一种恢复大电网潮流可行性的实用优化方法
【专利摘要】本发明提供一种恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，包括以下步骤：确定非线性优化模型的目标函数和约束条件；设置PV节点等式约束条件；设置非PV节点电压不等式约束条件；对非线性化模型中目标函数做变换；采用原-对偶内点法求解非线性优化模型。本发明提供的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，提出了以机组出力调整量绝对值之和最小为目标的非线性优化模型，并使用原－对偶内点法进行求解。有效地给出导致潮流无解的关键节点或区域。
【专利说明】-种恢复大电网潮流可行性的实用优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种优化方法，具体涉及一种恢复大电网潮流可行性的实用优化方 法。
【背景技术】
[0002] 潮流计算是电力系统规划及运行方式校核的基础，随着电网规模的扩大，大电网 规划或运行方式改变后的潮流计算极易出现无可行解的情况。目前各网省电网运行方式 编制时主要关注辖区内部电网的出力与负荷，由于各网省内部电网的调整将对相邻电网产 生影响，从而产生较大的潮流不平衡，如果单纯由平衡机来承担，那么当相邻电网进行调整 时，平衡机的变化将导致电网潮流的变化，从而导致潮流计算不收敛。潮流调整工作量大， 具有一定的盲目性，效率也很低，并且对于操作者有非常高的理论与实践要求。
[0003] 因此，无解潮流恢复的实用化算法成为大电网系统非常迫切和实用的需求之一。
[0004] 在上世纪90年代，国外就提出了基于欧氏距离最小的潮流恢复方法，即从不可行 初始解沿可行域边界法线方向找到欧氏距离最近的可行解。李敏等人根据薄弱通道输送功 率限制设定局部优化目标，结合灵敏度方法，通过调节出力及负荷来获取可行解。随着智能 算法的兴起，一些学者也开始将各种智能算法应用到潮流恢复的研究中。谢毓广等人提出 了使用信任技术，将优化过程分为求解可行解和缩小可行域两部分，通过来回切换求得最 优解。叶承晋则提出了使用非常流行的遗传算法求解最优潮流问题。近年来，内点法依靠 其计算效率和优秀的收敛性在潮流恢复算法中得到了越来越多的应用。其中，郭力等人先 使用最优切负荷算法获得一个可行解，再结合灵敏度方法，利用原-对偶内点法求解；刘林 等则使用了结合罚函数的内点法求解。
[0005] 这些方法没有考虑到导致潮流无解的原因通常是少数节点的出力或负荷值设定 有误的实际情况，尚不能有效发现导致潮流无解的关键节点或区域。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种恢复大电网潮流可行性的实用优 化方法，提出了以机组出力调整量绝对值之和最小为目标的非线性优化模型，并使用原一 对偶内点法进行求解。有效地给出导致潮流无解的关键节点或区域。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0008] 本发明提供一种恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，所述方法包括以下步 骤：
[0009] 步骤1 :确定非线性优化模型的目标函数和约束条件；
[0010] 步骤2 :设置PV节点等式约束条件；
[0011] 步骤3 :设置非PV节点电压不等式约束条件；
[0012] 步骤4 :对非线性化模型中目标函数做变换；
[0013] 步骤5 :采用原-对偶内点法求解非线性优化模型。
[0014] 所述步骤1中，以优化调整量综合评价函数最小为目标建立非线性优化模型，其 目标函数表示为：
[0015]
【权利要求】
1. 一种恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步 骤： 步骤1 :确定非线性优化模型的目标函数和约束条件； 步骤2 :设置PV节点等式约束条件； 步骤3 :设置非PV节点电压不等式约束条件； 步骤4 :对非线性化模型中目标函数做变换； 步骤5 :采用原-对偶内点法求解非线性优化模型。
2. 根据权利要求1所述的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述 步骤1中，以优化调整量综合评价函数最小为目标建立非线性优化模型，其目标函数表示 为：
(1) 其中，f(x)为优化调整量综合评价函数；i为节点编号；SP为有功平衡约束的节点编 号集，有功平衡约束的节点包括PV节点和PQ节点；SQ和Sv分别为PQ节点编号集和PV节 点编号集；\分别为节点i的发电机注入有功功率、发电机注入无功功率及电 压；
分别为优化前大电网中节点i的注入有功功率、注入无功功率及电压； ωΡ、《〇及ων*别为有功调整、无功调整及PV节点电压调整的优先权重。
3. 根据权利要求2所述的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述 目标函数对应的约束条件包括等式约束条件和不等式约束条件，分别表示为： S. Τ. h(x) = 0 (2)
(3) 其中，h(x) = 0表示等式约束条件；表示不等式约束条件，f和g:分别为 不等式约束的下限和上限。
4. 根据权利要求1所述的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述 步骤2中，PV节点功率等式约束条件包括PV节点有功功率等式约束条件和PV节点无功功 率等式约束条件，具体表示为：
(4) C5) 其中，
分别为节点i的有功负荷与无功负荷；Pij(V，Θ )和Θ )分别为 注入电网的有功功率和无功功率，具体表不为：
(6) (7) 其中，j为节点编号；'为节点j的电压；GU和分别为节点i与节点j之间互导纳 的实部和虚部；θ u为节点i与节点j之间的相角差。
5. 根据权利要求1所述的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述 步骤3中，非PV节点电压不等式约束条件如下：
(8) 其中，
分别为节点i的电压上限和电压下限。
6. 根据权利要求2所述的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述 步骤4中，设：
(9) (10) (11) 其中，/r、I、a1、a.、G和f均为非负的辅助变量； (1)对于式（9)，有：
(12) 由于上式中各项都大于等于零，于是有：
C13) 此时有：
(15) 由于上式中各项都大于等于零，同样有：
(16) 此时有：
(17) ⑵对于式（10)，有：
(18) 由于上式中各项都大于等于零，显然有：
(19) 此时有：
C21) 由于上式中各项都大于等于零，同样有：
(22) 此时有：
(24) 由于上式中各项都大于等于零，显然有：
(25) 此时有：
(27) 由于上式中各项都大于等于零，同样有：
(28) 此时有：
(29) 于是，变换后非线性优化模型的目标函数为：
(30) 该目标函数对应的约束条件为：
(31) (32) (33) 其中，巧"为优化前大电网中节点i的注入有功功率，C为优化前大电网中节点1的 有功负荷；为优化前大电网中节点i的注入无功功率，为优化前大电网中节点i的 无功负荷。
7.根据权利要求3所述的恢复大电网潮流可行性的实用优化方法，其特征在于：所述 步骤5中，引入松弛变量1和u将式（3)的不等式约束条件化为变量等式约束条件及变量 不等式约束条件，有：
(34) 引入障碍函数项后的目标函数为：
(35) 其中f' (X)为引入障碍函数项后的目标函数；P为障碍因子，且有P>〇;
为障碍函数项； 定义拉格朗日函数如下：
其中松弛变量1和u，及X均为原始变量向量；y、z及w为对应的拉格朗日乘子向量，即 对偶变量向量；由此导出库恩一塔克条件并用牛顿一拉夫逊法迭代求解拉格朗日函数，得 到的结果即为大电网潮流可行性优化结果。
【文档编号】H02J3/00GK104158184SQ201410406553
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】陶向红, 王虹富, 侯俊贤, 马世英, 肖静, 范亚娜, 郅治, 张志强, 刘燕嘉, 王鹏, 王东晓, 郑忠飞, 赵威, 孔鹏 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院