[发明专利]基于负荷裕度最大化的有功出力方式优化方法

权利要求书

1.一种电网输出功率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、调用SCADA数据库的实时数据和网架基础参数，形成潮流数据断面文件，然后调用负荷预测数据，获取下个阶段的负荷增长方式；

第二步、对潮流数据断面文件和负荷预测数据进行格式转换，生成发电机出力方式优化格式数据，然后进行发电机出力方式优化处理并输出优化方案；

所述的发电机出力方式优化处理包括以下步骤：

a)根据当前潮流数据和负荷预测数据，计算当前发电机出力方式下的电压稳定临界点及该点处功率传输极限曲面的法向量w；

b)通过投影法计算当前发电机出力方式与最佳出力方式下功率传输极限曲面法向量的偏差，根据发电机有功出力方式最优性条件，有：

wr*=1r[1,1,...1]T---(1)]]>

其中：r为可控发电机个数，为可控发电机对应的极限曲面法向量分量；

从当前发电机出力方式下极限曲面法向量w中，取出可控发电机对应的分量w_r，并利用投影法得到w_r与的相对偏差：

Δwr=wr-wrTwr*wr*---(2)]]>

由于Δw_r是通过投影方法所得，故与全1向量正交，即有

c)通过线性化技术得到功率传输极限曲面法向量与发电机出力之间的灵敏度矩阵，利用此灵敏度矩阵能准确预估发电机出力方式的修正方向；

在当前出力方式下，电压崩溃点处的方程：

L(x，λ，w，B)＝L₀+λ(G(B)-b)-f(x)＝0                (3)

fxTw=0---(4)]]>

w^Tw＝1                                               (5)

Σi=1rBi=Σj=1n-1bpj---(6)]]>

其中：x∈R^n-1+m，为状态变量，由n-1维相角和m维PQ节点电压组成；L₀∈R^n-1+m，为节点初始注入功率；B∈R^r，为可控发电机有功出力方式；r为可控发电机个数；G∈R^n-1+m，为扩展发电机有功出力方式，由B和0元素组成；λ∈R，为负荷裕度；b∈R^n-1+m，为负荷增长方式；b_p∈R^n-1，为其有功分量；f(x)为电压稳定临界点处潮流的注入功率向量；f_x表示该注入功率对状态变量x的雅可比矩阵；

对(3)-(6)进行线性化，可得微分方程：

-fxG-b0fxxw0fxT002wTΔxΔλΔw=-λ(∂G/∂B)00ΔB---(7)]]>

Σi=1rΔBi=0---(8)]]>

其中：f_xxw表示对状态变量x的雅可比矩阵；符号“Δ”表示变量的增量；表示对变量的偏导；

在(7)两边左乘系数矩阵-fxG-b0fxxw0fxT002wT]]>的逆后，有：

ΔxΔλΔw=-fxG-b0fxxw0fxT002wT-1λ(∂G/B∂)00ΔB=SsBΔB---(9)]]>

其中：SsB=--fxG-b0fxxw0fxT002wT-1λ(∂G/∂B)00;]]>

从(9)式S_sB中抽取Δw_r对应的行向量，并变形后有：

ΔB＝M_r0Δw_r                                (10)

其中：M_r0是可控发电机对应极限曲面法向量对发电机出力方式的灵敏度矩阵；

把r维列向量[1，1，…，1]放入(7)右边系数矩阵的最后一行，而为保证(8)的成立，(7)左边最后一行在修正过程中必须强制为0，然后把(7)左边系数矩阵最后一行中Δw_r对应的元素置1，其余元素全部置0，即可保证(7)左边最后一行在修正过程中始终为0，重新构造微分方程如下：

-fxG-b0fxxw0fxT00e1(∂G/∂B)ΔxΔλΔw=-λ(∂G/∂B)0erΔB---(11)]]>

其中：e₁和e_r分别为n-1+m维和r维全1列向量；

同样，按上述类似方法，可获得重构后的灵敏度矩阵

ΔB＝M_rΔw_r                                (12)

通过该灵敏度矩阵，即可保证映射后的应变量ΔB保持自变量Δw_r与全1向量正交的性质，最后通过对ΔB进行单位化，即可获得最佳的发电机修正方向；

d)通过构造灵敏度矩阵的修正方向和灵敏度矩阵的修正步长的优化模型，并利用信赖域方法对所述优化模型进行求解，获得修正步长；

为获得最佳的修正步长s，可构造优化模型如下：

max(λ)                                            (13)

s.t.L0+λ(G(B)-b-sΔG(ΔB))-f(x)=0fxTw=0wTw=1---(14),(15),(16)]]>

采用信赖域方法求解该模型；

用q(s)表示当前修正步长s＝0下的二阶泰勒展开式：

q(s)＝λ(s⁰)+λ_sΔs+0.5λ_ssΔs²                        (17)

其中：λ_s为λ对s的一阶导数；λ_ss为λ对s的二阶导数；

根据等式(17)的KKT条件，有：

Δs=-λss-1λs---(22)]]>

为避免步长取值过大，造成拟合函数q(s)相对于λ的严重失真，设定Δs的取值范围为|Δs|≤s_lim；根据λ_s和λ_ss的具体取值，步长s可按以下方式求得：

s=Δsif(|Δs|<slim)and(λss<0)Δsslim/|Δs|if(|Δs|>slim)and(λss<0)-slimif(λss>0)and(λs<0)slimif(λss>0)and(λs>0)---(23)]]>

e)根据所得的修正方向和修正步长更新发电机出力方式和步长的取值上限s_lim；

由于修正方向和修正步长已知，根据(24)更新发电机出力方式：

B^k+1＝B^k+sΔB                                            (24)

其中，k为迭代次数；

在修正后的发电机出力方式下重新计算负荷裕度λ^k+1和电压稳定临界点处功率传输极限曲面的法向量w；

按等式(25)更新步长取值上限s_lim：

slim=0.5sllimif(λk+1<λk)or(Qfit<0.95)1.1slimelseif|s|≥slim|s|else|s|<slim---(25)]]>

其中：Q_fit表示拟合的精确程度，Q_fit＝q(s)/λ^k+1；

重复步骤b)至步骤e)，以快速逼近优化的发电机出力方式，使该方式下的电网传输功率最大化，得到优化方案；

所述的功率传输极限曲面是指发电机空间中的一个超曲面，该曲面是由不同发电机出力方式对应的功率传输极限点组成；

第三步、根据优化方案制定发电机出力计划并实施发电出力计划。