考虑阻塞管理的可控移相器选址方法及系统与流程

本发明涉及一种考虑阻塞管理的可控移相器选址方法及系统，属于电力系统领域。

背景技术：

近年来电力产业结构调整为发电行业创造了竞争环境，从而提高了电网效率，提高了服务质量。然而，由于现有输电技术的局限性，电力市场在许多情况下偏离了完全竞争的体制，其中，最重要的限制是传输系统的阻塞。为合理解决由线路输电容量和既定发电计划间的矛盾，调整系统中控制器的参数从而改变系统潮流分布、消除阻塞、避免附加阻塞费用是一种安全高效的解决方案。近年来，随着电力电子技术的进步，柔性交流输电设备逐渐被用来帮助电力系统运营商进行阻塞管理。其中，可控移相器作为一种高效、强大、经济的手段，可在输电线路阻塞管理中充分发挥作用，但是目前，电力系统中还没有考虑阻塞管理的可控移相器选址方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种考虑阻塞管理的可控移相器选址方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

考虑阻塞管理的可控移相器选址方法，包括，

根据含可控移相器系统各线路的潮流数据和可控移相器工作原理，获得可控移相器的注入功率等效模型；

根据可控移相器的注入功率等效模型，构建以系统运行总成本最小为目标的第一优化模型；其中，系统运行总成本为系统发电成本与阻塞管理成本之和；

根据可控移相器数量，构建以可控移相器安装总成本最小为目标的第二优化模型；

对第一优化模型目标函数和第二优化模型目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿；

根据帕累托前沿和预设折衷规则，选择最优的系统运行成本和可控移相器安装成本，确定可控移相器选址。

第一优化模型目标函数为，

其中，为系统运行总成本，为系统发电机组总数，为第台发电机组有功出力，为发电机费用特性系数，为第台发电机组固定成本系数，分别为节点i和节点j的有功功率，分别表示节点i和节点j的节点边际电价，n为系统节点总数；

约束条件：

其中，分别为节点i上发电机组发出的有功功率和无功功率，分别为节点i上的有功负荷和无功负荷，分别为线路i-j安装有可控移相器时节点i和节点j的等效附加注入功率，分别为节点i和j的电压，分别为的向量，分别为节点导纳矩阵中位置为ij元素的实部和虚部，为节点i的相角和节点j的相角之差，为串联侧电压源电压，为的向量，分别为的下限和上限，分别为线路i-j等效电导和电钠，为可控移相器容量上限，为串联侧电压源相角，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为线路i-j有功功率和无功功率，分别为节点i上发电机组有功功率和无功功率，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限。

第二优化模型的目标函数为，

其中，为可控移相器安装总成本，为系统线路总数，为线路b安装可控移相器的成本系数，表示每台可控移相器成本。

采用nsga-ii算法对第一优化模型目标函数和第二优化模型目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿。

考虑阻塞管理的可控移相器选址系统，包括，

注入功率等效模型模块：根据含可控移相器系统各线路的潮流数据和可控移相器工作原理，获得可控移相器的注入功率等效模型；

第一优化模型模块：根据可控移相器的注入功率等效模型，构建以系统运行总成本最小为目标的第一优化模型；其中，系统运行总成本为系统发电成本与阻塞管理成本之和；

第二优化模型模块：根据可控移相器数量，构建以可控移相器安装总成本最小为目标的第二优化模型；

帕累托前沿获取模块：对第一优化模型目标函数和第二优化模型目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿；

选址确定模块：根据帕累托前沿和预设折衷规则，选择最优的系统运行成本和可控移相器安装成本，确定可控移相器选址。

第一优化模型模块采用的第一优化模型目标函数为，

其中，为系统运行总成本，为系统发电机组总数，为第台发电机组有功出力，为发电机费用特性系数，为第台发电机组固定成本系数，分别为节点i和节点j的有功功率，分别表示节点i和节点j的节点边际电价，n为系统节点总数；

约束条件：

其中，分别为节点i上发电机组发出的有功功率和无功功率，分别为节点i上的有功负荷和无功负荷，分别为线路i-j安装有可控移相器时节点i和节点j的等效附加注入功率，分别为节点i和j的电压，分别为的向量，分别为节点导纳矩阵中位置为ij元素的实部和虚部，为节点i的相角和节点j的相角之差，为串联侧电压源电压，为的向量，分别为的下限和上限，分别为线路i-j等效电导和电钠，为可控移相器容量上限，为串联侧电压源相角，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为线路i-j有功功率和无功功率，分别为节点i上发电机组有功功率和无功功率，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限。

第二优化模型模块采用的第二优化模型目标函数为，

其中，为可控移相器安装总成本，为系统线路总数，为线路b安装可控移相器的成本系数，表示每台可控移相器成本。

帕累托前沿获取模块：采用nsga-ii算法对第一优化模型目标函数和第二优化模型目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿。

可读存储介质，所述可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行考虑阻塞管理的可控移相器选址方法。

服务器，包括处理器、存储器以及程序，其中程序存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述程序包括用于执行考虑阻塞管理的可控移相器选址方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明综合考虑系统发电成本和阻塞管理成本构建第一优化模型，考虑可控移相器安装成本构建第二优化模型，对两个优化模型的目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿，最后获得最优的可控移相器选址，为可控移相器在实际工程中的选址提供新思路。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为可控移相器结构模型；

图3为含可控移相器的网络示意图；

图4为可控移相器注入功率等效模型；

图5为散热机构的一种散热模式；

图6为散热机构的另一种散热模式；

图7为内通风孔的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，考虑阻塞管理的可控移相器选址方法，包括以下步骤：

步骤1，利用牛顿-拉夫逊法对含可控移相器系统进行潮流计算，获得系统各线路的潮流数据，即各节点的电压、相角、有功、无功。

步骤2，根据潮流数据和可控移相器工作原理，获得可控移相器的注入功率等效模型。

可控移相器如图2所示，主要由并联变压器、串联变压器以及控制变换装置组成；其中，为可控移相器接入线路时节点i的电压和相角，为串联变压器的电压和相角，为可控移相器接入线路时节点r的电压和相角，为可控移相器接入线路时节点j的电压和相角，为线路阻抗。根据电路原理，可控移相器可以由等效电压源和等效电流源表示，并接入系统，等效后含可控移相器线路的网络示意图如3所示，其中，为节点i注入电流，为可控移相器等效电压源所在线路电流，为对地电流，、、分别为、、的向量，为可控移相器等效后所在线路的阻抗。为方便计算，避免可控移相器的加入增加系统复杂程度，以节点注入功率等效模型等效可控移相器对线路的影响，如图4所示，注入功率等效模型表示为：

其中，分别表示节点i处等效注入有功功率和无功功率，分别表示节点j处等效注入有功功率和无功功率，分别为线路i-j等效电导和电钠，分别为线路i-j上节点i和j（即首末节点）的电压，为可控移相器相角，为线路首末相角差。

步骤3，根据可控移相器的注入功率等效模型，构建以系统运行总成本最小为目标的第一优化模型；其中，系统运行总成本为系统发电成本与阻塞管理成本之和。

系统阻塞管理成本为：

其中，为阻塞管理成本，分别为节点i和节点j的有功功率（这里的节点为系统的节点，包括没有安装可控移相器线路的节点和安装可控移相器线路的节点），分别表示节点i和节点j的节点边际电价，n为系统节点总数；

系统运行总成本为：

其中，为系统运行总成本，为系统发电机组总数，为第台发电机组有功出力，为发电机组发电所需燃料成本，根据系统内发电机组所发有功功率变化，为第台发电机组固定成本系数，为发电机费用特性系数；

因此第一优化模型的目标函数：

对该模型进行最优潮流计算时还应满足系统稳定运行的功率、容量条件，即约束条件：

1）等式约束

其中，分别为节点i上发电机组发出的有功功率和无功功率，但当节点i不与发电机组相连，二者均取0，分别为节点i上的有功负荷和无功负荷，分别为节点导纳矩阵中位置为ij元素的实部和虚部，为节点i的相角和节点j的相角之差。

如在线路i-j上加入可控移相器，其功率平衡方程可表示为：

其中，分别为线路i-j安装有可控移相器时节点i和节点j的等效附加注入功率；没有安装可控移相器时，等效附加注入功率为0。

2）不等式约束

a）可控移相器容量约束

其中，为串联侧电压源电压，为可控移相器容量上限，分别为的向量，为的向量；

b）可控移相器调整控制约束

其中，分别为的下限和上限，为串联侧电压源相角，分别为的下限和上限；

c）其余约束

其中，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为线路i-j有功功率和无功功率，分别为节点i上发电机组有功功率和无功功率，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限。

步骤4，根据可控移相器数量，构建以可控移相器安装总成本最小为目标的第二优化模型。

可控移相器安装总成本定位为：

因此第二优化模型的目标函数为：

其中，为可控移相器安装总成本，为线路b安装可控移相器的成本系数，表示每台可控移相器成本。

步骤5，采用nsga-ii算法对第一优化模型目标函数和第二优化模型目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿。

步骤6，根据帕累托前沿和预设折衷规则，选择最优的系统运行成本和可控移相器安装成本，确定可控移相器选址。

帕累托前沿为一趋势图，横坐标是可控移相器安装总成本（该成本即为可控移相器单台成本与安装台数乘积），纵坐标就是系统运行总成本（该成本即为系统发电成本与阻塞管理成本之和）。当安装台数很少，即横坐标很小时，由帕累托前沿可知，此时阻塞管理成本很高，系统运行总成本很高；同理若增加系统可控移相器安装台数，线路阻塞得以缓解，阻塞管理成本降低，系统运行成本降低。若取极端情况，即每条线路均安装可控移相器，此时阻塞管理成本最低，但可控移相器安装总成本最高。因此可根据实际情况和成本需求，依据所得帕累托前沿所示设备安装总成本与运行总成本关系，进行可控移相器安装总成本确定（此处决策者应结合实际情况综合考虑，不一定是越低越好），相应确定可控移相器安装台数和当下运行总成本。

上述方法中所提两个优化模型进行优化计算时，第一优化模型中考虑了可控移相器的各种约束，因此决策者依据帕累托前沿确定可控移相器安装总成本即设备安装台数时，可以依据当前优化结果确定对应优化成本下的可控移相器安装位置，该可控移相器安装位置即为考虑阻塞成本的可控移相器最优选址。

上述方法综合考虑系统发电成本和阻塞管理成本构建第一优化模型，考虑可控移相器安装成本构建第二优化模型，对两个优化模型的目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿，最后获得最优的可控移相器选址，为可控移相器在实际工程中的选址提供新思路。

上述方法对应的软件系统，即考虑阻塞管理的可控移相器选址系统，包括，

注入功率等效模型模块：根据含可控移相器系统各线路的潮流数据和可控移相器工作原理，获得可控移相器的注入功率等效模型。

第一优化模型模块：根据可控移相器的注入功率等效模型，构建以系统运行总成本最小为目标的第一优化模型；其中，系统运行总成本为系统发电成本与阻塞管理成本之和。

第一优化模型模块采用的第一优化模型为，

目标函数：

其中，为系统运行总成本，为系统发电机组总数，为第台发电机组有功出力，为发电机费用特性系数，为第台发电机组固定成本系数，分别为节点i和节点j的有功功率，分别表示节点i和节点j的节点边际电价，n为系统节点总数；

约束条件：

其中，分别为节点i上发电机组发出的有功功率和无功功率，分别为节点i上的有功负荷和无功负荷，分别为线路i-j安装有可控移相器时节点i和节点j的等效附加注入功率，分别为节点i和j的电压，分别为的向量，分别为节点导纳矩阵中位置为ij元素的实部和虚部，为节点i的相角和节点j的相角之差，为串联侧电压源电压，为的向量，分别为的下限和上限，分别为线路i-j等效电导和电钠，为可控移相器容量上限，为串联侧电压源相角，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为线路i-j有功功率和无功功率，分别为节点i上发电机组有功功率和无功功率，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限，分别为的下限和上限。

第二优化模型模块：根据可控移相器数量，构建以可控移相器安装总成本最小为目标的第二优化模型。

第二优化模型模块采用的第二优化模型目标函数为，

其中，为可控移相器安装总成本，为系统线路总数，为线路b安装可控移相器的成本系数，表示每台可控移相器成本。

帕累托前沿获取模块：采用nsga-ii算法对第一优化模型目标函数和第二优化模型目标函数进行冲突多目标计算，获得帕累托前沿。

选址确定模块：根据帕累托前沿和预设折衷规则，选择最优的系统运行成本和可控移相器安装成本，确定可控移相器选址。

可读存储介质，所述可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行考虑阻塞管理的可控移相器选址方法。

服务器包括壳体1，壳体1内设置有处理器、存储器以及程序，其中程序存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述程序包括用于执行考虑阻塞管理的可控移相器选址方法的指令。

服务器传统的散热系统为安装在壳体内的排风扇，这种简单的结构散热效果较差，因此这里在壳体1内设置多重散热模式的散热系统，散热系统包括若干散热机构和若干温度传感器。

温度传感器分布在壳体1内壁上，所有温度传感器连接处理器，温度传感器感应服务器壳体1内的温度，将温度发送给处理器。

如图5和6所示，散热机构包括第一散热管2、第二散热管3和活动管5。

第一散热管2嵌固在壳体1顶面开设的通孔内，第二散热管3固定在第一散热管2的中心处，具体为第二散热管3底端通过支架与第一散热管2底端固定，第二散热管3的外壁与第一散热管2的内壁之间留有空隙6，空隙6远小于第二散热管3内径。

空隙6底端均匀固定有若干排风扇4，第二散热管3的顶端固定有排风扇4，所有排风扇4均连接控制器，被控制器控制，第二散热管3上开有一圈内通风孔7，见图7内通风孔7在同一平面上，内通风孔7不是径向的孔，而是倾斜的孔，具体的倾斜角度根据实际情况而定。

活动管5套在第二散热管3上，活动管5的顶边向外翻折（直角翻折），翻折的宽度不小于空隙6宽度，活动管5上开有一圈与内通风孔7配合的外通风孔8，活动管5与第二散热管3之间设置有连接处理器的升降机构，升降机构带动活动管5沿第二散热管3升降，当活动管5升降至外通风孔8与对应内通风孔7连通时，活动管5顶端的翻折盖住空隙6，空隙6底端排风扇4吹出的气流依次通过外通风孔8和内通风孔7，搅动第二散热管3内的气流形成气流旋涡。

升降机构包括电机和齿轮，第二散热管3外壁上开有凹口9，电机固定在凹口9内，齿轮固定在电机转轴端，齿轮的齿与活动管5内壁上的齿啮合，电机连接处理器，电机带动齿轮旋转，从而带动活动管5升降。

上述散热系统的散热模式如下：

1）第一散热模式：服务器上电后，处理器将通过温度传感器采集的温度与第一阈值比较，若温度小于等于第一阈值，则处理器仅控制第二散热管3顶端的排风扇4开启（见图5，空隙6底端的排风扇4不开启）；

2）第二散热模式：服务器工作过程中，温度逐渐升高，若温度传感器采集的温度大于第一阈值、小于等于第二阈值，处理器控制升降机构启动，将活动管5上移打开空隙6，外通风孔8和内通风孔7不导通，并且启动空隙6底端的排风扇4（见图6，所有排风扇4全部开启），通过增大风力增强散热效果；

4）第三散热模式：温度继续升高，若温度传感器采集的温度大于第二阈值、处理器控制升降机构将活动管5下移，关闭空隙6（见图5，所有排风扇4全部开启），空隙6中排风扇4吹出的气流依次通过外通风孔8和内通风孔7，搅动第二散热管3内的气流（即第二散热管3顶端排风扇4启动形成的气流）形成气流旋涡，在气流旋涡和第二散热管3顶端排风扇4的双重作用下，增强散热效果。

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。