本發(fā)明涉及一種基于階梯優(yōu)化權(quán)重的電壓協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

中長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定問題的慢動(dòng)態(tài)持續(xù)幾秒鐘到幾分鐘，需要及時(shí)采取控制措施防止系統(tǒng)電壓惡化發(fā)展。在該時(shí)間尺度下系統(tǒng)的不確定性特點(diǎn)對(duì)控制決策制定有顯著影響，傳統(tǒng)基于時(shí)間斷面數(shù)據(jù)的單步優(yōu)化方法難以處理模型不匹配問題導(dǎo)致的控制效果偏差。模型預(yù)測(cè)控制(modelpredictivecontrol,mpc)采用滾動(dòng)時(shí)域多步優(yōu)化能夠有效處理系統(tǒng)不確定性問題，已廣泛應(yīng)用于中長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定控制問題，但隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加，優(yōu)化復(fù)雜度會(huì)顯著增加，存在決策集爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)有的分區(qū)優(yōu)化算法存在區(qū)域互聯(lián)，獨(dú)立控制的問題；區(qū)域內(nèi)單一先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的選擇不利于優(yōu)化全局性效果；且當(dāng)電壓薄弱點(diǎn)出現(xiàn)在分區(qū)邊界時(shí)，會(huì)出現(xiàn)調(diào)壓控制器選擇不合理的情況，影響電壓控制效果。考慮到電壓控制問題的局部性特點(diǎn)，在一個(gè)故障場(chǎng)景下，相比于規(guī)模較大的優(yōu)化原始決策集，最優(yōu)控制集往往集中在一個(gè)相對(duì)較小的范圍，因此在電壓控制場(chǎng)景下，存在篩選決策集，辨識(shí)關(guān)鍵目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和控制措施的可能性與必要性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于階梯優(yōu)化權(quán)重的電壓協(xié)調(diào)控制方法，本發(fā)明通過識(shí)別恢復(fù)或穩(wěn)定電壓的關(guān)鍵控制目標(biāo)與措施，能夠使優(yōu)化規(guī)模控制在一個(gè)相對(duì)固定的范圍，可以顯著降低優(yōu)化計(jì)算量，有效避免決策集爆炸問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于階梯優(yōu)化權(quán)重的電壓協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：

(1)在任意時(shí)刻采集擾動(dòng)后廣域量測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過狀態(tài)估計(jì)后得到控制初始時(shí)刻的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以此為初值點(diǎn)基于隱式梯形法時(shí)域仿真求取當(dāng)前時(shí)刻為開始時(shí)刻的預(yù)測(cè)時(shí)域的長(zhǎng)度時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)電壓軌跡；

(2)提取時(shí)域仿真的過程量，求取系統(tǒng)電壓節(jié)點(diǎn)相對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)調(diào)壓控制措施的軌跡靈敏度，利用預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻的軌跡靈敏度值構(gòu)建電壓響應(yīng)特性矩陣；

(3)基于電壓響應(yīng)特性矩陣，利用模糊聚類方法求取系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度特性矩陣，并結(jié)合得到的預(yù)測(cè)軌跡確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中電壓偏移項(xiàng)的階梯權(quán)重；

(4)利用預(yù)測(cè)軌跡、軌跡靈敏度和求取的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中的階梯權(quán)重，基于模型預(yù)測(cè)控制方法建立電壓協(xié)調(diào)控制模型，并求解當(dāng)前控制時(shí)域內(nèi)最優(yōu)控制序列，將最優(yōu)控制序列中的控制輸入向量施加于系統(tǒng)。

在每個(gè)控制時(shí)域初始時(shí)刻重復(fù)步驟(1)-(4)，直到預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求。

所述步驟(1)中，擾動(dòng)使系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓偏移正常運(yùn)行閾值時(shí)，初始化優(yōu)化次數(shù)n＝1。

所述步驟(2)中，調(diào)壓控制施加于控制時(shí)域內(nèi)的各采樣點(diǎn)處。

所述步驟(2)中，軌跡靈敏度為電力系統(tǒng)模型相對(duì)于控制輸入向量求導(dǎo)，施加控制變量所導(dǎo)致的代數(shù)變量增量為對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)控制向量對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)代數(shù)向量的軌跡靈敏度。

所述步驟(2)中，得到的節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)于預(yù)測(cè)時(shí)域的長(zhǎng)度時(shí)間段內(nèi)采樣點(diǎn)時(shí)刻施加控制的軌跡靈敏度，母線i處的電壓幅值對(duì)于控制變量j的軌跡靈敏度為si,j(t)，取其在預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻的值構(gòu)成電壓響應(yīng)顯著度矩陣s，s為ni×nj矩陣，ni和nj分別為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和控制變量的總數(shù)，各個(gè)元素的大小能夠體現(xiàn)控制對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓幅值的影響顯著程度。

所述步驟(3)中，關(guān)聯(lián)度特性矩陣的求取方法以及階梯權(quán)重的設(shè)置方法包括：

(3-1)對(duì)求取的電壓響應(yīng)顯著度矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

(3-2)基于模糊聚類方法表達(dá)各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的相似或接近程度，求取關(guān)聯(lián)度特性矩陣；

(3-3)根據(jù)每次滾動(dòng)優(yōu)化時(shí)當(dāng)前預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i處的電壓幅值與設(shè)定閾值的大小關(guān)系，確定階梯權(quán)重。

進(jìn)一步的，所述步驟(3-3)中，若母線i處的預(yù)測(cè)電壓幅值低于設(shè)定閾值vth，則母線i稱為電壓越限節(jié)點(diǎn)，該類節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的電壓偏移項(xiàng)具有最大權(quán)重wm。

進(jìn)一步的，所述步驟(3-3)中，若全部電壓偏移項(xiàng)權(quán)重非零的節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)于控制措施i的軌跡靈敏度均小于響應(yīng)閾值，則備選決策集移除該控制變量，即對(duì)應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的控制權(quán)重為0。

所述步驟(4)中，電壓協(xié)調(diào)控制模型的具體建立方法為：保持控制輸入向量不變，取得到的預(yù)測(cè)周期內(nèi)的電壓軌跡，根據(jù)線性化系統(tǒng)的性質(zhì)，將電壓軌跡靈敏度信息與控制輸入向量相乘后線性疊加，得到控制導(dǎo)致的電壓幅值變化量；將預(yù)測(cè)周期內(nèi)的電壓軌跡與導(dǎo)致的電壓幅值變化量線性疊加，得到電力系統(tǒng)施加控制后各目標(biāo)節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)輸出向量，電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化模型優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為以調(diào)節(jié)量為獨(dú)立變量的二次規(guī)劃問題。

所述步驟(4)中，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

式中：k代表預(yù)測(cè)時(shí)域tp內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)量，tp＝(k-1)ts，ts為采樣周期；m代表單次優(yōu)化控制決策的步數(shù)，tc＝mts，tc為控制時(shí)域；q為設(shè)置的電壓偏移階梯權(quán)重矩陣，r分別為設(shè)置的控制權(quán)重矩陣，vr為節(jié)點(diǎn)參考電壓組成的向量，為施加控制措施后的預(yù)測(cè)電壓幅值組成的向量；δu為控制輸入調(diào)節(jié)量，u為電力系統(tǒng)控制輸入量，向量δu和u的下標(biāo)k代表其在預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)第(k+1)個(gè)采樣點(diǎn)處(tn+kts)時(shí)刻的取值。

所述步驟(4)中，目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化約束包括電壓幅值向量、控制輸入上、下限約束和控制調(diào)節(jié)速率約束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)在大規(guī)模系統(tǒng)擾動(dòng)與故障后的優(yōu)化場(chǎng)景下，本發(fā)明通過識(shí)別恢復(fù)或穩(wěn)定電壓的關(guān)鍵控制目標(biāo)與措施，能夠使優(yōu)化規(guī)模控制在一個(gè)相對(duì)固定的范圍，可以顯著降低優(yōu)化計(jì)算量，有效避免決策集爆炸問題。

(2)設(shè)置階梯優(yōu)化權(quán)重所需的信息為模型預(yù)測(cè)控制計(jì)算的過程量，幾乎不需要額外的計(jì)算時(shí)間。

(3)基于軌跡靈敏度方法，將復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為相對(duì)易于處理的混合整數(shù)規(guī)劃問題，大幅降低了優(yōu)化復(fù)雜度。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1模型預(yù)測(cè)控制原理圖；

圖2nordic32仿真測(cè)試系統(tǒng)；

圖3未施加控制時(shí)系統(tǒng)電壓演化軌跡；

圖4應(yīng)用本發(fā)明提出方法后的系統(tǒng)電壓演化軌跡；

圖5為本發(fā)明的流程示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在分區(qū)優(yōu)化算法存在區(qū)域互聯(lián)，獨(dú)立控制的問題；區(qū)域內(nèi)單一先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的選擇不利于優(yōu)化全局性效果；且當(dāng)電壓薄弱點(diǎn)出現(xiàn)在分區(qū)邊界時(shí)，會(huì)出現(xiàn)調(diào)壓控制器選擇不合理的情況，影響電壓控制效果的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N基于階梯優(yōu)化權(quán)重的電壓協(xié)調(diào)控制方法，如圖5所示，包括以下步驟：

步驟1：擾動(dòng)使系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓偏移正常運(yùn)行閾值時(shí)，初始化優(yōu)化次數(shù)n＝1。

步驟2：在tn時(shí)刻，調(diào)控中心采集擾動(dòng)后廣域量測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)南到y(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過狀態(tài)估計(jì)后得到控制初始時(shí)刻的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以此為初值點(diǎn)基于隱式梯形法時(shí)域仿真求取[tn,tn+tp]時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)電壓軌跡。當(dāng)n＝1時(shí)，[t1,t1+tp]為第一次優(yōu)化的預(yù)測(cè)時(shí)域，tp為預(yù)測(cè)時(shí)域的長(zhǎng)度。

步驟3：提取步驟2中時(shí)域仿真的過程量，在此基礎(chǔ)上求取系統(tǒng)電壓節(jié)點(diǎn)相對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)調(diào)壓控制措施的軌跡靈敏度。

步驟4：取步驟3中求取的預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻tn+tp的軌跡靈敏度值，組成電壓響應(yīng)特性矩陣s。

步驟5：在步驟4中已求取的電壓響應(yīng)特性矩陣s的基礎(chǔ)上，基于模糊聚類方法求取系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度特性矩陣，并結(jié)合步驟2中的電壓預(yù)測(cè)軌跡確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中電壓偏移項(xiàng)的階梯權(quán)重。

步驟6：根據(jù)步驟2得到的預(yù)測(cè)軌跡、步驟3求取的軌跡靈敏度、步驟5求取的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中的階梯權(quán)重，基于模型預(yù)測(cè)控制方法建立電壓協(xié)調(diào)控制模型，并求解當(dāng)前控制時(shí)域[tn,tn+tc]內(nèi)最優(yōu)控制序列(δu1,δu2,…,δum)，其中δum表示控制周期內(nèi)的第m個(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)n＝1時(shí)，[t1,t1+tc]為優(yōu)化的第一個(gè)控制時(shí)域，tc為控制時(shí)域的長(zhǎng)度。將最優(yōu)控制序列中的第一步控制輸入向量δu1施加于電力系統(tǒng)；本發(fā)明中控制變量組成的向量u中的控制種類包括有載調(diào)壓器分接頭位置，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的參考電壓設(shè)定點(diǎn)以及切負(fù)荷量等；

步驟7：在下一個(gè)控制時(shí)域初始時(shí)刻tn+1，重復(fù)步驟2-7直到預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求。

步驟2描述中涉及到模型預(yù)測(cè)控制(mpc)中預(yù)測(cè)時(shí)域概念。mpc原理如圖1所示，假設(shè)第n次滾動(dòng)優(yōu)化的初始時(shí)刻為tn，mpc在tn時(shí)刻求解預(yù)測(cè)時(shí)域[tn，tn+tp]內(nèi)的優(yōu)化問題，通過計(jì)算控制時(shí)域[tn，tn+tc]內(nèi)施加的最優(yōu)控制序列，使控制目標(biāo)變量軌跡在預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)與參考軌跡的偏差最小。由于mpc采用有限時(shí)域，以及可能出現(xiàn)的系統(tǒng)擾動(dòng)，模型不匹配等因素，系統(tǒng)真實(shí)軌跡與預(yù)測(cè)軌跡存在偏差，需要結(jié)合系統(tǒng)反饋信息進(jìn)行校正，因此僅采用最優(yōu)控制序列的第一步。優(yōu)化以ts為周期滾動(dòng)進(jìn)行。

步驟3中，調(diào)壓控制施加于控制時(shí)域內(nèi)的各采樣點(diǎn)處，即圖1中的tn+ts，tn+2ts，……tn+tc時(shí)刻，該步求取的為系統(tǒng)母線電壓幅值對(duì)于各采樣點(diǎn)處施加控制的軌跡靈敏度，具體求取方法如下：

電力系統(tǒng)模型可表示為微分代數(shù)方程組：

0＝g(x,y,u)

式中：x為動(dòng)態(tài)狀態(tài)向量；y是電力系統(tǒng)代數(shù)向量；u為電力系統(tǒng)控制輸入向量。

上述電力系統(tǒng)模型對(duì)u求導(dǎo)可得：

0＝gx(t)xu(t)+gy(t)yu(t)+gu(t)

上式為靈敏度方程，若tk時(shí)刻電力系統(tǒng)控制向量為uk，施加控制變量δuk所導(dǎo)致的代數(shù)變量增量可以近似表示為yuk為電力系統(tǒng)控制向量為uk時(shí)對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)代數(shù)向量的軌跡靈敏度。當(dāng)采用隱式梯形法進(jìn)行時(shí)域仿真時(shí)，數(shù)值計(jì)算過程中得到的雅克比矩陣與該時(shí)刻求解軌跡靈敏度方程的系數(shù)矩陣相同，因此得到預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)的系統(tǒng)軌跡后，僅需少量的計(jì)算代價(jià)就可以得到軌跡靈敏度。

步驟4中，取步驟2得到的節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)于(tn+ts)采樣點(diǎn)時(shí)刻施加控制的軌跡靈敏度，母線i處的電壓幅值對(duì)于控制變量j的軌跡靈敏度為si,j(t)，取其在預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻的值si,j(tn+tp)構(gòu)成電壓響應(yīng)顯著度矩陣s：

式中ni和nj分別為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和控制變量的總數(shù)。s為ni×nj矩陣，元素si,j(tn+tp)的大小能夠體現(xiàn)控制對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓幅值的影響顯著程度。

步驟5中，關(guān)聯(lián)度特性矩陣的求取方法以及階梯權(quán)重的設(shè)置方法如下：

(1)將步驟4中求取的電壓響應(yīng)顯著度矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理：

式中xi,j是標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，為第j列數(shù)據(jù)的平均值。標(biāo)準(zhǔn)化處理后，矩陣內(nèi)元素統(tǒng)一在一個(gè)共同的數(shù)據(jù)特性范圍內(nèi)。

(2)基于模糊聚類方法求取關(guān)聯(lián)度特性矩陣，矩陣內(nèi)第i行、第j列元素為：

式中ri,j為節(jié)點(diǎn)間連線權(quán)數(shù)，體現(xiàn)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的相似或接近程度，適當(dāng)選取c，使0≤ri,j≤1。

(3)階梯權(quán)重設(shè)置方法。第n次滾動(dòng)優(yōu)化時(shí)，取步驟2中得到的當(dāng)前預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i處的電壓幅值若母線i處的預(yù)測(cè)電壓幅值低于設(shè)定閾值vth，則母線i稱為電壓越限節(jié)點(diǎn)，該類節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的電壓偏移項(xiàng)具有最大權(quán)重wm。若母線j與電壓越限節(jié)點(diǎn)的連線權(quán)數(shù)ri,j小于λ，則母線i對(duì)應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的電壓偏移項(xiàng)的權(quán)重為0，母線i處的電壓幅值不作為控制目標(biāo)。若母線j與電壓越限節(jié)點(diǎn)的連線權(quán)數(shù)ri,j大于λ，λ為設(shè)置的連線權(quán)數(shù)閾值。則母線i對(duì)應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的電壓偏移項(xiàng)的權(quán)重wj確定方法如下：

連線權(quán)重的范圍區(qū)間[λ,1]等分為ns部分，ns為正整數(shù)，每一部分對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重值wj，連線權(quán)重ri,j的值越大，對(duì)應(yīng)電壓偏移項(xiàng)的權(quán)重值wj越大。ξ為階梯權(quán)重的步長(zhǎng)，k為階梯權(quán)重的階梯設(shè)置數(shù)量，1≤k≤ns。若針對(duì)單母線電壓偏移項(xiàng)通過上式求得多個(gè)權(quán)重值，取其中的最大值。

(4)若全部電壓偏移項(xiàng)權(quán)重非零的節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)于控制措施i的軌跡靈敏度si,j(tn+tp)均小于響應(yīng)閾值τ，則備選決策集移除該控制變量，即對(duì)應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的控制權(quán)重為0。

在步驟5中，階梯權(quán)重根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)置，對(duì)于不同的系統(tǒng)故障與擾動(dòng)情況具有較好的適應(yīng)性。

步驟6中，由于在線優(yōu)化需要可靠快速?zèng)Q策，通過求取線性化模型的軌跡靈敏度信息，控制措施導(dǎo)致的電壓軌跡變化可以通過線性化系統(tǒng)的比例疊加性質(zhì)進(jìn)行近似求取，可大幅降低優(yōu)化計(jì)算量。電壓協(xié)調(diào)控制模型的具體建立方法為：保持控制輸入向量不變，取步驟2中得到的預(yù)測(cè)周期內(nèi)的電壓軌跡根據(jù)線性化系統(tǒng)的性質(zhì)，將電壓軌跡靈敏度信息vu與控制輸入向量u相乘后線性疊加，得到控制導(dǎo)致的電壓幅值變化量將與線性疊加，得到電力系統(tǒng)施加控制后各目標(biāo)節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)輸出向量電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化模型優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為以調(diào)節(jié)量δu為獨(dú)立變量的二次規(guī)劃問題。電壓軌跡靈敏度即為電壓軌跡相對(duì)于控制輸入向量的靈敏度，也就是當(dāng)一個(gè)很小的控制輸入施加時(shí)，電力系統(tǒng)軌跡的變化量。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

式中：k代表mpc方法預(yù)測(cè)時(shí)域tp內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)量，tp＝(k-1)ts，ts為采樣周期；m代表單次優(yōu)化控制決策的步數(shù)，tc＝mts，tc為控制時(shí)域；q為步驟5中設(shè)置的電壓偏移階梯權(quán)重矩陣，r分別為步驟5中設(shè)置的控制權(quán)重矩陣。vr為節(jié)點(diǎn)參考電壓組成的向量，為施加控制措施后的預(yù)測(cè)電壓幅值組成的向量；δu為控制輸入調(diào)節(jié)量，u為電力系統(tǒng)控制輸入量，包括發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)器(avr)的參考電壓設(shè)定點(diǎn)、有載調(diào)壓變壓器(oltc)分接頭位置、切負(fù)荷系數(shù)等。向量δu和u的下標(biāo)k代表其在預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)第(k+1)個(gè)采樣點(diǎn)處(tn+kts)時(shí)刻的取值。

目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化約束為：

式中：第2、3式分別為電壓幅值向量、控制輸入上、下限約束，第4式為控制調(diào)節(jié)速率約束。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，以nordic3252節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，對(duì)本發(fā)明提出的方法進(jìn)行驗(yàn)證。算例系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)參數(shù)與文獻(xiàn)“m.stubbe,“l(fā)ongtermdynamicsphaseⅱ”,technicalreport,cigretaskforce,1995.”相同。發(fā)電機(jī)采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)仿真模型(qss)，負(fù)荷采用動(dòng)態(tài)指數(shù)恢復(fù)模型。優(yōu)化控制措施包括：(1)全部20臺(tái)發(fā)電機(jī)的avr參考電壓設(shè)定值。(2)變壓器4042-42，4063-63，4062-62，4061-61，4051-51，4047-47，4046-46，4043-43，4041-41，4051-1045和4044-1044共11個(gè)oltc的位置。(3)全部22個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的切負(fù)荷系數(shù)?？刂茀?shù)方面，采樣周期ts選擇為10s，控制時(shí)域tc與預(yù)測(cè)時(shí)域tp選擇為30s。電壓閾值vth＝0.95p.u.。avr參考電壓設(shè)定點(diǎn)的權(quán)重為1或0，oltc調(diào)節(jié)位置的權(quán)重為5或0，切負(fù)荷系數(shù)的調(diào)節(jié)權(quán)重為50或0，權(quán)重是否為0是根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值相對(duì)于控制的靈敏度，根據(jù)說(shuō)明書步驟5確定的，且僅當(dāng)預(yù)測(cè)軌跡表明除了切負(fù)荷外的其他控制措施無(wú)法使電壓恢復(fù)至要求范圍時(shí)，切負(fù)荷措施方被授權(quán)。聚類參數(shù)c＝0.004，λ＝0.8。階梯權(quán)重設(shè)置參數(shù)wm＝10,ξ＝2,ns＝2。

若t＝10s時(shí)，節(jié)點(diǎn)4062處的發(fā)電機(jī)因故障跳閘，節(jié)點(diǎn)1043和4042處發(fā)電機(jī)的定子過流限制器相繼動(dòng)作，若不及時(shí)施加電壓控制措施，系統(tǒng)電壓將于518.75s時(shí)崩潰，母線1041，1043和1044處的電壓演化軌跡如圖3所示。應(yīng)用本發(fā)明提出的基于階梯優(yōu)化權(quán)重的電壓協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：

步驟1：初始化優(yōu)化次數(shù)n＝1，令控制初始時(shí)刻t1＝30s。

步驟2：在當(dāng)前控制周期的初始時(shí)刻，調(diào)控中心采集擾動(dòng)后廣域量測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)南到y(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過狀態(tài)估計(jì)后得到控制初始時(shí)刻的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以此為初值點(diǎn)基于隱式梯形法時(shí)域仿真求取[30s,90s]時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)電壓軌跡。

步驟3：提取步驟2中基于隱式梯形法時(shí)域仿真中求取的雅克比矩陣，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單代數(shù)計(jì)算得到系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓相對(duì)于控制措施的軌跡靈敏度。

步驟4：取步驟3中求取的預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻90s時(shí)刻的軌跡靈敏度值，組成電壓響應(yīng)特性矩陣s。

步驟5：在第一次滾動(dòng)優(yōu)化預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)刻母線41、1041、1043、1044處的電壓幅值低于閾值vth＝0.95p.u.，確定為電壓越限節(jié)點(diǎn)，在電壓響應(yīng)特性矩陣s的基礎(chǔ)上采用模糊聚類方法建立模糊相似矩陣，其中與電壓越限節(jié)點(diǎn)相關(guān)的連線權(quán)數(shù)值如表1所示。

表1與電壓越限節(jié)點(diǎn)相關(guān)的連線權(quán)數(shù)

由表1可以看到，母線2031、41、42、46、1043、1044、61、1041和1045與電壓越限節(jié)點(diǎn)之前存在連線權(quán)數(shù)大于λ＝0.8。因此上述節(jié)點(diǎn)的電壓偏移項(xiàng)權(quán)數(shù)不為0，確定為優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。根據(jù)發(fā)明說(shuō)明書中的階梯權(quán)重計(jì)算公式，電壓越限節(jié)點(diǎn)41、1043、1044和1041處的電壓偏移項(xiàng)權(quán)重wm＝10；節(jié)點(diǎn)1045處的電壓偏移項(xiàng)權(quán)重w1＝8；節(jié)點(diǎn)2031、42、43、46、61處的電壓偏移項(xiàng)權(quán)重w2＝6。根據(jù)階梯權(quán)重非零的電壓偏移項(xiàng)相對(duì)于控制措施的軌跡靈敏度信息，節(jié)點(diǎn)1043、2032、4021、4031、4041、4042、4047、4051處發(fā)電機(jī)avr參考電壓設(shè)定點(diǎn)控制權(quán)重為1，連接母線4042-42、4063-63、4062-62、4061-61、4051-51、4047-4047、4046-46、4043-43、4044-1044的變壓器oltc位置控制權(quán)重為50，系統(tǒng)內(nèi)其他控制措施不參與優(yōu)化，即控制權(quán)重為0。

步驟6：根據(jù)步驟2得到的預(yù)測(cè)軌跡、步驟3求取的軌跡靈敏度、步驟5求取的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中的階梯權(quán)重，基于模型預(yù)測(cè)控制方法建立電壓協(xié)調(diào)控制模型，并求解當(dāng)前控制時(shí)域[30s,60s]內(nèi)最優(yōu)控制序列(δu1,δu2,δu3)?？紤]到通訊與計(jì)算延時(shí)，控制時(shí)域初始時(shí)刻計(jì)算的為一個(gè)采樣周期后將要施加的控制序列，即40s、50s、60s時(shí)刻分別實(shí)施的控制。

步驟7：在下一個(gè)控制時(shí)域初始時(shí)刻，即t2＝t1+ts＝40s時(shí)刻，重復(fù)步驟2-7直到預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求。采用本發(fā)明提出的控制方法后，系統(tǒng)的電壓軌跡如圖4所示，具體實(shí)施的控制措施見表2，經(jīng)過三次滾動(dòng)控制后，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓全部恢復(fù)至正常范圍。

表2電壓協(xié)調(diào)控制動(dòng)作

為進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明提出方法的有效性，在系統(tǒng)與參數(shù)不變的情況下，僅實(shí)施方法中的步驟1、2、3、6、7，即不考慮階梯權(quán)重設(shè)置的情況下進(jìn)行仿真，所得到的的控制性能指標(biāo)對(duì)比如表3所示。表3中，引入的電壓偏移指標(biāo)δvoffset為系統(tǒng)全部22個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在一定時(shí)間段內(nèi)的平均電壓偏移量，可以體現(xiàn)方法的全局優(yōu)化性能，計(jì)算方法如下：

式中，積分時(shí)間δt＝200s，積分開始時(shí)刻t1＝30s。δvoffset的值越小，則控制策略的全局優(yōu)化效果越好。

階梯權(quán)重在軌跡預(yù)測(cè)過程量的基礎(chǔ)上生成，幾乎不消耗額外計(jì)算時(shí)間，但與不考慮階梯權(quán)重設(shè)置的方法相比，本發(fā)明提出的方法大幅降低了優(yōu)化規(guī)模，在算例中節(jié)省了66％的優(yōu)化時(shí)間?？紤]到電壓控制的局部性特點(diǎn)，該方法以電壓越限節(jié)點(diǎn)為中心向四周階梯狀擴(kuò)展優(yōu)化權(quán)重，因此無(wú)論系統(tǒng)規(guī)模的大小，該方法能夠?qū)?yōu)化規(guī)模確定在一個(gè)相對(duì)固定的范圍。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。