[发明专利]针对高压输电网络的基于互补约束解耦牛顿法的无功优化方法

说明书

本发明涉及针对高压输电网络的基于互补约束解耦牛顿法的无功优化方法，包括如下步骤：S1、构建目标函数及约束条件；S2、根据步骤S1中的目标函数及约束条件，构建无功优化的解耦数学模型：S3、对步骤S2中的解耦数学模型运用解耦牛顿法进行处理；S4、利用光滑牛顿解耦算法对步骤S3中的解耦数学模型进行求解。本发明根据高压电力系统的有功‑无功(PQ)弱耦合特性，引入PQ解耦处理，从而可以大大降低需求解方程组的维度、提高计算速度。

技术领域

本发明属于电力系统无功优化技术领域，尤其涉及针对高压输电网络的基于互补约束解耦牛顿法的无功优化方法。

背景技术

近年来世界范围内多次发生的电网重大停电事故中，因电压崩溃而引发的过负荷“连锁跳闸”是一个重要原因。如1987年7月23日的东京大停电，由于正处夏季用电高峰期，电网的无功电源无法满足高负荷的需求造成电压崩溃，进而形成重大停电事故；而1978年的法国冬季大停电和1983年的瑞典冬季大停电则是由于无功电源配置和无功潮流不合理引起电压崩溃，进而造成大停电事故的发生。合理的电压水平除了能降低发生电压崩溃的危险外，还能提高系统的电能质量和安全性，同时也能够降低系统的有功功率损耗，提高系统的经济性。因此，优化配置系统无功电源以达到有效控制电压的目的，使其运行在尽可能理想的水平显得尤为重要。

电力系统无功优化问题是指当系统的网络结构及负荷情况给定时，在满足约束条件的情况下，通过控制变量的优选，使系统有功功率损耗最小。该问题具有以下特点：

1)离散性：系统控制变量包括发电机机端电压、可调变压器分接头档位和无功补偿设备组数(如电容器、电抗器)等。可调变压器分接头档位和无功补偿设备组数是离散变量，发电机机端电压是连续变量。

2)非线性：无功优化需要满足基本的潮流方程，应将其作为约束条件加入到优化模型中，而这些约束方程是典型的非线性方程。

3)大规模：随着电力系统节点、出线、变压器以及无功补偿设备越来越多，电网结构越来越复杂，优化问题的维数越来越大。

综上所述，电力系统无功优化问题是属于连续变量与离散变量共存的大规模非线性混合整数规划(Mixed Integer Non-Linear Programming，MINLP)问题。

无功优化问题从数学角度看是一个有约束的非线性优化问题，其本身属于NP难问题，因此必须选择合适的计算方法求解该问题。算法选用不当，或者不能求解，或者陷入局部最优解，不能得到全局最优解。目前，已有多种方法成功用于无功优化问题的求解，可将其分为以下几类：常规优化方法、随机优化方法、内点法和互补方法。

常规优化方法：包括非线性规划方法、线性化方法、启发式方法。

随机优化方法：包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法、免疫算法

内点法：内点法从位于可行域的初始点出发，沿着可行域内最快下降方向找到最优解。该方法可以方便有效处理不等式约束，并且由于是在可行域内部迭代搜索，随着系统规模的增大其计算时间和迭代次数不会明显增加，收敛性好。

互补优化方法：使用光滑NCP函数将优化问题的KKT系统处理成等价的非线性方程，然后使用不同的方法求解方程。

因此，基于这些问题，提供一种根据高压电力系统的有功-无功(PQ)弱耦合特性，引入PQ解耦处理，从而可以大大降低需求解方程组的维度、提高计算速度的针对高压输电网络的基于互补约束解耦牛顿法的无功优化方法，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种根据高压电力系统的有功-无功(PQ)弱耦合特性，引入PQ解耦处理，从而可以大大降低需求解方程组的维度、提高计算速度的针对高压输电网络的基于互补约束解耦牛顿法的无功优化方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：