一种交直流混合系统的网损动态优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种交直流混合系统的网损动态优化方法。
【背景技术】
[0002] 交直流混合电网的网损优化问题与传统无功优化问题有很大不同，对于传统交流 电网，主要通过合理配置系统无功W降低网损，而交直流混合电网则是通过调整直流功率 改变有功潮流分布，由于运行中缺少能够指导并适合的交直流混合系统的网损分析方法， 亟需一种有效的分析交直流混合网损的方法。并且随着电力需求和系统规模的不断增长， 各类直流线路已开始大规模接入交流电网，随之而来的是大量的直流潮流在混合电网中的 流动。因此，现有技术和研究还有待发展。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种交直流混合系统的网损动态优化方法，旨 在解决大型交直流输电网损优化的问题，并找到最优解条件W及交直流通道影响系统网损 的机理。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种交直流混合系统的网损动态优 化方法，其特征在于：输入网络拓扑中的控制变量，确定目标函数和约束条件，通过调整直 流功率，构建混合输电网网损动态优化控制模型并求得交直流混合系统网损的最优解。 阳〇化]进一步的，所述交直流混合输电网网损动态优化控制模型如下：
[0006] minS(u,x) =A(x)+D(u)
[0007] s.t.f[x，Pc(U),Pr(U)] = 0 阳00引 gnun (U)《g (U)《gmax (U)
[0009]Pc(U) =Au+D(u)+u〇阳010] Pr(U) = -AU+D(U)-u〇
[0011] 其中：x是状态变量，U是控制变量，即流经直流线路的有功功率，f是节点的功率 平衡方程，g(U)是相关交直流控制断面换流站有功功率值，gmm(U)W及gm。, (U)分别为考虑 控制断面爬坡速率约束的功率下限值W及上限值，Pe(U)是整流站输送的有功功率，Pf(U) 是逆变站输送的有功功率，A(X)是交流网损，D(U)是直流网损，U。是流经直流线路的初始 有功功率，AU是调整量。
[0012] 所述确定目标函数包括：W全天24小时交直流输电网网损最小化为目标函数，其 表达式为：
[0014] 其中，LT，d)分别为交流系统线路、变压器支路和直流系统支路的合集，ij为节 点i与j之间的支路，PupPt,pP<H.汾别为交流线路、变压器支路和直流系统网损，t为一 天中的时刻点，W小时为间隔，At为时刻点t对应的时间段。
[0015] 所述模型约束条件包括：
[0016] (1)动态交流系统的约束
[0017] 不等式约束： 阳〇1引发电机无功出力QgiW约束
[0019] Qwm" a)《QgiW《Qwmax a) (i G 脚
[0020] 其中，Qumm(t)及Qumax(t)分别是发电机无功出力下限及发电机无功出力上限；
[0021] 节点电压Vi (t)约束 阳02引Vimm(t)《Vi(t)《Vimax(t)(iG脚
[0023] 其中，Vimin(t)及Vimaxa)分别是节点电压下限及节点电压上限；
[0024] 可投切电容器无功补偿如(t)约束
[002引 Qcim" (t)《Qci(t)《Qcimax(t)(iG脚
[0026] 其中，Qcimm(t)及Qcimax(t)分别是可投切电容器无功补偿下限及可投切电容器无 功补偿上限；
[0027] 有载调压变压器分接头变比Tah (t)约束
[002引 Twimin (t)《T肌(1：)《Twimax (t) (i E脚
[0029] 其中，Twimw(t)及分别是有载调压变压器分接头变比下限及有载调压变 压器分接头变比上限；
[0030] 可投切并联电容器无功补偿如(t)离散约束
[0031] Qci (t) E (Qcimin (t)，Qciniin (t)+dgci,…Qciniax (t)-dgci, Qciniax (t) } (i E 脚
[0032] 其中，Qumm(t)及如max(t)分别是可投切并联电容器无功补偿下限及可投切并联 电容器无功补偿上限，dwi为档位公差；
[0033] 有载调压变压器分接头Tah (t)离散约束
[0034] TVi (t) E (Twimin (t)，TVimin (t)+d肌，…T肌max (t)-dwi, Twimax (t) } (i E 脚
[0035] 其中，TApimi。^)及TApim。、^)分别是有载调压变压器分接头下限及有载调压变压器 分接头上限，dwi为档位公差；
[0036]各式中，N为交直流电网节点的集合化1(t)和如(t)分别为交流系统发电机节点 发出的有功功率及无功功率；
[0037] (2)交直流系统的关联约束
[0038] 交直流系统的关联约束即为交直流电网连接节点的功率平衡方程
W40] 式中：iGN为交直流电网连接节点的集合；y为变压器分接头；Pw(t)和如(t) 分别为交流系统发电机节点发出的有功无功功率；(Li(t)为节点i的无功补偿功率容量； Pdi(t)和Qdi(t)分别为负荷节点的有功无功功率；Pui(V，e，y，t)和Qui(V，e，y，t)分别为 线路上的有功功率和无功功率；Pdi(t)和Qdi(t)分别为第t个时段VSC所在节点i的有功 功率和无功功率；当换流器i为整流器时，Api=L当换流器i为逆变器时，APi=-L但 无论是整流还是逆变，均需要吸收无功功率，即Aw=1。
[0041] 进一步的，交直流混合系统网损的最优解包括：建立拉格朗日函数，引入A和5 系数，满足最优解KKT条件；
[0042] 模型的拉格朗日函数如下： 阳0创 L(U，X) =A(X)+D(U) +ATf[X，Pc(U)，Pr(U)] W44] 满足邸T条件：
[0046] 综合计算拉格朗日函数对控制变量、状态变量的灵敏度函数：
W48] 其中，输电断面的交流系统网损和直流系统网损对控制变量U的灵敏度分别为：
[00川 Sdu=Sa。，即满足KKT条件，此时若不等式约束满足不越限的条件，则达到交直流系 统功率调整最优条件，越限则取限值。
[0052] 进一步的，各个时间点逐一求解，并能考虑相邻时间断面直流线路功率波动的约 束，再求解当前时间点时引入上一时间点的交直流混合系统的功率优化结果，体现动态优 化思想；Sdu和Sau是求解的关键，对相邻时间断面直流线路功率平滑波动的约束由： 阳化引APm…《Pi(t)《APmax阳054] 变为： 阳05引 APmin+Pi(t-1)《Pi(t) +AU(Sdu+SJ《APmax+Pi(t-1)
[0056] 加入了时间断面和混合系统网损对U灵敏度，其中，Pi(t-1)为上一时间段得到的 直流线路的最优输送功率量。
[0057] 进一步的，包括W下具体步骤： 阳05引步骤Sl:将时刻t初始化为0,W0为起始点，即令t=0;
[0059] 步骤S2 :输入系统状态数据，系统运行约束，上一时刻直流线路最优有功功率输 送量，当t= 0时刻，输入系统前一日23时状态数据；
[0060] 步骤S3 :将迭代次数设置为0,设置优化步长为1小时；
[0061] 步骤S4 :对交直流系统进行常规潮流计算，计算各节点电压和潮流分布；
[0062] 步骤S5 :基于步骤S4常规潮流计算结果，进行无功优化计算，收敛性及系统约束 条件判定，判断本次收敛结果是否满足收敛精度及是否满足限值，满足则执行步骤S6,不满 足则执行步骤S8;
[0063] 步骤S6:t时段无功优化计算结果结束，输出本时段优化结果，进入t+1时段计 算；
[0064]步骤S7 :判断时刻是否超过23点，超过则执行步骤S10,不超过则执行步骤S2 ; 阳0化]步骤S8:对越限的状态变量取其限值，并继续获取网损、状态变量、交直流断面功 率对控制变量U的灵敏度关系，建立灵敏度矩阵，采用内点法求解，得到控制变量的修正 值：
[0066] 步骤S9 :修正系统变量，得到新的系统运行点并执行步骤S4 ;
[0067] 步骤SlO:系统无功优化结束。
[0068] 本发明与现有技术相比具有W下有益效果：本发明考虑到系统分析交直流潮流分 布影响网损的原理，研究其运行优化时，能同时进行交直流混合系统有功、无功优化。建立 包含所有时间段的网损优化模型，并在约束条件中加入各时间断面间的相互约束，对此模 型进行一次性求解；旨在解决大型直流输电网损优化的问题，并找到最优解条件W及交直 流通道影响系统网损的机理。此方法适用于交直流系统的在线网损优化计算方法。
【附图说明】
[0069] 图1是本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0070] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0071] 本发明提供一种交直流混合系统的网损动态优化方法，其特征在于：输入网络拓 扑中的控制变量，确定目标函数和约束条件，通过调整直流功率，构建混合输电网网损动态 优化控制模型并求得交直流混合系统网损的最优解。
[0072] 进一步的，所述交直流混合输电网网损动态优化控制模型如下：
[0073] minS(u,x) =A(x)+D(u) 阳074] s.t.f[x，Pc(U),Pr(U)] = 0 阳07引 gmin(U)《g(U)《gmax(U)
[0076] Pc(U)=Au+D(U)+u〇
[0077] Pr(U)= -Au+D(U)-u。
[0078] 其中：x是状态变量，U是控制变量，即流经直流线路的有功功率，f是节点的功率 平衡方程，g(U)是相关交直流控制断面换流站有功功率值，gmm(U)W及gm。,(U)分别为考虑 控制断面爬坡速率约束的功率下限值W及上限值，Pe(U)是整流站输送的有功功率，Pf(U) 是逆变站输送的有功功率，A(X)是交流网损，D(U)是直流网损，U。是流经直流线路的初始 有功功率，AU是调整量。
[0079] 所述确定目标函数包括：W全天24小时交直流输电网网损最小化为目标函数，其 表达式为：
[0081] 其中，LT，d)分别为交流系统线路、变压器支路和直流系统支路的合集，ij为节 点i与j之间的支路，PupPt,pP<H.汾别为交流线路、变压器支路和直流系统网损，t为一 天中的时刻点，W小时为间隔，At为时刻点t对应的时间段。
[0082] 所述模型约束条件包括：
[0083] (1)动态交流系统的约束
[0084] 不等式约束： 阳O财发电机无功出力Qgi(t)约束
[0086] Qwmina)《Qgi(t)《Qwmaxa) (iG脚
[0087] 其中，Qumm(t)及Qumax(t)分别是发电机无功出力下限及发电机无功出力上限； 阳〇8引节点电压Vi(t)约束
[0089]Vimm(t)《Vi(t)《Vimax(t)(iG脚
[0090] 其中，Vimin(t)及Vimaxa)分别是节点电压下限及节点电压上限；
[0091] 可投切电容器无功补偿如(t)约束
[0092]Qcim"(t)《Qci(t)《Qcimax(t)(iG脚
[009引其中，Qcimm(t)及如分别是可投切电容器无功补偿下限及可投切电容器无 功补偿上限；
[0094] 有载调压变压器分接头变比Tah(t)约束 阳〇巧]Twim"(t)《T肌(t)《Twimaxa)(iG脚
[0096] 其中，Twimw(t)及分别是有载调压变压器分接头变比下限及有载调压变 压器分接头变比上限；
[0097] 可投切并联电容器无功补偿如(t)离散约束
[009引 Qci(t