本发明属于电力自动化
技术领域：
，具体涉及一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法。
背景技术：
：大电网的自动电压控制的核心是电力系统的无功优化计算。无功优化是最优潮流中的一项典型问题。传统的大电网自动电压控制是在给定的潮流断面下，即系统的网络拓扑和参数、负荷的有功和无功、发电机有功出力认为固定时，在满足系统运行设备投运条件和系统状态参数运行范围的情况下，对发电机机端电压、无功补偿设备投退及可调变压器的档位调节，以此改变系统的无功分布，从而减少系统的网损。目前大规模实际电力系统的无功优化问题，广泛采用的是非线性内点法进行直接求解和通过分区分级控制两种技术路线。分区分级的方法侧重对电网控制的有效性，在电网分析上较弱。由于分区的原因，强行设置区域间控制量和状态量与区域外控制量和状态量之间无直接影响或者弱影响，但是实际中区域间是互联或者互联区域的分属两区域的控制量和状态量也是强相关的，因此，有时并不能保证其控制方向是朝向最优方向调节。非线性内点法侧重对电网的直接优化分析，由于直接带有潮流方程约束，因此产生控制策略也是也是满足潮流方程的。然而由于离散设备的出现和状态估计提供的数据出现偏差较大时会出现求解困难和难以求解的问题，因此，现有技术还需要进行改进。技术实现要素：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法，具体采取如下技术方案：本发明提供一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：确定支路的电压稳定指标；步骤2：建立无功优化模型；步骤3：采用内点法求解无功优化模型。所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1：计算节点i与节点j之间支路ij的电压稳定裕度Lij，将其作为支路ij的电压稳定指标；步骤1-2：判断Lij是否超过门槛值T，若超过将相应支路计入到支路集合M。所述步骤1-1中，节点i与节点j之间支路ij的电压稳定裕度为Lij表示为：Lij=4[1-0.5B(X-R)][Pj(X+R)+Qj(X-R)]Ui2(1+sinδij)---(1)]]>其中，R和X表示支路ij的电阻和电抗，δij表示节点i与节点j的电压相角差，Ui表示节点i的电压幅值，Pj和Qj分别表示节点j的流出有功功率和无功功率；所述步骤2中，无功优化模型包括无功优化目标函数和无功优化约束条件。所述无功优化约束条件包括等式约束和不等式约束；所述等式约束包括潮流等式约束、变压器变比等式约束和容抗器等式约束；所述不等式约束包括节点电压不等式约束、电压松弛量不等式约束和发电机无功出力不等式约束。所述无功优化目标函数表示为：minf(x)=Σ(i,j)∈MGij(Ui2+Uj2-2UiUjcosδij)+ωΣi=1NSi2+ψΣm∈MLijm---(2)]]>其中，f(x)表示无功优化目标函数，M表示支路集合，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij表示支路ij的电导，δij表示节点i与节点j的电压相角差，N表示节点集合，m表示电压稳定裕度超过门槛值的支路；Si表示节点i的电压松弛量，表示支路ij的电压稳定裕度，ω表示电压偏移权重，ψ表示电压稳定指标权重。所述等式约束中，有：(1)潮流等式约束表示为：PG,i-PD,i-UiΣUj(Gijcosδij+Bijsinδij)=0i∈NQG,i-QD,i-UiΣUj(Gijsinδij+Bijcosδij)=0i∈N---(3)]]>其中，PG,i和QG,i分别表示节点i处发电机注入有功功率和无功功率，PD,i和QD,i分别表示节点i处发电机有功负荷和无功负荷，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij和Bij分 别表示支路ij的电导和电纳，N表示节点集合，δij为节点i与节点j的电压相角差，且δij＝θi-θj，其中θi、θj分别为节点i、j的电压相角；(2)变压器变比等式约束表示为：(Tk-Tk,min)(Tk,max-Tk)＝0k∈ST(4)其中，Tk表示第k个变压器的变比，Tk,max和Tk,min分别表示第k个变压器的变比上下限，ST表示变压器集合；(3)容抗器等式约束表示为：(Bh-Bh,min)(Bh,max-Bh)＝0h∈SB(5)其中，Bh表示第h个容抗器的电纳，Bh,max和Bh,min分别表示第h个容抗器的电纳上下限，SB表示容抗器集合。所述不等式约束中，有：(1)节点电压不等式约束表示为：Ui,min+Si≤Ui≤Ui,max-Sii∈N(7)其中，Si表示节点i的电压松弛量，Ui表示节点i的电压幅值，Ui,max和Ui,min分别表示节点i的电压幅值上下限，N表示节点集合；(2)电压松弛量不等式约束表示为：Si≥0i∈N(8)其中，Si表示节点i的电压松弛量，N表示节点集合；(3)发电机无功出力不等式约束表示为：QGi,min≤QG,i≤QGi,maxi∈N(9)其中，QG,i分别表示节点i处发电机注入无功功率，QGi,max和QGi,min分别表示节点i处发电机注入无功功率上下限，N表示节点集合。所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3-1：首先将无功优化模型分为离散设备等式约束和连续量优化模型；步骤3-2：连续量优化模型表示为：minf(x)=Σ(i,j)∈MGij(Ui2+Uj2-2UiUjcosδij)+ωΣi=1NSi2+ψΣm∈MLijmΔPi=PG,i-PD,i-UiTk,iΣUj(Gijcosδij+Bijsinδij)=0,i∈NΔQi=QG,i+Bh,iUi2-QD,i-UiTk,iΣUj(Gijsinδij-Bijcosδij)=0,i∈NUi,min+Si≤Ui≤Ui,max-Si,i∈NSi≥0,i∈NQGi,min≤QG,i≤QGi,max,i∈N---(10)]]>其中，f(x)表示无功优化目标函数，M表示支路集合，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij表示支路ij的电导，δij表示节点i与节点j的电压相角差，N表示节点集合，m表示电压稳定裕度超过门槛值的支路；Si表示节点i的电压松弛量，表示支路ij的电压稳定裕度，ω表示电压偏移权重，ψ表示电压稳定指标权重，Bh,i表示节点i处第h个容抗器的电纳，Tk,i表示节点i处第k个变压器的变比，ΔPi、ΔQi分别表示节点i处有功偏差和无功偏差；定义向量x＝[QG,1,…,QG,i,…,QG,N,S1,…,Si,…,SN,U1,…,Ui,…,UN,θ1,…,θi,…,θN]T，针对连续量优化模型形成无约束的优化函数L，有：L=f(x)-Σi∈NypiΔPi-Σi∈NyqiΔQi-Σi∈Nzi(Ui-Ui,min-Si-li)-Σi∈Nwi(Ui-Ui,max+Si+ui)-Σi∈SGzi(QG,i-Ui,min-li)-Σi∈SGwi(Ui-Ui,max+ui)-μΣi∈(N+SG)ln(li)-μΣi∈(N+SG)ln(ui)---(11)]]>其中，SG表示发电机节点，μ表示扰动变量，且μ≥0；li、ui分别表示节点i的电压下松弛变量和电压上松弛变量，ypi、yqi、zi、wi表示节点i的拉格朗日变量，定义向量l＝[l1,l2,……,lr]，u＝[u1,u2,……,ur]，向量y＝{yp1,…ypi,…,ypN,yq1,…,yqi,…,yqN}，向量z＝[z1,z2,……,zr]，向量w＝[w1,w2,……,wr]，r表示不等式个数；于是满足：Lx=▿xf(x)-▿xh(x)y-▿xg(x)(z+w)=0Ly=h(x)=0Lz=g(x)-l-g‾=0Lw=g(x)+u-g‾=0Ll=LZE+μE=0Lu=UWE-μE=0---(12)]]>其中，Lx表示优化函数L对向量x的偏导，Ly表示优化函数L对向量y的偏导，Lz表示优化函数L对向量z的偏导，Lw表示优化函数L对向量w的偏导，Ll表示优化函数L对向量l的偏导，Lu表示优化函数L对向量u的偏导，▽x表示无功优化目标函数f(x)对向量x的偏导，潮流等式约束向量h(x)＝{ΔP1,…,ΔPi,…,ΔPN，ΔQ1,…,ΔQi,…,ΔQN}，g(x)表示不等式约束向量，表示不等式约束上限，g表示不等式约束下限，L、Z、U、W分别为li、zi、ui、wi组成的r维对角矩阵，E为的r维单位矩阵；步骤3-3：所述离散设备等式约束包括变压器变比等式约束和容抗器等式约束；增加对偶间隙于是有：Tk(Tk-Tk,min)(Tk,max-Tk)-Cgap=0k∈STBh(Bh-Bh,min)(Bh,max-Bh)-Cgap=0h∈SB---(13)]]>其中，Tk表示第k个变压器的变比，Tk,max和Tk,min分别表示第k个变压器的变比上下限，ST表示变压器集合；Bh表示第h个容抗器的电纳，Bh,max和Bh,min分别表示第h个容抗器的电纳上下限，SB表示容抗器集合；步骤3-4：求解无功优化模型，具体包括：步骤1)：初始化向量l、z、u、w、y，各向量种元素分别为0.5、-0.2、0.5、0.2、-0.01，初始化向心参数Sigma为0.99；步骤2)：计算Cgap、Lx、Ly、Lz、Lw、Ll、Lu，若计算出的Cgap、Lx、Ly、Lz、Lw、Ll、Lu均小于计算精度ε，则停止计算；步骤3)：根据得到的Cgap计算扰动变量步骤4)：计算步长系数stepP和stepD，有：stepP=min{mini(-liΔli:Δli<0;-uiΔui:Δui<0)}---(14)]]>stepD=min{mini(-ziΔzi:Δzi<0;-wiΔwi:Δwi<0)}---(15)]]>步骤5)：根据stepP和stepD修正x、l、u、y、z、w，有：xlu=xlu+stepP*ΔxΔlΔu---(16)]]>yzw=yzw+stepD*ΔyΔzΔw---(17)]]>其中，Δx、Δl、Δu、Δy、Δz、Δw分别表示向量x、l、u、y、z、w的迭代步长；步骤6)：通过求解方程式(13)修正Tk和Bh，有：Tk＝Tk+ΔTk(18)Bh＝Bh+ΔBh(19)其中，ΔTk和ΔBh为修正步长；步骤7)：将修正后的Tk、Bh、x、l、u、y、z、w带入方程式(12)和(13)后，返回步骤2)。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1)根据实际运行中电压为软约束的特点，采用电压松弛化的方法提高了无功优化计算方法的收敛性；2)通过将离散设备调节约束转化为等式约束，提高了单次优化的效率，能够适应大电网中的大量离散设备控制的优化分析，并针对等式约束提出了相应的优化方法；3)通过将Lij指标转化Pj(R+X)+Qj(X-R)形式，在为增加模型非凸性的条件下，有针对性的提高电压稳定裕度低的电压稳定性，从而达到改善系统电压稳定性的目的。附图说明图1是本发明实施例中适应大电网自动电压控制的无功优化方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。传统的非线性内点法计算无功优化容易出现由于数据原因导致的不收敛，针对离散设备需要就近规整或者采用智能算法导致计算不精确，为考虑系统的电压稳定性这三类情况。本发明通过数学变形和考虑电压运行特点，相较传统的非线性内点法无功优化，本申请根据实际运行中电压为软约束的特点，采用电压松弛化的方法提高了无功优化计算方法的收敛性；通过将离散设备调节约束转化为等式约束，提高了单次优化的效率，能够适应大电网中的大量离散设备控制的优化分析，并针对等式约束提出了相应的优化方法；通过将Lij指标转化Pj(R+X)+Qj(X-R)形式，在为增加模型非凸性的条件下，有针对性的提高电压稳定裕度低的电压稳定性，从而达到改善系统电压稳定性的目的。如图1，本发明提供一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：确定支路的电压稳定指标；步骤2：建立无功优化模型；步骤3：采用内点法求解无功优化模型。所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1：计算节点i与节点j之间支路ij的电压稳定裕度Lij，将其作为支路ij的电压稳定指标；步骤1-2：判断Lij是否超过门槛值T，若超过将相应支路计入到支路集合M。所述步骤1-1中，节点i与节点j之间支路ij的电压稳定裕度为Lij表示为：Lij=4[1-0.5B(X-R)][Pj(X+R)+Qj(X-R)]Ui2(1+sinδij)---(1)]]>其中，R和X表示支路ij的电阻和电抗，δij表示节点i与节点j的电压相角差，Ui表示节点i的电压幅值，Pj和Qj分别表示节点j的流出有功功率和无功功率；某实际电网计算结果如表1：表1线路名电压稳定指标(门槛值设为0.6)山黄线0.650653别白线0.469824台塔线0.397849乌彩线0.396徐鹿线0.380926所述步骤2中，无功优化模型包括无功优化目标函数和无功优化约束条件。所述无功优化约束条件包括等式约束和不等式约束；所述等式约束包括潮流等式约束、变压器变比等式约束和容抗器等式约束；所述不等式约束包括节点电压不等式约束、电压松弛量不等式约束和发电机无功出力不等式约束。所述无功优化目标函数表示为：minf(x)=Σ(i,j)∈MGij(Ui2+Uj2-2UiUjcosδij)+ωΣi=1NSi2+ψΣm∈MLijm---(2)]]>其中，f(x)表示无功优化目标函数，M表示支路集合，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij表示支路ij的电导，δij表示节点i与节点j的电压相角差，N表示节点集合，m表示电压稳定裕度超过门槛值的支路；Si表示节点i的电压松弛量，表示支路ij的电压稳定裕度，ω表示电压偏移权重，ψ表示电压稳定指标权重。所述等式约束中，有：(1)潮流等式约束表示为：PG,i-PD,i-UiΣUj(Gijcosδij+Bijsinδij)=0i∈NQG,i-QD,i-UiΣUj(Gijsinδij+Bijcosδij)=0i∈N---(3)]]>其中，PG,i和QG,i分别表示节点i处发电机注入有功功率和无功功率，PD,i和QD,i分别表示节点i处发电机有功负荷和无功负荷，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij和Bij分别表示支路ij的电导和电纳，N表示节点集合，δij为节点i与节点j的电压相角差，且δij＝θi-θj，其中θi、θj分别为节点i、j的电压相角；(2)变压器变比等式约束表示为：(Tk-Tk,min)(Tk,max-Tk)＝0k∈ST(4)其中，Tk表示第k个变压器的变比，Tk,max和Tk,min分别表示第k个变压器的变比上下限，ST表示变压器集合；(3)容抗器等式约束表示为：(Bh-Bh,min)(Bh,max-Bh)＝0h∈SB(5)其中，Bh表示第h个容抗器的电纳，Bh,max和Bh,min分别表示第h个容抗器的电纳上下限，SB表示容抗器集合。所述不等式约束中，有：(1)节点电压不等式约束表示为：Ui,min+Si≤Ui≤Ui,max-Sii∈N(7)其中，Si表示节点i的电压松弛量，Ui表示节点i的电压幅值，Ui,max和Ui,min分别表示节点i的电压幅值上下限，N表示节点集合；(2)电压松弛量不等式约束表示为：Si≥0i∈N(8)其中，Si表示节点i的电压松弛量，N表示节点集合；(3)发电机无功出力不等式约束表示为：QGi,min≤QG,i≤QGi,maxi∈N(9)其中，QG,i分别表示节点i处发电机注入无功功率，QGi,max和QGi,min分别表示节点i处发电机注入无功功率上下限，N表示节点集合。所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3-1：首先将无功优化模型分为离散设备等式约束和连续量优化模型；步骤3-2：连续量优化模型表示为：minf(x)=Σ(i,j)∈MGij(Ui2+Uj2-2UiUjcosδij)+ωΣi=1NSi2+ψΣm∈MLijmΔPi=PG,i-PD,i-UiTk,iΣUj(Gijcosδij+Bijsinδij)=0,i∈NΔQi=QG,i+Bh,iUi2-QD,i-UiTk,iΣUj(Gijsinδij-Bijcosδij)=0,i∈NUi,min+Si≤Ui≤Ui,max-Si,i∈NSi≥0,i∈NQGi,min≤QG,i≤QGi,max,i∈N---(10)]]>其中，f(x)表示无功优化目标函数，M表示支路集合，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij表示支路ij的电导，δij表示节点i与节点j的电压相角差，N表示节点集合，m表示电压稳定裕度超过门槛值的支路；Si表示节点i的电压松弛量，表示支路ij的电压稳定裕度，ω表示电压偏移权重，ψ表示电压稳定指标权重，Bh,i表示节点i处第h个容抗器的电纳，Tk,i表示节点i处第k个变压器的变比，ΔPi、ΔQi分别表示节点i处有功偏差和无功偏差；定义向量x＝[QG,1,…,QG,i,…,QG,N,S1,…,Si,…,SN,U1,…,Ui,…,UN,θ1,…,θi,…,θN]T，针对连续量优化模型形成无约束的优化函数L，有：L=f(x)-Σi∈NypiΔPi-Σi∈NyqiΔQi-Σi∈Nzi(Ui-Ui,min-Si-li)-Σi∈Nwi(Ui-Ui,max+Si+ui)-Σi∈SGzi(QG,i-Ui,min-li)-Σi∈SGwi(Ui-Ui,max+ui)-μΣi∈(N+SG)ln(li)-μΣi∈(N+SG)ln(ui)---(11)]]>其中，SG表示发电机节点，μ表示扰动变量，且μ≥0；li、ui分别表示节点i的电压下松弛变量和电压上松弛变量，ypi、yqi、zi、wi表示节点i的拉格朗日变量，定义向量l＝[l1,l2,……,lr]，u＝[u1,u2,……,ur]，向量y＝{yp1,…ypi,…,ypN,yq1,…,yqi,…,yqN}，向量z＝[z1,z2,……,zr]，向量w＝[w1,w2,……,wr]，r表示不等式个数；于是满足：Lx=▿xf(x)-▿xh(x)y-▿xg(x)(z+w)=0Ly=h(x)=0Lz=g(x)-l-g‾=0Lw=g(x)+u-g‾=0Ll=LZE+μE=0Lu=UWE-μE=0---(12)]]>其中，Lx表示优化函数L对向量x的偏导，Ly表示优化函数L对向量y的偏导，Lz表示优化函数L对向量z的偏导，Lw表示优化函数L对向量w的偏导，Ll表示优化函数L对向量l的偏导，Lu表示优化函数L对向量u的偏导，▽x表示无功优化目标函数f(x)对向量x的偏导，潮流等式约束向量h(x)＝{ΔP1,…,ΔPi,…,ΔPN，ΔQ1,…,ΔQi,…,ΔQN}，g(x)表示不等式约束向量，表示不等式约束上限，g表示不等式约束下限，L、Z、U、W分别为li、zi、ui、wi组成的r维对角矩阵，E为的r维单位矩阵；步骤3-3：所述离散设备等式约束包括变压器变比等式约束和容抗器等式约束；增加对偶间隙于是有：Tk(Tk-Tk,min)(Tk,max-Tk)-Cgap=0k∈STBh(Bh-Bh,min)(Bh,max-Bh)-Cgap=0h∈SB---(13)]]>其中，Tk表示第k个变压器的变比，Tk,max和Tk,min分别表示第k个变压器的变比上下限，ST表示变压器集合；Bh表示第h个容抗器的电纳，Bh,max和Bh,min分别表示第h个容抗器的电纳上下限，SB表示容抗器集合；步骤3-4：求解无功优化模型，具体包括：步骤1)：初始化向量l、z、u、w、y，各向量种元素分别为0.5、-0.2、0.5、0.2、-0.01，初始化向心参数Sigma为0.99；步骤2)：计算Cgap、Lx、Ly、Lz、Lw、Ll、Lu，若计算出的Cgap、Lx、Ly、Lz、Lw、Ll、Lu均小于计算精度ε，则停止计算；步骤3)：根据得到的Cgap计算扰动变量步骤4)：计算步长系数stepP和stepD，有：stepP=min{mini(-liΔli:Δli<0;-uiΔui:Δui<0)}---(14)]]>stepD=min{mini(-ziΔzi:Δzi<0;-wiΔwi:Δwi<0)}---(15)]]>步骤5)：根据stepP和stepD修正x、l、u、y、z、w，有：xlu=xlu+stepP*ΔxΔlΔu---(16)]]>yzw=yzw+stepD*ΔyΔzΔw---(17)]]>其中，Δx、Δl、Δu、Δy、Δz、Δw分别表示向量x、l、u、y、z、w的迭代步长；步骤6)：通过求解方程式(13)修正Tk和Bh，有：Tk＝Tk+ΔTk(18)Bh＝Bh+ΔBh(19)其中，ΔTk和ΔBh为修正步长；步骤7)：将修正后的Tk、Bh、x、l、u、y、z、w带入方程式(12)和(13)后，返回步骤2)。本发明依据电力系统对电压、无功设备的控制特点，采用松弛化方法提高了本类技术的收敛性。其次，由于有些地区离散设备很多，并是主要的调节设备，本发明将离散设备控制模型采用互补约束的方式引入无功优化模型，虽然增加了单次优化分析的收敛次数，但是可以将传统的就近规整的两次优化计算转化为一次计算。再次，针对电网中存在电压稳定的问题，且由于电压稳定问题的发生通常具有局部性，利用分析支路电压静态稳定指标，通过在优化模型目标函数中有针对性的降低某区域的支路电压稳定指标数值来提高此区域的电压稳定裕度。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页1 2 3