一种多端统一潮流控制器的分解优化方法
【专利摘要】一种多端统一潮流控制器的分解优化计算方法，其特点是包括以下步骤：①获取电力系统潮流计算所需稳态运行参数；②确定多端统一潮流控制器的安装位置和控制参数范围；③基于网络等值，把多端统一潮流控制器支路等效为包含控制目标的多个PQ节点；④采用禁忌搜索，多次进行最优潮流计算，来确定多端统一潮流控制器的有功控制目标；⑤根据得到了多端统一潮流控制器的控制目标和系统的运行状态，求取其控制参数。本发明把含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算问题通过网络等值分解为一个两层优化问题，能够更有效和可靠的进行含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算，具有工程使用价值。
【专利说明】一种多端统一潮流控制器的分解优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力系统计算方法，特别涉及一种包含多端统一潮流控制器的电力系统分解优化方法，属于电力系统电力传输和运营【技术领域】。
[0002]【背景技术】
自柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission Systems简称FACTS)的概念提出以来，越来越多的FACTS元件应用到电力传输系统中来保证电网的安全运行。其中统一潮流控制器由于其强大的控制功能，一直在引起国内外学者的广泛关注。随着FACTS技术的进一步发展，一种源于统一潮流控制器但比统一潮流控制器功能更为强大的FACTS元件一多端统一潮流控制器(mult1-terminal unified power flow controller 简称 M-UPFC)开始进入了人们的视线。多端统一潮流控制器不仅可以控制节点电压而且可同时控制多条线路或系统中某一子网络的潮流，和统一潮流控制器只能控制单条线路的潮流相比显示出更强大的控制能力，并且比多台单端统一潮流控制器更有经济效益。同时多端统一潮流控制器对电力系统的适应性很强，不必改变电力系统的硬件结构，是一种控制电力系统潮流、增强电力系统传输功率极限和增加电力系统稳定性的有效技术。因此，研究含有多端统一潮流控制器的电力系统优化计算问题具有重要的实际意义。
[0003]目前，针对含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算方法的文献较少，鲜有文献对其进行深入的研究。最优潮流问题是一种复杂的非线性数学问题，随着现代数值优化理论和电力系统最优潮流计算技术的不断发展，各种数值类优化方法被应用于电力系统最优潮流计算，如线性规划方法、二次规划方法和非线性规划方法等，其中基于牛顿类求解方法的内点最优潮流计算成为现代最优潮流计算方法的主流。仅有的一些文献中对多端统一潮流控制器的最优潮流求解都是基于内点法，在此基础上加上一些变化，如基于信赖域的内点法等。但是这类方法主要存在三个问题，一是引入了多端统一潮流控制器的控制方程，和电力系统原有方程一并进行优化求解，增加了求解问题的非线性，因而系统的收敛性和可靠性变差；二是加入了新的控制方程后，需要对原有的算法和程序进行较大的修改；三是没有充分利用现有的优化潮流算法和程序。基于上述原因，这类方法很难在工程上应用。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可靠的含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算方法。本方明采用的方法把含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算问题通过网络等值分解为一个两层优化问题:外层基于禁忌搜索，通过调用内层优化计算，来实现对多端统一潮流控制器有功控制功率的优化；内层优化计算是在确定的多端统一潮流控制器有功控制功率控制值的条件下，进行传统的最优潮流计算。本发明采用的方法，能够更有效和可靠的进行含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算，具有工程使用价值。
[0005]本发明的特点和现有技术上述方法的根本区别是:(I)基于网络等值，把多端统一潮流控制器支路等效为包含控制目标的多个PQ节点(2)采用禁忌搜索，仅优化多端统一潮流控制器的一个等效的控制变量，即多端统一潮流控制器的有功控制目标，从而减少了计算量，简化了优化计算；(3)优化过程是通过两层优化策略来完成的，外层采用禁忌搜索，优化多端统一潮流控制器的控制目标，内层采用传统的最优潮流计算方法，优化系统的运行状态，外层优化调用内层优化；上述方法提高了包含多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算的效率和可靠性。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:这种包含多端统一潮流控制器的电力系统分解优化方法，其特点是按以下步骤进行:
步骤I)获取电力系统最优潮流计算所需稳态运行参数；
步骤2)确定多端统一潮流控制器的控制参数和控制目标及调控范围；
步骤3)基于网络等值，把多端统一潮流控制器支路等效为包含控制目标的多个PQ节
占.步骤4)采用禁忌搜索，多次进行最优潮流计算，来确定多端统一潮流控制器的有功控制目标:
①对多端统一潮流控制器有功控制目标变量集合进行编码；
②产生初始解；
③将单个移动和交换移动分别作用于初始解，得到一组可行的试验解；
④对上述可行的试验解进行最优潮流计算，把最优潮流计算的目标函数值作为禁忌搜索的评价函数；
⑤更新禁忌搜索表；
⑥更新初始解；` ⑦判断终止条件:若连续几次迭代目标函数值没有改进或达到最大允许迭代次数，则停止计算，输出结果；
⑧若没有达到终止条件，重③复步；
步骤5)根据得到的多端统一潮流控制器的控制目标和系统的运行状态，求取其控制参数。
[0007]所述的获取电力系统最优潮流计算所需稳态运行参数，是指:交流系统网络的拓扑结构、输电网络参数，系统发电和负荷参数等进行交流系统最优潮流计算所必需的参数。
[0008]所述的确定多端统一潮流控制器的控制参数和控制目标及调控范围，包括:
a.多端统一潮流控制器的控制参数是指在电力系统潮流分析中多端统一潮流控制器的等效控制参数，在本发明中，多端统一潮流控制器在系统分析中表述为为η+1 (η ^ 2)个可控的电压源，一个并联在多端统一潮流控制器的接入母线上，η个串联在多端统一潮流控制器安装的支路上，因此，多端统一潮流控制器的控制参数是串联和并联可控电压源的幅值和相位。
[0009]b.多端统一潮流控制器控制目标是指多端统一潮流控制器并联部分向母线注入的有功功率和无功功率；串联部分控制的线路的有功和无功功率；其中并联部分向母线注入的有功功率与串联部分控制的线路的有功功率之和在数值上相等，这些稳态控制目标的控制范围可由工程设计时给出，也可以通过多次潮流计算得到更为准确的信息。
[0010]所述的基于网络等值，把多端统一潮流控制器支路等效为包含控制目标的多个PQ节点是指:按照电网络的等值替代定理，在稳态分析中，把多端统一潮流控制器对电力系统的控制作用用等效的注入功率来表征，这些等效的注入功率分别作用在与多端统一潮流控制器相连的n+1个等效节点上，在考虑多端统一潮流控制器的最优潮流的计算中，这n+1个等效的节点作为PQ节点来处理。
[0011]所述的对多端统一潮流控制器有功控制目标变量集合进行编码，包括:
a.对某一多端统一潮流控制器有功控制目标变量，根据可调节范围，把该参数间隔进行离散化，形成该参数的待选集和；
b.对该参数待选集和中的每个元素，进行二进制编码；若某参数T的二进制编码对应的十进制数为d则有:
【权利要求】
1.一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，是指把含有多端统一潮流控制器的电力系统最优潮流计算问题通过网络等值分解为一个两层优化问题:外层基于禁忌搜索，通过调用内层优化计算，来实现对多端统一潮流控制器有功控制功率的优化；内层优化计算是在确定的多端统一潮流控制器有功控制功率控制值的条件下，进行传统的最优潮流计算，其特征在于按以下步骤进行: 步骤I)获取电力系统最优潮流计算所需稳态运行参数； 步骤2)确定多端统一潮流控制器的控制参数和控制目标及调控范围； 步骤3)基于网络等值，把多端统一潮流控制器支路等效为包含控制目标的多个PQ节占.步骤4)采用禁忌搜索，多次进行最优潮流计算，来确定多端统一潮流控制器的有功控制目标； ①对多端统一潮流控制器有功控制目标变量集合进行编码； ②产生初始解； ③将单个移动和交换移动分别作用于初始解，得到一组可行的试验解； ④对上述可行的试验解进行最优潮流计算，把最优潮流计算的目标函数值作为禁忌搜索的评价函数； ⑤更新禁忌搜索表； ⑥更新初始解； ⑦判断终止条件:若连续几次迭代目标函数值没有改进或达到最大允许迭代次数，则停止计算，输出结果； ⑧若没有达到终止条件，重③复步； 步骤5)根据得到的多端统一潮流控制器的控制目标和系统的运行状态，求取其控制参数。
2.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的获取电力系统最优潮流计算所需稳态运行参数，是指:交流系统网络的拓扑结构、输电网络参数，系统发电和负荷参数等进行交流系统最优潮流计算所必需的参数。
3.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的确定多端统一潮流控制器的控制参数和控制目标及调控范围，包括: a.多端统一潮流控制器的控制参数是指在电力系统潮流分析中多端统一潮流控制器的等效控制参数，多端统一潮流控制器为η+1 (η ^ 2)个可控的电压源，一个并联在多端统一潮流控制器的接入母线上，η个串联在多端统一潮流控制器安装的支路上，因此，多端统一潮流控制器的控制参数是串联和并联可控电压源的幅值和相位； b.多端统一潮流控制器控制目标是指多端统一潮流控制器并联部分向母线注入的有功功率和无功功率；串联部分控制的线路的有功和无功功率；其中并联部分向母线注入的有功功率与串联部分控制的线路的有功功率之和在数值上相等。
4.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的基于网络等值，把多端统一潮流控制器支路等效为包含控制目标的多个PQ节点是指:按照电网络的等值替代定理，在稳态分析中，把多端统一潮流控制器对电力系统的控制作用用等效的注入功率来表征，这些等效的注入功率分别作用在与多端统一潮流控制器相连的η+l个等效节点上，在考虑统一潮流控制器的最优潮流的计算中，这n+1个等效的节点作为PQ节点来处理。
5.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的对多端统一潮流控制器有功控制目标变量集合进行编码，包括: a.对某一多端统一潮流控制器有功控制目标变量，根据可调节范围，把该参数间隔进行离散化，形成该参数的待选集和； b.对该参数待选集和中的每个元素，进行二进制编码；若某参数T的二进制编码对应的十进制数为山则有:
6.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的产生初始解，包括: a.对多端统一潮流控制器有功控制变量集合，赋予初值； b.在该参数初值条件下，进行内层的传统最优潮流计算，得到评价函数的初始值； c.把参数的初值向量写成二进制编码。
7.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的将单个移动和交换移动分别作用于初始解，包括: a.单个移动:随机选取码串的某一位进行取反操作； b.交换移动:随机选取码串的某两位进行取反操作； c.将两种移动分别作用于当前解，从而得到一组多端统一潮流控制器控制目标向量的试验解。
8.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的可行试验解，包括: a.该试验解不在禁忌搜索表中； b.该试验解虽然在禁忌表中，但已满足释放准则。
9.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:对上述可行的试验解进行最优潮流计算，把最优潮流计算的目标函数值作为禁忌搜索的评价函数，包括: a.取某一个可行的试验解，通过其二进制编码，计算参数数值； b.把该参数值做为多端统一潮流控制器的有功控制目标值； c.以多端统一潮流控制器等值后的网络为计算对象，进行传统的最优潮流计算； 其中等值PQ节点的有功注入功率为定值，无功注入功率作为系统优化的变量； d.若计算收敛，把最优潮流计算的优化目标值作为禁忌搜索的评价函数值；若计算不收敛，置禁忌搜索的评价函数值为无穷大； e.根据最优潮流结果求得的系统运行状态和多端统一潮流控制器的最优控制目标值，计算多端统一潮流控制器的控制参数；若参数不在合理区间内，说明此控制状态不存在，置禁忌搜索的评价函数值为无穷大； f.与原有的评价函数值作比较，保留函数值最小者和相对应的参数值； g.重复至a，直到所有试验解都计算完毕。
10.根据权利要求1所述的一种多端统一潮流控制器的分解优化方法，其特征在于:所述的更新禁忌搜索表是将实现了的移动 的反方向移动记录到禁忌表中。
【文档编号】G05B13/04GK103853042SQ201210502030
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】叶鹏, 武智慧, 何柳, 袁林, 张开 申请人:沈阳工业大学