本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于粒計算的線路潮流經(jīng)濟調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

經(jīng)濟調(diào)度以全網(wǎng)的供電成本或能耗最低為目標(biāo)函數(shù)，按照等微增率法和協(xié)調(diào)方程式進行調(diào)度，是實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的重要工具，是運行環(huán)節(jié)中的一種科學(xué)方法，也是迄今為止世界各個國家所普遍采用的一種調(diào)度原則。目前，對于大電網(wǎng)的在線經(jīng)濟調(diào)度研究主要遇到的問題是數(shù)據(jù)量大，采集運算的時間周期長，難以實時反映電網(wǎng)運行情況從而使實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度變得困難。電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度是一個高維、非凸、非線性的有約束優(yōu)化問題，因此對該問題的求解尤其是相互耦合約束條件的處理十分困難。我國電力系統(tǒng)長期堅持集中調(diào)度。集中調(diào)度將使電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的求解更加困難，亟需找出一種大電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度求解的有效方法。所以，對大電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度的求解問題的研究具有重要意義。

粒計算作為一種新的處理信息的算法，發(fā)展迅速，引起了廣泛的研究。用粒計算思想將大電網(wǎng)?；刹煌６鹊牧Ｗ?通過快速選擇合適的粒度來尋找一種較好的潮流優(yōu)化方案,從而降低問題求解的復(fù)雜度。對電網(wǎng)的?；Y(jié)合網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，進行等值化簡，這樣能加快計算速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于粒計算的線路潮流經(jīng)濟調(diào)度方法，該方法提高了潮流計算的精度和計算效率。

為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于粒計算的線路潮流經(jīng)濟調(diào)度方法，該方法內(nèi)容包括如下步驟：

步驟1，建立經(jīng)濟調(diào)度模型，包括其目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

步驟2，將電網(wǎng)進行分層?；?/p>

步驟3，網(wǎng)絡(luò)化簡，采用Ward等值法簡化網(wǎng)絡(luò)，有效減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；

步驟4，采用粒計算方法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)潮流。

進一步的，在步驟1中，所述建立經(jīng)濟調(diào)度模型，其具體過程如下：

a、建立目標(biāo)函數(shù)

在滿足約束條件的情況下，以發(fā)電機的總發(fā)電成本最低為目標(biāo)函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達式具體如下：

(1)式中，P_G，i是第i臺機組的輸出功率；a_i，b_i，c_i是第i臺機組的成本系數(shù)；N是機組的總臺數(shù)；

b、設(shè)置模型的約束條件，約束條件包括系統(tǒng)功率平衡約束、常規(guī)機組出力上下限和線路潮流約束；

具體約束條件為：

1)系統(tǒng)功率平衡約束

(2)式中，P_D為總負荷需求，P_LOSS為網(wǎng)絡(luò)損失；

2)常規(guī)機組出力上下限

(3)式中，分別為機組i的最小、最大出力；

3)線路潮流約束

(4)式中，是線l的最大極限功率。

進一步的，在步驟2中，所述將電網(wǎng)進行分層?；木唧w過程如下：

通常，在解決復(fù)雜問題的時候，可以先忽略一些細節(jié)條件，從一個相對抽象的角度著手解決問題，然后逐步細化，不斷深入分析。這種從粗到細分析問題的方法稱為層次分析法。

根據(jù)層次分析法，把電力網(wǎng)絡(luò)在各個層次上進行?；?，最上層為一個粗粒子，直到最后一層，粒子逐漸細化，每個粒子包含一部分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，粒子之間由連接線連接；然后由上至下計算不同層次上的粒子中的潮流，最終得到所有連接線上的潮流功率。

在對每個粒子經(jīng)行計算的時候要對粒子所包含的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)行等值化簡，本發(fā)明中采用Ward等值法進行化簡；

網(wǎng)絡(luò)等值法可以有效減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量，每片區(qū)域中的節(jié)點可分為兩種，一種是保留節(jié)點，一種是消除節(jié)點。在典型的Ward等值法中，保留節(jié)點只包含連接線上的邊界節(jié)點，但在本發(fā)明中，為了提高計算精度，還保留了PV節(jié)點。對每一片區(qū)域的等值方法都是一樣的，所以只對一個區(qū)域進行等值化簡。

進一步的，在步驟3中，所述采用Ward等值法簡化網(wǎng)絡(luò)，有效減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其化簡過程如下：

網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣表示如下：

節(jié)點導(dǎo)納矩陣只包含通過高斯消去法得到的保留節(jié)點；

(7)式中，是保留節(jié)點上的注入電流，可以用視在功率和電壓表示如下：

在潮流計算中，等效注入功率通常表示為：

在(8)式和(9)式中，S_B,S_E,和是基本案例的潮流數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)采集獲得；

在潮流計算中，在不考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況下，采用Ward等值法，節(jié)點導(dǎo)納矩陣不需要更新；等效注入功率的更新表達式如下：

(10)式中，S_BW是機組組合變化后的新的注入功率。

進一步的，在步驟4中，所述采用粒計算方法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)潮流的具體過程如下：

粒計算的目的是計算出電網(wǎng)絡(luò)的線路潮流；牛頓-拉夫遜法用于計算每個粒子中的交流潮流，由于牛頓-拉夫遜法需要平衡節(jié)點，所以每個粒子中至少要含有一個PV節(jié)點，用于設(shè)置平衡節(jié)點的電壓幅度；粒計算的步驟具體如下：

1)更新發(fā)電機功率

更新的發(fā)電機功率必須滿足系統(tǒng)功率平衡約束條件(2)式和常規(guī)機組出力上下限條件(3)式；由于網(wǎng)絡(luò)損失是未知的，所以初始化更新采用了基本案例中的總發(fā)電機功率；(2)式修正為(11)式，總發(fā)電機功率在第三步進行修正；

(11)式中，P_B是基本案例中的總發(fā)電機功率；

2)計算頂層粒子中的潮流

在頂層粒子中，等效注入功率按照方程(10)式更新，因為初始發(fā)電機功率中存在小的數(shù)據(jù)誤差，在進行潮流計算之后，平衡節(jié)點的有功功率會與計算之前產(chǎn)生偏差，產(chǎn)生的功率偏差應(yīng)該分配到各個發(fā)電機上；

3)把平衡節(jié)點上的有功功率偏差分配到各發(fā)電機

根據(jù)費用靈敏度分配有功偏差：

(12)式中，H₀是費用靈敏度；發(fā)動機功率改變后，電力潮流需要重新計算；

4)把連接線上的有功功率和無功功率分配到下一層的相關(guān)粒子上

粒計算之后，可以得到連接線上的有功功率和無功功率，下一層的粒子需要這些數(shù)據(jù)來計算潮流；

5)計算下一層粒子中的電力潮流

得到上一層連接線上的有功功率和無功功率后，就能計算本層粒子中的潮流了，如果這是最后一層中的粒子，那么粒計算過程結(jié)束，否則回到步驟(4)；

當(dāng)粒計算過程全部完成時，可以得到所有線路上的潮流。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種基于粒計算的線路潮流經(jīng)濟調(diào)度方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：

1、考慮因素全面，提高了計算精度；

2、提出分層?；蠼獾牟呗?，能降低求解時間，提高求解效率；

3、對于大規(guī)模電力網(wǎng)絡(luò)，如果采用合理的分層粒計算方法，可以解決收斂困難的問題，還能提高計算速度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的模擬電網(wǎng)圖；

圖2是本發(fā)明方法的模擬電網(wǎng)的三層分層圖；

圖3是本發(fā)明方法的互聯(lián)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖；

圖4是本發(fā)明方法的第一層網(wǎng)絡(luò)的化簡圖；

圖5是本發(fā)明方法的粒計算流程圖；

圖6是本發(fā)明方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明的一種基于粒計算的線路潮流經(jīng)濟調(diào)度方法，該方法的流程圖如圖6所示，該方法內(nèi)容包括如下步驟：

步驟1，建立經(jīng)濟調(diào)度模型，包括其目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

步驟1中，建立經(jīng)濟調(diào)度模型的具體過程如下：

a、建立目標(biāo)函數(shù)

在滿足約束條件的情況下，以發(fā)電機的總發(fā)電成本最低為目標(biāo)函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達式具體如下：

(1)式中，P_G，i是第i臺機組的輸出功率；a_i，b_i，c_i是第i臺機組的成本系數(shù)；N是機組的總臺數(shù)；

b、設(shè)置模型的約束條件，約束條件包括系統(tǒng)功率平衡約束、機組出力上下限、線路潮流約束；

具體約束條件為：

1)系統(tǒng)功率平衡約束

(2)式中，P_D為總負荷需求，P_Loss為網(wǎng)絡(luò)損失；

2)常規(guī)機組出力上下限

(3)式中，分別為機組i的最小、最大出力；

3)線路潮流約束

(4)式中，是線l的最大極限功率。

步驟2，將電網(wǎng)進行分層粒化；

將電網(wǎng)進行分層?；木唧w過程如下：

通常，在解決復(fù)雜問題的時候，可以先忽略一些細節(jié)條件，從一個相對抽象的角度著手解決問題，然后逐步細化，不斷深入分析。這種從粗到細分析問題的方法稱為層次分析法。為了更好的理解分層方法，下面用一個具體例子來進行闡述，如圖1、2所示。

圖1是一個模擬電網(wǎng)圖，G₀，G₁，G₂，G₃為發(fā)電機。假設(shè)這片電網(wǎng)能被分成四個區(qū)域，如圖1中所示的四個圓圈包含的區(qū)域，分別計算這四個區(qū)域的線路潮流；每個區(qū)域包含一到兩條聯(lián)絡(luò)線，層次化分析法的目的就是獲得所有聯(lián)絡(luò)線上的潮流。可以將這片模擬電網(wǎng)絡(luò)分成三層，如圖2所示。每一層的特點具體如下：

1)第一層：第一層只包含一個粒子V₀，負責(zé)粗粒度計算，計算前要簡化其拓撲結(jié)構(gòu)，簡化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只包含四個發(fā)電機節(jié)點、聯(lián)絡(luò)線節(jié)點(節(jié)點a和b)和相關(guān)線路，如圖4所示。通過粒計算能夠獲得聯(lián)絡(luò)線a-b上的潮流，然后將其分配到第二層的粒子中；

2)第二層：第二層包含兩個粒子V₁和V₂，同樣，兩個粒子中的拓撲結(jié)構(gòu)被簡化了，通過粒計算得到了聯(lián)絡(luò)線c-g，d-h，e-j和f-k上的潮流，然后分配到下一層的相關(guān)粒子中；

3)第三層：第三層包含四個粒子，分別為V₃，V₄，V₅和V₆；這一層的粒子負責(zé)細粒度計算，在這一層經(jīng)過粒計算后，能夠得到所有線路上的潮流分布。

根據(jù)層次分析法，把電力網(wǎng)絡(luò)在各個層次上進行?；?，最上層為一個粗粒子，直到最后一層，粒子逐漸細化，每個粒子包含一部分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，粒子之間由連絡(luò)線連接；然后由上至下計算不同層次上的粒子中的潮流，最終得到所有連絡(luò)線上的潮流功率。

在對每個粒子經(jīng)行計算的時候要對粒子所包含的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)行等值化簡，本發(fā)明中采用Ward等值法進行化簡。

步驟3，網(wǎng)絡(luò)化簡，采用Ward等值法簡化網(wǎng)絡(luò)，有效減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；

采用Ward等值法簡化網(wǎng)絡(luò)，有效減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的具體過程如下：

網(wǎng)絡(luò)等值法可以有效減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量，每片區(qū)域中的節(jié)點可分為兩種，一種是保留節(jié)點(B)，一種是消除節(jié)點(E)，如圖3所示。在典型的Ward等值法中，保留節(jié)點只包含連接線上的邊界節(jié)點，但在本發(fā)明中，為了提高計算精度，還保留了PV節(jié)點。對每一片區(qū)域的等值方法都是一樣的，以下只對第一層的粒子進行化簡，其化簡后的拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。其化簡過程如下：

網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣表示如下：

節(jié)點導(dǎo)納矩陣只包含通過高斯消去法得到的保留節(jié)點；

(7)式中，是保留節(jié)點上的注入電流，可以用視在功率和電壓表示如下：

在潮流計算中，等效注入功率通常表示為：

在(8)式和(9)式中，S_B,S_E,和是基本案例的潮流數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)采集獲得；

在潮流計算中，在不考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況下，采用Ward等值法，節(jié)點導(dǎo)納矩陣不需要更新；等效注入功率的更新表達式如下：

(10)式中，S_BW是機組組合變化后的新的注入功率。

步驟4，采用粒計算方法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)潮流，粒計算過程如圖5所示，

其具體過程如下：

粒計算的目的是計算出電網(wǎng)絡(luò)的線路潮流。牛頓-拉夫遜法用于計算每個粒子中的交流潮流；由于牛頓-拉夫遜法需要平衡節(jié)點，所以每個粒子中至少要含有一個PV節(jié)點，用于設(shè)置平衡節(jié)點的電壓幅度；粒計算的步驟具體如下：

1)更新發(fā)電機功率

更新的發(fā)電機功率必須滿足系統(tǒng)功率平衡約束條件，(2)式和常規(guī)機組出力上下限條件(3)式；由于網(wǎng)絡(luò)損失是未知的，所以初始化更新采用了基本案例中的總發(fā)電機功率；(2)式修正為(11)式，總發(fā)電機功率在第三步進行修正；

(11)式中，P_B是基本案例中的總發(fā)電機功率；

2)計算頂層粒子中的潮流

在頂層粒子中，等效注入功率按照方程(10)式更新，因為初始發(fā)電機功率中存在小的數(shù)據(jù)誤差，在進行潮流計算之后，平衡節(jié)點的有功功率會與計算之前產(chǎn)生偏差，產(chǎn)生的功率偏差應(yīng)該分配到各個發(fā)電機上；

3)把平衡節(jié)點上的有功功率偏差分配到各發(fā)電機

根據(jù)費用靈敏度分配有功偏差：

(12)式中，H₀是費用靈敏度；發(fā)動機功率改變后，電力潮流需要重新計算；

4)把連接線上的有功和無功分配到下一層的相關(guān)粒子上

粒計算之后，可以得到連接線上的有功和無功，下一層的粒子需要這些數(shù)據(jù)來計算潮流；

5)計算下一層粒子中的電力潮流

得到上一層連接線上的有功和無功后，就能計算本層粒子中的潮流了，如果這是最后一層中的粒子，那么粒計算過程結(jié)束，否則回到步驟(4)；

當(dāng)粒計算過程全部完成時，可以得到所有線路上的潮流。

為了更加全面的驗證本發(fā)明的有效性，本發(fā)明的案例仿真采用IEEE 118節(jié)點19機組系統(tǒng)，并根據(jù)粒計算的粒子劃分方法的不同分化出兩個層數(shù)不同的案例。在案例1.1中，系統(tǒng)被分為兩層；在案例1.2中，系統(tǒng)被分為三層。再將兩個案例的結(jié)果同時與傳統(tǒng)的潮流計算結(jié)果進行對比驗證，其結(jié)果如表1。

表1案例中的潮流計算時間比較

Table.1 Thepower flow computing time comparison for cases

很明顯，采用分層粒計算的方法要比傳統(tǒng)的潮流算法的時間少很多，而且分為三層的案例1.2比分為兩層的案例1.1更省時，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，粒計算的優(yōu)越性會越明顯。以上結(jié)果驗證了本發(fā)明的優(yōu)越性。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。