基于电源分区与短路阻抗距离的电压无功分区方法探讨

【摘 要】利用灵敏度与短路阻抗来分析电气距离，并对电压无功分区进行指导，在定义短路阻抗的基础上，以此形成一个基于短路阻抗的无功电压分区计算方法，并利用短路阻抗距离最短的思路来完成负荷点的分区，从而提高了无功网络的控制效果。

【关键词】分区方法；灵敏度距离；短路阻抗；分层聚类

1 电压无功分区的常见方法

在我国，电力网络的电压控制主要是利用区域化控制，电力网络技术发展，分级管理进入了实际应用中，电压分级的管理主要是利用电气距离进行基准计算，并进行分区计算从而指导区内电压无功的分区参数，其应用的主要是灵敏度矩阵的思路。在分区计算中随着实践也提出了多种计算模式。其中，节点分区顺序主要考虑的是负荷节点分区后电源节点归类的思路，这种方法在实践中不能充分反映无功电源对节点电压的控制强度，有研究提出一种针对电源点先分区，然后再进行负荷点分区的思路，这样就保证负荷点与无功电源在一个电源分区内，可是利用负荷节点进行分区确定电源分区会出现电气距离近的电源节点不在一个分区，也就影响了一个区域内的弱耦合分区。同时负荷节点映射并入到电源分区时出发点只是负荷节点的最近电源，却没有考虑同一个分区内多个无功电源对负荷节点的电压总体影响。所以，后续的研究提出了一种利用无功-电压灵敏度测定电气距离的思路，并利用层次类算法来计算对电源节点的分区距离，保证了电气距离近的无功电源被分配在同一个区域，该方法是基于无功电源对单个负荷点的短路阻抗距离，并利用其最短的原则来实现对负荷节点的映射分区，从而保证负荷点纳入到综合控制的范围内，这就是短路阻抗距离的在电压无功分区中的应用。

2 灵敏度与短路阻抗在电气距离中的应用分析

2.1 电气距离的无功电压灵敏度分析

灵敏度是一个特指反应节点耦合的参数，其可以从某种程度上代表电气节点的距离。在研究中体现的是节点之间的电气距离，因为负荷节点多数节点的有功与无功功率是固定的，所以利用电压-无功灵敏度完全可以体现其单位无功改变对其负荷节点的电压改变程度。在研究中要使其成为测量距离的参数就必须考虑电压源节点常为PV或者平衡状态，所以利用无功-电源灵敏度来分析节点电压的改变对节点无功功率的影响是可行的。在计算中利用无功修正方程来进行分析，其中有关的参数为无功源节点的无功和电压幅值的改变，并将其纳入到灵敏度矩阵中，由此分析各个参数之间与标准节点之间的灵敏度差异，并以此分析其距离改变，同时得出结论，电气距离小则电源电压的改变对无功影响大，此时距离也就最近。

2.2 短路阻抗的应用

在电源利用距离进行分区后，就是对其负荷节点的分区，也就是将电气距离最短应用到划分区域上。此时需要解决的问题就是电源节点与单一负荷之间距离的有效性评估、常规的灵敏度只能代表一个电源节点和一个负荷之间的距离，但是一个分区中会存在多个电源节点，如果仅仅依靠灵敏度来进行实际分区的划分显然不够严谨，也会在划分中出现距离相似而不容易划分的局面，此时就会影响整个区域的电压控制能力，就容易出现负荷节点被并入电气距离相对近区域，但是对其电压的综合控制能力反而差，影响整体管理效果。所以在灵敏度的基础上引入短路阻抗距离的来辅助进行分区。

其思路是在电源内有多个无功电源，其分区数量是n个，这样众多的电源节点就构成了一个节点集合，而短路阻抗的定义就是在负荷节点注入一个电流，其分区中所有的无功电源接地，负荷节点无功电源都是开路，此时节点的电压就可反应其分区中无功电源对节点的距离。引入基本的计算思路后，就可利用数学模型进行节点短路阻抗的分析与归类，以此划定整个管理区域内的负荷节点的无功分区。具体思路为：建立一个节点矩阵，然后假设节点对地短路，删除相应节点的行列从而得到新的矩阵。然后假设某个负荷节点流入电流，其余则为零，此时就可获得相应的电压向量。并利用电压向量获得无功源分区和负荷点之间的短路阻抗。并对另一个节点进行相同的计算，由此获得网络中所有节点的短路阻抗，并利用结果与电气距离之间进行对比与分析，从而获得优化的结果。最终获得的短路阻抗模值则可以作为电气距离划分的依据，模值越小则表示电气距离越小，则其分区内的无功源对负荷节点的控制能力也就越强。这就说明短路阻抗可以准确的对多个无功电源与节点进行综合性的衡量，且其余拓扑网络结果和元件参数有直接关系，而与潮流的改变没有关系。

3 无功节点划分的基本算法分析

在各种分类算法中，针对电网分区可以选择一种层次聚类的算法，在分区中仿真时借助的是最小距离、最大距离、平均距离、中心距离等等，综合给出的距离的类合并效果并利用聚类的方式对整个网络进行优化组合，从而确定分区的数量和距离等，为决策提供基本的思路与方法，这样就完成了基于距离和凝聚的层次算法对无功源点进行分区。在试验分析中，可以利用层次聚类函数对算法进行分析计算，在分析中利用函数的转型，和类聚计算，可以将无功源节点的无功-电压灵敏度距离确定方法与无功源节点的聚类计算的方式进行合并，然后根据合并距离的曲线变化来确定相关无功源节点的合理分区。

4 基于短路阻抗的映射分区的算法分析

虽然在以往的研究中，利用的是一种简单的负荷节点映射分区的思路，将负荷节点映射纳入到无功源分区中，以此形成应最小电气距离的原则。也就是在分区中将负荷节点归纳到与其距离最近的无功源节点所在的分区之内，从而完成分区，其有一定的不合理性，而利用短路阻抗的划分方法，主要是对电气距离的定义发生了改变，也就是利用短路阻抗来确定最合理的距离，从而体现无功源分区对节点的综合性控制的效果。所以上述提出的利用短路阻抗参数构成的数学模型，可以有效的完成对无功源分区。

5 结束语

综合的看，利用短路阻抗计算分析电气距离可以有效的提高负荷节点划分的合理性，其中所产生的电气距离不依赖与电网的潮流状况，可以使得分区结果更加有利于对网络的管理。多个无功电源和负荷时，阻抗距离可以充分的保证区分内的协同控制效果，基于短路阻抗距离的负荷节点映射分区算法也可保证区域内部电源对符合的控制效果提升，在某市电网上，利用短路阻抗进行无功电压分区的测试，其划分的结果与现场调度人员的经验调度经验是基本吻合的，这就说明该方法可以应用到实践中，并可以确保良好的分区效果。

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