一种柔性环网控制系统运行及潮流优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性环网控制系统运行及潮流优化方法，属于电力系统运行及潮流优化领域，解决了柔性环网控制系统正常及故障方式下，系统有功潮流合理分配问题。该方法包括：基于D5000系统实时获取目标电网的网络参数；根据获得的电网基本参数，以元件负载率、系统供电能力为目标条件，建立对应目标函数；以各个目标函数为基础，确立多目标优化函数；根据模糊理论，制定各目标函数的隶属度函数，采用模糊算法求得多目标函数的优化解。该方法以多目标函数为约束条件，通过求解多目标优化函数，得到柔性环网控制系统正常及故障运行方式下的最优潮流分布，提高了电网运行的可靠性和经济性。
【专利说明】一种柔性环网控制系统运行及潮流优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统运行及潮流优化领域，特别涉及一种柔性环网控制系统运行 及潮流优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的高速发展，城市电网的网架结构愈加坚强，极大提高了电网的供 电能力和供电可靠性。但与此同时，势必也会造成电网短路电流超标问题突出。如采用电 网开环运行的方式解决短路电流超标问题，将给电网供电能力、供电可靠性以及电网调度 灵活性等方面带来很大的困难。如何协调电网供电能力与短路电流超标问题是当前电网调 度运行面临的重大难题。传统的依靠经验对电网进行分区供电的解决方法缺乏理论依据， 且仅限于离线计算分析，不能实时反映电网的运行状态，具有一定的局限性。因此迫切需要 有新技术、新方法创新应用于解决电网供电能力与短路电流之间的矛盾，探索、实践未来电 网的可能发展方向。
[0003] 目前，从现有投运的柔性直流输电工程及其技术特点来看，柔性直流输电技术主 要应于风电并网、城市供电、电网互联、海上平台供电等领域，在交流电网解环方面尚无应 用。已投运柔性直流输电工程的最大容量达到400MW，最高电压等级达到±200kV;在建性 直流输电工程的最大容量达到1000MW，最高电压等级达到了 500kV。在我国，国家网公司通 过自主研发于2011年7月投运了我国首个柔性直流输电工程，即上海南汇风电网柔性直流 输电示范工程，工程容量达到了 20丽，电压等级达到了 ±30kV，标志着我在柔性直流输电
【技术领域】实现了从无到有的突破。目前，世界范围内柔性直流输电技术正迅速朝着高电压、 大容量方向发展，工程数量越来越多，应用领域也越来越广泛，从端向多端领域发展，成为 促进新能源的大规模开放利用和智能电网建设的重要手段。
[0004] 而柔性直流输电技术能够灵活地控制有功无功传输，具有不会对交流系统的短路 电流水平产生影响、隔绝交流系统故障等优点。当系统发生故障时，柔性直流可以迅速隔离 电网，避免事故影响扩大，而且可以提高系统阻尼，抑制弱交流互联可能带来的低频振荡。 因此，本发明考虑在柔性直流输电技术的基础上，开发柔性环网控制器，实现城市电磁环网 解列、潮流控制、无功功率调节、短路电流抑制等功能，在不增加电网短路电流水平、不降低 电网稳定性的同时，增加电网运行的灵活性、可靠性，实现交流电网软分区运行。
【发明内容】
[0005] 发明目的：
[0006] 为了解决电网供电能力不足与短路电流超标问题之间的矛盾，克服传统的依靠经 验对电网进行分区供电的解决方法缺乏理论支撑的弊端，本发明提出一种柔性环网控制系 统运行及潮流优化方法，通过对多个目标条件分别建立目标函数进行优化，得出柔性环网 控制系统正常及故障运行方式下的有功潮流优化结果，从而确定最优的有功功率支援指令 值。
[0007] 技术方案：
[0008] 本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0009] -种柔性环网控制系统运行及潮流优化方法，通过对多个目标条件分别建立目标 函数进行优化，得出柔性环网控制系统正常及故障运行方式下的有功潮流优化结果，从而 确定最优的有功功率支援指令值，其特征在于：该方法步骤如下：
[0010] S1.根据目标电网网架结构及电源、负荷分布情况，选择合适的母线，在母联开关 处安装柔性环网控制器札禹?1，将目标电网划分为若干子网5 1、52?511，实现电网的软分 区供电，并设定柔性环网控制器的初始潮流转移值P tMnsl、Ptrans2…Ptransn ;
[0011] S2.从D5000系统中实时获取各子网的基本网络参数，包括子网中各发电机组的 出力Pei、PfP en，各变电站母线所带的负荷Pu、Pf ·Ρ^联络线潮流值P_、PunyPu_ 以及每条交流线路的潮流值Pac;1、P ac;2··· Ρ_;
[0012] S3.以D5000系统中实时获取的基本网络参数为基础，对多个目标条件分别建立 其对应的目标函数 fj (PGi，PLi，Pline,Pac;i，P transi);
[0013] 步骤S3中j表示第j个目标条件；
[0014] 步骤S3对多个目标条件分别建立其对应的目标函数，具体函数为：
[0015] 1)元件负载率目标函数
[0016] 电网的元件负载率是元件承载功率占额定功率的百分比，可以衡量元件的利用程 度；一般来说，合适的电网元件负载率不但有助于电网的安全、稳定运行，充分发挥元件价 值，还可以减少重载与轻载的比率，有助于增强电网稳定性，延长变压器、开关等元件的使 用寿命；电网在正常及故障运行方式下，应保证系统中各元件的负载率在合理范围内，避免 电网发生N-1元件过载的问题；元件负载率约束下的目标函数为：
[0017]
【权利要求】
1. 一种柔性环网控制系统运行及潮流优化方法，通过对多个目标条件分别建立目标函 数进行优化，得出柔性环网控制系统正常及故障运行方式下的有功潮流优化结果，从而确 定最优的有功功率支援指令值，其特征在于：该方法步骤如下：
51. 根据目标电网网架结构及电源、负荷分布情况，选择合适的母线，在母联开关处安 装柔性环网控制器M^MfMn，将目标电网划分为若干子网Si、S2?Sn，实现电网的软分区供 电，并设定柔性环网控制器的初始潮流转移值Ptansl、Ptrans2…Ptransn ;
52. 从D5000系统中实时获取各子网的基本网络参数，包括子网中各发电机组的出力 ?(：1、？ (^十&1，各变电站母线所带的负荷1\1、？^?1^，联络线潮流值？^ 1、匕^"1^_以及 每条交流线路的潮流值Pac;1、Pac;2···Pam ;
53. 以D5000系统中实时获取的基本网络参数为基础，对多个目标条件分别建立其对 应的目标函数fj(P〇i，Pm，PlineJPaciJPtransi) ? 步骤S3中j表示第j个目标条件； 步骤S3对多个目标条件分别建立其对应的目标函数，具体函数为： 1) 元件负载率目标函数 电网的元件负载率是元件承载功率占额定功率的百分比，衡量元件的利用程度，元件 负载率约束下的目标函数为：
其中，Hi表示元件负载率；Hijlin表示元件负载率的下限值，Hijiax表示元件负载率的 上限值；Pacd表示系统中交流线路的潮流值，Padim表示元件标称的额定容量或短时间内可以 过载运行的极限容量； 2) 电网供电能力目标函数 电网的供电能力是指电网在N-I任一电网元件的情况下，系统能够提供的电力，环网 控制器的输送潮流应满足电网供电能力目标函数，电网供电能力约束下的目标函数为：
其中，i、j分别表示第i个子网和第j个子网；Pei表示系统中各机组的有功出力；Pumi 表示子网联络线支援潮流值；Pu表示各变电站所带的负荷量；Ptransi表示环网控制器所支 援的潮流值； 结合式（1)和式（2)，得到计及元件负载率和电网供电能力的多目标优化函数模型为： F (Pci，^Li，Pline，Paci，Ptransi) f j (P〇i，^Li，Pline，Paci，Ptransi) (3) \ h{ Pa.PlA. PlJnei' Ptrami^) =Pa+PLinei+Ptransi -PLi=O ,.、 s.t.\ ^ > (4) \J]i_min <Tji < TJimax 其中，Hi表示元件负载率；Hijlin表示元件负载率的下限值，Hijiax表示元件负载率的 上限值；Ρω表示系统中各机组的有功出力；Pumi表示子网联络线支援潮流值；Ptransi表示环 网控制器所支援的潮流值；Pu表示各变电站所带的负荷量； 由式（3)和式（4)所决定的Ptrans即为多目标条件下环网控制器潮流支援的优化参考 值；该多目标优化函数采用模糊理论进行求解； 利用模糊理论对该函数模型求解，通过对目标函数式（3)和约束条件式（4)进行模糊 化处理； 根据决策者需求，给每个目标函数指定一个隶属度函数μi(fi(P))，用以反映对目标函 数4(?的满意度，目标值越优，满意度越高；采用模糊算法的求解过程如式（5)所示： n m 尸(7?,Αλ尸―，A?,',·)=[卜;8 - "，(./?(尸)） （5 ) i=l 其中，< 为隶属度函数理想向量的第i个分量；m为指数；式（5)中，η= 2,i= 1，2 时，A⑵分别对应的目标函数为fni、fPi ; S4.根据F(Ρω，Pu，Pline，Pac;i，P_si)求解得到多目标优化值，具体为： 1) 根据每个目标函数和约束条件得到每个目标函数下的局部解; 2) 根据局部解求得多目标优化函数的解; 3) 由多目标优化函数的优化值修正各个目标函数下的局部解：若满足各个目标 函数约束条件，则以代替/]?，若不满足则保持不变；重复步骤2)，直到满足计算 精度要求或者溢出设定的最大计算次数，得出最终多目标的优化解。
2. 根据权利要求1所述的柔性环网控制系统运行及潮流优化方法，其特征在于：步骤 Sl中所述的柔性环网控制器，包括换流站和直流输电线路，各个柔性直流输电换流站分别 包括换流阀、两个平波电抗器、以及至少一组直流输电线路，各个柔性直流输电换流站之间 通过直流输电线路相连接，柔性直流输电换流站还包括至少两个直流分断装置，直流分断 装置的数量与正极传输连接线、负极传输连接线的数量之和相一致，各个直流分断装置分 别与正极传输连接线、负极传输连接线--相对应。
3. 根据权利要求1所述的柔性环网控制系统运行及潮流优化方法，其特征在于：步骤 S3的步骤2)中，对目标函数式（3)进行模糊化处理时，目标函数的模糊化是指根据决策者 要求达到的满意度，构建目标函数的隶属度函数，该隶属度函数可作为模糊评价指标，能够 有效地将不同量纲的目标进行比较和组合，从而得到计及多目标函数的综合解。
4. 根据权利要求1所述的柔性环网控制系统运行及潮流优化方法，其特征在于：步骤 S3的步骤2)中，对约束条件式（4)进行模糊化处理时，约束条件的模糊化是指求解处理中 采用软约束条件，即在必要时允许一定程度的溢出约束条件范围。
【文档编号】H02J3/00GK104269847SQ201410536001
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】张涛, 张强, 王刚, 王超, 李家珏, 戈阳阳, 孙峰, 韩子娇, 王洋, 曾辉 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院