一种输电网无功优化调控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种输电网无功优化调控系统及方法。所述无功优化调控系统包括SCADA系统接口模块、PAS系统接口模块、无功优化控制策略形成模块、人机交互模块、控制对象选择模块、控制命令下发通信接口模块，同时，本发明提出了基于支路电流的电网计算模型及Kuhn-Tucker条件下的输电网无功优化计算模型，并利用所述两种计算模型进行无功优化计算，形成了无功优化控制策略的调控方法，以此调控方法可使本发明快速计算并形成输电网无功优化控制策略，从而提高了所述输电网无功优化系统的求解效率，提高运算速度，最终达到降低电网网损，提高输电系统安全经济运行的目的。
【专利说明】-种输电网无功优化调控系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输电网的无功优化【技术领域】，特别是涉及一种输电网无功优化调控系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前，许多专家和学者对输电网无功优化问题进行了大量的研究，建立了一些数 学模型，采用了不同的优化算法进行研究。关于数学模型的建立主要包括两个部分，一是目 标函数的建立，一是约束函数的建立。目标函数的建立主要分为W下4个方面：一是W经济 性为目标建立目标函数，包括有功网损最小，无功注入总成本最小，发电总成本最小；一是 W电压质量为目标函数，选定节点的电压值与给定电压值偏差的平方作为目标函数，其值 最小；一是W安全性为目标函数，获得最大的电压稳定裕度；一是兼顾W上3个方面的性能 指标，建立多目标函数，可W在多个性能指标之间取得平衡。而对于约束函数的建立，主要 包括等式约束和不等式约束两个方面。关于无功优化算法的研究包括一些传统优化算法， 例如非线性规划法、混合整数规划法、动态规划法、线性规划法，及一些智能优化算法，例如 模拟退火算法、禁忌搜索算法、遗传算法、蚁群算法、组合智能算法等。上述该些方法都是基 于节点电压方程建模的，节点电压分析方法是有效的，但也存在一些问题：1)作为电力网 络中最明显的特征，潮流量并没有直接体现出来，在进行电力网络分析时，许多网络流的成 功理论并没有被利用；2)由于大量的不等式约束，存在"维数灾"的问题，因此，有必要改善 其计算效率。如何提高解的质量，是现在研究的一个发展趋势。
【发明内容】
[0003] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种输电网无功优化调 控系统及方法，其可有效地提高无功优化系统的无功优化解的计算效率及解的质量，从而 提高了所述输电网无功优化调控系统的整体工作效果。
[0004] 为达到上述目的，本发明提供一种输电网无功优化调控系统，包括：
[0005] SCADA系统接口模块，用于获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下 电网的实时运行数据；
[000引 PAS系统接口模块，用于获取电网支路参数；
[0007] 输电网无功优化控制策略形成模块，接收该SCADA系统接口模块获取的典型运 行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值作为输电网 无功优化控制策略形成模块的电压初始计算值，利用基于支路电流的电网计算模型及电 压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、 Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新 值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于支路电流的电网计算 模型形成无功优化调控策略；
[0008] 人机交互模块，输出计算出的无功优化控制策略及各仿真信息；
[0009] 控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；
[0010] 控制命令下发通信接口模块，提供与SCADA系统之间的通信接口，将控制命令传 递给该SCADA系统。
[0011] 进一步地，所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的 电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述电网当前时刻 下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数 值。
[0012] 进一步地，所述电网支路参数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最 大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。
[0013] 进一步地，所述基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方 程，所述支路电流方程为：
【权利要求】
1. 一种输电网无功优化调控系统，包括： SCADA系统接口模块，用于获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网 的实时运行数据； PAS系统接口模块，用于获取电网支路参数； 输电网无功优化控制策略形成模块，接收该SCADA系统接口模块获取的典型运行日下 电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值作为输电网无功优化 控制策略形成模块的电压初始计算值，利用基于支路电流的电网计算模型及电压初始值计 算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条 件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，并依据各支 路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于支路电流的电网计算模型形成无功 优化调控策略； 人机交互模块，输出计算出的无功优化控制策略及各仿真信息； 控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令； 控制命令下发通信接口模块，提供与SCADA系统之间的通信接口，将控制命令传递给 该SCADA系统。
2. 如权利要求1所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于：所述典型运行日 下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各 节点注入有功功率值、无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时 刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。
3.如权利要求1所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于：所述电网支路参 数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最 大、最小值，节点编号，支路编号。
4.如权利要求3所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于，所述基于支路电 流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，所述支路电流方程为： -/,义"一Ki cos(9; +匕cos#,. = O /?+?sin^.+FiSin^=O 所述有功功率方程为：
其中，C.为1支路电流的实部；/；为1支路电流的虚部；Vi,\为i、j节点的电压有效 值；θi，θ^为i、j节点的电压相角；Pi为i节点的有功注入功率；RmXu为1支路的电阻 及电抗。
5.如权利要求4所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于，该Kuhn-Tucker条 件求解的无功优化计算模型如下： fmin |.vi.h(x,u)< 〇 其Kuhn-Tucker条件为， L=Q h(x,u) <Oα>O h(x,u)aT =O 其中，
s.t.h(x,u) <O含义为，
其中，B1为线路电感，为无功设备所能发出的最大无功功率。
6. -种输电网无功优化调控方法，包括如下步骤： 步骤一，利用SCADA系统接口模块获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻 下电网的实时运行数据，利用PAS系统接口模块获得电网支路参数，并设定无功优化迭代 计算的终止判断参数值ε; 步骤二，将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率 值及无功功率值，传递给输电网无功优化控制策略形成模块，作为输电网无功优化控制策 略形成模块电压初始计算值； 步骤三，利用基于支路电流的电网计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算电网 各条支路的电流初始值； 步骤四，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化 计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值； 步骤五，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于 给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到 步骤六； 步骤六，将步骤四中各支路电流的新值作为无功优化计算各支路电流的初始值，并利 用基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转 到步骤四； 步骤七，依据基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及 各节点的最优无功功率，并形成无功优化调控策略。
7. 如权利要求6所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于，在步骤七之后，还 包括如下步骤： 依据获取的输电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率 数值对所述无功优化调控策略进行输电网潮流计算、网损计算，从而对所述调制策略进行 安全性及输电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口 模块将调控命令传递给SCADA系统，由SCADA系统传递控制信息到控制对象，从而完成无功 优化控制的执行工作。
8. 如权利要求7所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于：所述典型运行日 下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各 节点注入有功功率值、无功功率值；所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时 刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值；所述电网支路参数包括：电网各 节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点 编号，支路编号。
9.如权利要求8所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于，所述基于支路电 流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，所述支路电流方程为：
所述有功功率方程为：
其中，C为1支路电流的实部K为1支路电流的虚部；Vi, '为i、j节点的电压有效 值；Θi，Θ^为i、j节点的电压相角；Pi为i节点的有功注入功率；RmXu为1支路的电阻 及电抗。
10.如权利要求9所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于，该Kuhn-Tucker 条件求解的无功优化计算模型如下：
其Kuhn-Tucker条件为，
其中，
其中，B1为线路电感，^Tax为无功设备所能发出的最大无功功率。
【文档编号】H02J3/18GK104466979SQ201410727498
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】王艳杰, 陆忠东, 吴军民 申请人:上海电机学院