緊急工況下的二級電壓控制分區與協同建模

陳得宇， 沈繼紅， 張仁忠， 高世偉

(1.哈爾濱工程大學自動化學院， 哈爾濱 150001；2.哈爾濱工程大學理學院， 哈爾濱 150001； 3.天津電力公司， 天津 300201)

緊急工況下的二級電壓控制分區與協同建模

陳得宇1， 沈繼紅2， 張仁忠1， 高世偉3

(1.哈爾濱工程大學自動化學院， 哈爾濱 150001；2.哈爾濱工程大學理學院， 哈爾濱 150001； 3.天津電力公司， 天津 300201)

分析了正常工況下的二級電壓控制控制模式應對緊急工況的不足。針對元件開斷等緊急工況可能會改變原控制區域電氣耦合性問題，提出了一種基于靈敏度矩陣來快速界定、劃分新的控制區域的方法，進而定義了主控區域、協控區域及校驗區域，并分析了在緊急工況控制中它們各自的地位、作用。針對校正控制模型建立問題，基于劃分的區域提出了各區域協同建模與求解的思路，推導了建模過程中各區域并行計算靈敏度的公式，提高了建模速度。新英格蘭10機39節點系統的仿真算例驗證了文中所提思路、模型等的合理性。

二級電壓控制； 緊急工況； 靈敏度矩陣； 控制分區； 校正控制； 協同建模

二級電壓控制作為三級電壓控制系統的重要環節，按照本區域無功電壓的控制規律，以min為時間周期，調整區域內第一級控制裝置的整定值，來跟蹤第三級從全局角度定期下發的區域中樞母線電壓設定值[1]。二級電壓控制利用了無功電壓區域特性，實現了大系統分層分區解耦控制，已在法國、意大利、比利時得到了較好應用[2，3]。二級電壓控制更多是針對正常工況下無功電壓控制的要求，來實現降低線損、提高電壓質量等控制目標，也有研究成果提出協調二級電壓控制，利用“控制自由度”來均衡發電機無功出力的分配，使發電機無功裕度較大，增強了系統應對可能發生的系統安全問題的能力[4～6]。但針對已發生的緊急工況的二級電壓控制的研究相對較少[7～9]。

緊急工況是指發生負荷突變或發電機、線路元件開斷等極端事件，使區域內無功分布惡劣，電壓越限甚至失穩，此時無功電壓控制的首要目標是盡可能快地實施有效控制，來恢復系統安全性。

試想正常工況下的二級電壓控制模式是否適應緊急工況的無功電壓校正控制？能否基于現有二級電壓控制結構有所改進？首先，隨著全國電網互聯的大趨勢，電氣聯系變得日趨緊密，為了更快速、有效校正緊急工況，是否可以不但利用本區域的控制設備，還可借助于相鄰區域控制設備的協助調控，尤其是當元件開斷等緊急工況發生時，它改變了網絡拓撲結構，進而可能改變系統既有分區的電氣耦合性，使得原有控制分區對緊急工況的調控不是最有效，更需聯合其他區域的控制設備來協同調控，這是控制區域重新界定的問題。其次，在突破二級電壓控制既有的控制區域局限范圍后，實現聯合多個區域的控制設備進行緊急工況的校正控制，在控制策略制定過程中，各個區域的地位、作用以及它們之間如何協調，進而能更提高校正控制快速性、有效性，這也是需要解決的問題之一。最終，校正控制模型的建立以及求解，這已經有一些成果[10]，但如何基于已有二級電壓控制框架，利用各個區域計算的獨立性，采用串、并行機制來協同建模、求解，從而提高校正控制的效率，這也是值得探索的問題。

上述在二級電壓控制框架體系下，論述了應對緊急工況的二級電壓控制和正常工況下的二級電壓控制不同之處，及存在的關鍵問題，本文針對這些問題分別進行了如下研究：①應對緊急工況的二級電壓控制區域的劃分；②校正控制模型的各區域協同建模與求解；③仿真算例驗證。

1 控制區域的劃分

控制區域是指當緊急工況出現時，為了保證校正控制的有效性、快速性，指定若干控制設備集優先參與校正控制，而控制設備集所在的區域為控制區域。

優先參與校正控制的設備應滿足如下條件：

(1)動作同樣的控制量，此控制設備對電壓越限節點的校正作用大于其他控制設備；

(2)此控制設備具有較大的調控裕度。

在研究無功電壓控制問題時，一般認為有功與無功的弱耦合可忽略，由快速分解法的Q-V迭代方程，有

BLΔV=ΔQ

(1)

式中，BL是有關負荷節點L(PQ節點)的導納陣。

將發電機節點G(PV節點)增廣到BL中，形成矩陣B，并對矩陣B求逆，有

B′ΔQ=ΔV

(2)

對于B′其中的BLG子陣，有

BLBΔQG=ΔVL

(3)

式中，BLG是ΔVL和ΔQG之間的靈敏度矩陣，具有阻抗量綱，表示負荷節點電壓變化量ΔVL和發電機無功輸出變化量ΔQG之間的關系，即把ΔQG作為控制變量，據此可快速找到滿足控制區域劃分條件1的系列發電機。

圖1是由文獻[11]研究給出的新英格蘭10機39節點系統的二級電壓控制分區示意。

圖1 新英格蘭10機39節點電壓控制分區示意

共分為四個區域，可分別記作areaj(j=1，2，3，4)，簡寫為aj；對于第aj個區域內部節點集可分為負荷節點集、發電機節點集，分別記作Li(i=1，…，LN)、Gi(i=1，2，…，GN)。任意兩個區域ai、aj之間的邊界節點集可記作bi-j，圖1中可定義節點9為區域a1、a3邊界節點集b1-3；節點3、15為區域a3、a4邊界節點集b3-4；其余的如b1-4為節點2，b2-4為節點26。

圖中標注處是發生緊急工況所在地，且認為此地點附近的節點集bE出現電壓越限，圖1中緊急工況發生在區域a3的母線8附近，且母線8假定出現電壓越限。

對緊急工況校正最有效的控制設備應位于距離緊急工況發生地電氣距離較近的區域，本文定義此區域為緊急工況發生區域，以及與此區域有直接電氣聯系的區域，對應圖1為區域a3，以及與a3有直接電氣聯系的區域有a1和a4。如果這些區域內的控制設備還無法將緊急工況校正，那么認為這類故障為極端嚴重故障，需采取和切負荷等配合來進行控制，不屬于本文研究之列。

為了進一步確定對緊急工況最有效的發電機控制，基于式(3)的原理，分別計算緊急區域a3與相鄰區域a1、a4中，緊急工況導致的電壓越限節點集bE(節點8)的電壓VbE對于各發電機無功輸出Qg的靈敏度。

對于區域a3的發電機31、32，有

(4)

對于區域a1的發電機39，有

SbE,a1(gi)=SbE,b1-3Sb1-3a1(gi)=

(5)

由于二級電壓控制已劃分成區域，當緊急工況發生時，為了加快工況校正速度，信息不再上傳至三級全局控制中心，那么相應的靈敏度求取也在各個二級區域分別進行，區域a1的發電機需通過與區域a3的邊界節點集b1-3對越限節點集bE發生作用，所以式(5)的?VbE/?Vb,1-3需由區域3求取，而?Vb,1-3/?Qa1，gi由區域1求取，區域1和3并行計算得到式(5)的靈敏度數值。

對于區域4的發電機i(i=30，37，34，33，35，36)，有：

SbE,a4(gi)=SbE,b3-4Sb3-4a4(gi)=

(6)

式(6)求解和式(5)相同，只是要注意此邊界節點集b3-4包括兩個節點3、15，則區域4的發電機要通過這兩個節點對越限節點集起作用。從圖中電氣聯系看出，區域4的發電機還可通過區域1，對越限節點集起作用，但本文認為跨區的這種作用較弱，可忽略。

基于式(4)～式(6)計算出的靈敏度只是從電氣耦合角度來表征各個區域發電機對控制的作用，靈敏度求取不涉及到狀態變量。綜合靈敏度計算結果，區域ak的發電機gi對越限節點集bE的校正作用可用SbE,ak(gi)(k=1，2，…，K；i=1，2，…，GN)表示。

當越限的節點集bE為單母線(單節點)，則將各個區域、各臺發電機的SbE,ak(gi)(k=1，2，…，K；i=1，2，…，GN)進行排序，按照從大到小依次選擇前N個SbE,ak(gi)(N為事先給定的參與校正控制的發電機臺數)，并對于N個SbE,ak(gi)分別確定相應的區域ak，以及相應的發電機節點gi。

當越限的節點集bE為多母線(多節點)，且多條母線計為ei(i=1，2，…，N)，則對于第ak個區域的gi發電機，它對越限母線集的綜合校正作用可用二范數表示為

‖SbE,ak(gi)‖=[(Sb(e1),ak(gi))2+

(Sb(e2)ak(gi))2+…+(Sb(eN),ak(gi))2]1/2

(7)

排序‖SbE,ak(gi)‖(k=1，2，…，K；i=1，2，…，GN)，從大到小依次選擇前N個‖SbE,ak(gi)‖，并分別對于N個‖SbE,ak(gi)‖確定相應的區域ak，以及相應的發電機節點gi。

同時，在選擇較大的SbE,ak(gi)或‖SbE,ak(gi)‖時，要確保所對應的發電機gi有足夠的無功裕度，使之滿足具備參與校正控制的條件2。

經過上述策略的選擇，假定緊急區域a3的發電機gi及相鄰區域a1的發電機gi入選控制設備，而相鄰區域a4無設備入選。由各個區域以及其中的控制設備在校正控制中的地位、作用，將原二級電壓控制區域重新定義。其中，緊急區域a1的區域控制中心一般是最先監測到緊急工況的發生，且整合、分析各個區域上傳的信息，組織其余區域進行協同控制，因此緊急區域a1定義為緊急工況二級電壓控制的主控區域(master control)，上述協調各個區域，基于靈敏度進行控制區域劃分就是主控區域的工作，在下文中即將論述的協調各區域進行校正控制的協同建模，將控制命令統一下發到各個控制設備等，都是它的進一步工作。除了緊急區域中有部分入選的控制設備，還有其余的入選控制設備，則它們所在的區域定義為協控(assistance control)區域，圖1的a1為協控區域，它的作用是配合主控區域完成校正控制的建模與求解工作，同時也肩負監控下屬控制設備、區域內的實時信息獲取等工作。

由于各區域電氣耦合變得日趨緊密，且元件開斷等會改變原區域的耦合性，所以主控、協控區域控制設備的動作也可能會影響到與本區域有直接電氣聯系的相鄰區域的電氣量，在采取校正控制的同時，應校驗使受到影響區域的電氣量在限值范圍內，如節點電壓、發電機無功。所以，將受主控、協控區域的控制動作影響的區域定義為校驗區域，對應圖1中主控、協控區域的劃分，則區域a4為校驗區域。

2 緊急工況下校正控制的建模

2.1 控制模型

緊急工況下校正控制的數學模型目標函數為

(8)

并滿足約束條件

(9)

式(8)和式(9)的物理含義是在滿足控制量、狀態變量、函數變量等約束條件的前提下(式(9)的第2～5個約束)，通過最小的控制代價(目標函數式(8))，快速、有效地將越限母線集bE的電壓拉回到限值之內(式(9)的第1個約束)，且控制的單步調整量需滿足發電機高壓母線的節點電壓變化量約束(式(9)的第6個約束)。將式(8)和式(9)定義為緊急工況無功電壓校正控制模型式(8)。

上述的模型式(8)是從全局角度建立的理想校正控制模型，但問題的關鍵是如何在二級電壓控制框架下，利用上一節已經劃分好的、參與校正控制的主控、協控以及校正區域的獨立分析、計算功能，在明確各個區域在校正控制中的地位、作用基礎上，研究各個區域協同建模及求解的機制，以建模合理性、求解可靠性為前提，從而來增加處理緊急工況的效率，更大程度上保證系統的安全性。

2.2 區域協同建模

模型(8)建模的重點是在某一運行點，將狀態變量(各節點電壓)以及函數變量(不參與控制的發電機無功輸出)線性化，即關鍵是狀態變量、函數變量對各個控制變量(發電機等控制設備所發無功)的靈敏度。此靈敏度計算不同于第1節中的式(1)～式(3)的計算，計算中需引入解潮流得到的狀態量，即用雅可比矩陣來代替B。

2.2.1 各區域潮流、靈敏度的并行計算

計算靈敏度的基礎是解潮流。緊急工況下的協調控制已劃分主控、協控以及校驗等各個區域，各區域節點可歸結為內部節點集I、與各個區域相聯的邊界節點集B以及相對于本區域的外部系統E，基于二級電壓控制框架的實際，各個區域都具有自己的控制中心，且各區域不能得到或只能少量得到其余區域的信息。可設想以各個區域為單位，將本區域的外部系統E作適當的WARD靜態等值，則各區域可形成獨立的計算單元，各個區域可并行解算潮流，進而求解靈敏度，從而提高計算效率，對緊急工況的快速校正也有好處。

緊急工況下的二級電壓控制是在“在線”環境下進行的，WARD等值邊界節點注入功率的求取較為理想的是文獻[12]提出的在線邊界匹配方法，假定每個二級區域的控制中心都具有狀態估計功能，對區域內采集的信息進行狀態估計，能得到邊界系統和內部系統節點電壓，進而等值邊界節點注入功率S可求出。當現場缺乏狀態估計所需實測數據時，也可根據現場有限的實測信息、采用合理的假設等來簡化求取此等值注入功率。

2.2.2 區域協同建模機制

各個區域并行求解潮流后，模型(8)建模的關鍵是求取狀態變量、函數變量等對于控制變量的靈敏度。為了保證控制的快速性，緊急工況下的二級電壓控制應盡量避免信息的廣域傳遞和交互，需在二級電壓控制的各個區域層面，組織已劃分好的主控、協控以及校驗區域進行快速、有效的協同建模。

第1節已劃分出圖1中母線8發生緊急工況時的主控、協控以及校驗區域，仍以圖1的新英格蘭10機39節點為例，來論述各個區域的協同建模。

模型(8)中的約束包括各區域的越限節點集bE和非越限節點電壓V、發電機(非控制設備)無功輸出Q的不等式約束，求解與之相關的靈敏度并在運行點線性展開。

1)主控區域3

(10)

式中：下標(a3,gj)指代區域3不參與控制的發電機；下標(a1,gi)、(a3,gi)分別為區域1、3的控制發電機；i為區域3非越限節點；ei為區域3越限節點；主控區域3靈敏度的計算需要協控區域1的計算結果：如?Vb,3-1/?Qa1,gi，可由區域1并行計算得到，并將計算結果傳遞給式(10)，表示區域1的控制發電機組gi通過邊界節點集b3-1對區域3發生作用。

2)協控區域1

(11)

式中：i為區域1的節點編號，其余變量、下標含義同式(10)；協控區域1的計算需要主控區域3計算結果：如?Vb,3-1/?Qa3,gi，可由區域3并行計算得到，將之代入式(11)中求取靈敏度，含義同式(10)。

3)校驗區域4

(12)

式中：gj為區域4中發電機組編號；i為區域4中的節點編號；校驗區域4的計算需要主控區域并行計算得到的?Vb,3-4/?Qa3,gi；需要協控區域1并行計算得到的?Vb,1-4/?Qa1,gi。

模型(8)的目標函數建模，綜合主控、協控區域各控制變量的改變量ΔQg，有

(13)

模型(8)中的控制改變量ΔQg需滿足如下的約束：

單步步長約束為

(14)

無功上/下限約束為

(15)

針對于模型(8)的各區域協同建模總結如下：式(10)～式(15)中靈敏度表達式的一部分計算可在各個區域獨立開展，且通過各個區域間相互交換有關邊界點集的靈敏度信息，如?Vb,3-1/?Qa1,gi、?Vb,3-1/?Qa3,gi、?Vb,3-4/?Qa3,gi、?Vb,1-4/?Qa1,gi等，將邊界點集靈敏度信息代入各個區域的靈敏度計算中，從而完成各個區域靈敏度的求取。其中靈敏度計算的具體表達形式可參見文獻[12]，本文不再贅述。

各個區域的協同建模提高了建模速度，從而有利于控制策略的快速制定、下發、實施，對恢復系統安全是有好處的。

3 校正控制的區域劃分、建模與求解流程

緊急工況發生后，控制流程如下：

(1)基于第1節控制區域劃分思路，利用越限節點電壓對可能納入校正控制的各區域的發電機無功輸出的靈敏度矩陣的信息劃分主控、協控以及校驗區域；

(2)基于第2節區域協同建模思路，各個區域并行開展WARD等值，進行并行潮流計算，協同求取模型(8)建模所需要的靈敏度系數；

(3)將各個區域負荷節點(或少數代表性節點)以及發電機(非控制設備)線性化所需的靈敏度系數、負荷節點(或少數代表性節點)的電壓實測值、發電機節點的無功實測值以及節點電壓上/下限、發電機無功上/下限約束等少量信息傳遞到主控區域的控制中心，在控制中心完成模型(8)的完整建模；

(4)模型(8)是二次規劃模型，利用合理的算法求解控制變量，即參與控制發電機組的無功改變量ΔQg；

(5)將ΔQg下發至主控、協控區域各個控制發電機，發電機按照下發整定值動作；

(6)但運行實際需要考慮發電機無功調節的單步最大步長，所以限于調控步長的限制，如一次無法完成緊急工況的校正，則需分解成多次下發控制解。

4 仿真算例

仍以圖1新英格蘭10機39節點系統為例，對提出的思路及建模、求解方法進行仿真驗證，此系統功率基準值為100 Mvar，系統其余有關參數見文獻[12]。

假定系統區域3發生如下緊急工況：線路6-11開斷的同時，節點7、8的負荷快速攀升，節點7由原來的233.8 MW、84 Mvar升至333.8 MW、184 Mvar；而節點8由原來的522 MW、176 Mvar升至622 MW、376 Mvar，區域3可稱作緊急區域。

此時區域3的部分節點集發生電壓越下限，如表3所示。

表1 越限節點電壓

從圖1可看出，緊急工況引發的電壓越限的節點集具有區域特性。

4.1 控制區域劃分

需找到能保證快速、有效將越限節點8、7、5的電壓拉回至正常值范圍內的控制發電機，并將其納入控制體系。由于線路6-11的開斷改變了區域間的電氣耦合性，更有效的控制可能存在區域3之外，且為了快速消除緊急工況，也有充分利用相鄰區域控制設備的必要性，所以要注意相鄰區域的控制設備對緊急工況校正的作用。

表2給出了緊急工況發生前后，由靈敏度表征的各區域控制設備對節點電壓越限消除的作用，此靈敏度與系統狀態變量無關，僅僅是由電氣耦合特性決定的。

表2 越限節點電壓對發電機無功輸出的靈敏度

從表中可看出，對越限節點集7、8、5調控作用較明顯的是發電機31、39、32，且對比線路6-11開斷前后它們的靈敏度大小變化。在開斷前，發電機32對節點集8、7、5的綜合調控作用(靈敏度大小)要優于發電機39；而線路6-11的開斷改變了電氣耦合特性，發電機39對越限節點集的綜合調控作用反過來要優于發電機32。從圖2中也可直觀看出，線路6-11開斷將發電機32相對于越限節點集的電氣距離拉遠了，相比較而言，緊急區域3相鄰區域1的發電機39距離越限節點集電氣距離更近了，從而使調控更有效。所以，在緊急控制中需將暫時打破既有的二級電壓控制區域，聯合其他區域進行協助控制，這將更有助于校正緊急工況的效率、效果。表2中靈敏度計算可參見式(4)～式(7)，且各區域可協同計算，從而提高效率。

節點7、8無功負荷需求的快速增長導致系統缺乏無功，所以重新劃分的控制區域內的發電機要有一定的無功儲備來供調用(為了簡化起見，只考慮無功上限的裕度)，表3列出調控主力機組31、39、32的無功上界以及當前無功運行點，進而得到各機組的無功裕度。

表3 發電機無功裕度

本文假定此次緊急工況的消除至少需要100 Mvar的無功裕度(實際中可憑運行經驗判斷)。

基于第1節控制區域劃分思路，綜合表2調控靈敏度的大小順序以及表3的發電機無功裕度，重新定義控制區域，參與此次校正控制共需兩臺發電機組31、39，分別分布在緊急區域3和與之相鄰的區域1中，則區域3可定義為主控區域；而區域1可定義為協控區域。同時，發電機39、31校正緊急工況時的頻繁、較大幅度的調控以不違反與主控、協控區域有直接電氣聯系區域4的運行約束為原則，所以定義區域4為校驗區域，區域4分布范圍較大，可適當選擇其中的典型節點、主要發電機節點進行電壓、無功輸出上下限約束的校驗即可。

4.2 校正控制的各區域協同建模與求解

已劃分出主控區域3、協控區域1、校驗區域4，按照第3節的各區域協同建模、求解流程，來建立完整校正控制模型(8)，可參照式(10)～式(15)已給出的模型(8)的線性化公式。

對于主控區域3：區域a3的發電機31可簡寫為(a3,g31)，則(a3,g31)是主控區域的控制機組；(a3,g32)是非控制機組；(a3,b(ei))為越限節點，分別為節點8、7、5，(a3,i)為除了越限節點集的所有負荷節點，且協控區域a1的發電機39通過邊界節點集b3-1(節點9)對區域3發生作用。

對于協控區域1：(a1,g39)是協控區域1的控制機組；(a1,i)(i=1)為負荷節點，而節點2、9是區域1和區域4、區域3的邊界節點b1-4、b3-1，由于是邊界節點，起到各個區域的聯系作用，根據其在各個區域作用的不同，可將其處理為負荷節點，也可處理為發電機節點，如此有利于靈敏度的求取。

對于校驗區域4：(a4,gi)(i=30,37,34,33,35,36)都為非控制發電機組；(a4,i)為負荷節點，其中節點3、15為區域4、3的邊界節點集b3-4。

根據上述各區域的控制發電機節點、負荷節點、非控制發電機節點、邊界節點、越限節點等的確定，即可按照式(10)～式(15)以及第3節給出的區域協同建模、求解流程來建立完整的模型(8)。

緊急工況發生后，各區域控制中心進行區域外部系統的WARD等值，各個區域經過外部系統等值后解耦，可并行計算求解潮流及模型(8)中線性展開的靈敏度系數。

表4列出主控區域3的部分節點潮流解，限于篇幅，其余各區域并行計算的潮流解不逐一列出。

表5列出主控區域3的部分節點電壓對于本區域的發電機31無功輸出、區域1的發電機39無功輸出的靈敏度，計算公式見式(10)中的第2式。

表4 區域3部分節點潮流解

表5 節點電壓對于發電機無功輸出靈敏度S

表中第二列各行為區域3各節點電壓相對于區域1發電機39無功輸出靈敏度計算值，此計算需由區域1提供邊界節點電壓Vb,3-1對發電機39的Qa1,g39的靈敏度，此數值是由區域1并行計算傳遞給區域3的，具體數值見表格中第二列。

表6列出主控區域3的非控制發電機32的無功輸出對于區域3的發電機31、區域1的發電機39無功輸出靈敏度，計算公式見式(10)中的第3式。

表6 發電機無功輸出之間的靈敏度S(非控制設備對于控制設備)

表中第二行為區域3的發電機32無功輸出對于區域1發電機39無功輸出靈敏度計算值，此計算也需由區域1并行計算得到的邊界節點電壓Vb.3-1對發電機39的Qa1,g39的靈敏度。

表7給出優化得到的控制發電機組31、29的控制改變量。

表7 控制發電機組的無功輸出改變量

發電機無功控制總調控量為0.732 p.u.。但鑒于無功最大調整步長為0.3 p.u.，所以分兩步將控制策略解下發并執行，下圖給出節點8、5、7經過兩步控制策略后的校正效果，越限最嚴重的節點8已達到合格的下限值0.95 p.u.，且在兩步控制過程中，各區域節點電壓、非控制發電機組的無功輸出沒有出現越上/下限的情況。圖2給出按本文方法進行校正的控制效果。

圖2 按本文方法進行校正的控制效果

如不進行控制區域的重新組織，發生的緊急工況僅依靠所在區域3的發電機組來應對，即發電機組31、32來進行校正控制。假定其余的靈敏度計算、校正控制建模都同本文所述，圖3給出按原控制分區的校正控制效果。

如不重新進行控制分區，發電機組31、32參與校正控制，則需經過三步才能將節點電壓控制到合格范圍內，且發電機無功控制總調控量為1.275 p.u.，比采用控制分區的0.732 p.u.多0.543 p.u.(54.3 MW)。

從圖2、圖3的對比可看出，本文采用的重新劃分控制區后的緊急工況下的二級電壓控制具有一定優越性，且本文提出的各區域協同建模及求解機制也加快了校正控制建模、求解速度，有利于系統恢復穩定。

圖3 按原控制分區的校正控制效果

5 結語

本文分析了正常工況下二級電壓控制模式應對緊急工況電壓控制的不足。提出了一種利用靈敏度信息來快速劃分新控制區域的方法，組織新控制區域的控制設備進行控制，避免了緊急工況改變電氣耦合特性后，原控制區域的控制設備控制效果不足的缺點；重新界定、劃分了緊急校正控制的主控、協控以及校驗區域，明確了在校正控制中各區域的地位、作用；在此基礎上，針對校正控制模型的建立，提出了各區域協同建模及求解的思路，加速了校正控制建模與求解的效率。結合新英格蘭10機39節點系統的仿真算例，驗證了本文所提思路、模型等的合理性。

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陳得宇(1974-)，男，博士研究生，主要從事智能體(Agent)技術在電力系統中應用，大系統建模、控制及輔助決策支持系統等研究。Email:chen_power@163.com

沈繼紅(1966-)，男，教授，博士生導師，研究方向為復雜系統建模與仿真等。Email:shenjihong@hrbeu.edu.cn

張仁忠(1952-)，男，教授，研究方向為系統工程理論與應用。Email:zhangrenzhong@hrbeu.edu.cn

PartitioningandCollaborativeModelingoftheSecondaryVoltageControltoRespondtoEmergencyConditions

CHEN De-yu1， SHEN Ji-hong2， ZHANG Ren-zhong1， GAO Shi-wei3

(1.College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China;2.College of Science, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China;3.Tianjin Electric Company, Tianjin 300201, China)

The lack of response to emergency conditions of secondary voltage control mode in normal operating conditions is analyzed. Considering that N-1 outages and other emergency operating conditions may change the electrical coupling of the original control area, the method based sensitivity matrix to quickly define and partition new control area is presented for the problem. Thus master control area, assistance control area and validation area are defined, and their respective status and role are analyzed in control of an emergency condition. Based on the partitioning the multi-area collaborative modeling and solving ideas are presented for the corrective control model, parallel sensitivity formula is derived to improve the speed of modeling in modeling process. Case studies on New England 10-machine 39-bus show that the proposed idea and model are reasonable.

secondary voltage control； emergency conditions； sensitivity matrix； control partitioning； corrective control； collaborative modeling

TM74

A

1003-8930(2012)01-0125-09

2010-05-12；

2010-07-14