一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制方法，屬于電網(wǎng)控制領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化是通過調(diào)節(jié)變壓器分接開關(guān)和無功補償裝置狀態(tài)來優(yōu)化電網(wǎng) 潮流分布，控制調(diào)節(jié)的開關(guān)設(shè)備由于設(shè)備制造等原因具有嚴格的設(shè)備動作次數(shù)限制，在實 際工作中為了適應(yīng)負荷的動態(tài)變化，需要計及調(diào)節(jié)設(shè)備的動作次數(shù)約束，運將無功優(yōu)化問 題變成一個復(fù)雜的動態(tài)優(yōu)化問題。目前，對該問題的處理可W總結(jié)為=大類：（1)簡化動態(tài) 規(guī)劃法的求解空間；（2)通過分段簡化成靜態(tài)無功優(yōu)化問題；(3)將費用作為目標函數(shù)進行 簡化，將控制變量的動作次數(shù)約束還原為經(jīng)濟成本來處理。
[0003] 目前對動態(tài)無功優(yōu)化的研究主要是將一天的負荷預(yù)測數(shù)據(jù)劃分成若干個時段，然 后考慮設(shè)備的動作次數(shù)限制W總網(wǎng)損最小為目標函數(shù)，從而獲得全天各時段的無功調(diào)度模 式，主要側(cè)重于根據(jù)已知的負荷預(yù)測情況對未來一天的設(shè)備動作做預(yù)案，并認為預(yù)案能夠 滿足次日運行情況。實際上在調(diào)度周期外根據(jù)動態(tài)無功優(yōu)化方法得出的預(yù)案，在預(yù)測的負 荷曲線下可W保證優(yōu)化效果，預(yù)案能否在當日應(yīng)用，取決于負荷預(yù)測的精度；同時，從處理 方法上來看，一般將動態(tài)無功優(yōu)化轉(zhuǎn)化成幾個時段上的靜態(tài)優(yōu)化問題來求解，運在模型上 存在一定簡化，時段內(nèi)仍有可能由于實際負荷情況的變化而導(dǎo)致狀態(tài)越限。因此要保證研 究得到實際應(yīng)用，動態(tài)無功優(yōu)化結(jié)果應(yīng)該和W預(yù)案校核和越限校正為觸發(fā)條件的實時控制 方案相互配合，從日前和當前兩個時間尺度動態(tài)調(diào)整電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制方法，不會發(fā) 生狀態(tài)越限。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明提出一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制方法，包括W 下步驟：
[0006] 1)構(gòu)造設(shè)備狀態(tài)時間關(guān)聯(lián)矩陣；
[0007] 2)根據(jù)所述關(guān)聯(lián)矩陣進行時間區(qū)間劃分；
[0008] 3)W動作次數(shù)最小為目標，在各個時間段中用動態(tài)規(guī)劃法尋找最優(yōu)路徑。
[0009] 優(yōu)選地，所述設(shè)備狀態(tài)時間關(guān)聯(lián)矩陣S為：
[0010]
[0011] 式中橫向為一天24個時刻，縱向為m個電容器和I個有載分接開關(guān)狀態(tài)；Xi.t為t 時刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中電容器i的狀態(tài)，即投運的電容器組數(shù)；y，.t為t時刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中 有載分接開關(guān)j的狀態(tài)，即所在檔位。
[0012] 優(yōu)選地，由設(shè)備狀態(tài)時間關(guān)聯(lián)矩陣S可得動作次數(shù)和時間關(guān)聯(lián)矩陣D:
[0015] 優(yōu)選地，由設(shè)備狀態(tài)時間關(guān)聯(lián)矩陣S和動作次數(shù)和時間關(guān)聯(lián)矩陣D得到相鄰時刻 設(shè)備狀態(tài)變化指標M:
[001引優(yōu)選地，所述時間區(qū)間劃分包括W下步驟：
[0019] 1)根據(jù)母線預(yù)測負荷對每個時刻進行W網(wǎng)損最低為目標的靜態(tài)無功優(yōu)化，得到每 個時刻最優(yōu)狀態(tài)下設(shè)備的狀態(tài)，形成設(shè)備狀態(tài)-時間關(guān)聯(lián)矩陣s、動作次數(shù)-時間關(guān)聯(lián)矩陣DW及每個時刻的設(shè)備狀態(tài)變化矩陣M;
[0020] 2)對設(shè)備狀態(tài)變化矩陣M內(nèi)元素進行排序，對取值最小的時刻依次進行合并，W 兩個時刻的平均負荷進行靜態(tài)無功優(yōu)化，求出合并時刻最優(yōu)狀態(tài)下的設(shè)備狀態(tài)，并更新矩 陣S、D、M;
[0021] 3)對D矩陣每行求和即為當前設(shè)備日動作次數(shù)Si,判斷Si與設(shè)備最大動作次數(shù) 夏CV?、吝n的關(guān)系，如果不滿足則跳至步驟2)繼續(xù)進行合并；如果滿足則跳至步驟4)進行是 否終止合并的判斷；
[0022] 4)分別統(tǒng)計合并前后一天的網(wǎng)絡(luò)損耗，并根據(jù)動作次數(shù)的變化計算設(shè)備動作代 價，得到終止判斷判據(jù)e，如果e>0,則繼續(xù)進行合并，并跳至步驟2);如果e《0,則終 止合并。
[0023] 優(yōu)選地，所述動態(tài)規(guī)劃法尋找最優(yōu)路徑包括W下步驟：
[0024] (1)求解第1階段所有m個狀態(tài)下的目標函數(shù)值0(1，如；
[002引似求解能達到第2階段狀態(tài)1的累計目標函數(shù)值，即D化1) =0(1，^+U2，l)， 并記錄目標函數(shù)最小時的狀態(tài)變量作為第2階段的最優(yōu)子策略，式中L(2,1)為系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的 指標值；
[0026] (3)依次求解能夠達到第2階段其他狀態(tài)的累計目標函數(shù)值，并記錄各自目標函 數(shù)取最小值時的狀態(tài)變量，完成第2階段的所有子問題求解；
[0027] (4)根據(jù)步驟（2)、（3)依次求解能夠達到Ui= 3,4，...n)階段的累計目標函數(shù) 值，并記錄各階段的最優(yōu)子策略；
[0028] (5)根據(jù)各階段記錄的最優(yōu)子策略回溯，得到整個調(diào)度周期內(nèi)的最優(yōu)控制策略序 列。
[0029] 有益效果：無功優(yōu)化首先轉(zhuǎn)化成幾個時段上的靜態(tài)優(yōu)化問題來求解，本發(fā)明將動 態(tài)無功優(yōu)化結(jié)果和W預(yù)案校核和越限校正為觸發(fā)條件的實時控制方案相互配合，從日前和 當前兩個時間尺度動態(tài)調(diào)整電壓，避免了狀態(tài)越限。
【附圖說明】
[0030] 圖1為設(shè)備狀態(tài)-時間關(guān)聯(lián)矩陣S;
[0031] 圖2為動作次數(shù)-時間關(guān)聯(lián)矩陣D ;
[003引圖3為時間區(qū)間劃分流程圖；
[0033] 圖4為動態(tài)規(guī)劃法設(shè)備動作序列優(yōu)化流程圖；
[0034] 圖5為仿真網(wǎng)絡(luò)接線圖；
[0035] 圖6為母線有功負荷預(yù)測曲線；
[0036] 圖7為母線無功負荷預(yù)測曲線；
[0037] 圖8為時段合并過程設(shè)備動作次數(shù)關(guān)系；
[0038] 圖9為時段合并過程中網(wǎng)損的變化情況圖；
[0039] 圖10為Tl變壓器分接頭動作曲線。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解運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(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各 種等同形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0041] 首先建立電網(wǎng)動態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型W及關(guān)聯(lián)矩陣，考慮到地區(qū)電網(wǎng)W220kV變 電站為中屯、成福射狀供電的特性，可W將優(yōu)化問題分解為針對各獨立子網(wǎng)的優(yōu)化問題。W 下的討論均針對一個福射狀網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)共有n條母線，m臺可投切的電容器，1個帶有有載調(diào) 壓分接頭的變壓器?？紤]到需要盡量減小網(wǎng)絡(luò)損耗和設(shè)備動作次數(shù)，運里多時段無功優(yōu)化 模型采用網(wǎng)絡(luò)一天內(nèi)的損耗、電容器與變壓器有載分接開關(guān)動作次數(shù)來構(gòu)造目標函數(shù)，控 制手段為變壓器有載分接開關(guān)的調(diào)節(jié)和并聯(lián)電容器組的投切。并聯(lián)電容器組日動作次數(shù)限 審蝸&,，變壓器有載分接開關(guān)的日動作次數(shù)限制為杳j。其具體模型如式（1)所示：
[0050] 式中：PiMS表示網(wǎng)絡(luò)損耗，Q康示t時刻電容器容量，SC康示第i個電容器一天總 的動作次數(shù)，St,代表第j個有載分接開關(guān)一天總的動作次數(shù)；S為變量的下限，吝為變量的 上限。V、Q、K、T分別為：節(jié)點電壓、電容器容量、電容器組數(shù)和變壓器分接頭。
[0051] 在動態(tài)無功優(yōu)化問題中，每個設(shè)備受動作次數(shù)限制，使其成為一個復(fù)雜的時空禪 合問題。單個設(shè)備的動作不僅受不同時刻情況的影響，還受同一時刻不同設(shè)備動作情況的 影響。相鄰時刻，負荷特性相近，達到最優(yōu)狀態(tài)時設(shè)備的狀態(tài)也大致相同，因此相鄰時刻設(shè) 備的動作總次數(shù)在一定程度上能反映相鄰時刻的相似程度。本實施例定義設(shè)備狀態(tài)-時間 關(guān)聯(lián)矩陣S如圖1所示。
[0052] 圖1中，橫向為一天24個時刻，縱向為m個電容器和1個有載分接開關(guān)狀態(tài)；Xi.t 為t時刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中電容器i的狀態(tài)，即投運的電容器組數(shù)，據(jù)此組數(shù)的變化即可確定 電容器的動作次數(shù)；y，.t為t時刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中有載分接開關(guān)j的狀態(tài)，即所在檔位，根據(jù) 此檔位的變化即可確定變壓器的動作次數(shù)。并根據(jù)矩陣S，定義動作次數(shù)和時間關(guān)聯(lián)的矩陣 D如圖2所示。
[0053] 單一時間斷面，每個設(shè)備都可能有不同的動作次數(shù)，如果簡單地W所有設(shè)備總動 作次數(shù)來表征相鄰時刻設(shè)備的變化狀態(tài)不合理，因為在地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化中控制變量考慮 兩個，分別是電容器和有載變壓器，兩者的動作不等價，主要表現(xiàn)在一般情況下電容器分= 組，每個電容器日動作不超過10次，有載分接開關(guān)有7檔，日調(diào)節(jié)次數(shù)不超過30次。因此 運里需要對設(shè)備動作次數(shù)進行"等效"，即標準化。本文設(shè)立相鄰時刻設(shè)備狀態(tài)變化指標M， 用于在單個時刻最優(yōu)狀態(tài)基礎(chǔ)上判斷相鄰兩個時刻是否應(yīng)該合并。其表示方法如式（2):
㈱
[00巧]式（2)中，M(t)為t時刻與上一時刻設(shè)備狀態(tài)的變化指標，用于反映此相鄰時刻 的相似程度訊,t(t)為從t-1時刻到t時刻第i個電容器的動作次數(shù)，取值是動作次數(shù)-時 間關(guān)聯(lián)矩陣D中Di,t元素；D,,t(t)為從t-1時刻到t時刻第j個變壓器分接開關(guān)的動作次 數(shù)，取值是動作次數(shù)-時間關(guān)聯(lián)矩陣D中D,,t元素。裹@、吝。?分別為一天內(nèi)電容器組最大 的投切次數(shù)和變壓器分接頭的最大允許調(diào)整次數(shù)。
[0056] 通過對矩陣S，D，M的分析，在動作次數(shù)滿足約束條件下，對一天24個時段進行劃 分。采用本文方法無需事先規(guī)定區(qū)間個數(shù)，而是在時段合并過程中不斷比較一天的網(wǎng)損值， 如果隨著合并的進行，減少的網(wǎng)損費用小于設(shè)備的動作代價時，就取消相應(yīng)的合并，且W此 刻的分段數(shù)作為最終分段結(jié)果，繼而進行段內(nèi)的靜態(tài)無功優(yōu)化。據(jù)此，設(shè)立分段終止判據(jù)如 式（3)所示：
[0057] e=A卵djAt_F 0)
[00則式中：F=PdrCU+P。td化，App"At為網(wǎng)損節(jié)省費用，Pd.j為當前時刻的電價；F為設(shè)備動作代價，Pdf和Pf，t分別為電容器和分接頭的單次調(diào)節(jié)代價，CU和df,t分別為電容 器和分接頭頂動作次數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，IlOKV變壓器其抽頭調(diào)節(jié)代價為1. 0-2. 0元/次， 220KV的變壓器抽頭調(diào)節(jié)代價為1. 5-2. 5元/次，IOKV無功補償裝置投切代價為0. 5-1. 2 元/次。
[0059] 接著基于關(guān)聯(lián)矩陣做時間區(qū)間劃分。地區(qū)電網(wǎng)動態(tài)特征相同或相似的