本发明涉及电力系统扩展潮流技术领域，特别涉及一种基于优化方法的扩展潮流方法及装置。
背景技术：
相关技术中的基于灵敏度的方法来应对局部电压控制器，该方法应用恒定阻抗矩阵来导出局部电压控制器的非线性灵敏度矩阵。由于在重载条件下潮流的非线性性十分严重，基于灵敏度方法应对局部电压控制器的分布式网络潮流在重载情况下需要更多的迭代次数。
电压控制分布式发电机的非线性灵敏度矩阵也可以基于环路分析来推导，证明了非线性灵敏度方法比线性灵敏度方法具有更好的收敛性，然而，重载情况下，非线性灵敏度方法可能会有不好的收敛性，尤其是在重载情况调整了分接开关的位置之后，母线电压可能仍然超过电压限制，亟待解决。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于优化方法的扩展潮流方法，该方法可以提高重载条件下非线性灵敏度方法的收敛性，适用于在重载条件下检测以及放宽不可行电压限制。
本发明的另一个目的在于提出一种基于优化方法的扩展潮流装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于优化方法的扩展潮流方法，包括以下步骤：根据限制公式建立松弛的母线电压限制方程；通过优化公式建立带有局部电压控制器的潮流优化问题；通过约束方程建立零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型；通过恒定黑塞矩阵的ipm(intelligentpowermodule，智能功率模块)对所述零注入母线的优化模型、所述pv母线的优化模型和所述pq母线的优化模型进行求解，以获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试。
本发明实施例的基于优化方法的扩展潮流方法，通过恒定黑塞矩阵的ipm对零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，从而获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试，实现基于优化方法的扩展潮流的目的，解决了重载条件下基于灵敏的方法应对局部电压控制器的分布式网络潮流的非线性问题和重载条件下检测以及放宽不可行电压限制的问题，提高重载条件下非线性灵敏度方法的收敛性，适用于在重载条件下检测以及放宽不可行电压限制。
另外，根据本发明上述实施例的基于优化方法的扩展潮流方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过限制公式建立所述母线电压限制方程，所述限制公式为：
其中，
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下优化公式建立所述潮流优化问题，所述优化公式为：
min∑(u+v)
其中，t为变压器抽头位置，tmin和tmax分别为所述变压器抽头位置的最小值限制和最大值限制，h为映射，v为非负松弛变量，s.t.为约束条件。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述建立零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型，进一步包括：
对于所述零注入母线，第一约束方程h用成对的线性方程表示：
其中，ire和iim分别为注入电流的实部和虚部，yzero为对应于零注入母线的导纳行，u为复母线电压，
对于所述pv母线，第二约束方程h成对表示为：
其中，
对于所述pq母线，第三约束方程h成对表示为：
其中，sre和sim分别为注入复功率的实部和虚部，
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过四舍五入抽头位置的小数值获得所述整数抽头位置。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于优化方法的扩展潮流装置，包括：限制方程建立模块，用于根据限制公式建立松弛的母线电压限制方程；优化问题建立模块，用于通过优化公式建立带有局部电压控制器的潮流优化问题；优化模型建立模块，用于通过约束方程建立零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型；潮流扩展模块，用于通过恒定黑塞矩阵的ipm对所述零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，以获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试。
本发明实施例的基于优化方法的扩展潮流装置，通过恒定黑塞矩阵的ipm对零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，从而获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试，实现基于优化方法的扩展潮流的目的，解决了重载条件下基于灵敏的方法应对局部电压控制器的分布式网络潮流的非线性问题和重载条件下检测以及放宽不可行电压限制的问题，提高重载条件下非线性灵敏度方法的收敛性，适用于在重载条件下检测以及放宽不可行电压限制。
另外，根据本发明上述实施例的基于优化方法的扩展潮流装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述限制方程建立模块中所述限制公式为：
其中，
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述优化问题建立模块中所述优化公式为：
min∑(u+v)
其中，t为变压器抽头位置，tmin和tmax分别为所述变压器抽头位置的最小值限制和最大值限制，h为映射，v为非负松弛变量，s.t.为约束条件。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述优化模型建立模块进一步包括：
对于所述零注入母线，第一约束方程h用成对的线性方程表示：
其中，ire和iim分别为注入电流的实部和虚部，yzero为对应于零注入母线的导纳行，u为复母线电压，
对于所述pv母线，第二约束方程h成对表示为：
其中，
对于所述pq母线，第三约束方程h成对表示为：
其中，sre和sim分别为注入复功率的实部和虚部，
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过四舍五入抽头位置的小数值获得所述整数抽头位置。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于优化方法的扩展潮流方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的基于优化方法的扩展潮流装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流方法。
图1是本发明实施例的基于优化方法的扩展潮流方法是流程图。
如图1所示，该基于优化方法的扩展潮流方法包括以下步骤：
在步骤s101中，根据限制公式建立松弛的母线电压限制方程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过限制公式建立母线电压限制方程，限制公式为：
其中，
在步骤s102中，通过优化公式建立带有局部电压控制器的潮流优化问题。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下优化公式建立潮流优化问题，优化公式为：
min∑(u+v)
其中，t为变压器抽头位置，tmin和tmax分别为变压器抽头位置的最小值限制和最大值限制，h为映射，v为非负松弛变量，s.t.为约束条件。
在步骤s103中，通过约束方程建立零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型。
进一步地，在本发明的一个实施例中，建立零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型，进一步包括：
对于零注入母线，第一约束方程h用成对的线性方程表示：
其中，ire和iim分别为注入电流的实部和虚部，yzero为对应于零注入母线的导纳行，u为复母线电压，
对于pv母线，第二约束方程h成对表示为：
其中，
对于pq母线，第三约束方程h成对表示为：
其中，sre和sim分别为注入复功率的实部和虚部，
在步骤s104中，通过恒定黑塞矩阵的ipm对零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，以获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过四舍五入抽头位置的小数值获得整数抽头位置。
在本发明的一个具体实施例中，在三相平衡条件下，本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流方法包括以下步骤：
s1：收集未考虑到非线性性的基于灵敏度方法应对局部电压控制器的分布式网络潮流在轻载或重载下的数据。
s2：建立松弛的母线电压限制方程。
其中，
s3：建立带有局部电压控制器的潮流扩展的优化问题。
min∑(u+v)
其中，ure和uim分别为母线电压复数变量的实部和虚部，t为变压器抽头位置，tmin和tmax分别为变压器抽头位置的最小值限制和最大值限制，h为映射，v为非负松弛变量，s.t.为约束条件。
s4：建立零注入母线约束方程。
其中，ire和iim分别为注入电流的实部和虚部，yzero为对应于零注入母线的导纳行，u为复母线电压，
s5：建立pv母线约束方程。
其中，
s6：建立pq母线约束方程。
其中，sre和sim分别为注入复功率的实部和虚部，
s7：应用matlab，并且用具有恒定黑塞矩阵的ipm求解上述优化问题。
s8：对比灵敏度方法和扩展潮流方法所需的迭代次数和时间，验证本发明实施例的方法的功能性。
在本发明的另一个具体实施例中，在非平衡条件下，本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流方法包括以下步骤：
s1：建立松弛的母线电压限制方程。
其中，
s2：建立带有局部电压控制器的潮流扩展的优化问题。
min∑(u+v)
其中，ure和uim分别为母线电压复数变量的实部和虚部，t为变压器抽头位置，tmin和tmax分别为变压器抽头位置的最小值限制和最大值限制，h为映射，v为非负松弛变量，s.t.为约束条件。
s3：建立零注入母线约束方程。
其中，ire和iim分别为注入电流的实部和虚部，yzero为对应于零注入母线的导纳行，u表示复母线电压，
s4：建立pv母线约束方程。
其中，
s5：建立pq母线约束方程。
其中，sre和sim分别为注入复功率的实部和虚部，
s6：应用matlab，用具有恒定黑塞矩阵的ipm求解上述优化问题。
s7：根据[i.kocar,j.mahseredjian,u.karaagac,g.soykan,ando.saad,“multiphaseload-flowsolutionforlarge-scaledistributionsystemsusingmana,”ieeetransactionsonpowerdelivery,vol.29,no.2,pp.908–915,apr.2014.]可知，阶跃电压调节器模型由电压控制电压源和电流控制电流源表示。
s8：收集[w.h.kersting,distributionsystemmodelingandanalysis,thirdedition.bocaraton,florida:crcpress,2012.]中的ieee4母线测试馈线数据。
s9：将阶跃电压调整器调整的潮流结果与本发明实施例方法的迭代次数进行比对，验证本发明实施例的方法具有迭代次数少的优点。
s10：将ieee4母线上的c相负载通过乘2，从而得到本发明实施例方法的不可行电压限制，验证本发明实施例的方法具有检测不可电压限制和放宽能力的功能性。
根据本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流方法，通过恒定黑塞矩阵的ipm对零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，从而获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试，实现基于优化方法的扩展潮流的目的，解决了重载条件下基于灵敏的方法应对局部电压控制器的分布式网络潮流的非线性问题和重载条件下检测以及放宽不可行电压限制的问题，提高重载条件下非线性灵敏度方法的收敛性，适用于在重载条件下检测以及放宽不可行电压限制。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流装置。
图2是本发明实施例的基于优化方法的扩展潮流装置的结构示意图。
如图2所示，该基于优化方法的扩展潮流装置10包括：限制方程建立模块100、优化问题建立模块200、优化模型建立模块300和潮流扩展模块400。
其中，限制方程建立模块100用于根据限制公式建立松弛的母线电压限制方程。优化问题建立模块200用于通过优化公式建立带有局部电压控制器的潮流优化问题。优化模型建立模块300用于通过约束方程建立零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型。潮流扩展模块400用于通过恒定黑塞矩阵的ipm对零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，以获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试。本发明实施例的装置10可以提高重载条件下非线性灵敏度方法的收敛性，适用于在重载条件下检测以及放宽不可行电压限制，确保潮流的可解性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，限制方程建立模块100中限制公式为：
其中，
进一步地，在本发明的一个实施例中，优化问题建立模块200中优化公式为：
min∑(u+v)
其中，t为变压器抽头位置，tmin和tmax分别为变压器抽头位置的最小值限制和最大值限制，h为映射，v为非负松弛变量，s.t.为约束条件。
进一步地，在本发明的一个实施例中，优化模型建立模块300进一步包括：
对于零注入母线，第一约束方程h用成对的线性方程表示：
其中，ire和iim分别为注入电流的实部和虚部，yzero为对应于零注入母线的导纳行，u为复母线电压，
对于pv母线，第二约束方程h成对表示为：
其中，
对于pq母线，第三约束方程h成对表示为：
其中，sre和sim分别为注入复功率的实部和虚部，
进一步地没在本发明的一个实施例中，通过四舍五入抽头位置的小数值获得整数抽头位置。
需要说明的是，前述对基于优化方法的扩展潮流方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于优化方法的扩展潮流装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于优化方法的扩展潮流装置，通过恒定黑塞矩阵的ipm对零注入母线的优化模型、pv母线的优化模型和pq母线的优化模型进行求解，从而获取整数抽头位置，并在三相平衡以及不平衡条件下进行功能测试，实现基于优化方法的扩展潮流的目的，解决了重载条件下基于灵敏的方法应对局部电压控制器的分布式网络潮流的非线性问题和重载条件下检测以及放宽不可行电压限制的问题，提高重载条件下非线性灵敏度方法的收敛性，适用于在重载条件下检测以及放宽不可行电压限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。