潮流控制器在直流潮流模型下功率注入模型及选址方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统运行分析与计算应用技术领域，尤其涉及一种UPFC直流潮流 模型下功率注入模型及选址方法。
【背景技术】
[0002] 统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)作为功能最强大的柔 性交流输电系统(Flexible AC Transmission System，FACTS)装置，能同时对输电线路的 电压、相角和阻抗进行实时调节，达到优化系统的作用。理论研究表明，UPFC具有强大的潮 流调节能力和动态控制能力，UPFC安装位置的选择关系着UPFC控制作用的发挥，因而显得 尤为重要。
[0003] UPFC的选址问题是一个非线性的复杂问题，求解起来比较复杂，已有的文献资料 普遍使用基于灵敏度或者智能算法进行求解。基于灵敏度的UPFC选址方法，简单直观计算 速度快，通常建立有功潮流指标或者以网络负荷率为目标函数，求解其对UPFC控制参量的 灵敏度，得到UPFC最优安装位置，缺点没有考虑其他电网运行指标，比如线路网损，发电费 用以及母线电压稳定性等。基于智能算法的UPFC选址，可以考虑多个优化目标。已有研究 中，在同时采用PSO和GA算法，以线路网损为目标函数的情况下，通过对比发现PSO算法比GA 算法速度更快，鲁棒性更好;采用离散粒子群算法DPSO可以解决在装备多台UPFC时所带来 的目标函数离散的问题;提出来提高电压稳定性并减少了故障的发生;不足之处在于智能 算法不够直观，收敛速度慢，且容易陷入局部收敛。还有部分研究采用其他算法选址，比如 拉格朗日乘子法，以UPFC成本和线路网损为目标函数，考虑静态安全约束，提高了系统的负 荷率，然而不足之处在于权重系数的选择缺少相关依据。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供潮流控制器UPFC直流潮流模型下 功率注入模型及选址方法，具体由以下技术方案实现：
[0005] 所述功率注入模型，是在直流潮流中，将潮流控制器UPFC对系统的作用等效为潮 流控制器UPFC所在线路的i、j节点之间的电压Δ Θ，并在i、j节点进行功率注入等效，得到直 流潮流下潮流控制器UPFC对i、j节点的功率注入分别为Pi、Pj，且分别表达为：
[0008] 其中，Xij为UPFC所在线路的节点i、j之间的电抗。
[0009] 如所述功率注入模型的潮流控制器UPFC选址的优化方法，包括如下步骤：
[0010] (1)根据所述UPFC直流潮流模型下功率注入模型，采用基于灵敏度的快速选址算 法对网络进行快速有效的初步筛选；
[0011] (2)以发电费用和线路网损作为目标函数，应用智能算法对每条备选支路进行 UPFC参数优化；
[0012](3)综合比较每条线路对应的UPFC出力、线路网损和发电费用，选出最优支路。 [0013]所述UPFC选址的优化方法的进一步设计在于，所述智能算法为粒子群算法或遗传 算法。
[0014] 所述UPFC选址的优化方法的进一步设计在于，所述选出最优支路的包括如下步 骤：
[0015] 3-1)对每条线路UPFC出力大小进行排序，得到各线路UPFC出力由小到大依次排序 的序号；
[0016] 3-2)对每条线路所对应的线路网损和发电费用进行排序，得到各线路网损和发电 费用由小到大依次排序的序号；
[0017] 3-3)取UPFC出力小同时对应网络发电费用和网损也小的支路作为UPFC的安装位 置，即将步骤3-1)、3-2)两个排序的序号之和最小的作为UPFC安装支路。
[0018] 本发明的优点如下：
[0019] 本发明的方法通过灵敏度法和智能算法相结合，不仅可以提高选址速度，同时也 不失准确性，特别适用与大电网的UPFC选址问题。
【附图说明】
[0020] 图1是UPFC等效电路图。
[0021 ]图2是UPFC直流潮流下的简化模型。
[0022]图3是简化模型中Δ Θ的物理意义示意图。
[0023] 图4是直流潮流下UPFC注入功率模型的等效电路示意图。
[0024] 图5是UPFC选址的优化方法的流程示意图。
[0025]图中，Rij、Xij、B均为线路参数，分别表示UPFC所在线路i j的电阻、电抗和对地电 纳;Vi、Vj、Vm分别为节点i，j，m的电压幅值;Θi、Θ j、Θ4别为节点i，j，m的电压相角。Vs Z 03为 UPFC串联侧等效的理想电压源，/^UPFC并联侧电流源;Pi、Pj分别是UPFC对节点i、j的注入 功率。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
[0027]本发明根据图1所示的潮流控制器UPFC等效模型，在直流潮流下得出如图2所示的 UPFC简化等效电路图。即在直流潮流下，UPFC对电力网络的作用相当于在所接入母线线路 的i，j两节点中串入一个电压源A Θ。从图3中可以清楚的看到Δ Θ的物理意义，Δ Θ为UPFC串 联输出侧电压与母线i电压的相位差角。由于A Θ的存在，母线上两节点i、j之间的相角差发 生变化，从而改变着线路的有功潮流。
[0028]通过数学变换将等效电源△ Θ对线路的影响变为对节点i和节点j的功率注入，这 样得到图4所示的潮流控制器UPFC直流潮流下功率注入模型：
[0031]其中，Xij为潮流控制器UPFC所在线路的i、j节点之间的电抗，Pi、Pj分别是UPFC对 节点i、j的注入功率。
[0032]在上述直流潮流模型下的功率注入模型中，潮流控制器UPFC选址的优化方法通过 如下步骤实现，该步骤主要包括三个步骤，具体分述如下：
[0033]第一步，根据所述UPFC直流潮流模型下功率注入模型，采用基于灵敏度的快速选 址算法对网络进行快速有效的初步筛选。
[0034]定义有功潮流性能指标：
[0036] 其中N为系统支路数，com为反映支路重要性的系数，Plm为支路有功功率，为支 路功率极限值。
[0037] 目标函数为ΔΘ的函数记为Θ，则对目标函数PI求导，就可以得到灵敏度，利用灵敏 度值绝对值得大小来确定UPFC的安装位置。灵敏度计算的过程如下：
[0038] 当支路m为安装UPFC的支路时，则目标函数对Θ的灵敏度：
[0040]由数学知识有下列关系：
[0044] 且在直流潮流中：
[0047]其中：Χ(η1,υ，Χ(η2, υ分别为电抗矩阵X中第ml行，第i列元素和第m2行，第i列元素。 同理可以得到
通过联立求解公式（1)~(3)就可以解出灵敏度值。
[0048]通过以上算法对网络进行初步的筛选，选出灵敏度较高的支路作为UPFC安装的备 选支路。
[0049] 第二步，建立以发电成本和网络损耗为目标函数的潮流优化模型如下式所示，以 发电费用和线路网损作为目标函数，应用智能算法对每条备选支路进行UPFC参数优化。
[0050] minf (x,u) =f 1+ Δ P
[0051] g(x,u) =0
[0052] h(x,u) <0
[0053] 该模型中，u表示控制变量，x表示状态变量，f I表示系统发电成本，Δ P表示网络损 耗，g表示潮流方程，h表示不等式约束。其中u除了常规最优潮流种的控制变量之外，还要增 加 UPFC的控制变量:Vs、0jPIq。
[0054] 第三步，综合比较每条线路对应的UPFC出力、线路网损和发电费用，选出最优支 路。对每一条备选支路通过最优潮流计算，得到优化后的UPFC控制参数￥ 3几和1(1，计算此时 UPFC出力，并记录各条支路优化后的目标函数值，分别对UPFC出力大小和上述目标函数值 大小进行排序，序号之和最小的支路作为最后的安装支路。
【主权项】
1. 潮流控制器在直流潮流模型下的功率注入模型，其特征在于在直流潮流中，将潮流 控制器UPFC对系统的作用等效为潮流控制器UPFC所在线路的i、j节点之间的电压△ Θ，并在 i、j节点进行功率注入等效，得到直流潮流下潮流控制器UPFC对i、j节点的功率注入Pi、Pj， 且分别表达为： P 二 1 χυ Ρ.=^ .丨、 其中，xij为潮流控制器UPFC所在线路的i、j节点之间的电抗。2. 如权利要求1所述功率注入模型的一种潮流控制器的选址方法，其特征在于包括如 下步骤： (1) 根据所述潮流控制器UPFC直流潮流模型下功率注入模型，采用基于灵敏度的快速 选址算法对网络进行快速有效的初步筛选； (2) 以发电费用和线路网损作为目标函数，应用智能算法对每条备选支路进行潮流控 制器UPFC参数优化； (3) 综合比较每条线路对应的UPFC出力、线路网损和发电费用，选出最优支路。3. 根据权利要求2所述的潮流控制器的选址方法，其特征在于所述智能算法为粒子群 算法或遗传算法。4. 根据权利要求2所述的潮流控制器的选址方法，其特征在于所述选出最优支路的包 括如下步骤： 3-1)对每条线路潮流控制器UPFC出力大小进行排序，得到各线路潮流控制器UPFC出力 由小到大依次排序的序号； 3-2)对每条线路所对应的线路网损和发电费用进行排序，得到各线路网损和发电费用 由小到大依次排序的序号； 3 - 3)取UPFC出力小同时对应网络发电费用和网损也小的支路作为潮流控制器UPFC的 安装位置，即将步骤3-1)、3-2)两个排序的序号之和最小的作为潮流控制器UPFC安装支路。
【专利摘要】本发明涉及一种潮流控制器在直流潮流模型下功率注入模型，在直流潮流中，将潮流控制器对系统的作用等效成节点i，j的电压，并进行功率注入等效，得到直流潮流下功率注入模型，则节点i，j的转入功率？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？、分别如下式：、其中，为节点i，j间的阻抗。有益效果为：采用本发明提供的方法进行潮流控制器选址不仅可以提高选址速度，同时也不失准确性，特别适用与大电网的UPFC选址问题。
【IPC分类】G06Q10/04, G06Q50/06, H02J3/00
【公开号】CN105470948
【申请号】CN201510824454
【发明人】黄成辰, 祁万春, 谢珍建, 王海潜, 蔡晖, 孙文涛, 吴晨, 张文嘉, 乔黎伟, 赵宏大, 李琥, 谈健
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力经济技术研究院
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月24日