一種基于電力系統(tǒng)潮流耦合關系的擬直流動態(tài)最優(yōu)潮流的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于電力系統(tǒng)潮流耦合關系的擬直流動態(tài)最優(yōu)潮流，屬于電力系 統(tǒng)優(yōu)化運行技術領域。
【背景技術】
[0002] 電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流（optimal power flow, 0PF)問題是指根據(jù)所給系統(tǒng)結構參數(shù) 和負荷情況，通過控制變量的調節(jié)，從而使得發(fā)電成本費用或者系統(tǒng)網損達到最小。動態(tài)最 優(yōu)潮流（dynamic optimal power flow, D0PF)是包含多個時段的OPF問題，各個時段間通 過發(fā)電機爬坡速率約束或者供購電合同等動態(tài)約束相互耦合，DOPF是OPF在時間尺度上的 擴展，屬于多約束、高維數(shù)、非線性優(yōu)化問題。國內外專家學者對此進行了大量的研究，也產 生了不少優(yōu)秀的DOPF求解算法，包括經典算法和近年來比較流行的智能算法。其中，內點 法及其改進算法由于便于處理各種約束、魯棒性強等優(yōu)點，廣泛應用于電力系統(tǒng)優(yōu)化問題 的求解，但是內點法需要求解復雜的雅可比矩陣和海森矩陣，且隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大和時 段數(shù)的增加，內點法求解效率和收斂性將大大變差。
[0003] 經過大量研究，提高DOPF問題求解效率和收斂性的關鍵是如何處理修正方程 式。目前主流的處理方法有兩種：一種是基于傳統(tǒng)交流動態(tài)最優(yōu)潮流（active current dynamic optimal power flow, A(DOPF)模型，對問題的修正方程式進行解親，然后進行 并行計算，從而提高計算效率，該方法不做任何近似簡化，具有較高的計算精度，但是并沒 有顯著改善問題的收斂性；另一種方法是基于直流原理，建立直流動態(tài)最優(yōu)潮流（direct current dynamic optimal power flow, DCD0PF)模型，該模型大大提高了 DOPF 問題的計算 效率和收斂性，但是計算精度較低。
[0004] 基于此，本發(fā)明提出了一種基于電力系統(tǒng)潮流耦合關系的擬直流動態(tài)最優(yōu)潮流 (quasi direct current dynamic optimal power flow, QDCD0PF)，該模型在 DCDOPF 模型 的基礎上，利用線路有功功率和無功功率方程之間的耦合關系，對有功功率平衡等式約束 進行修正，從而計及了無功功率的影響，在保留直流模型良好的計算效率和收斂性的同時 大大提高了計算精度；此外，本發(fā)明還對修正方程式進行解耦，將大規(guī)模規(guī)劃問題降階為一 系列小規(guī)模子問題，然后采用并行技術處理，進一步提高了模型的計算速度。

【發(fā)明內容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對求解電力系統(tǒng)動態(tài)最優(yōu)潮流時，計 算速度慢、收斂性差的情況。
[0006] 技術方案：一種基于電力系統(tǒng)潮流耦合關系的擬直流動態(tài)最優(yōu)潮流，所述方法是 在計算機中依次按以下步驟實現(xiàn)：
[0007] (1)獲得電力系統(tǒng)的網絡參數(shù)信息，具體包括：母線編號、名稱、有功負荷、無功負 荷、并聯(lián)補償電容，輸電線路的支路號、首端節(jié)點和末端節(jié)點編號、串聯(lián)阻抗、并聯(lián)導納、變 壓器變比和阻抗，發(fā)電機有功出力、無功出力的上下限，發(fā)電機燃煤經濟參數(shù)，各機組的爬 坡系數(shù)以及電網在調度周期內的負荷波動率等，然后形成節(jié)點導納矩陣Y ;
[0008] (2)程序初始化，選擇滿足變量約束的初始運行點，包括：設置算法中的各時段狀 態(tài)總變量X t、等式約束拉格朗日乘子yt、不等式約束和動態(tài)約束拉格朗日乘子Zut、Z lt、Zud、 2^不等式約束和動態(tài)約束松弛變量8^~、5^、 5^的初值、設置迭代計數(shù)器1^ = 0、最大迭 代次數(shù)1(_= 200、收斂精度ε = 10 8,調度周期時段數(shù)T = 24 ;
[0009] (3)根據(jù)公式Gflj? = + 計算整個調度周期內互補間 隙Gap，判斷其是否滿足精度要求，若滿足，則輸出最優(yōu)解，結束循環(huán)，否則，繼續(xù)；
[0010] (4)解修正方程式，得到各時段和動態(tài)狀態(tài)量的增量Δ η JP Δ η d:
[0011]
[0012] 其中：嘆=[彳，乂乂乂，<]T，％ =[C,4,4,5:]1，t = 1，2· · ·，T ;Kt、Kd 分別為各約束的常系數(shù)向量;Wt與靜態(tài)OPF具有相同的結構，M t、D為動態(tài)約束的耦合部分， 具體矩陣形式如下
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] ▽X》）、V^(X)分別為目標函數(shù)f (Xt)、等式約束ht(Xt)、各時段靜態(tài)不等式約束 gt(xt)的二階導數(shù)；雅可比矩陣▽為(七)、分別為等式約束、〇〇、各時段靜態(tài) 不等式約束仏^的一階導數(shù)"為單位矩陣義^^義^^義^^義^^分別是以^、 811:、811(1、 81(1、2111:、211:、211(1、21(1為對角兀素的對角矩陣；^^/'^\}· 《(斗⑷ 為動態(tài)不等 式約束欠(AV)的雅可比矩陣。
[0017] (5)按照下式計算各時段變量和動態(tài)變量的原始步長、對偶步長apt、a dt、apd、 α dd：
[0027] (7)判斷迭代次數(shù)是否小于最大迭代次數(shù)1(_，若是，則令迭代次數(shù)加1，返回（3)， 否則，輸出"計算不收斂"，結束程序。
[0028] 本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：本發(fā)明的模型相 比ACDOPF模型，巧妙地利用了擬直流模型以及解耦-并行技術求解速度快的特點，大大提 高DOPF問題的計算速度；此外，本發(fā)明還在直流有功功率方程中計及了無功功率影響，有 效地提高了計算精度。因此，本發(fā)明可運用于電力系統(tǒng)優(yōu)化運行領域，尤其適合于要求滿足 特定精度范圍，快速計算調度周期內電力系統(tǒng)DOPF問題的情況。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明實施例的計算流程圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明算法所進行測試的IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)結構圖；
[0031] 圖3為一個調度周期內的正常負荷波動率圖；
[0032] 圖4為平緩型負荷波動率圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0034] DOPF是非線性規(guī)劃問題，非線性規(guī)劃問題的標準形式如下：
[0035
[0036] 其中：x為優(yōu)化問題的變量，f (X)為目標函數(shù)；h(x)為等式約束；g(x)為不等式約 束；g_、g_分別為不等式約束的上限和下限。
[0037] (I)DOPF有各式各樣的目標函數(shù)f(xt)，常用的有以下兩種：
[0038] ①系統(tǒng)的發(fā)電機燃料總費用最小
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 其中：Ρω (t)為第i臺發(fā)電機第t時段的有功出力；PDl⑴節(jié)點i第t時段的有功 負荷；a2i，aH，aQi為第i臺發(fā)電機耗量特征曲線參數(shù)；n g為接入系統(tǒng)的發(fā)電機數(shù)；n b為系統(tǒng) 節(jié)點數(shù)；T為調度周期的時段數(shù)，本發(fā)明取T = 24,即一天為一個調度周期，每個時段間隔 A t = Ih0
[0043] (2) DOPF模型的等式約束ht (Xt)主要為節(jié)點功率平衡方程
[0044]
ΓηΓΜ κ?
[0046] 其中：QRl(t)為第i臺發(fā)電機第t時段的無功出力；AP1U)，AQ1U)為潮流計算 中第t時段的各節(jié)點有功、無功功率不平衡量；Q di (t)為節(jié)點i第t時段的無功負荷；V1 (t) 為節(jié)點i第t時段的電壓向量的幅值；G1,, B1,分別為節(jié)點導納矩陣第i行第j列元素的實 部和虛部；Θ ^ (t)為第t時段節(jié)點i和節(jié)點j兩端的相角差。
[0047] (3) DOPF模型的不等式約束包括靜態(tài)不等式和動態(tài)不等式約束
[0048] ①靜態(tài)不等式約束孓（X)主要包括各時段的發(fā)電機有功、無功出力約束，節(jié)點 電壓幅值、相角約束和線路傳輸功率約束
[0049] PGl nin^ P Gl (t) ^ PGl nax (i = I, . . . , ng) (6)
[0050] Qr1 nin^ Q R1 (t) ^ Qri nax (i = I,..., ng) (7)
[0051] V1 ηιη^ V x (t) ^ V1 nax (i = I,. . . , nb) (8)
[0052] θ ! ηιη^ Θ ! (t) ^ θ x nax (i = I, . . . , nb) (9)
[0053] I -Vi2 (t) GiJVi (t) Vj (t) (GijCos Θ "（t) +BijSin Θ u (t)) I 彡 Pij max (10)
[0054] 其中：Ρω _，PSl _為發(fā)電機所發(fā)出有功功率的下限和上限；Qri _，QRl _為發(fā)電機 所發(fā)無功功率的下、上限JinunJ1 _為節(jié)點電壓幅值的下、上限；Θ inin，Q1 _為節(jié)點電壓 相角的下、上限；P, _為線路的有功傳輸限制。
[0055] ②本發(fā)明以發(fā)電機爬坡約束為動態(tài)不等式約束
[0056] PGl (t) -Pgi (t-Ι)彡 Rupi Δ t (t = 2, · · ·，T) (11)
[0057] PGl (t-1) -PGl ⑴彡 Rdowni Δ t (t = 2, · · ·，T) (12)
[0058] 其中：RUP1，Rdmmi為第i臺發(fā)電機最大向上增出力速率和最大向下減出力速率。
[0059] 觀察DOPF模型，可以看出各時段靜態(tài)約束（6)-(10)相互獨立、彼此不相關，因此 基于電力系統(tǒng)潮流耦合關系的擬直流動態(tài)最優(yōu)潮流步驟（4)中的各時段變量增量△ η ,之 間的關聯(lián)系數(shù)矩陣中的所有元素均為〇 ;而且目標函數(shù)中變量和動態(tài)不等式約束方程各時 段變量成函數(shù)關系。因此可以通過一定的矩陣線性變換先消去各時段靜態(tài)變量，形成如下 解耦方稈
[0060]
[0061] -:i n …
[0062] 解耦后修正方程式的計算量比直接求解要小得多，可有效緩解維數(shù)障礙問題。
[0063] 在ACDOPF模型中，若忽略線路ij兩端的并聯(lián)導納，則線路的有功、無功方程可描 述為
[0064]
[0065]
):
[0066] 其中：?1](〇、01](〇為線路1_在第七時段的有功、無功功率$ 1]、']為線路1_的 電阻、電抗。
[0067] 在正常運行的實際電力系統(tǒng)中，各節(jié)點電壓一般穩(wěn)定在額定