一种大区电网与省级电网的协调电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种大区电网与省级电网的协调电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。

背景技术

自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段，其基本原理是通过协调控制发电机无功出力、变压器分接头和无功补偿设备，实现电网内无功电压的合理分布。

AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，这要求其必须与电力系统本身的调度管理体制保持一致。我国互联电网规模十分庞大，其运行由分层分区的多级调度机构来负责管理，大区电网控制中心、省级电网控制中心和地区电网控制中心是其中比较有代表性的三个调度级别。通常情况下，大区电网控制中心负责管理跨省的500kV联络输电网，省级电网控制中心负责管理省内500/220kV输电网，地区电网控制中心负责管理地区内110/10kV配电网。

在自动电压控制方面，国内外已有一些研究成果。本申请人曾经提出过专利申请号为200510098527.3，名称为“电力系统中基于软分区的电压控制方法”的相关方法，其原理是通过基于软分区的协调二级电压控制(以下简称CSVC法)方法，根据电网结构的变化，自适应给出当前状态下的系统分区方案，其目标函数如下：

$$ >>>min>>\Delta Q>g>>>\{>>W>p>>>>|>|>a>·>>(>>V>p>>-sup>>V>P>refsup>>)>>+>>C>g>>\Delta >>Q>q>>|>|>>2>>+>>W>q>>>>|>|>>>>Q>g>>+>\Delta >>Q>g>>-sup>>Q>g>minsup>>>sup>>Q>g>maxsup>>-sup>>Q>g>minsup>>>>|>|>>2>>\}>->->->>(>1>)>>>$$

式中，ΔQ_g表示受控发电机无功出力的调节量(控制量)；Q_g、Q_g^min和Q_g^max分别表示受控发电机无功当前值、下限和上限；V_p和V_p^ref表示中枢母线当前电压和设定电压；W_p和W_q为权重系数，α为增益系数；C_g为中枢母线电压对受控发电机无功的灵敏度。其中，Q_g、V_p为实时采集量；V_p^ref为已知量，由其它优化环节给出；α、W_p、W_q为已知量，由控制经验给定；Q_g^min、Q_g^max为已知量，可直接取得；C_g为已知量，通过灵敏度计算得到；控制量ΔQ_g通过求解该CSVC数学模型得到。

目标函数式(1)的第一项表示控制后中枢母线电压与设定值之间的偏差最小，目标函数式(1)的第二项表示的是控制后发电机的无功出力比例，对于某台发电机，该比例越小，说明该发电机的无功裕度越大，而以平方和的形式出现在目标函数中，将促使各台发电机向无功出力更均衡的方向发展，有利于提高电网的电压稳定性。完整的CSVC数学模型要求在满足安全约束条件的情况下来求解式(1)的极小化问题，这些约束包括：

$$ >>|>>C>vg>>·>\Delta >>Q>g>>|>\le >\Delta sup>>V>H>maxsup>>->->->>(>2>)>>>$$

$$ >sup>>V>H>minsup>>\le >>V>H>>+>>C>vg>>·>\Delta >>Q>g>>\le sup>>V>H>maxsup>>->->->>(>3>)>>>$$

$$ >sup>>V>p>minsup>>\le >>V>p>>+>>C>g>>·>\Delta >>Q>g>>\le sup>>V>p>maxsup>>->->->>(>4>)>>>$$

$$ >sup>>Q>g>minsup>>\le >>Q>g>>+>\Delta >>Q>g>>\le sup>>Q>g>maxsup>>->->->>(>5>)>>>$$

式中，V_p、V_p^min和V_p^max分别表示中枢母线电压当前值、下限和上限；Q_g、Q_g^min和Q_g^max分别表示受控发电机无功当前值、下限和上限；V_H、V_H^min、V_H^max和ΔV_H^max分别表示受控发电机高压侧母线电压的当前值、下限、上限和允许的单步最大调整量；C_vg为受控发电机高压侧母线电压对发电机无功的灵敏度。

为了防止控制操作对电网造成过大的波动，因此在每一步控制中都对控制步长有严格的限制，这正是通过约束条件式(2)加以实现的，其物理含义是控制后V_H的调整量要小于允许的单步最大调整量ΔV_H^max。约束条件式(3)和(4)保证了控制后不会导致V_p和V_H产生越限，对于其他一些比较重要的母线电压也可以类似的添加到约束条件中。约束条件式(5)保证了控制后发电机的无功出力不会越限。

如前面所述，在CSVC数学模型的构造中都需要计算灵敏度。孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19 N4，pp.9-13)中提出了准稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器(AVR)时，可认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节(AQR)或自动功率因数调节(APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。在潮流模型下，设PQ节点和PV节点个数分别为N_PQ和N_PV，状态量x是PQ节点的电压幅值$$ >>>V>PQ>>\in >>R>>N>PQ>>>,>>$$控制变量u＝[Q_PQ V_PV T_k]^T，其中$$ >>>Q>PQ>>\in >>R>>N>PQ>>>>$$是PQ节点的无功注入，$$ >>>V>PV>>\in >>R>>N>PV>>>>$$是PV节点的电压幅值，$$ >>>T>k>>\in >>R>>N>T>>>>$$是变压器变比，重要的依从变量h＝[Q_b Q_PV]^T，其中Q_b∈R^b是支路无功潮流，$$ >>>Q>PV>>\in >>R>>N>PV>>>>$$是PV节点的无功注入。这时，有无功潮流模型：

Q_PQ(V_PQ，V_PV，T_k)＝0                     (6)

Q_b＝Q_b(V_PQ，V_PV，T_k)                     (7)

Q_PV＝Q_PV(V_PQ，V_PV，T_k)                   (8)

可得准稳态无功类灵敏度的计算公式见表1。

表1准稳态的无功类灵敏度S_(x，h)u的计算公式

其中$$ >>>S>>>V>PQ>>>Q>PQ>>>>=>->>>[>>>\partial >>Q>PQ>>>>\partial >>V>PQ>>>>]>>>->1>>>,>>$$上表中的所有量都可以直接对潮流模型(6)-(8)的雅可比矩阵求逆得到。

中国电网是一个复杂的互联网络，由多级控制中心分级分区对其进行控制。网省地三级电网在物理上互联一体，但是调度管理上分层分区，这给全局电网的无功优化控制带来了极大困难。针对各级电网的独立控制方法，相互之间缺乏有效协调。事实上，由于各级电网之间互相影响，传统的独立控制方法存在很大局限性，例如：由于只能观测部分500kV电网，如果缺乏网调的全局协调，省调自身难以做到无功的分层分区平衡，难以显著降低网损。随着自动电压控制系统在各级电网中的普遍推广，由于各自动电压控制系统的控制目标不一致、控制信息不共享、控制操作不同步，从而引发控制系统之间的冲突和过调等问题，最终导致控制频繁动作，并显著降低了控制品质。上述的已有电压控制系统都是集中在单个控制中心中，针对直控电网进行无功电压闭环控制，都没有解决大区电网和省级电网控制中心AVC系统间的协调控制问题，从而难以实现大区电网的全局意义上的无功电压最优分布。

发明内容

本发明的目的是提出一种大区电网与省级电网的协调电压控制方法，通过在上下级控制中心(大区电网控制中心和省级电网控制中心)之间实现协调电压控制以实现大区电网和省级电网之间的全局最优无功电压控制。

本发明提出的大区电网与省级电网的协调电压控制方法，包括以下步骤：

(1)选择大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压X_V、省级电网之间联络线上的无功功率X_Q或省级电网之间联络线上的功率因数X_F中的任何一种或几种作为大区电网与省级电网之间的协调变量矢量；

(2)建立大区电网最优潮流模型如下：

$$ >>min>f>=>>P>Loss>>=>>\Sigma >>>(>i>,>j>)>>\in >NL>>>>(>>P>ij>>+>>P>ji>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>>Q>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gi>>->>P>Di>>->>V>i>>>\Sigma >>j>\in >I>>>>V>j>>>(>>G>ij>>cos>>\theta >ij>>+>>B>ij>>sin>>\theta >ij>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gi>>->>Q>Di>>->>V>i>>>\Sigma >>j>\in >I>>>>V>j>>>(>>G>ij>>sin>>\theta >ij>>->>B>ij>>cos>>\theta >ij>>)>>=>0>>>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>,>>\theta >s>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>>Q>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gi>min>>>\le >>Q>Gi>>\le >>Q>>Gi>max>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>>>>>>V>>i>min>>>\le >>V>i>>\le >>V>>i>max>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>>>>>>\end{array}$$

上式中，NB为所述大区电网内所有节点集合，NL为所述大区电网内所有支路集合，目标函数中P_Loss为所述大区电网的有功传输损耗总加，P_ij和P_ji为所述大区电网内第i节点至第j节点的支路(i，j)两端的有功潮流，Q′(x)为所述大区电网的潮流方程，Q″(x)为表征所述大区电网安全和优质的不等式约束族，P_Gi和Q_Gi分别为所述NB内节点i的有功和无功发电输出功率，P_Di和Q_Di分别为所述NB内节点i的有功负荷和无功负荷，V_i和V_j为所述NB内节点i和j的电压幅值，G_ij、B_ij和θ_ij分别为所述NB内节点i与节点j之间的电导、电纳和相角差，Q_Gimin和Q_Gimax分别为所述内节点i的无功发电的下限和上限，V_imin和V_imax分别为所述NB内节点i的电压幅值下限和上限；

求解上述最优潮流模型，得到所述大区电网内各节点的状态量i＝1，…，NB，其中和为节点i的电压幅值和相角；

(3)根据上述大区电网内各节点的状态量，求解大区电网与各省级电网之间的协调变量的设定值矢量和

对于大区电网与省级电网分界处枢纽节点中的第n个枢纽节点电压的设定值按以下公式求解：其中a为第n个枢纽节点在节点集合NB中的序号，

对于省级电网之间联络线中第m个联络线上无功功率按以下公式求解：$$ >\begin{array}{}>>>ver>>\theta >^>>he>>=>ver>>\theta >^>>h>>->ver>>\theta >^>>e>>>>>sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>>(>>G>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>->>B>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>>>\end{array}$$其中h、e分别为第m个联络线的首末端节点在NB中的序号，

对于省级电网之间联络线中第m个联络线上功率因数按以下公式求解：

$$ >\begin{array}{}>>>ver>>\theta >^>>he>>=>ver>>\theta >^>>h>>->ver>>\theta >^>>e>>>>>sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>>(>>G>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>->>B>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>>sup>ver>>X>^>>>P>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>(>>G>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>+>>B>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>sup>ver>>X>^>>>F>m>>refsup>>=sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>/sup>ver>>X>^>>>P>m>>refsup>>>>>>\end{array}$$

其中h、e分别为第m个联络线的首末端节点在NB中的序号；

(4)所述大区电网的控制中心将上述得到的大区电网与各省级电网之间协调变量的设定值矢量和通过广域通信网下发给所述各省级电网的控制中心；

(5)各省级电网控制中心接收上述大区电网与各省级电网之间的协调变量的设定值矢量和并将接收的设定值矢量加入到省级电网控制中心的电压控制模型中，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符。

上述方法的步骤(5)中，当省级电网控制中心的电压控制模型为如下的最优潮流模型时：

$$ >>min>f>=sup>>P>Loss>\prime sup>>=>>\Sigma >>>(>k>,>l>)>>\in >>NL>\prime >>>>>(>>P>kl>>+>>P>lk>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>ver>>Q>‾>>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gk>>->>P>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>cos>>\theta >kl>>+>>B>kl>>sin>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gk>>->>Q>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>sin>>\theta >kl>>->>B>kl>>cos>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>,sup>>\theta >s>\prime sup>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gk>min>>>\le >>Q>Gk>>\le >>Q>>Gk>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>>V>>k>min>>>\le >>V>k>>\le >>V>>k>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>.>>\end{array}$$

上式中，NB′为所述省级电网内所有节点集合，NL′为所述省级电网内所有支路集合，目标函数中P_Loss′为所述省级电网的有功传输损耗总加，P_kl和P_lk为所述省级电网内第k节点至第l节点的支路(k，l)两端的有功潮流，Q′(x)为所述省级电网的潮流方程，Q″(x)为表征所述省级电网安全和优质的不等式约束族，P_Gk和Q_Gk分别为所述NB′内节点k的有功和无功发电输出功率，P_Dk和Q_Dk分别为所述NB′内节点k的有功负荷和无功负荷，V_k和V_l为所述NB′内节点k和l的电压幅值，G_kl、B_kl和θ_kl分别为所述NB′内节点k与节点l之间的电导、电纳和相角差，Q_Gkmin和Q_Gkmax分别为所述NB′内节点k的无功发电的下限和上限，V_kmin和V_kmax分别为所述NB′内节点k的电压幅值下限和上限；

按照如下方法增加约束条件，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符：

$$ >>min>f>=sup>>P>Loss>\prime sup>>=>>\Sigma >>>(>k>,>l>)>>\in >>NL>\prime >>>>>(>>P>kl>>+>>P>lk>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>ver>>Q>‾>>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gk>>->>P>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>cos>>\theta >kl>>+>>B>kl>>sin>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gk>>->>Q>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>sin>>\theta >kl>>->>B>kl>>cos>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>,sup>>\theta >s>\prime sup>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gk>min>>>\le >>Q>Gk>>\le >>Q>>Gk>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>>V>>k>min>>>\le >>V>k>>\le >>V>>k>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>.>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>sup>ver>>X>^>>V>refsup>>-sup>ver>>X>^>>V>thsup>>\le >>X>V>>\le sup>ver>>X>^>>V>refsup>>+sup>ver>>X>^>>V>thsup>>>>>sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>-sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>\le >>X>Q>>\le sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>+sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>>>>sup>ver>>X>^>>F>refsup>>-sup>ver>>X>^>>F>thsup>>\le >>X>F>>\le sup>ver>>X>^>>F>refsup>>+sup>ver>>X>^>>F>thsup>>>>>>>\end{array}$$

其中Q(x)为对应大区电网与各省级电网之间协调变量设定值矢量的不等式约束族，分别为大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压的控制阈值、省级电网之间联络线上的无功功率的控制阈值以及省级电网之间联络线上功率因数的控制阈值。

上述方法的步骤(5)中，当省级电网控制中心的电压控制模型为如下的二次规划模型时：

$$ >>>min>u>>f>>(>x>,>u>)>>>$$

s.t.g(x，u)＝0

    h(x，u)≥0

其中x和u分别表示状态变量和控制变量，f(x，u)为目标函数，g(x，u)为等式约束，h(x，u)为不等式约束，

按照如下方法在目标函数中增加协调变量与设定值之间的偏差最小目标，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符：

$$ >>>min>u>>f>>(>x>,>u>)>>+sup>>>|>|>>X>V>>+>>C>V>>u>-sup>ver>>X>^>>V>refsup>>|>|>>2>2sup>>+sup>>>|>|>>X>Q>>+>>C>Q>>u>-sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>|>|>>2>2sup>>+sup>>>|>|>>X>F>>+>>C>F>>u>-sup>ver>>X>^>>F>refsup>>|>|>>2>2sup>>>$$

s.t.g(x，u)＝0

    h(x，u)≥0

其中C_V、C_Q、C_F为灵敏度矩阵。

本发明提出的大区电网与省级电网的协调电压控制方法，其优点是实现了运行在多控制中心的网调AVC系统和省调AVC系统之间的分解协调控制。本方法选择枢纽节点电压和联络线无功等特征量作为上下级无功控制的协调变量，通过上级电网的无功优化，实时计算出下级电网中协调变量的最优设定值，该设定值通过广域通信下发到下级电网，在下级电网的协调控制决策中，除了满足本级电网的控制目标外，还实时跟踪由上级电网给出的协调变量的最优设定值。通过本方法，可以将目前孤立在网调控制中心和省调控制中心的AVC系统协调起来，在整个大区电网的全局范围内实现最优的无功电压分布，从而有效降低网损，提高电网的电压安全水平。

具体实施方式。

本发明提出的大区电网与省级电网的协调电压控制方法，包括以下步骤：

(1)选择大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压X_V、省级电网之间联络线上的无功功率X_Q或省级电网之间联络线上的功率因数X_F中的任何一种或几种作为大区电网与省级电网之间的协调变量矢量；

(2)建立大区电网最优潮流模型如下：

$$ >>min>f>=>>P>Loss>>=>>\Sigma >>>(>i>,>j>)>>\in >NL>>>>(>>P>ij>>+>>P>ji>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>>Q>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gi>>->>P>Di>>->>V>i>>>\Sigma >>j>\in >I>>>>V>j>>>(>>G>ij>>cos>>\theta >ij>>+>>B>ij>>sin>>\theta >ij>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gi>>->>Q>Di>>->>V>i>>>\Sigma >>j>\in >I>>>>V>j>>>(>>G>ij>>sin>>\theta >ij>>->>B>ij>>cos>>\theta >ij>>)>>=>0>>>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>,>>\theta >s>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>>Q>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gi>min>>>\le >>Q>Gi>>\le >>Q>>Gi>max>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>>>>>>V>>i>min>>>\le >>V>i>>\le >>V>>i>max>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>>>>>>\end{array}$$

上式中，NB为所述大区电网内所有节点集合，NL为所述大区电网内所有支路集合，目标函数中P_Loss为所述大区电网的有功传输损耗总加，P_ij和P_ji为所述大区电网内第i节点至第j节点的支路(i，j)两端的有功潮流，Q′(x)为所述大区电网的潮流方程，Q″(x)为表征所述大区电网安全和优质的不等式约束族，P_Gi和Q_Gi分别为所述NB内节点i的有功和无功发电输出功率，P_Di和Q_Di分别为所述NB内节点i的有功负荷和无功负荷，V_i和V_j为所述NB内节点i和j的电压幅值，G_ij、B_ij和θ_ij分别为所述NB内节点i与节点j之间的电导、电纳和相角差，Q_Gimin和Q_Gimax分别为所述内节点i的无功发电的下限和上限，V_imin和V_imax分别为所述NB内节点i的电压幅值下限和上限；

求解上述最优潮流模型，得到所述大区电网内各节点的状态量i＝1，…，NB，其中和为节点i的电压幅值和相角；

(3)根据上述大区电网内各节点的状态量，求解大区电网与各省级电网之间的协调变量的设定值矢量和

对于大区电网与省级电网分界处枢纽节点中的第n个枢纽节点电压的设定值按以下公式求解：$$ >sup>ver>>X>^>>>V>n>>refsup>>=>ver>>V>^>>a>>,>>$$其中a为第n个枢纽节点在节点集合NB中的序号，

对于省级电网之间联络线中第m个联络线上无功功率按以下公式求解：$$ >\begin{array}{}>>>ver>>\theta >^>>he>>=>ver>>\theta >^>>h>>->ver>>\theta >^>>e>>>>>sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>>(>>G>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>->>B>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>>>\end{array}$$其中h、e分别为第m个联络线的首末端节点在NB中的序号，

对于省级电网之间联络线中第m个联络线上功率因数按以下公式求解：

$$ >\begin{array}{}>>>ver>>\theta >^>>he>>=>ver>>\theta >^>>h>>->ver>>\theta >^>>e>>>>>sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>>(>>G>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>->>B>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>>sup>ver>>X>^>>>P>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>(>>G>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>+>>B>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>sup>ver>>X>^>>>F>m>>refsup>>=sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>/sup>ver>>X>^>>>P>m>>refsup>>>>>>\end{array}$$

其中h、e分别为第m个联络线的首末端节点在NB中的序号；

(4)所述大区电网的控制中心将上述得到的大区电网与各省级电网之间协调变量的设定值矢量和通过广域通信网下发给所述各省级电网的控制中心；

(5)各省级电网控制中心接收上述大区电网与各省级电网之间的协调变量的设定值矢量和并将接收的设定值矢量加入到省级电网控制中心的电压控制模型中，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符。

上述方法的步骤(5)中，当省级电网控制中心的电压控制模型为如下的最优潮流模型时：

$$ >>min>f>=sup>>P>Loss>\prime sup>>=>>\Sigma >>>(>k>,>l>)>>\in >>NL>\prime >>>>>(>>P>kl>>+>>P>lk>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>ver>>Q>‾>>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gk>>->>P>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>cos>>\theta >kl>>+>>B>kl>>sin>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gk>>->>Q>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>sin>>\theta >kl>>->>B>kl>>cos>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>,sup>>\theta >s>\prime sup>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gk>min>>>\le >>Q>Gk>>\le >>Q>>Gk>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>>V>>k>min>>>\le >>V>k>>\le >>V>>k>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>.>>\end{array}$$

上式中，NB′为所述省级电网内所有节点集合，NL′为所述省级电网内所有支路集合，目标函数中P_Loss′为所述省级电网的有功传输损耗总加，P_kl和P_lk为所述省级电网内第k节点至第l节点的支路(k，l)两端的有功潮流，Q′(x)为所述省级电网的潮流方程，Q″(x)为表征所述省级电网安全和优质的不等式约束族，P_Gk和Q_Gk分别为所述NB′内节点k的有功和无功发电输出功率，P_Dk和Q_Dk分别为所述NB′内节点k的有功负荷和无功负荷，V_k和V_l为所述NB′内节点k和l的电压幅值，G_kl、B_kl和θ_kl分别为所述NB′内节点k与节点l之间的电导、电纳和相角差，Q_Gkmin和Q_Gkmax分别为所述NB′内节点k的无功发电的下限和上限，V_kmin和V_kmax分别为所述NB′内节点k的电压幅值下限和上限；

按照如下方法增加约束条件，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符：

$$ >>min>f>=sup>>P>Loss>\prime sup>>=>>\Sigma >>>(>k>,>l>)>>\in >>NL>\prime >>>>>(>>P>kl>>+>>P>lk>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>ver>>Q>‾>>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gk>>->>P>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>cos>>\theta >kl>>+>>B>kl>>sin>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gk>>->>Q>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>sin>>\theta >kl>>->>B>kl>>cos>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>,sup>>\theta >s>\prime sup>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gk>min>>>\le >>Q>Gk>>\le >>Q>>Gk>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>>V>>k>min>>>\le >>V>k>>\le >>V>>k>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>.>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>sup>ver>>X>^>>V>refsup>>-sup>ver>>X>^>>V>thsup>>\le >>X>V>>\le sup>ver>>X>^>>V>refsup>>+sup>ver>>X>^>>V>thsup>>>>>sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>-sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>\le >>X>Q>>\le sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>+sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>>>>sup>ver>>X>^>>F>refsup>>-sup>ver>>X>^>>F>thsup>>\le >>X>F>>\le sup>ver>>X>^>>F>refsup>>+sup>ver>>X>^>>F>thsup>>>>>>>\end{array}$$

其中Q(x)为对应大区电网与各省级电网之间协调变量设定值矢量的不等式约束族，分别为大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压的控制阈值、省级电网之间联络线上的无功功率的控制阈值以及省级电网之间联络线上功率因数的控制阈值。

上述方法的步骤(5)中，当省级电网控制中心的电压控制模型为如下的二次规划模型时：

$$ >>>min>u>>f>>(>x>,>u>)>>>$$

s.t.g(x，u)＝0

    h(x，u)≥0

其中x和u分别表示状态变量和控制变量，f(x，u)为目标函数，g(x，u)为等式约束，h(x，u)为不等式约束，

按照如下方法在目标函数中增加协调变量与设定值之间的偏差最小目标，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符：

$$ >>>min>>\Delta >>Q>g>>>>\{>>W>p>>>>|>|>a>·>>(>>V>p>>-sup>>V>p>refsup>>)>>+>>C>g>>\Delta >>Q>g>>|>|>>2>>+>>W>q>>>>|>|>>>>Q>g>>+>\Delta >>Q>g>>-sup>>Q>g>minsup>>>sup>>Q>g>maxsup>>-sup>>Q>g>minsup>>>>|>|>>2>>+>>>|>|>>X>V>>+>>C>V>>\Delta >>Q>g>>-sup>ver>>X>^>>V>refsup>>|>|>>2>>+>>>|>|>>X>Q>>+>>C>Q>>\Delta >>Q>g>>-sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>|>|>>2>>\}>>$$

s.t.g(x，u)＝0

    h(x，u)≥0

其中C_V、C_Q、C_F为灵敏度矩阵。

以下是本发明方法的一个实施例。

本发明实施例所涉及的大区电网主要指500kV电压等级电网，省级电网主要指220kV电压等级电网，大区电网中与省级电网交界处的部分500kV枢纽节点由省级电网控制中心控制：

步骤一、选择协调变量：本例中选择大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压X_V和省级电网之间联络线上的无功功率X_Q作为协调变量。本例中未选择省级电网之间联络线上的功率因数X_F作为协调变量，即X_F＝0；

步骤二、建立大区电网最优潮流模型如下：

建立大区电网最优潮流模型如下：

$$ >>min>f>=>>P>Loss>>>=>>\Sigma >>>(>i>,>j>)>>\in >NL>>>>(>>P>ij>>+>>P>ji>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>>Q>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gi>>->>P>Di>>->>V>i>>>\Sigma >>j>\in >I>>>>V>j>>>(>>G>ij>>cos>>\theta >ij>>+>>B>ij>>sin>>\theta >ij>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gi>>->>Q>Di>>->>V>i>>>\Sigma >>j>\in >I>>>>V>j>>>(>>G>ij>>sin>>\theta >ij>>->>B>ij>>cos>>\theta >ij>>)>>=>0>>>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>,>>\theta >s>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>>Q>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gi>min>>>\le >>Q>Gi>>\le >>Q>>Gi>max>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>>>>>>V>>i>min>>>\le >>V>i>>\le >>V>>i>max>>>>>i>=>1>,>·>·>·>,>NB>>>>>>\end{array}$$

用常规的交叉逼近算法或内点法求解上述最优潮流模型，得到所述大区电网内各节点的状态量i＝1，…，NB，其中和为节点i的电压幅值和相角；

上述计算是在大区电网控制中心的三级电压控制环节实现的，其控制周期为小时级。

步骤三、根据上述大区电网内各节点的电压幅值和相角，求解大区电网与各省级电网之间的协调变量的设定值矢量

对于大区电网与省级电网分界处枢纽节点中的第n个枢纽节点电压的设定值按以下公式求解：$$ >sup>ver>>X>^>>>V>n>>refsup>>=>ver>>V>^>>a>>,>>$$其中a为第n个枢纽节点在节点集合NB中的序号，

对于省级电网之间联络线中第m个联络线上无功功率按以下公式求解：$$ >\begin{array}{}>>>ver>>\theta >^>>he>>=>ver>>\theta >^>>h>>->ver>>\theta >^>>e>>>>>sup>ver>>X>^>>>Q>m>>refsup>>=>ver>>V>^>>h>>ver>>V>^>>e>>>(>>G>he>>sin>ver>>\theta >^>>he>>->>B>he>>cos>ver>>\theta >^>>he>>)>>>>>>\end{array}$$其中h、e分别为第m个联络线的首末端节点在NB中的序号，

步骤四、大区电网控制中心将上述得到的大区电网与各省级电网之间协调变量的设定值矢量通过广域通信网下发给各省级电网控制中心。目前大区电网控制中心与省级电网控制中心之间的能量管理系统通信已经有成熟的通道和规约，因此只需要在现有通道基础上，分别在大区电网控制中心和省级电网控制中心增加AVC服务器和能量管理系统之间的数据交换即可。

步骤五、省级电网控制中心接收上述大区电网与各省级电网之间的协调变量的设定值矢量并将接收的设定值矢量加入到省级电网控制中心的电压控制模型中，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符。

本例中假设大区电网内包括两个省级电网控制中心A和B，其中省级电网控制中心A的电压控制模型为如下的最优潮流模型：

$$ >>min>f>=sup>>P>Loss>\prime sup>>=>>\Sigma >>>(>k>,>l>)>>\in >>NL>\prime >>>>>(>>P>kl>>+>>P>lk>>)>>>$$

$$ >>s>.>t>.>ver>>Q>‾>>\prime >>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>P>Gk>>->>P>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>cos>>\theta >kl>>+>>B>kl>>sin>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>>Q>Gk>>->>Q>Dk>>->>V>k>>>\Sigma >>l>\in >K>>>>V>l>>>(>>G>kl>>sin>>\theta >kl>>->>B>kl>>cos>>\theta >kl>>)>>=>0>>>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>,sup>>\theta >s>\prime sup>>=>0>>>>>>>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>>>Q>>Gk>min>>>\le >>Q>Gk>>\le >>Q>>Gk>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>>V>>k>min>>>\le >>V>k>>\le >>V>>k>max>>>>>k>=>1>,>·>·>·>,>N>>B>\prime >>>>>>.>>\end{array}$$

$$ >>ver>>Q>‾>>>\prime >\prime >\prime >>>>(>x>)>>=>\begin{array}{}>>sup>ver>>X>^>>V>refsup>>-sup>ver>>X>^>>V>thsup>>\le >>X>V>>\le sup>ver>>X>^>>V>refsup>>+sup>ver>>X>^>>V>thsup>>>>>sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>-sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>\le >>X>Q>>\le sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>+sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>>>>>>\end{array}$$

一个典型的参数为$$ >sup>ver>>X>^>>V>thsup>>=>2.0>kV>,>>$$$$ >sup>ver>>X>^>>Q>thsup>>=>20>MVar>.>>$$

上式在基本的最优潮流模型基础上，增加了约束条件组Q(x)，分别表示大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压X_V应当保持在网调控制中心给出的协调变量设定值附近(正负不超过控制阈值)，省级电网之间联络线上的无功功率X_Q应该保持在网调控制中心给出的协调变量设定值附近(正负不超过控制阈值)。

省级电网控制中心A通过把大区电网下发的协调变量设定值作为约束条件考虑，可以保证优化后大区电网与省级电网交界处的500kV电网的无功电压分布接近于大区电网侧所期望的最优分布。

省级电网控制中心B的电压控制模型为如下的协调二级电压控制(CSVC)模型，其目标函数为：

$$ >>>min>>\Delta >>Q>g>>>>\{>>W>p>>>>|>|>a>·>>(>>V>p>>-sup>>V>p>refsup>>)>>+>>C>g>>\Delta >>Q>g>>|>|>>2>>+>>W>q>>>>|>|>>>>Q>g>>+>\Delta >>Q>g>>-sup>>Q>g>minsup>>>sup>>Q>g>maxsup>>-sup>>Q>g>minsup>>>>|>|>>2>>+>>>|>|>>X>V>>+>>C>V>>\Delta >>Q>g>>-sup>ver>>X>^>>V>refsup>>|>|>>2>>+>>>|>|>>X>Q>>+>>C>Q>>\Delta >>Q>g>>-sup>ver>>X>^>>Q>refsup>>|>|>>2>>\}>>$$

其中C_V、C_Q分别为受控发电机无功出力的调节量ΔQ_g对大区电网与省级电网分界处枢纽节点的母线电压X_V和省级电网之间联络线上的无功功率X_Q的准稳态灵敏度矩阵，其求解公式如背景技术中表1所示，目标函数中其他物理变量的具体含义与背景技术中(1)式相同。通过在目标函数中增加协调变量与设定值之间的偏差最小目标，使用于省级电网控制的协调变量与接收的设定值矢量相符。

上述CSVC模型考虑的约束条件与背景技术中(2)-(5)式相同，可通过常规的起作用集法求解。