考虑电压安全多周期的无功效益优化方法及系统

1.本发明涉及无功优化方法，更具体地说，涉及一种考虑电压安全多周期的无功效益优化方法及系统。


背景技术：

2.无功功率资源可分为两大类：动态和静态。动态无功资源被自动控制，以响应电压偏差快速连续地改变其无功输出，而不管其终端电压水平如何。动态无功资源包括同步发电机/电容器和灵活的交流输电系统(facts)设备。基于逆变器的发电资源，当终端电压下降时，它们的无功输出迅速下降，这大大限制了它们防止电压不稳定的能力。由于动态无功资源具有快速响应，不受电压影响的特点，在紧急情况下至关重要，因此电力系统需要储备更多的动态无功功率。换句话说，在正常运行期间，动态无功资源的无功功率输出应最小化，以便有足够的动态无功功率可用于应对突发事件。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，提供一种考虑电压安全多周期的无功效益优化方法，其可寻求静态无功资源和调节母线电压幅值的预防性设置点，以便系统具有足够的动态无功储备，以在各种紧急情况下安全运行。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种考虑电压安全多周期的无功效益优化方法，包括以下步骤：
5.第一步、建立以网损最小化，电压偏差最小化，发电机输出无功最小化为目标的无功效益优化模型，所述无功效益优化模型包括配电网潮流约束，有载调压分支开关、并联电容器的无功调节设备运行约束，节点电压约束；
6.第二步、通过受时间约束限制的离散变量替换部分约束，对第一步中无功效益优化模型的目标函数进行修正，得到修正后的目标函数；
7.第三步、在内层算法中将问题从全周期t分解到每一个时段t内，通过固定离散变量d
t
来求解全周期内的修正后的目标函数中控制变量y
t
和一致控制变量z
t
；
8.第四步、算法收集第三步中t个子问题的解，在外层算法中更新离散变量d
t
和修正后的目标函数中的惩罚参数ξ
t
的值以满足时间约束，经内外两层算法迭代之后输出最终的无功效益优化结果。
9.按上述方案，无功效益优化模型的目标函数为：
[0010][0011]
式中，s＝[1,2,3,...,s]为应急事件集合，s＝0表示没有任何应急事件发生，t为时间段集合，为s事件，t时刻下的状态变量集，状态变量集包括电流和电压；为s事件，t
时刻下的控制变量集，控制变量集包括变压器抽头和投入电抗器；l为系统中支路集，x
l
表示支路l的线路阻抗，为s事件，t时刻下支路l上的电流；ng为系统中发电机节点的集合，为s事件，t时刻下发电机节点i发出的无功功率；n为系统中节点的集合，为s事件，t时刻下节点i上的电压，为节点n上的期望电压；a1、a2、a3是权重系数。
[0012]
按上述方案，无功效益优化模型的约束条件包括等式约束和不等式约束，具体为：
[0013]
1)等式约束
[0014][0015]
式中，和分别表示发电机节点i发出的有功和无功功率；和分别表示发电机节点i的有功负荷和无功负荷；为s事件，t时刻下节点i上的电压；为s事件，t时刻下节点j上的电压；g
ij
是节点i和节点j之间的电导；b
ij
为节点i和节点j之间的电纳；θ
ij
为节点i和节点j之间的电压相位角差；
[0016]
2)不等式约束
[0017][0018]
式中，为s事件，t时刻下节点i上的电压，u
i-min
和u
i-max
分别为节点i电压的最小值和最大值；表示发电机节点i发出的无功功率，q
gi-min
和q
gi-max
分别为发电机节点i输出无功的最小值和最大值；为s事件，t时刻下变压器节点i的上分接头的位置，tap
i-min
和tap
i-max
分别为变压器节点i上分接头位置的最小值和最大值；为s事件，t时刻下节点i处的无功补偿容量，q
ci-min
和q
ci-max
别为节点i处无功补偿容量的最小值和最大值；为无应急事件时，第i个控制变量在t时刻的取值，y
imax
为第i个控制变量在一个周期内的最大动作次数。
[0019]
按上述方案，修正后的目标函数为：
[0020][0021]
式中，z
t
为基本情况和t时刻所处的所有应急事件之间的一致控制变量；d
t
表示受时间约束限制的离散控制变量；y表示对应于离散变量的一组控制指数；为控制变量y
t
和
一致控制变量z
t
之间的惩罚参数；ξ
t
为使一致控制接近有效离散控制的惩罚参数。
[0022]
按上述方案，所述目标函数(4)采用分层求解的方法进行求解。
[0023]
按上述方案，内层算法为将问题从全周期t分解到每一个时段t内，再按步骤逐步求解，问题分解到每一个时段t内之后，目标函数变化为：
[0024][0025]
首先初始化变量和惩罚参数和ξ
t
，变量y
t
和z
t
被初始化为一些临时控制计划，再按式(6)更新得新一组控制变量
[0026][0027]
其次根据按如下方式更新得新一组一致控制变量
[0028][0029]
上式中，随后按如下方式更新惩罚参数
[0030][0031]
式中，参数中，参数为控制变量y
t
和一致控制变量z
t
之间的惩罚参数。
[0032]
按上述方案，所述第四步中，引入中间变量h，设：
[0033][0034]
式中，参数k》1；若h》0，则按以下方式更新得新一代离散变量和惩罚参数
[0035][0036]
若h《0，则离散变量d
t
和惩罚参数ξ
t
维持不变；当误差小于预先指定的值εr时，所提出的外部算法停止，其中误差定义为：
[0037][0038]
上式中，ε为定义的误差；t为时间段集合；y表示对应于离散变量的一组控制指数；s为应急事件集合。
[0039]
本发明还提供一种考虑电压安全多周期的无功效益优化系统，包括无功效益优化模块，用于建立以网损最小化，电压偏差最小化，发电机输出无功最小化为目标的无功效益优化模型；所述无功效益优化模型包括配电网潮流约束，有载调压分支开关、并联电容器的无功调节设备运行约束，节点电压约束；
[0040]
无功效益优化模型的目标函数修正模块，用于通过受时间约束限制的离散变量替换部分约束，对无功效益优化模型的目标函数进行修正，得到修正后的目标函数；
[0041]
变量求解模块，用于在内层算法中将问题从全周期t分解到每一个时段t内，通过固定离散变量d
t
来求解全周期内的修正后的目标函数中控制变量y
t
和一致控制变量z
t
；
[0042]
无功效益优化结果模块，用于算法收集t个子问题的解，并在外层算法中更新离散变量d
t
和修正后的目标函数中的惩罚参数ξ
t
的值以满足时间约束，经内外两层算法迭代之后输出最终的无功效益优化结果。
[0043]
本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
[0044]
所述存储器中存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述方法的步骤。
[0045]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述的方法。
[0046]
实施本发明的考虑电压安全多周期的无功效益优化方法及系统，具有以下
[0047]
有益效果：
[0048]
1、本发明提出的考虑电压安全多周期的无功效益优化方法，在配电网潮流约束，有载调压分支开关、并联电容器等无功调节设备运行约束，节点电压约束以及每个离散控制装置的开关动作次数限制下，建立以网损最小化，电压偏差最小化，发电机输出无功最小化为目标的无功效益优化模型，优化了配电网运行的经济效益；
[0049]
2、本发明在在提供预防性无功功率调度控制计划方面具有一定理论价值和现实意义。可合理寻求静态无功资源和调节母线电压幅值的预防性设置点，以便系统具有足够的动态无功储备，以在各种紧急情况下安全运行。
附图说明
[0050]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0051]
图1是本发明考虑电压安全多周期的无功效益优化方法的流程图；
[0052]
图2是内层算法流程图；
[0053]
图3是外层算法流程图。
具体实施方式
[0054]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0055]
如图1所示，本发明的考虑电压安全多周期的无功效益优化方法，包括以下步骤：
[0056]
第一步、建立以网损最小化，电压偏差最小化，发电机输出无功最小化为目标的无功效益优化模型，所述无功效益优化模型包括配电网潮流约束，有载调压分支开关、并联电容器的无功调节设备运行约束，节点电压约束；
[0057]
无功效益优化模型的目标函数为：
[0058][0059]
式中，s＝[1,2,3,...,s]为应急事件集合，s＝0表示没有任何应急事件发生，t为时间段集合，为s事件，t时刻下的状态变量集，状态变量集包括电流和电压；为s事件，t时刻下的控制变量集，控制变量集包括变压器抽头和投入电抗器；l为系统中支路集，x
l
表示支路l的线路阻抗，为s事件，t时刻下支路l上的电流；ng为系统中发电机节点的集合，为s事件，t时刻下发电机节点i发出的无功功率；n为系统中节点的集合，为s事件，t时刻下节点i上的电压，为节点n上的期望电压；a1、a2、a3是权重系数。
[0060]
无功效益优化模型的约束条件包括等式约束和不等式约束，具体为：
[0061]
1)等式约束
[0062][0063]
式中，和分别表示发电机节点i发出的有功和无功功率；和分别表示发电机节点i的有功负荷和无功负荷；为s事件，t时刻下节点i上的电压；为s事件，t时刻下节点j上的电压；g
ij
是节点i和节点j之间的电导；b
ij
为节点i和节点j之间的电纳；θ
ij
为节点i和节点j之间的电压相位角差；
[0064]
2)不等式约束
[0065][0066]
式中，为s事件，t时刻下节点i上的电压，u
i-min
和u
i-max
分别为节点i电压的最小值和最大值；表示发电机节点i发出的无功功率，q
gi-min
和q
gi-max
分别为发电机节点i输出无功的最小值和最大值；为s事件，t时刻下变压器节点i的上分接头的位置，tap
i-min
和tap
i-max
分别为变压器节点i上分接头位置的最小值和最大值；为s事件，t时刻下节点i处的无功补偿容量，q
ci-min
和q
ci-max
别为节点i处无功补偿容量的最小值和最大值；y
0t,i
为无应急事件时，第i个控制变量在t时刻的取值，y
imax
为第i个控制变量在一个周期内的最大动作次数。
[0067]
第二步、通过受时间约束限制的离散变量替换部分约束，对第一步中无功效益优化模型的目标函数进行修正，以供后续分层算法求解；
[0068]
修正后的目标函数为：
[0069][0070]
式中，z
t
为基本情况和t时刻所处的所有应急事件之间的一致控制变量；d
t
表示受时间约束限制的离散控制变量；y表示对应于离散变量(例如变压器抽头比)的一组控制指数；为控制变量y
t
和一致控制变量z
t
之间的惩罚参数；ξ
t
为使一致控制接近有效离散控制的惩罚参数；目标函数(4)采用分层求解的方法进行求解。
[0071]
第三步、初始化变量和惩罚参数和ξ
t
，变量y
t
和z
t
被初始化为临时控制计划，并在内层算法中将问题从全周期t分解到每一个时段t内，通过固定离散变量d
t
来求解全周期内的y
t
和z
t
；
[0072]
内层算法为将问题从全周期t分解到每一个时段t内，再按步骤逐步求解，问题分解到每一个时段t内之后，目标函数变化为：
[0073][0074]
首先初始化变量和惩罚参数和ξ
t
，变量y
t
和z
t
被初始化为一些临时控制计划，再按式(6)更新得新一组控制变量
[0075]
[0076]
其次根据按如下方式更新得新一组一致控制变量
[0077][0078]
上式中，随后按如下方式更新惩罚参数
[0079][0080]
式中，参数中，参数为控制变量y
t
和一致控制变量z
t
之间的惩罚参数。
[0081]
第四步、算法收集t个子问题的解，并在外层算法中更新离散变量d
t
和惩罚参数ξ
t
的值以满足时间约束，经内外两层算法迭代之后输出最终的无功效益优化结果。
[0082]
引入中间变量h，设：
[0083][0084]
式中，参数k》1；若h》0，则按以下方式更新得新一代离散变量和惩罚参数
[0085][0086]
若h《0，则离散变量d
t
和惩罚参数ξ
t
维持不变；当误差小于预先指定的值εr时，所提出的外部算法停止，其中误差定义为：
[0087][0088]
上式中，ε为定义的误差；t为时间段集合；y表示对应于离散变量的一组控制指数；s为应急事件集合。如图2-3所示为步骤第三步及第四步所描述的分层算法整体流程。
[0089]
本发明还提供一种考虑电压安全多周期的无功效益优化系统，包括无功效益优化模块，用于建立以网损最小化，电压偏差最小化，发电机输出无功最小化为目标的无功效益优化模型；所述无功效益优化模型包括配电网潮流约束，有载调压分支开关、并联电容器的无功调节设备运行约束，节点电压约束；
[0090]
无功效益优化模型的目标函数修正模块，用于通过受时间约束限制的离散变量替换部分约束，对无功效益优化模型的目标函数进行修正，以供后续分层算法求解；
[0091]
全周期内的y
t
和z
t
模块，用于初始化变量和惩罚参数和ξ
t
，变量y
t
和z
t
被初始化
为临时控制计划，并在内层算法中将问题从全周期t分解到每一个时段t内，通过固定离散变量d
t
来求解全周期内的y
t
和z
t
；
[0092]
无功效益优化结果模块，用于算法收集t个子问题的解，并在外层算法中更新离散变量d
t
和惩罚参数ξ
t
的值以满足时间约束，经内外两层算法迭代之后输出最终的无功效益优化结果。
[0093]
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
[0094]
所述存储器中存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述考虑电压安全多周期的无功效益优化方法的步骤。
[0095]
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述的考虑电压安全多周期的无功效益优化方法。
[0096]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
[0097]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0098]
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。
[0099]
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。
[0100]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。