[发明专利]可扩展安全稳定约束的交直流电网多目标优化控制方法

权利要求书

1.一种可扩展安全稳定约束的交直流电网多目标优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将交直流电网多目标优化控制建模为非线性规划模型，目标函数定义为：最小化有功出力，最小化发电机燃料损耗，最小化发电机调节量，最小化关键母线电压偏差，以及最小化有功出力、最小化发电机燃料损耗、最小化发电机调节量和最小化关键母线电压偏差的加权组合，等式约束为：电力系统的网络和功率平衡约束，数学模型表示为节点功率方程；

所述目标函数的表达式示为：

上式目标函数中，第一项表示最小化有功网损，第二项表示最小化发电成本，第三项表示最小化关键母线的电压控制偏差，P_Gi代表各节点的发电机有功出力，q(P_Gi)代表发电成本，V_i代表当前各节点的节点电压值，V_iset代表各节点预设好的节点电压值；所述等式约束的数学模型包括以下项：

①交流节点的节点功率方程，其表达式示为：

上式中，n为系统节点数；U_i,δ_i分别为节点i的电压幅值和相角；δ_ij＝δ_j-δ_j-α_ij,Y_ij,α_ij分别为节点i和节点j之间转移导纳的幅值和相角；

②直流节点的节点功率平衡方程，其表示式示为：

上式中，U_di为直流节点i的直流电压；I_di为直流线路的直流电流；为直流节点i的换流器功率因数角；S_d为直流节点集合；P_Gi为各节点的发电机有功出力；Q_Gi为节点的发电机无功出力；P_Di为节点的有功负荷；Q_Di为节点的无功负荷，jòS_d代表节点j为直流节点；

③直流节点换流器基本方程，其表达式示为：

上式中，θ_di为直流节点i的换流器触发角或熄弧角；U_i为直流节点i的交流电压；k_di为直流节点i的换流器变压器变比；k_r为计及换相重叠而引入的系数；X_ci为直流节点i换流器的换相电阻；

④直流节点直流网络方程，其表达式示为：

上式中，为消去联络节点后的直流网络节点电导矩阵的元素；

所述等式约束还包括两个限制部分，其中，

第一部分为：交流系统的控制变量、状态变量及变量函数的物理限制和运行限制，分别如下：

1)交流节点电压幅值约束，表达式示为：

2)机组出力约束，表达式示为：

3)线路和变压器支路功率约束，表达式示为：

Q_ij≤Q_ij≤Q_ij，iòS_L； (8)

第二部分为：直流系统的控制变量、状态变量及变量函数的物理限制和运行限制，分别如下：

4)控制电流型换流器直流电流幅值约束，表达式示为：

5)控制功率型换流器功率约束，表达式示为：

6)各换流器的变压器抽头约束，表达式示为：

7)各换流器的触发角或熄弧角余弦值约束的表达式为：

步骤二、在步骤一的非线性规划模型中再加入广义安全稳定约束，包括以下分步骤：a)将支路首末两端的有功/无功功率作为决策变量，b)建立支路型潮流方程，c)建立支路功率等式约束，d)将安全稳定约束作为支路首末功率、发电厂出力、节点电压中一个或者多个的线性组合；

所述广义安全稳定约束集合的表达式示为：

1)若干电厂出力总加：

2)区域事故备用容量：

3)断面潮流：

上式中，P_Gk,分别为控制区S_k的出力下限与上限，R_Gk,分别为控制区S_k的备用下限与上限，P_ij,分别为断面功率的下限与上限，若采用定功率控制，则把上下限设置为同一常数；

步骤三、采用不可行内点法求解由步骤一和步骤二所得的非线性规划模型，满足大规模交直流系统在线优化控制的计算效率与收敛性要求；

采用不可行内点法对交直流电网多目标优化控制模型进行求解的方法为：

首先将交直流电网多目标优化控制模型写为如下紧凑模型，表达式示为：

min∫(x)+C^Tξ

s.t.h(x)-w＝0

-ξ≤w≤b

ξ≥0

上式中，ξ,w为松弛向量，C^T代表惩罚项，当ξ＝0时，意味着模型可行；

针对上述模型定义拉格朗日函数如下：

s.t.h(x)-w＝0

上式的一阶最优性条件为：

上式中，A(x)^T是h(x)的雅可比矩阵，y,是拉格朗日乘子，μ是障碍因子，e是元素为1的列向量，diag(·)表示将列向量转换为对应的对角矩阵。