一种可控移相器配置优化和运行控制方法
【专利摘要】一种可控移相器配置优化和运行控制方法，涉及交流干线或交流配电网络的建设规划及其运行控制方法，尤其涉及一种用于超高压输电网的、基于提高电网断面输送能力的可控移相器配置优化和运行控制方法，包括以下步骤：获取所述电网断面的节点数据和可控移相器的计划配置台数，建立含有可控移相器的电力系统节点功率平衡方程；建立个求解所述的最优潮流数学模型；根据综合断面传输容量最大时可控移相器的配置状态，确定可控移相器的最优配置状态；建立可控移相器运行控制参数表；依据运行控制参数表调节各台可控移相器的运行方式和移相角，本发明的方法通过可控移相器的优化配置和运行控制，可以将电网断面输送能力几乎提高到断面的理论热稳极限。
【专利说明】-种可控移相器配置优化和运行控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交流干线或交流配电网络的建设规划及其运行控制方法，尤其涉及一 种用于超高压输电网的、基于提高电网断面输送能力的可控移相器配置优化和运行控制方 法。
【背景技术】
[0002] 由于电力系统在运行中受到设备热稳极限的约束、输电线路的电压降约束、N-1静 态安全约束、系统小干扰稳定性约束、电压稳定性约束、暂态稳定性约束以及可靠性备用约 束而使得系统的输电能力很难得到完全充分利用。电力系统是随社会经济发展而逐步发展 的一个历史过程，因此，在系统规划时不可能一次性地考虑到较远的未来情况而使系统能 在实际运行的每一个时期都具有良好的技术经济性。这样，对已运行的电力系统一定会根 据运行中产生的问题进行或多或少的技术改造。一个常见的问题是电网中的某个或某些输 电断面中的数条输电线由于各自电抗大小的差异而导致的潮流不均。即阻抗较小的输电 线在系统重负荷时率先达到其热稳极限，而此时断面中的其它输电线路尚处在利用不充分 甚至轻载的状态。显然，断面潮流不均问题限制了断面的输送能力，降低了输电设备的利用 率，宏观后果是降低了系统运行的经济性。通过新型控制元件挖掘已有系统的潜力是最近 数十年电力科学研究、电网技术升级的一个基本思路。随着电力电子器件的发展，可控移相 器（主要指晶闸管控制移相器，Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer，在 以下说明中也简称为移相器或TCPST)得到了广泛的研究。目前国内外关于FACTS优化配 置的方法大体可以分成两类，第一类采用灵敏度分析方法选址，第二类采用优化方法选址。 采用灵敏度分析方法选址，由于选址指标是非线性函数，在不同的状态点得到的灵敏度数 值不同。采用优化方法选址，针对FACTS的不同控制功能，在优化模型中可以选择不同的目 标函数、控制变量和约束条件，可以准确得到使目标函数最优的FACTS配置方法，同时确定 其控制参数。中国发明专利申请"一种超高压电网可控移相器优化配置方法"（发明专利申 请号：201310384833. 8申请公布号：CN103414188A)公开了一种超高压电网可控移相器优 化配置方法，该方法包括以下步骤：1)生成多个可控移相器配置备选方案；2)根据设定的 电网潮流目标计算各备选方案下加装可控移相器后的刚性需求和适应性；3)计算各备选 方案下加装可控移相器前后电网的短路电流水平，比较加装可控移相器前后的电网短路电 流值，根据比较结果判断各备选方案的短路电流抑制效果是否满足设定要求；4)计算各备 选方案下加装可控移相器后单位移相角变化所引起的线路潮流变化量大小；5)计算各备 选方案下加装可控移相器的造价投资大小；6)根据最终输出的可控移相器配置方案控制 可控移相器的安装位置。与现有技术相比，本发明具有提高电网输送能力和电网资产利用 效率等优点。但是，由于通常FACTS装置的备选安装线路很多，现有优化方法的计算速度相 对缓慢，甚至得不到收敛解。
[0003] 另一方面，稳态潮流控制是可控移相器应用的最重要功能，其它功能只能是满足 稳态潮流控制需求之后的辅助功能。可控移相器的快速调节特性对稳态潮流控制的贡献在 于可以满足系统（尤其是移相器所在输电断面上）发生元件突然退出运行的N-1静态安全 约束；由于采用电力电子开关实现移相器的移相档位切换，可以满足运行方式经常变化要 求移相器频繁调节的需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据可控移相器的特点，提供一种用于超高压电网的可控移相器 配置优化和运行控制方法，既可解决建设规划中移相器布局选址配置问题，也可用于解决 包含可控移相器的电网断面的潮流控制优化问题。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种可控移相器配置优化和运行控制方法，电网断面为包含L个节点和h条输电 线路，对应于所述的k条输电线路计划配置M台可控移相器，其中，L为> 3的正整数，&为 > 2的正整数，M为< 化的正整数；其特征在于所述的可控移相器配置优化和运行控制方 法包括以下步骤：
[0007] S100:获取所述电网断面L个节点的节点数据和可控移相器的计划配置台数M，所 述的节点数据包括节点导纳，节点上的发电机有功出力、有功负荷和无功功率；
[0008] S200:用串联电压源和并联电流源等效可控移相器，利用诺顿定理，将其中的电压 源支路转化为附加节点注入功率，建立含有可控移相器的电力系统节点功率平衡方程；
[0009] S300 :通过设置功率权重系数&和网损权重系数《2调节优化目标中断面输送功率 和系统网损的权重，以断面输送功率最大并且兼顾系统网损最小为优化目标，建立含有可 控移相器并且考虑多运行方式下断面N-1约束的最优潮流数学模型
【权利要求】
1. 一种可控移相器配置优化和运行控制方法，电网断面为包含L个节点和k条输电线 路，对应于所述的k条输电线路计划配置M台可控移相器，其中，L为> 3的正整数，1^为 > 2的正整数，M为< 化的正整数；其特征在于所述的可控移相器配置优化和运行控制方 法包括以下步骤： S100:获取所述电网断面L个节点的节点数据和可控移相器的计划配置台数M，所述的 节点数据包括节点导纳，节点上的发电机有功出力、有功负荷和无功功率； S200 :用串联电压源和并联电流源等效可控移相器，利用诺顿定理，将其中的电压源支 路转化为附加节点注入功率，建立含有可控移相器的电力系统节点功率平衡方程； S300 :通过设置功率权重系数&和网损权重系数《2调节优化目标中断面输送功率和系 统网损的权重，以断面输送功率最大并且兼顾系统网损最小为优化目标，建立含有可控移 相器并且考虑多运行方式下断面N-1约束的最优潮流数学模型
其中，nm为优化问题所考虑的基础运行方式个数；上标m表示运行方式m;nk为N-1开 断方式总数；上标k= 0表示断面健全运行；k= 1，2,…，nk则表示第k个N-1开断方式； 标量函数f 是系统在方式m下健全运行时的目标函数；向量函数h(m，k) = 0为方式m下 第k个开断方式的节点功率平衡方程；常数向量铲8^、S(m'k)分别表示对向量函数g(nU)约 束的上、下限；向量u、x分别为控制向量和状态向量； S400 :采用非线性原始-对偶内点法，以所有节点在基础运行方式及其N-1断开运行方 式下的功率平衡方程式为等式约束条件，以发电机的有功、无功出力限制、移相角限制、节 点电压限制为变量约束条件，以所有线路功率热稳极限限制为不等式约束条件，求解所述 的最优潮流数学模型； S500 :对应于电网断面的各条线路中配置2至M台可控移相器的所有配置状态，采用穷 举法重复调用步骤S400进行计算，获取不同配置状态下各种基础运行方式及其N-1开断方 式下的断面传输容量； S600 :比较步骤S500获得的每一种配置状态下各种基础运行方式的断面传输容量，根 据综合断面传输容量最大时可控移相器的配置状态，确定可控移相器的最优配置状态，所 述的最优配置状态包括可控移相器的安装台数，以及各可控移相器在所述电网断面中的安 装位置； S700 :根据步骤S600确定的可控移相器最优配置状态，在电网断面的输电线路上配置 可控移相器；同时令目标函数中的功率权重系数Wl = 0,令约束中取健全运行方式个数nm =1，令负荷率入=1，对应于电网断面在系统健全运行状态和断面N-1开断状态的各种运 行方式，采用穷举法重复调用步骤S400进行计算，确定各可控移相器的开机方式和移相角 取值，建立可控移相器运行控制参数表； S800 :可控移相器控制装置根据系统当前的运行状态，读取可控移相器运行控制参数 表，依据运行控制参数表调节各台可控移相器的运行方式和移相角，在系统健全运行状态 及N-1开断状态实现电网断面输送能力的最优化。
2.根据权利要求1所述的可控移相器配置优化和运行控制方法，其特征在于所述的步 骤S400包括以下动作： S410 :设置初值，令迭代次数k= 0,最大允许迭代次数Kmax = 50,中心参数〇G(〇, 1]， 计算精度e =10'选择松弛因子[l，u]T>0,拉格朗日乘子[z>0，w〈0，y尹0]T，选取变量元 的初值； S420 :如果k〈K_，转步骤S430 ;否则，迭代计算不收敛，退出迭代循环； S430 :按下式计算对偶间隙Gap: Gap=lTz-uTw(16) 若Gap〈e，计算成功，输出最优解，退出迭代循环；否则，转步骤S440 ; S440 :由式（17)计算扰动因子y，求解修正方程式（19)，得到M,Ay，将其回代至式 (18)中得到A1，Au,Az,Aw:
式中，〇为中心参数，满足〇g(〇,l];
式中，向量i表示最优潮流数学模型中的控制向量u和状态向量x; ?⑶为目标函 数/(幻的海森矩阵；▽#(习为等式约束/#)的海森矩阵；vk(幻为不等式约束扒幻的 海森矩阵；
S470 :按下式确定原始变量和对偶变量的步长ap，ad :
S480 :分别更新原始变量与拉格朗日乘子：
S490:k=k+1，返回步骤S420。
3.根据权利要求2所述的可控移相器配置优化和运行控制方法，其特征在于所述的步 骤S400还包括以下动作： S450 :通过选择变量和方程排序，将各种运行方式下i中的状态变量x(m'k)和对偶变量y(m，k)排列在一起，使修正方程的系数矩阵在结构上成为箭状矩阵； S460 :将控制变量u与各运行方式下的状态变量X(l?Xnk解耦之后分别求解，把修正方 程式（19)转换为阶数大幅度降低的线性方程进行求解。
【文档编号】H02J3/00GK104410068SQ201410714359
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】崔勇, 杨增辉, 郭强, 余颖辉, 冯煜尧 申请人:国网上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司