一种柔性直流输送功率优化方法及装置与流程

本发明涉及一种电力系统的模拟与计算领域的判定方法，具体涉及一种柔性直流输送功率优化方法及装置。
背景技术：
：基于电压源型换流器的高压直流输电技术(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrenttransmission，vsc-hvdc)概念的柔性直流输电技术最早于1990年由加拿大mcgill大学boon-teck等学者提出。该直流输电技术通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件的开通和关断，来改变输出电压的相角和幅值，实现对交流侧有功功率和无功功率的控制，达到功率输送和稳定电网等目的。作为新一代直流输电技术的柔性直流输电在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和通常为直流电缆的直流输电线路构成。用柔性直流输电(vsc-hvdc)系统向城市中心供电，不仅可以快速控制有功和无功功率，解决电压的闪变问题，改善供电的电能质量；还能提供系统阻尼，提高电网的稳定性，在电网崩溃后实现“黑启动”；同时由于柔性直流输电(vsc-hvdc)系统采用挤压聚乙烯直流电缆，长年深埋地下，无电磁场，无油污污染等问题，勿需城市提供输电走廊，不会破坏城市景观。所以对正处于城市化进程的我国来说，推进柔性直流输电技术在城市输配网中的应用，具有明显的经济和社会效益。在社会发展的同时，电力系统规模不断变大，对电力系统稳定性的要求也越来越高，对电力系统的优化也越来越受到重视。利用柔性直流输电技术将不同分区联网后，提高了安排的灵活度，但同时需要进一步调整功率分配，以保持柔性直流输电系统的稳定运行。柔性直流输送功率的调整，能使各分区主变负载率达到最优值，大幅减轻主变负载率过高和部分线路潮流较重的问题，精确控制各分区的潮流稳态值。而柔性直流输送功率的调整直接影响直流输电系统，甚至整个电网的稳定性。为此需要就柔性直流输送功率的调整提供一种柔性直流输送功率优化方法，调整柔性直流输送功率，使主变负载率和电网潮流分布达到最优。最优潮流的传统算法主要有：线性规划法和二次规划法。线性规划法将非线性规划的目标函数和约束条件在初始点通过泰勒级数展开并忽略高次项进行线性化处理。它数学模型比较简单直观，物理概念清楚，计算速度快，但是由于模型的线性近似处理使结果有较大误差且系统规模增大，计算时间呈指数上升。二次规划法是将目标函数用二次模型表示，而约束条件采用线性化处理。与线性规划相比，精确度更高；与非线性规划相比，形式比较简单，可近似反应电力系统的物理特性，且海森矩阵是常数矩阵，节约内存，主要在无功优化、经济调度等方面应用。但是随着变量与约束条件数目增加，计算时间急剧延长，且有可能造成不收敛。因此，不适于在大型系统中应用。技术实现要素：本发明针对大规模电力系统中网络拓扑结构复杂性，提出的采用多点直流电压控制方式，具有在多个换流站共同维持直流电压稳定的特点，通过调节柔性直流输出功率，使供电分区潮流实现最优分布，从而大幅提高电网稳定性。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种柔性直流输送功率优化方法，包括：在电力系统受到小扰动或单一故障时能够保持稳定的前提下，调整柔性直流输送功率，并确定柔性直流输送功率的范围；在所述柔性直流输送功率的输送范围内确定最优柔性直流输送功率。进一步地，电力系统在受到小扰动或单一故障时能够保持稳定，包括：确定电力系统各分区的参数；在保证潮流收敛性且所述参数满足预设合理性条件的情况下，电力系统在受到小扰动或单一故障时保持稳定。进一步地，所述参数包括各分区的节点电压、线路潮流、变压器下注功率、柔性直流控制方式、以及柔性直流输送功率；所述参数满足预设合理性条件包括：所述节点电压的偏差值在预设范围内；所述线路潮流低于线路自身的热稳定极限；所述变压器下注功率低于变压器的额定容量；所述柔性直流控制方式为定电压控制或定无功控制；所述柔性直流输送功率低于额定输送功率。进一步地，所述线路自身的热稳定极限为根据预先采集的分区信息统计得到的柔性直流输电系统送、受端供电分区内线路和变压器的输送功率极限。进一步地，所述调整柔性直流输送功率，并确定柔性直流输送功率的范围，包括：在供电分区内的元件的输送功率低于输送功率极限值的前提下，调整柔性直流输送功率为p0，调节幅度为柔性直流额定输送功率的预设比例，确定柔性直流输送功率范围的最大值pmax和最小值pmin；在柔性直流输送功率输送范围为[pmin，pmax]、初步优化输送功率为p0时，若出现失稳，根据失稳出现的位置重新确定柔性直流输送功率的范围。进一步地，所述根据失稳出现的位置重新确定柔性直流输送功率的范围，包括：若失稳情况出现在送端交流系统，将柔性直流输送功率的范围修订为[pmin，p0]；若失稳情况出现在受端交流系统，将柔性直流输送功率的范围修订为[p0，pmax]，柔性直流输送范围阀值为额定输送功率的预设比例。进一步地，在确定柔性直流输送功率范围时，若满足下述条件，则认为在该种运行方式下没有最优柔性直流输送功率，优化结束；pmax-pmin＜预设阈值；或者，所需输送功率＞柔性直流输送功率的最大值。进一步地，在所述柔性直流输送功率的输送范围内确定最优柔性直流输送功率，包括：在所述柔性直流输送功率的输送范围内，以各分区的网损最小为目标，对潮流进行优化，利用内点法确定最优柔性直流输送功率。优选地，最优潮流的模型如下所示：式中：x＝[pl，ql，ps，qs，ui，δi，udi，pci，qci]，pci、qci为vsc-hvdc直流控制变量，udi为vsc-hvdc状态变量；f(x)为各分区的网损最小的目标函数；h(x)为等式约束条件；g(x)为不等约束条件；ui、δi分别为交流系统的电压幅值、相角；pl，ql，ps，qs为线路和变压器传输功率。本发明的另一目的在于提出一种联接城市电网供电分区的柔性直流输送功率优化装置，包括：存储器、处理器以及一个或多个模块；所述一个或多个模块被存储于所述存储器中，并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括用于执行如上所述的一种柔性直流输送功率优化方法中各个步骤的指令。与最接近的已有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：本发明提供的柔性直流输送功率优化方法及装置，在电力系统受到小扰动或单一故障时能够保持稳定的前提下，调整柔性直流输送功率，并确定柔性直流输送功率的范围；在所述柔性直流输送功率的输送范围内确定最优柔性直流输送功率。该方法可对柔直输送功率进行调整，使各分区主变负载率达到最优值，减轻了主变负载率过高和部分线路潮流较重的问题，使得供电分区潮流实现最优分布，大幅提高了电网稳定性。附图说明图1是本发明实施例一中柔性直流输送功率优化方法的流程图；图2是本发明实施例一中计算系统接线图；图3是本发明实施例二中供电分区a1具体接线图；图4是本发明实施例二中供电分区a2具体接线图。具体实施方式以下描述和结合附图提供的本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。技术人员在本发明的实施例的启示下可以提出其他包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变的技术方案。另有明确要求除外，本发明提供的组件和功能是可选的，操作的顺序是可以变化的。一些实施例中的部分方案和特征可以被其他实施方案的技术方案和特征所替换。由本发明的实施概括的范围包括于权利要求的整范围之内，或权利要求技术方案的等同物。本说明书中，本发明的实施例可以单独地或总地用术语“发明”表示，仅仅是为了表述方便，如果本申请说明书公开的内容事实上公开了超过一个发明的构思，显然应将术语“发明”理解为技术人员在此启发下无需付出创造性劳动所能得出的任何发明或构思。实施例一、本发明实施例一提供的柔性直流输送功率优化方法，其流程图如图1所示，可以包括下述步骤：步骤s101：在电力系统受到小扰动或单一故障时能够保持稳定的前提下，调整柔性直流输送功率，并确定柔性直流输送功率的范围；步骤s102：在柔性直流输送功率的输送范围内确定最优柔性直流输送功率。进一步地，上述步骤s101中，电力系统受到小扰动或单一故障时能够保持稳定的具体过程可以如下：步骤s111：确定电力系统各分区的参数；各分区的参数可以包括各分区的节点电压、线路潮流、变压器下注功率、柔性直流控制方式、以及柔性直流输送功率等；步骤s112：在保证潮流收敛性且所述参数满足预设合理性条件的情况下，电力系统在受到小扰动或单一故障时保持稳定。可选地，参数满足预设合理性条件可以包括：1)检查节点电压水平，保证节点电压的偏差值符合《电力系统电压和无功电力技术导则》中的相关规定；2)检查线路潮流水平，保证线路潮流不超过线路自身的热稳极限；可选地，线路自身的热稳定集线可以为根据与先采集的分区信息统计得到的柔性直流输电系统送、受端供电分区内线路和变压器等元件的输送功率极限。3)检查变压器下注功率，保证下注功率不超过变压器的额定容量；4)设定柔性直流控制方式，如：定电压控制或定无功控制等；5)设定柔性直流输送功率，不超过额定输送功率。可选地，在步骤s101之前，可以通过统计电力系统分区的基本信息来确定电力系统各分区的参数。其中，基本信息可以包括：负荷节点有功、无功功率值及负荷类型，发电厂参数，变电站变压器容量、台数，柔性直流系统参数和电力系统拓扑结构等相关信息。可选地，在步骤s112之后，可以通过psd-bpa稳定计算软件对电网故障进行仿真计算，以保证电力系统在小扰动或单一故障时能够保持稳定。进一步地，上述步骤s101中，调整柔性直流输送功率，并确定柔性直流输送功率范围的具体过程可以如下：步骤s121：在供电分区内的元件的输送功率低于输送功率极限值的前提下，调整柔性直流输送功率为p0，调节幅度为柔性直流额定输送功率的预设比例，确定柔性直流输送功率范围的最大值pmax和最小值pmin；步骤s122：在柔性直流输送功率输送范围为[pmin，pmax]、初步优化输送功率为p0时，若出现失稳，则可以根据失稳出现的位置通过下述方法重新确定柔性直流输送功率的范围：若失稳情况出现在送端交流系统，将柔性直流输送功率的范围修订为[pmin，p0]；若失稳情况出现在受端交流系统，将柔性直流输送功率的范围修订为[p0，pmax]，柔性直流输送范围阀值为额定输送功率的预设比例。进一步地，若有特殊需求，则根据要求调整预设阈值。在确定柔性直流输送功率范围时，若pmax-pmin＜预设阈值，或者所需输送功率＞柔性直流输送功率的最大值，则认为在该种运行方式下没有最优柔性直流输送功率，优化结束。本实施例中，步骤s121和s122中的预设比例可选为5％。进一步地，上述步骤s102中，在柔性直流输送功率的输送范围内确定最优柔性直流输送功率的具体过程可以如下：在所述柔性直流输送功率的输送范围内，以各分区的网损最小为目标，对潮流进行优化，并通过内点法通过以下模型确定最优柔性直流输送功率：式中，x＝[pl，ql，ps，qs，ui，δi，udi，pci，qci]，相对于纯交流节点，增加了vsc-hvdc直流控制变量pci，qci和状态变量udi；f(x)为各分区的网损最小的目标函数；h(x)为等式约束条件，包含纯交流节点的功率平衡方程和一端连有vsc的直流节点的功率平衡方程，假设等式约束个数为m；g(x)为不等约束条件，包含交流系统的电压幅值ui、相角δi；线路和变压器传输功率pl，ql，ps，qs等约束。内点法是解决最优潮流问题的新一代算法，它本质上是拉格朗日函数、牛顿法和对数障碍函数法三者的结合，从初始内点出发，沿着最速下降方向，从可行域内部直接走向最优解。内点法的基本思路是：将寻优迭代过程始终在可行域内进行，通过在可行域边界设置障碍，使得迭代点接近边界时目标函数值迅速增大，从而保证了迭代点均为可行域的内点。具体过程主要是用松弛变量将不等式约束转化等式约束，再利用拉格朗日乘子将约束引入目标函数中，并对松弛变量用障碍函数进行约束。基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种柔性直流输送功率优化装置，该优化装置包括：存储器、处理器以及一个或多个模块；其中，一个或多个模块被存储于所述存储器中，并被配置成由所述处理器执行，一个或多个模块包括用于执行如上所述的柔性直流输送功率优化方法中各个步骤的指令。实施例二、下面以某城市电网为例对本发明实施例一提供的技术方案做进一步具体说明；在psd-bpa软件中搭建该城市电网数据，进行初步稳定计算。a1和分区a2两分区间通过柔性直流传输技术互联，网架连接如图2所示。其中a1中有16个节点，节点间的接线形式如图3所示，各节点的初始电压及线路功率列于下表1；a2分区中的有9个节点，网架连接如图4所示，各节点的初始电压及线路功率列于下表2，柔性直流初始输送功率为100mw，由a2向a1分区供电。表1a1分区各节点的初始电压及功率节点初始电压节点功率节点1225.8111.7+j25.9节点2225.9146.8+j33.8节点3226.3295+j61节点4531.10节点5226.5436.4+j86.5节点6226.1205.0+j50节点7226.2210.0+j50节点8226.2342+j68节点9223.4205.0+j50节点10226.7192.3+j38.5节点11229.2107.0+j20.8节点12228.0358+j79节点13227.9296+j55节点14229.565+j8节点15229.285+j15表2a2分区各节点的初始电压及功率在a1分区中节点16发生500kv主变短路断开两台变压器情况下，4号500kv变电站主变的注入功率由530mw增至1150mw，严重过载。利用本发明提供的联接城市电网供电分区的柔性直流输送功率优化方法的输柔性直流输送功率控制功能，减轻主变的过载情况。通过psd-bpa稳定计算软件计算可得出，为避免主变#4号不过载，则柔性直流最低输送功率应为253mw，为避免分区a2内线路不过载，柔性直流最高输送功率不应超过285mw，故柔性直流传输功率范围为253-285mw，在该范围内，对潮流进行优化。控制变量为：分区内发电机出力pgi和qgi，柔性直流线路上功率控制pzi和qzi。状态变量为：各节点的电压ui和功率pi。a1和a2两分区网损最小为目标如式所示：通过内点法优化计算，柔性直流传输功率调整为269mw时系统网损最小，为最优潮流，此时既可缓解变电站的变压器过载情况，同时又可使系统保持稳定。上述事实说明，本发明提供的一种联接城市电网供电分区的柔性直流输送功率优化方案，能对柔性直流输送功率进行准确调整，使供电分区潮流实现最优分布，分析、计算简单，适应性广泛。本发明实施例提供的联接城市电网供电分区的柔性直流输送功率优化方法及装置，可对柔直输送功率进行调整，使各分区500kv主变负载率达到最优值，减轻了主变负载率过高和部分线路潮流较重的问题，使得供电分区潮流实现最优分布，大幅提高了电网稳定性。本发明实施例提供的联接城市电网供电分区的柔性直流输送功率优化方法及装置，利用了柔性直流功率快速调节功能，实现了准确选定适合于电网实际运行情况的最优输送功率，使各分区主变负载率达到最优值，供电分区潮流实现最优分布，电网稳定性最佳。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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12