本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化領(lǐng)域，尤其是涉及一種考慮全面、可靠性高、邏輯結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)用合理的考慮電壓穩(wěn)定性的交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，我國(guó)大力推進(jìn)發(fā)展特高壓交流、直流系統(tǒng)。截止到2016年末，我國(guó)已擁有了世界上唯一同時(shí)運(yùn)行特高壓交、直流的電網(wǎng)。相比傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)，特高壓直流輸電三個(gè)方面優(yōu)勢(shì)突出：大容量長(zhǎng)距離輸送電能；快速調(diào)節(jié)直流線路功率，改善系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；聯(lián)接兩個(gè)不同步或頻率不同的電網(wǎng)。這些優(yōu)點(diǎn)使得直流輸電受到愈來(lái)愈多的重視，電網(wǎng)所占比例不斷增大，交直流混聯(lián)的電網(wǎng)運(yùn)行方式已成為我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的典型特征。

直流系統(tǒng)的換流器在運(yùn)行的過(guò)程中，從交流系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，在直流換流站附近需要近安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供無(wú)功功率以保證充足的無(wú)功功率。此外，由于直流輸電輸入大量電能，代替了大量本地火電機(jī)組，使得電網(wǎng)電壓支撐能力下降，電壓穩(wěn)定日益凸顯。如何處理好交直流混合電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化，同時(shí)確保系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，是目前所需要應(yīng)對(duì)的新問(wèn)題。

二層規(guī)劃，是多層規(guī)劃的一種特殊形式。將具有兩個(gè)層次的系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮，上層問(wèn)題和下層問(wèn)題都有各自的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，上層決策變量通過(guò)自身的決策變量指導(dǎo)下層決策，下層決策問(wèn)題以上層決策變量作為參數(shù)，在自身可行域范圍內(nèi)進(jìn)行決策，并將其最優(yōu)值或最優(yōu)解反饋至上層，上層模型再次進(jìn)行優(yōu)化求解，如此反復(fù)求解，從而實(shí)現(xiàn)上下層的相互聯(lián)系和相互制約。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提供一種基于二層規(guī)劃方法考慮電壓穩(wěn)定裕度的交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于二層規(guī)劃方法考慮電壓穩(wěn)定裕度的交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化方法，用以尋求滿足經(jīng)濟(jì)性和可靠性的無(wú)功優(yōu)化方案：

采用二層規(guī)劃方法建立交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化二層模型，包括上層模型和下層模型，并分別確定上層模型和下層模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

采用遺傳算法和原始-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法的混合算法求解上層數(shù)學(xué)模型獲取最優(yōu)的無(wú)功優(yōu)化方案；

采用了連續(xù)潮流算法和遺傳算法的混合優(yōu)化算法求解下層數(shù)學(xué)模型求解交直流系統(tǒng)的最大電壓穩(wěn)定裕度。

其中，所述的上層模型以系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小作為目標(biāo)函數(shù)，以正常運(yùn)行狀態(tài)下的潮流等式約束、以及一系列不等式約束條件構(gòu)成。

所述的下層模型以系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度最大為目標(biāo)函數(shù)，以潮流等式約束、不等式約束為約束條件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明中提出的基于二層規(guī)劃方法，構(gòu)建了交直流混合系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。利用二層規(guī)劃方法構(gòu)建考慮電壓穩(wěn)定裕度的交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化二層優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化的同時(shí)，使得節(jié)點(diǎn)電壓分布得到了改善，有效確保電力系統(tǒng)的電壓在合理的范圍內(nèi)。

本發(fā)明的上層模型以系統(tǒng)有功網(wǎng)絡(luò)損耗最小為目標(biāo)函數(shù)，下層模型以系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度最大為目標(biāo)函數(shù)，尋求滿足經(jīng)濟(jì)性和可靠性的無(wú)功優(yōu)化方案。上層模型算法采用了跟蹤中心軌跡內(nèi)點(diǎn)法和遺傳算法(GA)相結(jié)合的混合算法，以彌補(bǔ)內(nèi)點(diǎn)法和遺傳算法各自的缺點(diǎn)，能有效處理交直流系統(tǒng)中存在的大量連續(xù)變量和離散變量，同時(shí)保證計(jì)算的收斂性。下層模型采用了連續(xù)潮流算法和遺傳算法的混合優(yōu)化算法求解系統(tǒng)的電壓裕度。數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化方法具有準(zhǔn)確性、有效性，以及較快的收斂速度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化方法中混合算法的流程圖。

圖2為使用本發(fā)明優(yōu)化的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)二層規(guī)劃理論，建立考慮電壓穩(wěn)定裕度的交直流系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；上層模型是以系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小作為目標(biāo)函數(shù)，以正常運(yùn)行狀態(tài)下的潮流等式約束、以及一系列不等式約束條件構(gòu)成，根據(jù)模型特點(diǎn)上層采用了遺傳算法和原始-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法結(jié)合的混合優(yōu)化算法；下層模型以系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度最大為目標(biāo)函數(shù)，以潮流等式約束、不等式約束為約束條件構(gòu)成，采用遺傳算法和連續(xù)潮流算法相結(jié)合的混合算法。通過(guò)上下層的交替迭代求解模型得到最優(yōu)方案。

上層模型的目標(biāo)函數(shù)為：

正常運(yùn)行狀態(tài)下的潮流等式約束：

不等式約束條件約束為：

U_i,min≤U_i≤U_i,max i＝1,...,N

Q_Ci,min≤Q_Ci≤Q_Ci,max i＝1,...,N_C

P_Gi,min≤P_Gi≤P_Gi,max i＝1,...,N_G

Q_Gi,min≤Q_Gi≤Q_Gi,max i＝1,...,N_G

式中：P_loss為系統(tǒng)的有功網(wǎng)絡(luò)損耗；n_L為系統(tǒng)中的支路總數(shù)；G_k(i,j)為系統(tǒng)第k條支路的電導(dǎo)；U_i、U_j分別為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i和j的節(jié)點(diǎn)電壓；θ_ij為節(jié)點(diǎn)i和j之間的相角差；R_d為直流線路電阻；I_d為直流線路電流；G_ij、B_ij為節(jié)點(diǎn)i和j之間線路的電導(dǎo)和電納；P_Gi、P_Di分別為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)有功出力和負(fù)荷有功，Q_Gi、Q_Di、Q_Ci分別為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)無(wú)功出力、負(fù)荷無(wú)功以及無(wú)功補(bǔ)償功率；P_ti(DC)、Q_ti(DC)分別為交流系統(tǒng)輸入節(jié)點(diǎn)i處換流器的有功、無(wú)功功率；s為直流系統(tǒng)系數(shù)，節(jié)點(diǎn)表示交流節(jié)點(diǎn)時(shí)s＝0，當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接整流器時(shí)s＝1，當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接逆變器時(shí)s＝-1，U_i,max、U_i,min和Q_Ci,max、Q_Ci,min分別是節(jié)點(diǎn)電壓上下限和補(bǔ)償電容組上下限，N_c為電容器組數(shù)；P_Gi,max、P_Gi,min和Q_Gi,max、Q_Gi,min分別發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功出力上下限。

所述的下層模型以系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度最大為目標(biāo)函數(shù)，以潮流等式約束、不等式約束為約束條件，則有：

下層模型的目標(biāo)函數(shù)為：

max λ

潮流等式約束：

P_Gi＝P_Gi(0)(1+λk_Gi)

不等式約束條件：

K_Ti,min≤K_Ti≤K_Ti,max i＝1,...,N_T

式中λ為系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度，P_Di(0)、Q_Di(0)為節(jié)點(diǎn)i的基本負(fù)荷，k_Di、k_Gi分別表示隨著λ變化，負(fù)荷變化率、發(fā)電機(jī)出力變化的乘子，S為規(guī)定λ適當(dāng)比例的視在功率；為節(jié)點(diǎn)i負(fù)荷變化的功率因數(shù)角；K_Ti、K_Ti,max、K_Ti,min分別為有載調(diào)壓變壓器的變比及上下限，N_T為變壓器臺(tái)數(shù)。

圖1為本實(shí)施例混合算法的流程圖。如圖2所示的實(shí)施例中，模擬的電力系統(tǒng)采用以標(biāo)準(zhǔn)的IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)改進(jìn)的交直流混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)有30個(gè)節(jié)點(diǎn)、41條線路，其中支路1-3為直流線路，節(jié)點(diǎn)1為逆變端，節(jié)點(diǎn)3為整流端。

本實(shí)施例中上層求解無(wú)功優(yōu)化采用遺傳算法和原始-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法結(jié)合的混合優(yōu)化算法，下層求解系統(tǒng)的最大負(fù)荷裕度采用遺傳算法和連續(xù)潮流算法相結(jié)合的混合算法。具體步驟為：

第一步：生成初始種群：對(duì)上層模型交流系統(tǒng)離散變量：對(duì)發(fā)電機(jī)無(wú)功出力、無(wú)功補(bǔ)償電容器組數(shù)，以及直流系統(tǒng)決策變量編碼，形成初始種群P1；

第二步：計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度V1：利用內(nèi)點(diǎn)法和遺傳算法的混合算法求解種群P1中個(gè)體的適應(yīng)度V1(交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)之間采用交替迭代法求解)，并根據(jù)個(gè)體適應(yīng)值進(jìn)行排序；

第三步：依次執(zhí)行采用精英策略的選擇操作、染色體多點(diǎn)交叉操作、染色體多點(diǎn)變異操作，生成新的子代；

第四步：求得上層最優(yōu)解F1，將相應(yīng)的上層交流離散變量及直流控制變量作為下層初始系統(tǒng)參數(shù)代入下層數(shù)學(xué)模型；

第五步：下層優(yōu)化過(guò)程以系統(tǒng)變壓器的變比作為優(yōu)化變量進(jìn)行編碼，生成初始種群P2；

第六步：利用連續(xù)潮流算法和遺傳算法相結(jié)合的混合算法求解交直流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度V2，并排序；

第七步：采取與第三步相同的操作，獲得子代種群；

第八步：求得下層最優(yōu)解F2及相應(yīng)的變壓器的變比，轉(zhuǎn)至第一步的操作，將下層求得變壓器變比代入上層模型作為上層初始參數(shù)；

第九步：重復(fù)循環(huán)以上操作：若經(jīng)多次上下層優(yōu)化后系統(tǒng)的有功網(wǎng)損偏差滿足要求則結(jié)束計(jì)算，否則不收斂。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。