一种基于事件触发的电力系统无功趋优控制系统及方法

本发明属于电力系统优化控制领域，尤其涉及一种基于事件触发的电力系统无功趋优控制系统及方法。

背景技术：

1、可再生能源因其具有环境友好性而获得迅速发展，随着电力用户多样化，许多随机负荷接入电力系统，可再生能源和随机负荷渗透率的不断增加，给电力系统运行的安全性和经济性带来了巨大挑战。

2、无功优化是维持电力系统正常运行的重要手段，通过对各种无功设备进行调度，使多目标函数，如发电机成本、网损、电压偏差和无功调节成本等最小。对于传统的集中控制算法，中心服务器需要监测各设备的状态和求解最优潮流来实现系统最优控制，随着电力系统规模的不断扩大，将面临巨大的计算负担。为克服集中式算法的不足，一些分散式算法将大型电力系统划分为多个子区域进行优化计算，如乘法器交替方向法。然而，在分散优化算法的迭代过程中，并不能完全摆脱集中控制器的协调作用。一些分布式优化方法被提出，用来在多智能体系统中均衡全网计算负荷，分布式算法不需要中心服务器，通过多智能体之间的协调来获得最优运行状态，虽然减少了计算量和通信成本，但分布式算法存在局部通信要求较高、收敛速度慢的问题。考虑到系统有限的计算能力和通信带宽，传统的无功优化方法通常每隔一段时间对系统进行一次最优控制，但随着新能源和随机负荷渗透程度的增加，时段内显著的短期功率波动将降低电网无功优化控制的精度。为适应功率波动，许多算法需要频繁执行优化程序，这将大大增加计算和通信数据量。

3、事件触发算法被广泛应用于有限计算能力和带宽的系统中，例如，在多智能体系统中，利用事件触发算法，减少多智能体之间的通信资源需求，降低算法迭代次数，从而减轻了智能体的计算负担。在电力系统领域，事件触发算法通常应用于频率控制，经济调度等。随着现代电力系统规模的不断扩大，接入电网的不确定性越来越大，需要对大量数据进行实时采集和处理，事件触发算法成为电力系统提高运行效率的可行解决方案之一。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于事件触发的电力系统无功趋优控制系统及方法，用实现含功率显著波动电力系统的快速无功优化，并减小中心服务器计算负担和系统网络的通信负担。

2、本发明系统的技术方案为一种基于事件触发的电力系统无功趋优控制系统，包括：

3、中心服务器、多个就地控制器；

4、所述中心服务器与所述多个就地控制器依次连接；

5、在输电网模型中每个节点部署就地控制器；

6、中心服务器在输电网模型中选择多个节点并入新能源；中心服务器计算输电网模型的每个时刻的有功功率波动量，若大于有功波动触发阈值则执行全局优化；建立多时刻无功优化模型，通过内点法求解得到输电网模型中每个节点的多个未来时刻的优化后无功功率；将相邻两个时刻的时间间隔均匀划分为多个小时刻间隔，计算每个节点的每个小时刻间隔的有功功率波动量，若大于节点有功波动触发阈值则执行局部优化；计算波动节点的波动时刻间隔的无功调节量，输电网模型中每个节点的就地控制器根据无功调节量进行波动时刻间隔的无功控制。

7、本发明方法的技术方案为一种基于事件触发的电力系统无功趋优控制系统，包括以下步骤：

8、步骤1：构建输电网模型，在输电网模型选择多个节点并入新能源；

9、步骤2：中心服务器实时获取输电网模型中每个节点的每个时刻的有功功率，计算输电网模型的每个时刻的有功功率波动量，若输电网模型的每个时刻的有功功率波动量大于输电网有功波动触发阈值则跳转至步骤3即执行全局优化，则输电网模型状态为波动状态，否则继续执行步骤2；

10、步骤3：中心服务器根据输电网模型中每个节点多个历史时刻的有功功率通过线性回归预测方法进行预测，得到输电网模型中每个节点的多个未来时刻的有功功率；以输电网模型的网损最小化作为优化目标，以功率平衡约束方程、状态变量约束方程和控制变量约束方程作为约束条件，以输电网模型中每个节点的多个未来时刻的无功功率作为决策变量，以输电网模型中每个节点的多个未来时刻的电压、相角作为状态变量，建立多时刻无功优化模型，通过内点法求解，得到输电网模型中每个节点的多个未来时刻的优化后无功功率、优化后电压、优化后相角；中心服务器将输电网模型中每个节点的下一个时刻的优化后无功功率、优化后电压、优化后相角发送至每个节点的就地控制器进行无功控制；

11、步骤4：输电网模型中每个节点的就地控制器将步骤2相邻两个时刻的时间间隔均匀划分为多个小时刻间隔，根据每个小时刻间隔采集输电网模型中每个节点的有功功率，计算输电网模型中每个节点的每个小时刻间隔的有功功率波动量，若输电网模型中节点的每个小时刻间隔的有功功率波动量大于节点有功波动触发阈值，则将对应的输电网模型中节点定义为输电网模型中波动节点、将对应的小时刻间隔定义波动时刻间隔并跳转至步骤5即执行局部优化，否则继续执行步骤4；

12、步骤5：中心服务器根据输电网模型中每个节点的多个未来时刻的优化后电压、优化后相角通过雅克比矩阵求逆计算，得到输电网模型的灵敏度矩阵；结合输电网模型的灵敏度矩阵计算输电网模型中波动节点对应的输电网模型中每个节点的波动时刻间隔的电压，进一步计算输电网模型中波动节点的波动时刻间隔的无功调节量，输电网模型中波动节点的就地控制器根据无功调节量进行波动时刻间隔的无功控制。

13、作为优选，步骤2所述每个时刻定义为第k时刻，k∈[1,k]，k表示时刻的数量；

14、步骤2所述计算输电网模型的有功功率波动量，具体如下：

15、

16、其中，pi,k表示输电网模型中第i个节点的第k时刻的有功功率，wi表示上一次全局优化输电网模型中第i个节点的有功功率，δpk表示输电网模型的第k个时刻的有功功率波动量，n表示输电网模型中节点的数量；

17、作为优选，步骤3所述多个历史时刻，具体定义如下：

18、将第k时刻作为当前时刻；

19、将第k-l时刻、第k-l+1时刻、...、第k-1时刻作为l个历史时刻；

20、步骤3所述多个未来时刻，具体定义如下：

21、将第k+1时刻、第k+2时刻、...、第k+k1时刻作为k1个未来时刻；

22、作为优选，步骤4所述计算输电网模型中每个节点的每个小时刻间隔的有功功率波动量，具体定义如下：

23、通过输电网模型中每个节点的每个小时刻间隔的有功功率与上一次局部优化中输电网模型中每个节点的每个小时刻间隔的有功功率差的绝对值计算得到；

24、作为优选，步骤5所述计算输电网模型中波动节点对应的输电网模型中每个节点的波动时刻间隔的电压，具体计算如下：

25、

26、i＝1,2…n,j＝1,2…m

27、tb∈[1,t]

28、b∈[1,b]

29、其中，n表示输电网模型中节点的数量，m表示输电网模型中波动节点的数量，t表示小时刻间隔的数量，b表示波动时刻间隔的数量，nodej表示输电网模型中第nodej个节点的序号，j表示输电网模型中第j个波动节点的序号，表示输电网模型中第j个波动节点对应的输电网模型中第i个节点的第b个波动时刻间隔的电压，即输电网模型中第nodej个节点对应的输电网模型中第i个节点的第tb个小时刻间隔的电压，v0,i表示输电网模型中第i个节点的基准电压,表示输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的有功功率波动量对于输电网模型中第i个节点的电压灵敏度系数，通过灵敏度矩阵得到，表示输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的有功功率波动量，即表示输电网模型中第nodej个节点的第tb个小时刻间隔的有功功率波动量，通过输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的有功功率与上一次局部优化中输电网模型中第j个波动节点的对应的波动时刻间隔的有功功率差的绝对值计算得到；

30、步骤5所述计算输电网模型中波动节点的波动时刻间隔的无功调节量，具体如下：

31、若输电网模型中每个节点的波动时刻间隔的电压均在输电网模型电压正常范围，所述输电网模型中波动节点的波动时刻间隔的无功调节量计算方式如下：

32、

33、i∈[1,n],j∈[1,m],b∈[1,b]

34、其中，表示输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的减小系统目标无功趋优调节量，即表示输电网模型中第nodej个节点的第tb个小时刻间隔的无功趋优调节量，k1表示第一电压安全系数且k1<1，vi,h表示表示输电网模型中第i个节点的电压上限，输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的无功功率波动量对于输电网模型中第i个节点的电压灵敏度系数，通过灵敏度矩阵得到，min(*)表示取最小值；

35、将作为输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的无功调节量；

36、若输电网模型中任意一个节点的波动时刻间隔的电压超出输电网模型电压正常范围，所述输电网模型中波动节点的波动时刻间隔的无功调节量计算方式如下：

37、

38、i∈[1,n],j∈[1,m],b∈[1,b]

39、其中，表示输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的消除电压越限无功趋优调节量，即表示输电网模型中第nodej个节点的第tb个小时刻间隔的消除电压越限无功趋优调节量，k2表示第二电压安全系数且k2>1，将作为输电网模型中第j个波动节点的第b个波动时刻间隔的无功调节量。

40、本发明的有益效果为：

41、由于就地无功趋优控制是利用灵敏度信息完成的，无需全局协调和集中优化，可以快速实现含显著功率波动的整个电力系统的实时无功优化。在不增加总控制器计算负担和全网通信负担的情况下通过各就地控制器实时调控，使无功优化的时间尺度明显缩短。

42、通过在更短的时间尺度上优化系统，跟踪系统最优运行点，可以实现对系统无功更精确的调控，防止考虑新能源和随机负荷功率显著波动可能发生的电压越限和网损增加现象，提高电力系统运行的安全性和经济性。

43、采用滚动方式进行的多阶段全局优化，但只利用其第一时段的优化结果，这有利于提高系统运行鲁棒性，所建全局优化模型通过在电压约束条件中缩小电压可行域，提高了电压安全性。

44、采用事件触发算法，减少了系统优化时的不必要的优化操作。当电力系统功率波动较小时，不用执行全局优化和就地无功趋优控制，提高了系统的优化效率。