一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法及终端与流程

1.本发明涉及电力系统稳态分析技术领域，尤其涉及一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法及终端。


背景技术：

2.电力系统的安全运行要求正常运行时所有设备的潮流不超过设备长期载流能力，并要求具备一定的承受预想故障冲击的能力，即可信的预想故障后，各设备的潮流不超过其短时载流能力。电网复杂优化决策(如输电网重构或电网分层分区优化等)需要考虑电网的安全约束，包括无故障状态的安全约束及n-1预想故障后的安全约束。由于大规模电力系统的预想故障集规模也很大，采用交流潮流模型描述电网安全约束，其计算规模大，并使得优化模型为非线性混合整数优化问题。到目前为止，大规模非线性混合整数优化问题的求解仍然缺乏有效的计算工具，计算时间长，且容易出现不收敛的情况，算法求解的可靠性低。
3.采用直流潮流模型描述静态安全约束，可有效降低优化问题的计算规模，更重要的是所描述的安全约束均为线性约束，可大大简化优化问题的复杂性，提高数值求解的速度及可靠性。但直流潮流模型忽略了电网的有功损耗，因而存在一定的误差。对于小规模电网，由于网络有功损耗的总量较小，忽略有功损耗引起的支路潮流误差不大，能够满足工程应用要求。但应用于大规模电力系统时，网络有功损耗的总量较大，远大于单一支路的载流能力，由于两个潮流模型之间的有功损耗偏差完全由平衡机承担，导致平衡机或省际联络线附近的潮流发生很大偏差，采用直流法潮流描述的静态安全约束在精度上不能满足实际电网应用要求。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法及终端，能够有效提高电网复杂优化决策的精度。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
6.一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法，包括步骤：
7.获取电网模型及其对应的参数，并对所述电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果；
8.基于所述计算结果构建直流法状态估计模型，并求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果；
9.基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型；
10.使用直流法对所述修正电网模型进行静态安全约束建模。
11.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
12.一种用于电网优化计算的静态安全约束建模终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现
以下步骤：
13.获取电网模型及其对应的参数，并对所述电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果；
14.基于所述计算结果构建直流法状态估计模型，并求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果；
15.基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型；
16.使用直流法对所述修正电网模型进行静态安全约束建模。
17.本发明的有益效果在于：对电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果。基于计算结果构建并求解直流法状态估计模型，基于求解结果修正电网模型，修正后的电网模型采用直流法潮流计算可以获得更高的计算准确度。鉴于此，将修正后的电网模型用于直流法静态安全约束的电网校核和优化计算，可以满足计算精度要求，同时求解难度和收敛性显著优于交流潮流计算方法，从而有效提高电网复杂优化决策的精度。
附图说明
18.图1为本发明实施例的一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法的步骤流程图；
19.图2为本发明实施例的一种用于电网优化计算的静态安全约束建模终端的结构示意图。
具体实施方式
20.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
21.请参照图1，本发明实施例提供了一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法，包括步骤：
22.获取电网模型及其对应的参数，并对所述电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果；
23.基于所述计算结果构建直流法状态估计模型，并求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果；
24.基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型；
25.使用直流法对所述修正电网模型进行静态安全约束建模。
26.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：对电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果。基于计算结果构建并求解直流法状态估计模型，基于求解结果修正电网模型，修正后的电网模型采用直流法潮流计算可以获得更高的计算准确度。鉴于此，将修正后的电网模型用于直流法静态安全约束的电网校核和优化计算，可以满足计算精度要求，同时求解难度和收敛性显著优于交流潮流计算方法，从而有效提高电网复杂优化决策的精度。
27.进一步地，所述基于所述计算结果构建直流法状态估计模型包括：
28.根据所述计算结果获取所述电网模型的各支路送端的有功潮流值、各支路长期载流能力以及各零注入节点；
29.将所述各支路送端的有功潮流值确定为支路有功量测值；
30.将所述各支路长期载流能力的预设比例确定为量测标准差；
31.根据所述各零注入节点确定等式约束；
32.根据所述支路有功量测值、所述量测标准差以及所述等式约束构建直流法状态估计模型。
33.由上述描述可知，将各支路送端的有功潮流值确定为支路有功量测值，其目的是使按支路有功量测值计算的支路负载率与交流潮流计算的支路负载率一致，将各支路长期载流能力的预设比例确定为量测标准差，其目的是使直流法状态估计结果的支路潮流百分比误差最小，根据各零注入节点确定等式约束，其目的是不改变电网结构，即修正后零注入节点仍保持没有功率注入的状态，从而不需要添加新的电力元件，以此构建以电网支路载流能力为基准的直流法状态估计模型，能够有效地对电源出力及负荷功率进行修正，实现对直流潮流模型的误差修正。
34.进一步地，所述直流法状态估计模型为：
[0035][0036]
其中，
[0037][0038][0039]
式中，表示支路(i，j)由节点i流向节点j的所述支路有功量测值，θi表示节点i的电压相位，θj表示节点j的电压相位，x
ij
表示支路(i，j)的电抗，δp
ij
表示所述支路有功量测值对应的量测误差，sb表示支路集合，pdf(δp
ij
)表示所述量测误差的概率密度函数，σ
ij
表示所述量测标准差，表示支路(i，j)的所述长期载流能力，ni表示节点i的相邻支路集，sz表示所述各零注入节点。
[0040]
进一步地，所述求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果包括：
[0041]
使用加权最小二乘法求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果。
[0042]
所述加权最小二乘法为：
[0043][0044][0045]
式中，表示支路(i，j)由节点i流向节点j的所述支路有功量测值，θi表示节点i的电压相位，θj表示节点j的电压相位，x
ij
表示支路(i，j)的电抗，sb表示支路集合，σ
ij
表示
所述量测标准差，ni表示节点i的相邻支路集，sz表示所述各零注入节点。
[0046]
由上述描述可知，通过求解θi、θj，可计算对节点负荷、电源出力的修正量，并实现对直流潮流模型的修正，使得直流法支路有功潮流负载率的计算结果与精确交流潮流结果之间的偏差更小，从而可以在大规模电网复杂优化决策中采用直流法静态安全约束，大大降低优化决策问题的求解难度，提高优化决策效率。
[0047]
进一步地，所述基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型包括：
[0048]
根据所述估计结果获取所述电网模型中各节点的电压相位；
[0049]
确定所述电网模型对应的直流潮流模型；
[0050]
根据所述各节点的电压相位基于所述直流潮流模型计算各支路的有功潮流值；
[0051]
根据所述各支路的有功潮流值以及各节点的有功功率平衡约束对所述电网模型中的各机组的有功出力和各负荷的有功功率进行更新，生成修正电网模型。
[0052]
由上述描述可知，与原始电网模型相比，修正后的电网模型仅改变原有电源节点及负荷节点的有功功率，而不改变零注入节点的有功功率平衡，避免了在零注入节点添加等值电源或等值负荷，即不改变电网结构，从而避免了对后续电网优化决策算法的修改，降低了电网优化决策算法的复杂化程度。
[0053]
请参照图2，一种用于电网优化计算的静态安全约束建模终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0054]
获取电网模型及其对应的参数，并对所述电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果；
[0055]
基于所述计算结果构建直流法状态估计模型，并求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果；
[0056]
基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型；
[0057]
使用直流法对所述修正电网模型进行静态安全约束建模。
[0058]
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：对电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果。基于计算结果构建并求解直流法状态估计模型，基于求解结果修正电网模型，修正后的电网模型采用直流法潮流计算可以获得更高的计算准确度。鉴于此，将修正后的电网模型用于直流法静态安全约束的电网校核和优化计算，可以满足计算精度要求，同时求解难度和收敛性显著优于交流潮流计算方法，从而有效提高电网复杂优化决策的精度。
[0059]
进一步地，所述基于所述计算结果构建直流法状态估计模型包括：
[0060]
根据所述计算结果获取所述电网模型的各支路送端的有功潮流值、各支路长期载流能力以及各零注入节点；
[0061]
将所述各支路送端的有功潮流值确定为支路有功量测值；
[0062]
将所述各支路长期载流能力的预设比例确定为量测标准差；
[0063]
根据所述各零注入节点确定等式约束；
[0064]
根据所述支路有功量测值、所述量测标准差以及所述等式约束构建直流法状态估计模型。
[0065]
由上述描述可知，将各支路送端的有功潮流值确定为支路有功量测值，其目的是使按支路有功量测值计算的支路负载率与交流潮流计算的支路负载率一致，将各支路长期载流能力的预设比例确定为量测标准差，其目的是使直流法状态估计结果的支路潮流百分比误差最小，根据各零注入节点确定等式约束，其目的是不改变电网结构，即修正后零注入节点仍保持没有功率注入的状态，从而不需要添加新的电力元件，以此构建以电网支路载流能力为基准的直流法状态估计模型，能够有效地对电源出力及负荷功率进行修正，实现对直流潮流模型的误差修正。
[0066]
进一步地，所述直流法状态估计模型为：
[0067][0068]
其中，
[0069][0070][0071]
式中，表示支路(i，j)由节点i流向节点j的所述支路有功量测值，θi表示节点i的电压相位，θj表示节点j的电压相位，x
ij
表示支路(i，j)的电抗，δp
ij
表示所述支路有功量测值对应的量测误差，sb表示支路集合，pdf(δp
ij
)表示所述量测误差的概率密度函数，σ
ij
表示所述量测标准差，表示支路(i，j)的所述长期载流能力，ni表示节点i的相邻支路集，sz表示所述各零注入节点。
[0072]
进一步地，所述求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果包括：
[0073]
使用加权最小二乘法求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果。
[0074]
所述加权最小二乘法为：
[0075][0076][0077]
式中，表示支路(i，j)由节点i流向节点j的所述支路有功量测值，θi表示节点i的电压相位，θj表示节点j的电压相位，x
ij
表示支路(i，j)的电抗，sb表示支路集合，σ
ij
表示所述量测标准差，ni表示节点i的相邻支路集，sz表示所述各零注入节点。
[0078]
由上述描述可知，通过求解θi、θj，可计算对节点负荷、电源出力的修正量，并实现对直流潮流模型的修正，使得直流法支路有功潮流负载率的计算结果与精确交流潮流结果之间的偏差更小，从而可以在大规模电网复杂优化决策中采用直流法静态安全约束，大大降低优化决策问题的求解难度，提高优化决策效率。
[0079]
进一步地，所述基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型
包括：
[0080]
根据所述估计结果获取所述电网模型中各节点的电压相位；
[0081]
确定所述电网模型对应的直流潮流模型；
[0082]
根据所述各节点的电压相位基于所述直流潮流模型计算各支路的有功潮流值；
[0083]
根据所述各支路的有功潮流值以及各节点的有功功率平衡约束对所述电网模型中的各机组的有功出力和各负荷的有功功率进行更新，生成修正电网模型。
[0084]
由上述描述可知，与原始电网模型相比，修正后的电网模型仅改变原有电源节点及负荷节点的有功功率，而不改变零注入节点的有功功率平衡，避免了在零注入节点添加等值电源或等值负荷，即不改变电网结构，从而避免了对后续电网优化决策算法的修改，降低了电网优化决策算法的复杂化程度。
[0085]
本发明上述的用于电网优化计算的静态安全约束建模方法及终端能够适用于大规模电网复杂优化决策问题，以下通过具体实施方式进行说明：
[0086]
实施例一
[0087]
请参照图，本实施例的一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法，包括步骤：
[0088]
s1、获取电网模型及其对应的参数，并对所述电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果；
[0089]
其中，所述参数包括电网节点清单、节点负荷、电源参数、线路及其阻抗参数、变压器及其阻抗和变比参数等。
[0090]
s2、基于所述计算结果构建直流法状态估计模型，并求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果，具体包括：
[0091]
s21、根据所述计算结果获取所述电网模型的各支路送端的有功潮流值、各支路长期载流能力以及各零注入节点；
[0092]
s22、将所述各支路送端的有功潮流值确定为支路有功量测值；
[0093]
s23、将所述各支路长期载流能力的预设比例确定为量测标准差；
[0094]
其中，所述预设比例按照实际情况进行设置，本实施例中，所述预设比例为1％。
[0095]
s24、根据所述各零注入节点确定等式约束；
[0096]
具体的，以所述各零注入节点的有功功率平衡作为等式约束。
[0097]
s25、根据所述支路有功量测值、所述量测标准差以及所述等式约束构建直流法状态估计模型。
[0098]
其中，所述直流法状态估计模型为：
[0099][0100]
其中，
[0101][0102]
[0103]
式中，表示支路(i，j)由节点i流向节点j的所述支路有功量测值，即所述计算结果，θi表示节点i的电压相位，θj表示节点j的电压相位，x
ij
表示支路(i，j)的电抗，δp
ij
表示所述支路有功量测值对应的量测误差，即直流估计潮流与交流估计潮流的误差，sb表示支路集合，pdf(δp
ij
)表示所述量测误差的概率密度函数，σ
ij
表示所述量测标准差，表示支路(i，j)的所述长期载流能力，ni表示节点i的相邻支路集，sz表示所述各零注入节点。
[0104]
s26、使用加权最小二乘法求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果。
[0105]
所述加权最小二乘法为：
[0106][0107][0108]
式中，表示支路(i，j)由节点i流向节点j的所述支路有功量测值，θi表示节点i的电压相位，θj表示节点j的电压相位，x
ij
表示支路(i，j)的电抗，sb表示支路集合，σ
ij
表示所述量测标准差，ni表示节点i的相邻支路集，sz表示所述各零注入节点。
[0109]
上述式子为带等式约束的二次规划问题，可以采用拉格朗日乘子法求解。
[0110]
s3、基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型，具体包括：
[0111]
s31、根据所述估计结果获取所述电网模型中各节点的电压相位；
[0112]
s32、确定所述电网模型对应的直流潮流模型，该直流潮流模型为一般性的直流潮流模型，得到各节点的电压相位后，采用一般性的直流潮流模型就可以得到修正后的直流潮流计算结果；
[0113]
s33、根据所述各节点的电压相位基于所述直流潮流模型计算各支路的有功潮流值；
[0114]
s34、根据所述各支路的有功潮流值以及各节点的有功功率平衡约束对所述电网模型中的各机组的有功出力和各负荷的有功功率进行更新，生成修正电网模型；每个节点都是与若干支路相连的，只要知道每个支路的有功功率，就可以计算出对应节点的有功注入。
[0115]
s4、使用直流法对所述修正电网模型进行静态安全约束建模。
[0116]
根据求解得到的估计结果可以得到系统各节点的电压相位，并采用直流法算得各支路的有功潮流值，进而可以根据各节点的有功功率平衡约束确定各机组的有功出力及各负荷的有功功率，其结果相当于将网络有功损耗分摊到系统中的电源节点和负荷节点，使得修正后电网的直流法潮流计算结果中各支路负载率偏差较小，同时不改变系统中其他非负荷、电源节点的有功零注入状态，故采用该方法修正负荷、发电有功功率后，直流潮流计算结果与初始交流潮流计算结果(即真实值)更接近，支路负载率计算误差更小，可以在大规模电网复杂优化决策中采用直流法静态安全约束，大大降低优化决策问题的求解难度，提高优化决策效率，从而有效提高电网复杂优化决策的精度。
[0117]
以某实际电网为例对本发明方法进行测试，电网的概况如表1所示，测试结果支路
负载率计算误差统计如表2所示；从表2可以看出，直接采用直流潮流模型，虽然支路负载率的平均偏差不算太大，但支路最大负载率误差超过96％，无法满足实际工程应用要求；采用本发明所提方法，支路最大负载率误差为3.27％，且平均负载率误差降至0.12％，能够较好地满足实际电网的应用要求。
[0118]
表1某实际电网概况
[0119]
节点数支路数发电机数负荷数总负荷(mw)总网损(mw)103861520715824330361477.76375.5
[0120]
表2某实际电网支路负载率计算误差统计
[0121][0122]
实施例二
[0123]
请参照图2，本实施例的一种用于电网优化计算的静态安全约束建模终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一中的用于电网优化计算的静态安全约束建模方法中的各个步骤。
[0124]
综上所述，本发明提供的一种用于电网优化计算的静态安全约束建模方法及终端，获取电网模型及其对应的参数，并对所述电网模型及其对应的参数进行交流法潮流计算，得到计算结果；基于所述计算结果构建直流法状态估计模型，并求解所述直流法状态估计模型，得到估计结果；基于所述估计结果对所述电网模型进行更新，生成修正电网模型；使用直流法对所述修正电网模型进行静态安全约束建模，具体的，根据所述支路有功量测值、所述量测标准差以及所述等式约束构建直流法状态估计模型，与原始电网模型相比，修正后的电网模型仅改变原有电源节点及负荷节点的有功功率，而不改变零注入节点的有功功率平衡，避免了在零注入节点添加等值电源或等值负荷，即不改变电网结构，避免了对后续电网优化决策算法的修改，降低了电网优化决策算法的复杂化程度；同时实现了对直流潮流模型的误差修正，能够给出较高精度的支路潮流负载率，使得直流法静态安全约束模型的精度能够满足大规模电网复杂优化决策的精度要求，从而有效提高电网复杂优化决策的精度。
[0125]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。