专利名称：一种大规模交直流电力系统的动态无功优化方法
技术领域：
本发明涉及电力领域，尤其涉及的是一种大规模交直流电力系统的动态无功优化方法。
背景技术：
交流电力系统无功优化方法是指当系统结构和参数、负荷有功和无功功率、发电机有功出力给定时，在满足系统各种运行设备和运行限制条件的情况下，通过对发电机机端电压、无功补偿设备出力及可调变压器的分接头进行调节，使得系统的有功网损最小的方法。交直流系统无功优化的控制措施除了上述纯交流系统的控制措施外，还包括直流电 压、直流电流、换流站的控制角等。交直流电力系统无功优化是一个典型的非线性、包含连续和离散变量的混合整数规划问题，其数学模型可以表达如下min Ps(X)(I)s. t H(X)=O(2)Gfflin^G(X) ^Gfflax(3)其中，式⑴为目标函数，一般为系统的有功网损最小。H(X)表示系统的等式约束集，主要为系统的节点功率平衡方程。G(X)表示不等式约束集，Gmax和Gmin分别表示不等式约束的上限和下限。目前，针对大规模实际电力系统的无功优化问题，国内外研究大多数采用非线性内点法直接进行求解。也有学者提出一种序列二次规划算法，即在每个系统运行的平衡点(潮流解)处将式(1)-(3)进行泰勒展开，保留一次和二次项，把原问题化为典型的二次规划问题进行求解。由此得到新的系统运行点后，重复上述步骤，直到满足收敛条件，即得到最优解。针对相邻时间断面存在互相耦合的问题，现有的技术中一般采用如下方法解决建立包含所有时间段变量的完整的动态无功优化模型，在约束条件中加入各时间断面间的相互约束，对此完整模型进行统一求解，一次性求得所有时间段的最优解。这种求解方法主要存在以下局限性I)无论是采用直接非线性内点法还是序列二次规划算法进行求解，都需要计算二阶导数矩阵(海森矩阵)，计算量较大，效率低。2)若直接求解完整的动态无功优化问题，其计算量很大，收敛性无法得到保障，难以应用于实际电力系统。尤其是当离散变量较多时，需要一套有效的处理变量离散化的机制，才能准确地求得最优解。从而难以提高交直流电力系统的动态无功优化质量。本发明是在国家863计划项目基金资助下，着力解决上述问题为提高交直流电力系统的动态无功优化质量而产生的。因此，现有技术还有待于改进和发展
发明内容
本发明的目的在于提供一种大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，旨在解决现有的电力系统的无功优化方法计算量大、效率差且准确低的问题。本发明的技术方案如下一种大规模交直流电力系统的动态无功优化方法,其中,包括步骤SI、将时间i初始化为O点，以O点作为起始；步骤S2、输入系统基本数据、系统运行上下限约束以及上一时刻直流线路最优送电功率；步骤S3、将迭代次数k初始化为0，并设置线性化最大步长限制；步骤S4、进行交直流潮流计算，计算各节点电压和潮流分布；步骤S5、进行收敛性判断，判断系统约束条件是否满足，且第k次与k-Ι次网损之差是否小于收敛精度，是则执行步骤S6，否则执行步骤S7 ；步骤S6、i时段的无功优化计算结束，输出本时段优化计算结果，并进入i+Ι时段计算，然后进入步骤S10;步骤S7、获取网损、状态变量、断面功率和直流线路功率对控制变量的灵敏度系数矩阵，建立无功优化线性规划模型；步骤S8、采用内点法求解无功优化线性规划模型，得到各控制变量的修正量；步骤S9、修正系统变量，得到新的系统运行点，并置k=k+l，并执行步骤S4 ；步骤S10、判断时间是否超过23点，超过则执行步骤S11，不超过则执行步骤S2 ；步骤S11、系统动态无功优化结束。所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其中，所述步骤S7中采用系统稳态方程求解交直流系统状态变量对控制变量的灵敏度系数矩阵。所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其中，所述步骤S7中采用求解断面功率对控制变量的灵敏度系数矩阵建立单个时间点的断面功率约束的交直流无功优化逐次线性规划模型。所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法,其中，针对一个包含η个节点，P条直流线路的交直流系统，系统的稳态方程包括纯交流节点的功率平衡方程和换流节点的功率平衡方程为其中，纯交流节点的功率平衡方程为
权利要求
1.一种大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，包括 步骤SI、将时间i初始化为O点，以O点作为起始； 步骤S2、输入系统基本数据、系统运行上下限约束以及上一时刻直流线路最优送电功率； 步骤S3、将迭代次数k初始化为O，并设置线性化最大步长限制； 步骤S4、进行交直流潮流计算，计算各节点电压和潮流分布； 步骤S5、进行收敛性判断，判断系统约束条件是否满足，且第k次与k-Ι次网损之差是否小于收敛精度，实则执行步骤S6，否则执行步骤S7 ； 步骤S6、时间i时段的无功优化计算结束，输出本时段优化计算结果，并进入i+Ι时段计算，然后进入步骤SlO; 步骤S7、获取网损、状态变量、断面功率和直流线路功率对控制变量的灵敏度系数矩阵，建立无功优化线性规划模型； 步骤S8、采用内点法求解无功优化线性规划模型，得到各控制变量的修正量； 步骤S9、修正系统变量，得到新的系统运行点，并置k=k+l，并执行步骤S4 ； 步骤S10、判断时间是否超过23点，超过则执行步骤S11，不超过则执行步骤S2 ； 步骤SI I、系统动态无功优化计算结束。
2.根据权利要求I所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，所述步骤S7中采用系统稳态方程求解交直流系统状态变量对控制变量的灵敏度系数矩阵。
3.根据权利要求2所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，所述步骤S7中采用求解断面功率对控制变量的灵敏度系数矩阵建立单个时间点的断面功率约束的交直流无功优化逐次线性规划模型。
4.根据权利要求3所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，针对一个包含η个节点，P条直流线路的交直流系统，系统的稳态方程包括纯交流节点的功率平衡方程和换流节点的功率平衡方程为 其中，纯交流节点的功率平衡方程为
5.根据权利要求4所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，断面功率对控制变量的灵敏度系数可表示为 其中，Sui为灵敏度系数，u为控制变量，X为状态变量，L为输电断面有功功率，况(\表示输电断面功率L对状态变量的偏导数，ftc/ft/表示状态变量对控制变量的灵敏度系数，况/ 表不输电断面L对控制变量的偏导数。
6.根据权利要求5所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，相邻时间断面直流线路功率波动平滑性耦合约束，表示如下 其中，Spdu是直流线路功率对控制变量的灵敏度；APmin和APmax分别表示相信时间段直流线路功率变化的下限和上限A表示本时间段待求的直流线路功率，PVi为上一时间段计算得到的直流线路最优送电量，并定义!3^为前一天23点的直流线路最优送电量；1!为控制变量。
7.根据权利要求6所述的大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，其特征在于，完整的基于线性规划并考虑断面功率约束的交直流动态无功优化数学模型，表达式如下linn APs = SpuAU 其中，Spsu表示系统有功损耗对控制变量的灵敏度系数向量，系统的有功损耗可用平衡机的有功出力表示；3_是直流线路功率对控制变量的灵敏度；APmin和APmax分别表示相信时间段直流线路功率变化的下限和上限A表示本时间段待求的直流线路功率，P^1为上一时间段计算得到的直流线路最优送电量，并定义P%为前一天23点的直流线路最优送电量；u为控制变量。
全文摘要
本发明公开了一种大规模交直流电力系统的动态无功优化方法，关键在于首先根据等式约束，求解交直流系统状态变量对控制变量的灵敏度系数矩阵；然后考虑断面功率不等式约束，求解断面功率对控制变量的灵敏度系数矩阵，由此建立单个时间点的断面功率约束的交直流无功优化逐次线性规划模型；最后按各个时间点逐一求解并能考虑相邻时间断面直流线路功率波动平滑性的耦合约束，在求解这一时间点时引入上一时间点的计算结果，真实体现动态优化思想。采用本发明既可以考虑相邻时间断面直流功率波动平滑性的耦合约束，又避免了传统的求解动态无功优化完整模型所带来的庞大计算量和“维数灾”问题。
文档编号H02J3/18GK102931663SQ20121040160
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者谢敏, 何智文, 刘明波, 梁敬成, 谌军 申请人:华南理工大学, 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司