一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法
2023-07-13 00:59:11 2
專利名稱：一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法
技術領域：
本發明涉及電力領域，尤其涉及的是一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法。
背景技術：
交流電力系統無功優化方法是指當系統結構和參數、負荷有功和無功功率、發電機有功出力給定時，在滿足系統各種運行設備和運行限制條件的情況下，通過對發電機機端電壓、無功補償設備出力及可調變壓器的分接頭進行調節，使得系統的有功網損最小的方法。交直流系統無功優化的控制措施除了上述純交流系統的控制措施外，還包括直流電 壓、直流電流、換流站的控制角等。交直流電力系統無功優化是一個典型的非線性、包含連續和離散變量的混合整數規劃問題，其數學模型可以表達如下min Ps(X)(I)s. t H(X)=O(2)Gfflin^G(X) ^Gfflax(3)其中，式⑴為目標函數，一般為系統的有功網損最小。H(X)表示系統的等式約束集，主要為系統的節點功率平衡方程。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，針對大規模實際電力系統的無功優化問題，國內外研究大多數採用非線性內點法直接進行求解。也有學者提出一種序列二次規划算法，即在每個系統運行的平衡點(潮流解)處將式(1)-(3)進行泰勒展開，保留一次和二次項，把原問題化為典型的二次規劃問題進行求解。由此得到新的系統運行點後，重複上述步驟，直到滿足收斂條件，即得到最優解。針對相鄰時間斷面存在互相耦合的問題，現有的技術中一般採用如下方法解決建立包含所有時間段變量的完整的動態無功優化模型，在約束條件中加入各時間斷面間的相互約束，對此完整模型進行統一求解，一次性求得所有時間段的最優解。這種求解方法主要存在以下局限性I)無論是採用直接非線性內點法還是序列二次規划算法進行求解，都需要計算二階導數矩陣(海森矩陣)，計算量較大，效率低。2)若直接求解完整的動態無功優化問題，其計算量很大，收斂性無法得到保障，難以應用於實際電力系統。尤其是當離散變量較多時，需要一套有效的處理變量離散化的機制，才能準確地求得最優解。從而難以提高交直流電力系統的動態無功優化質量。本發明是在國家863計劃項目基金資助下，著力解決上述問題為提高交直流電力系統的動態無功優化質量而產生的。因此，現有技術還有待於改進和發展
發明內容
本發明的目的在於提供一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，旨在解決現有的電力系統的無功優化方法計算量大、效率差且準確低的問題。本發明的技術方案如下一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法,其中,包括步驟SI、將時間i初始化為O點，以O點作為起始；步驟S2、輸入系統基本數據、系統運行上下限約束以及上一時刻直流線路最優送電功率；步驟S3、將迭代次數k初始化為0，並設置線性化最大步長限制；步驟S4、進行交直流潮流計算，計算各節點電壓和潮流分布；步驟S5、進行收斂性判斷，判斷系統約束條件是否滿足，且第k次與k-Ι次網損之差是否小於收斂精度，是則執行步驟S6，否則執行步驟S7 ；步驟S6、i時段的無功優化計算結束，輸出本時段優化計算結果，並進入i+Ι時段計算，然後進入步驟S10;步驟S7、獲取網損、狀態變量、斷面功率和直流線路功率對控制變量的靈敏度係數矩陣，建立無功優化線性規劃模型；步驟S8、採用內點法求解無功優化線性規劃模型，得到各控制變量的修正量；步驟S9、修正系統變量，得到新的系統運行點，並置k=k+l，並執行步驟S4 ；步驟S10、判斷時間是否超過23點，超過則執行步驟S11，不超過則執行步驟S2 ；步驟S11、系統動態無功優化結束。所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其中，所述步驟S7中採用系統穩態方程求解交直流系統狀態變量對控制變量的靈敏度係數矩陣。所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其中，所述步驟S7中採用求解斷面功率對控制變量的靈敏度係數矩陣建立單個時間點的斷面功率約束的交直流無功優化逐次線性規劃模型。所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法,其中，針對一個包含η個節點，P條直流線路的交直流系統，系統的穩態方程包括純交流節點的功率平衡方程和換流節點的功率平衡方程為其中，純交流節點的功率平衡方程為
權利要求
1.一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，包括 步驟SI、將時間i初始化為O點，以O點作為起始； 步驟S2、輸入系統基本數據、系統運行上下限約束以及上一時刻直流線路最優送電功率； 步驟S3、將迭代次數k初始化為O，並設置線性化最大步長限制； 步驟S4、進行交直流潮流計算，計算各節點電壓和潮流分布； 步驟S5、進行收斂性判斷，判斷系統約束條件是否滿足，且第k次與k-Ι次網損之差是否小於收斂精度，實則執行步驟S6，否則執行步驟S7 ； 步驟S6、時間i時段的無功優化計算結束，輸出本時段優化計算結果，並進入i+Ι時段計算，然後進入步驟SlO; 步驟S7、獲取網損、狀態變量、斷面功率和直流線路功率對控制變量的靈敏度係數矩陣，建立無功優化線性規劃模型； 步驟S8、採用內點法求解無功優化線性規劃模型，得到各控制變量的修正量； 步驟S9、修正系統變量，得到新的系統運行點，並置k=k+l，並執行步驟S4 ； 步驟S10、判斷時間是否超過23點，超過則執行步驟S11，不超過則執行步驟S2 ； 步驟SI I、系統動態無功優化計算結束。
2.根據權利要求I所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，所述步驟S7中採用系統穩態方程求解交直流系統狀態變量對控制變量的靈敏度係數矩陣。
3.根據權利要求2所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，所述步驟S7中採用求解斷面功率對控制變量的靈敏度係數矩陣建立單個時間點的斷面功率約束的交直流無功優化逐次線性規劃模型。
4.根據權利要求3所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，針對一個包含η個節點，P條直流線路的交直流系統，系統的穩態方程包括純交流節點的功率平衡方程和換流節點的功率平衡方程為 其中，純交流節點的功率平衡方程為
5.根據權利要求4所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，斷面功率對控制變量的靈敏度係數可表示為 其中，Sui為靈敏度係數，u為控制變量，X為狀態變量，L為輸電斷面有功功率，況(\表示輸電斷面功率L對狀態變量的偏導數，ftc/ft/表示狀態變量對控制變量的靈敏度係數，況/ 表不輸電斷面L對控制變量的偏導數。
6.根據權利要求5所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，相鄰時間斷面直流線路功率波動平滑性耦合約束，表示如下 其中，Spdu是直流線路功率對控制變量的靈敏度；APmin和APmax分別表示相信時間段直流線路功率變化的下限和上限A表示本時間段待求的直流線路功率，PVi為上一時間段計算得到的直流線路最優送電量，並定義!3^為前一天23點的直流線路最優送電量；1!為控制變量。
7.根據權利要求6所述的大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，其特徵在於，完整的基於線性規劃並考慮斷面功率約束的交直流動態無功優化數學模型，表達式如下linn APs = SpuAU 其中，Spsu表示系統有功損耗對控制變量的靈敏度係數向量，系統的有功損耗可用平衡機的有功出力表示；3_是直流線路功率對控制變量的靈敏度；APmin和APmax分別表示相信時間段直流線路功率變化的下限和上限A表示本時間段待求的直流線路功率，P^1為上一時間段計算得到的直流線路最優送電量，並定義P%為前一天23點的直流線路最優送電量；u為控制變量。
全文摘要
本發明公開了一種大規模交直流電力系統的動態無功優化方法，關鍵在於首先根據等式約束，求解交直流系統狀態變量對控制變量的靈敏度係數矩陣；然後考慮斷面功率不等式約束，求解斷面功率對控制變量的靈敏度係數矩陣，由此建立單個時間點的斷面功率約束的交直流無功優化逐次線性規劃模型；最後按各個時間點逐一求解並能考慮相鄰時間斷面直流線路功率波動平滑性的耦合約束，在求解這一時間點時引入上一時間點的計算結果，真實體現動態優化思想。採用本發明既可以考慮相鄰時間斷面直流功率波動平滑性的耦合約束，又避免了傳統的求解動態無功優化完整模型所帶來的龐大計算量和「維數災」問題。
文檔編號H02J3/18GK102931663SQ20121040160
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者謝敏, 何智文, 劉明波, 梁敬成, 諶軍 申請人:華南理工大學, 中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司