專利名稱：一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及的是一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
交流電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法是指當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)、負(fù)荷有功和無功功率、發(fā)電機(jī)有功出力給定時(shí)，在滿足系統(tǒng)各種運(yùn)行設(shè)備和運(yùn)行限制條件的情況下，通過對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、無功補(bǔ)償設(shè)備出力及可調(diào)變壓器的分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)的有功網(wǎng)損最小的方法。交直流系統(tǒng)無功優(yōu)化的控制措施除了上述純交流系統(tǒng)的控制措施外，還包括直流電 壓、直流電流、換流站的控制角等。交直流電力系統(tǒng)無功優(yōu)化是一個(gè)典型的非線性、包含連續(xù)和離散變量的混合整數(shù)規(guī)劃問題，其數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下min Ps(X)(I)s. t H(X)=O(2)Gfflin^G(X) ^Gfflax(3)其中，式⑴為目標(biāo)函數(shù)，一般為系統(tǒng)的有功網(wǎng)損最小。H(X)表示系統(tǒng)的等式約束集，主要為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)功率平衡方程。G(X)表示不等式約束集，Gmax和Gmin分別表示不等式約束的上限和下限。目前，針對(duì)大規(guī)模實(shí)際電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化問題，國(guó)內(nèi)外研究大多數(shù)采用非線性內(nèi)點(diǎn)法直接進(jìn)行求解。也有學(xué)者提出一種序列二次規(guī)劃算法，即在每個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的平衡點(diǎn)(潮流解)處將式(1)-(3)進(jìn)行泰勒展開，保留一次和二次項(xiàng)，把原問題化為典型的二次規(guī)劃問題進(jìn)行求解。由此得到新的系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)后，重復(fù)上述步驟，直到滿足收斂條件，即得到最優(yōu)解。針對(duì)相鄰時(shí)間斷面存在互相耦合的問題，現(xiàn)有的技術(shù)中一般采用如下方法解決建立包含所有時(shí)間段變量的完整的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化模型，在約束條件中加入各時(shí)間斷面間的相互約束，對(duì)此完整模型進(jìn)行統(tǒng)一求解，一次性求得所有時(shí)間段的最優(yōu)解。這種求解方法主要存在以下局限性I)無論是采用直接非線性內(nèi)點(diǎn)法還是序列二次規(guī)劃算法進(jìn)行求解，都需要計(jì)算二階導(dǎo)數(shù)矩陣(海森矩陣)，計(jì)算量較大，效率低。2)若直接求解完整的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化問題，其計(jì)算量很大，收斂性無法得到保障，難以應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)。尤其是當(dāng)離散變量較多時(shí)，需要一套有效的處理變量離散化的機(jī)制，才能準(zhǔn)確地求得最優(yōu)解。從而難以提高交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化質(zhì)量。本發(fā)明是在國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目基金資助下，著力解決上述問題為提高交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化質(zhì)量而產(chǎn)生的。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，旨在解決現(xiàn)有的電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化方法計(jì)算量大、效率差且準(zhǔn)確低的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法,其中,包括步驟SI、將時(shí)間i初始化為O點(diǎn)，以O(shè)點(diǎn)作為起始；步驟S2、輸入系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行上下限約束以及上一時(shí)刻直流線路最優(yōu)送電功率；步驟S3、將迭代次數(shù)k初始化為0，并設(shè)置線性化最大步長(zhǎng)限制；步驟S4、進(jìn)行交直流潮流計(jì)算，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓和潮流分布；步驟S5、進(jìn)行收斂性判斷，判斷系統(tǒng)約束條件是否滿足，且第k次與k-Ι次網(wǎng)損之差是否小于收斂精度，是則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S7 ；步驟S6、i時(shí)段的無功優(yōu)化計(jì)算結(jié)束，輸出本時(shí)段優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)入i+Ι時(shí)段計(jì)算，然后進(jìn)入步驟S10;步驟S7、獲取網(wǎng)損、狀態(tài)變量、斷面功率和直流線路功率對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣，建立無功優(yōu)化線性規(guī)劃模型；步驟S8、采用內(nèi)點(diǎn)法求解無功優(yōu)化線性規(guī)劃模型，得到各控制變量的修正量；步驟S9、修正系統(tǒng)變量，得到新的系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)，并置k=k+l，并執(zhí)行步驟S4 ；步驟S10、判斷時(shí)間是否超過23點(diǎn)，超過則執(zhí)行步驟S11，不超過則執(zhí)行步驟S2 ；步驟S11、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化結(jié)束。所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其中，所述步驟S7中采用系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方程求解交直流系統(tǒng)狀態(tài)變量對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣。所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其中，所述步驟S7中采用求解斷面功率對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣建立單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的斷面功率約束的交直流無功優(yōu)化逐次線性規(guī)劃模型。所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法,其中，針對(duì)一個(gè)包含η個(gè)節(jié)點(diǎn)，P條直流線路的交直流系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)方程包括純交流節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程和換流節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為其中，純交流節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為
權(quán)利要求
1.一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，包括 步驟SI、將時(shí)間i初始化為O點(diǎn)，以O(shè)點(diǎn)作為起始； 步驟S2、輸入系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行上下限約束以及上一時(shí)刻直流線路最優(yōu)送電功率； 步驟S3、將迭代次數(shù)k初始化為O，并設(shè)置線性化最大步長(zhǎng)限制； 步驟S4、進(jìn)行交直流潮流計(jì)算，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓和潮流分布； 步驟S5、進(jìn)行收斂性判斷，判斷系統(tǒng)約束條件是否滿足，且第k次與k-Ι次網(wǎng)損之差是否小于收斂精度，實(shí)則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S7 ； 步驟S6、時(shí)間i時(shí)段的無功優(yōu)化計(jì)算結(jié)束，輸出本時(shí)段優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)入i+Ι時(shí)段計(jì)算，然后進(jìn)入步驟SlO; 步驟S7、獲取網(wǎng)損、狀態(tài)變量、斷面功率和直流線路功率對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣，建立無功優(yōu)化線性規(guī)劃模型； 步驟S8、采用內(nèi)點(diǎn)法求解無功優(yōu)化線性規(guī)劃模型，得到各控制變量的修正量； 步驟S9、修正系統(tǒng)變量，得到新的系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)，并置k=k+l，并執(zhí)行步驟S4 ； 步驟S10、判斷時(shí)間是否超過23點(diǎn)，超過則執(zhí)行步驟S11，不超過則執(zhí)行步驟S2 ； 步驟SI I、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化計(jì)算結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S7中采用系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方程求解交直流系統(tǒng)狀態(tài)變量對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S7中采用求解斷面功率對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣建立單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的斷面功率約束的交直流無功優(yōu)化逐次線性規(guī)劃模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，針對(duì)一個(gè)包含η個(gè)節(jié)點(diǎn)，P條直流線路的交直流系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)方程包括純交流節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程和換流節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為 其中，純交流節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，斷面功率對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)可表示為 其中，Sui為靈敏度系數(shù)，u為控制變量，X為狀態(tài)變量，L為輸電斷面有功功率，況(\表示輸電斷面功率L對(duì)狀態(tài)變量的偏導(dǎo)數(shù)，ftc/ft/表示狀態(tài)變量對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)，況/ 表不輸電斷面L對(duì)控制變量的偏導(dǎo)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，相鄰時(shí)間斷面直流線路功率波動(dòng)平滑性耦合約束，表示如下 其中，Spdu是直流線路功率對(duì)控制變量的靈敏度；APmin和APmax分別表示相信時(shí)間段直流線路功率變化的下限和上限A表示本時(shí)間段待求的直流線路功率，PVi為上一時(shí)間段計(jì)算得到的直流線路最優(yōu)送電量，并定義!3^為前一天23點(diǎn)的直流線路最優(yōu)送電量；1!為控制變量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，其特征在于，完整的基于線性規(guī)劃并考慮斷面功率約束的交直流動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式如下linn APs = SpuAU 其中，Spsu表示系統(tǒng)有功損耗對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)向量，系統(tǒng)的有功損耗可用平衡機(jī)的有功出力表示；3_是直流線路功率對(duì)控制變量的靈敏度；APmin和APmax分別表示相信時(shí)間段直流線路功率變化的下限和上限A表示本時(shí)間段待求的直流線路功率，P^1為上一時(shí)間段計(jì)算得到的直流線路最優(yōu)送電量，并定義P%為前一天23點(diǎn)的直流線路最優(yōu)送電量；u為控制變量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，關(guān)鍵在于首先根據(jù)等式約束，求解交直流系統(tǒng)狀態(tài)變量對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣；然后考慮斷面功率不等式約束，求解斷面功率對(duì)控制變量的靈敏度系數(shù)矩陣，由此建立單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的斷面功率約束的交直流無功優(yōu)化逐次線性規(guī)劃模型；最后按各個(gè)時(shí)間點(diǎn)逐一求解并能考慮相鄰時(shí)間斷面直流線路功率波動(dòng)平滑性的耦合約束，在求解這一時(shí)間點(diǎn)時(shí)引入上一時(shí)間點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，真實(shí)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化思想。采用本發(fā)明既可以考慮相鄰時(shí)間斷面直流功率波動(dòng)平滑性的耦合約束，又避免了傳統(tǒng)的求解動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化完整模型所帶來的龐大計(jì)算量和“維數(shù)災(zāi)”問題。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102931663SQ20121040160
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者謝敏, 何智文, 劉明波, 梁敬成, 諶軍 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司