发电机供电区域，在系统状态图的形成和初步无功分区的划分中与单一发电机供电区域同等对待。
调整分区：对实际系统进行分区时，每个分区的大小应适中，过大不易控制，过小则无实际意义，且会影响系统整体性能。故经过系统状态图计算获得的分区结果需要再进行调整，调整的方法是将包含多个发电机节点的分区再进行细划，选择多个发电机 供电区域的交叉部分(即多发电机供电区域)中无功潮流较小的支路作为新的分 区边界。这样，就完成了一个电力网络的无功分区工作，在以上各个步骤中，划分发电机供电区域保证了分区内部之间的祸合强度以及发电机对区域内部节点的无功控制能力，最后调整分区合理的控制了系统各个分区的 规模以及分区数，负荷电网分区控制的要求。
基于模糊聚类的分区方法主要考虑发电机对节点电压的控制能力， 而本文中的方法主要以发电机无功传输范围，两者有不同的侧重点，因而具体的分区结果稍有不同。两种方法分区结果的相似从另一侧面证明文中提出的方法是有效的。本节提出的分区方法基于潮流追踪结果，利用图论知识对系统进行分区，无需进行特征值分析，计算简单，与传统方法比较证明该分区方法是有效的。
无功优化及无功分区是近代电力系统研究的重要课题，本文在总结前人研究成果的基础上，对潮流追踪算法在电力系统无功优化、无功分区中的应用进行了较为深入的研究，并取得了一些具有实用价值的成果。
1）初步分析了电力系统无功功率的传输路径和无功的分层分布，验证了无功功率传输的局部性。
在交流潮流的基础上，将有损网络等效成无损网络，将有功、无功解祸形成无损的有功功率有向图和无损的无功功率有向图，应用图论方法获得负荷无功功率的传输路径，然后按比例分配原则进行功率跟踪，借用同心松弛基本思想，将无功功率分布与同心松弛中的同心层概念相结合，讨论了输电网无功功率无功分层分布的特点，以实际算例说明，在输电网络中，负荷节点的无功功率大部分来源于第一层无功源，无功功率一般不会远距离传输。
2）根据无功传输路径以及无功流动与支路网损的关系，定义了网损分摊系数，并以此为基础，完整的建立了一套无功补偿的方法。以负荷节点的无功传输路径为基础，结合无功流动与支路有功网损的关系，定义了节点的有功网损分摊系数PLAC，进而根据系数的大小选择无功补偿点；推导了网损分摊系数对负荷无功功率的近似表达式，结合网损优化的近似模型，导出了各补偿点最优补偿容量的计算公式，完整的建立了基于潮流追踪方法的无功补偿点和补偿容量确定的方法，该方法可以有效的改善电力系统无功传输和降低有功网损。
提出了与之对偶的无功网损分摊系数QLAC，基于QLAC的无功补偿方法在改善无功传输和提 高系统静态稳定方面有较好的表现。通过IEEE39节点测试系统，验证了所提方法的有效性。本文提出的网损分摊系数，物理概念清晰，计算便捷，据此进行的无功补偿对改善无功分布和降低网损、提高静态稳定性方面有较好的效果，故具有一定的实用价值。
3)基于各个节点之间无功流动的祸合关系，结合复杂网络社团结构特点， 提出由下而上逐渐聚合的电力系统无功分区方法。基于无功源节点对各个节点注 入无功的贡献比例，定义系统节点之间的无功祸合度矩阵，提出了一种电力系统 无功分区的新算法，基于复杂网络社团结构特点，借鉴模块度的概念，构建了分区聚合指标，并据此进行分区聚合，有效的解决电力系统无功分区问题。所提方法避开了电气距离求解的繁琐过程，在分区聚合过程中，基于复杂网络研究的最新进展，引入了系统模块度的定义，作为分区合并和确定最优分区数目的一个依据，确保各个区内部的无功平衡。
4）依据无功潮流分布状态和网络拓扑结构，来确定发电机的供电区域，并根据各个区域之间的祸合关系进行无功分区的划分。该算法根据网络拓扑结构和无 功潮流分布状态，对电力网络进行简化，划分不同的发电机供电范围，确定系统状态图，根据不同供电区域之间的祸合程度对系统进行分区。该分区方法基于潮流追踪结果，利用图论知识对系统进行分区，无需进行特征值分析，计算简单，分区结果满足划分无功分区的要求。
在此要指出的是，这一领域中还有很多的工作有待进一步研究:其一，本文所提无功补偿方法未考虑节点电压约束，如何从无功传输路径角度予以考虑，并在方法中计及无功补偿投资及运行成本，是需要关注的。其二，本文未能在无功补偿方法中加入考虑变压器变比调整、发电机调压，如何将变压器变比的调整、发电机调压加入到所提方法也是值得注意的。其三，本文提出的无功补偿方法和无功分区方法均是以潮流追踪为基础，通过对负荷节点无功来源的分析进行的，如何从发电机节点出发，分析发电机无功、 电压变化对系统的影响，进而确定发电机电压、无功调整方案，实现主动控制，最终形成以潮流追踪为基础，集合无功补偿、发电机电压控制、无功分区为一体的无功优化方法是一个非常值得研究的重要课题。
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