一種基于極限潮流的地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)無(wú)功控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于極限潮流的地區(qū)電 網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)建設(shè)高速發(fā)展，電網(wǎng)覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定 性、安全性和可靠性也變得更加重要。目前供電公司電力調(diào)度、自動(dòng)化部門、繼保、運(yùn)行維 護(hù)、通訊等部門雖各司其職但也需要通力協(xié)作，及時(shí)、準(zhǔn)確的獲得相關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行信息能大大 提高其工作效率，同時(shí)各部門能發(fā)揮在各自專業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，更好的互相配合保證電網(wǎng)的 正常運(yùn)行；開放調(diào)度數(shù)據(jù)共享渠道，建立不受時(shí)間、地域限制的信息網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)各部門對(duì)調(diào) 度工作的支持與協(xié)作，發(fā)揮各工作環(huán)節(jié)的主觀能動(dòng)性，為建立更為和諧、高效的工作模式打 下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，是電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要保障。
[0003] 地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化是保障電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行、維持一定的電壓水平和降低網(wǎng)絡(luò)損 耗的重要手段。在滿足潮流方程約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束和發(fā)電機(jī)出力約束等約束條件的情況 下，無(wú)功優(yōu)化通過(guò)調(diào)整無(wú)功潮流的分布，可以達(dá)到系統(tǒng)有功損耗最小、電壓質(zhì)量最好、運(yùn)行 費(fèi)用最低或者電壓穩(wěn)定裕度最大的目標(biāo)。
[0004] 而目前，在省地一體化協(xié)調(diào)控制的要求下，地區(qū)電網(wǎng)存在著主變高壓側(cè)功率因數(shù) 普遍偏低，并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量與系統(tǒng)需求不匹配的問(wèn)題，造成電壓合格率低，輸、配電 網(wǎng)中電能損失嚴(yán)重，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行安全以及使用壽命年限帶來(lái)挑戰(zhàn)。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外研究 進(jìn)程和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出無(wú)功優(yōu)化的問(wèn)題，主要包括兩方面：1)現(xiàn)有的無(wú)功配置能夠滿足系 統(tǒng)的需求或者說(shuō)系統(tǒng)處于負(fù)荷小方式下，變壓器檔位限制和電容器投、切次數(shù)的限制進(jìn)一 步限制了可行域，但始終存在最優(yōu)解，若優(yōu)化方法選擇不當(dāng)很可能只找到次優(yōu)解；2)現(xiàn)有 的無(wú)功配置完全不能滿足負(fù)荷需求或者說(shuō)系統(tǒng)處于負(fù)荷大方式下，最優(yōu)解不在現(xiàn)有參數(shù)配 合下的可行域內(nèi)，因此尋優(yōu)得到的結(jié)果往往是邊界值，系統(tǒng)電壓越限或者無(wú)功越限嚴(yán)重。
[0005] 針對(duì)問(wèn)題1)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種改進(jìn)算法，如遺傳算法、基于遺傳算法與內(nèi)點(diǎn) 法的混合算法、原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法等，能較好的解決計(jì)算精度和收斂的問(wèn)題，但計(jì)算量大，復(fù) 雜程度高，在大規(guī)模電網(wǎng)中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究；針對(duì)問(wèn)題2)現(xiàn)有的無(wú)功優(yōu)化并不能 解決，對(duì)于地區(qū)電網(wǎng)而言，無(wú)功規(guī)劃相對(duì)保守，不能為系統(tǒng)運(yùn)行提供更為經(jīng)濟(jì)安全的物理基 礎(chǔ)。
[0006] 基于以上問(wèn)題，需要尋求一種針對(duì)目前無(wú)功配置與系統(tǒng)需求之間的不匹配問(wèn)題的 解決途徑，為增設(shè)無(wú)功設(shè)備配置和容量選取提供技術(shù)基礎(chǔ)，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和 安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于極限潮流的地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法。
[0008] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供了采集地區(qū)電網(wǎng)的電力信息進(jìn)行潮流 計(jì)算，并獲得潮流計(jì)算結(jié)果；
[0009] 根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，獲得電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)；
[0010] 確定電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)的權(quán)重系數(shù)，并獲得電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù) 權(quán)重系數(shù)的加權(quán)和；
[0011] 判斷加權(quán)和是否大于工程閥值；
[0012] 當(dāng)所述加權(quán)和大于工程閥值時(shí)，將地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)從PQ節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成PV節(jié)點(diǎn)， 并得到功率缺額負(fù)荷節(jié)點(diǎn)以及功率缺額總量；
[0013] 將所述功率缺額負(fù)荷節(jié)點(diǎn)從PV節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成PQ節(jié)點(diǎn)，并判斷負(fù)荷節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的電 壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)是否改善；
[0014] 當(dāng)所述電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)未改善時(shí)將地區(qū)電網(wǎng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)PQ節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換 成PV節(jié)點(diǎn)；當(dāng)所述電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)未改善時(shí)進(jìn)行根據(jù)調(diào)整后的潮流參數(shù)進(jìn)行 無(wú)功優(yōu)化；
[0015] 當(dāng)所述加權(quán)和不大于工程閥值時(shí)，進(jìn)行松弛變壓器檔位限制；再進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。
[0016] 優(yōu)選的，將地區(qū)電網(wǎng)中PQ節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成PV節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)包括10KV節(jié)點(diǎn)和30KV 節(jié)點(diǎn)。
[0017] 優(yōu)選的，功率缺額負(fù)荷節(jié)點(diǎn)從PV節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成PQ節(jié)點(diǎn)是逐步進(jìn)行的；功率缺額負(fù)荷 節(jié)點(diǎn)從PV節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成PQ節(jié)點(diǎn)逐步進(jìn)行的方法為：每當(dāng)恢復(fù)一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)時(shí)判斷負(fù)荷節(jié)點(diǎn) 轉(zhuǎn)換后的電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)是否改善。
[0018] 優(yōu)選的，無(wú)功優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：
[0019]
[0020] 其中，APi為電氣元件的有功損耗；A為權(quán)重系數(shù)；Vls_為節(jié)點(diǎn)i的電壓期望值； Vinax為節(jié)點(diǎn)i的電壓最大值。
[0021] 優(yōu)選的，無(wú)功優(yōu)化的約束條件包括等式約束和不等式約束，所述不等式約束包括 控制變量約束和狀態(tài)變量約束。
[0022] 優(yōu)選的，等式約束的函數(shù)為：
[0023]
[0024]其中，PpQi為節(jié)點(diǎn)i的注入功率；Uj為節(jié)點(diǎn)電壓幅值；0^為節(jié)點(diǎn)i、j的相角差。
[0025] 優(yōu)選的，狀態(tài)變量約束的函數(shù)為：
[0026]
[0027] 其中，Q^、Qs_為發(fā)電機(jī)無(wú)功出力的上下限；U_、U_為節(jié)點(diǎn)電壓上下限；QTl_、 為關(guān)口變壓器高壓側(cè)無(wú)功功率的上下限。
[0028] 優(yōu)選的，控制變量約束的函數(shù)為：
[0029]
[0030] 其中，并聯(lián)電容器QeiGNe' ；變壓器檔位TKlGNT; 和:fme表示松弛量的上限， 和之。表示松弛量的下限；
[0031] 以及增加約束為：
[0032]
[0033] 其中，表示變壓器檔位松弛量的上下限；TKl'為變壓器檔位的步長(zhǎng)； Gao和表示電容器容量的松弛量上下限；為一組電容器的容量；Si、s2、yi、y2GZ。
[0034] 優(yōu)詵的，無(wú)功優(yōu)化的結(jié)果為
[0035]
[0036] 綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] 為適應(yīng)不同負(fù)荷方式下的無(wú)功配置需求，本發(fā)明根據(jù)不同負(fù)荷方式下的優(yōu)化問(wèn)題 可行域的特征采取PQ-PV節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換的方式和松弛變壓器檔位約束的方式，保證了電力 系統(tǒng)無(wú)功配置在理論上充分滿足負(fù)荷需求，進(jìn)而擴(kuò)大原問(wèn)題的優(yōu)化空間，調(diào)整優(yōu)化潮流的 迭代方向使問(wèn)題進(jìn)入有解域，并按照負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無(wú)功缺額指標(biāo)得到無(wú)功配置不合理的節(jié)點(diǎn) 以及相應(yīng)的容量；同時(shí)，在這種節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式的操作下，整個(gè)電網(wǎng)處于兼顧安全與經(jīng)濟(jì)的無(wú) 功補(bǔ)償?shù)臉O限狀態(tài)，并稱此時(shí)的無(wú)功優(yōu)化潮流為極限潮流。
[0038] 1)安全經(jīng)濟(jì)特性，本發(fā)明在搭建模型時(shí)，以系統(tǒng)有功損耗和電壓偏移率作為目標(biāo) 函數(shù)，充分考慮了電壓質(zhì)量的改善和系統(tǒng)無(wú)功電源管理能力的提升，也就給系統(tǒng)的安全經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行提供更好的物理基礎(chǔ)；
[0039] 2)靈活性，本發(fā)明根據(jù)不同負(fù)荷方式下的優(yōu)化問(wèn)題可行域特征，對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 PQ-PV節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換的方式和松弛變壓器檔位約束的方式，充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式的不確 定性，能夠?qū)Σ煌?fù)荷方式下的無(wú)功配置進(jìn)行研究；
[0040] 3)直觀明了，本發(fā)明通過(guò)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)類型從PQ節(jié)點(diǎn)到PV節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，然后按照無(wú)功 缺額指標(biāo)得到該節(jié)點(diǎn)所需增設(shè)的無(wú)功配置容量，而松弛變壓器檔位的限制能夠優(yōu)化當(dāng)前電 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同樣可以通過(guò)最優(yōu)解的結(jié)構(gòu)得到當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)是否需要優(yōu)化以及采取 怎樣的措施，對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度和規(guī)劃部門能夠得到相應(yīng)地最為直觀清晰和合理的建議；
[0041] 4)魯棒性強(qiáng)，本發(fā)明在大規(guī)模的地區(qū)電網(wǎng)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并在各種負(fù) 荷方式下均能給出合理的無(wú)功配置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議，具有廣泛的適用性和魯棒性。
【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1為本發(fā)明的原理框圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中220kV單站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供了一個(gè)實(shí)施例中提供了一種基于極限潮流的地區(qū)電 網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法；包括以下過(guò)程：
[0045] S1、采集地區(qū)電網(wǎng)的電力信息進(jìn)行潮流計(jì)算，并獲得潮流計(jì)算結(jié)果。
[0046] 電網(wǎng)中負(fù)載的負(fù)荷方式呈現(xiàn)典型的日負(fù)荷曲線具有一定的周期性，但是在系統(tǒng)運(yùn) 行環(huán)境的不確定性下，加上負(fù)荷的波動(dòng)性，使得負(fù)荷實(shí)際值與典型的預(yù)測(cè)值之間存在不可 忽視的誤差。因此，在進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化之前，必須提取不同負(fù)荷方式下的可行域特征，并根據(jù) 相應(yīng)的特征進(jìn)行不同的處理手段。
[0047] 在典型的負(fù)荷方式下，理論上的最優(yōu)解不存在于可行域中，而在不同的負(fù)荷方式 下可行域特征與相應(yīng)的電壓偏移率、關(guān)口功率因數(shù)指標(biāo)緊密聯(lián)系，因此可通過(guò)計(jì)算以上指 標(biāo)表征可行域特征。
[0048] S2、根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，獲得電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)。
[0049] 因此，本發(fā)明通過(guò)從潮流大數(shù)據(jù)中獲得關(guān)鍵的影響因素電壓偏移率和關(guān)口功率因 數(shù)來(lái)進(jìn)行表征判斷。
[0050]S3、確定電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)的權(quán)重系數(shù)，并獲得電壓偏移率和關(guān)口功率 因數(shù)權(quán)重系數(shù)的加權(quán)和。所述加權(quán)和是指，將電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)分別與其權(quán)重系 數(shù)的乘積之和。
[0051] 在從電力系統(tǒng)中獲得電壓偏移率和關(guān)口功率因數(shù)的相關(guān)參數(shù)后，通過(guò)計(jì)算關(guān)鍵影 響因素的加權(quán)和來(lái)判斷電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明所指的權(quán)重系數(shù)可以預(yù)先輸入?yún)?shù)或者通過(guò) 層分析法或者經(jīng)驗(yàn)值法來(lái)確定權(quán)重系系數(shù)。其中權(quán)重系數(shù)是指該影響因素在所有因素中的 重要性。
[0052] 在得到加權(quán)和后，判斷加權(quán)和是否大于工程閥值；
[0053]S4、當(dāng)加權(quán)和大于工程閥值時(shí)，將地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)中的PQ節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成PV節(jié) 點(diǎn)；并得到功率缺額負(fù)荷節(jié)