[发明专利]一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法

摘要

本发明提供一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法，包括以下步骤：确定支路的电压稳定指标；建立无功优化模型；采用内点法求解无功优化模型。针对电网中存在电压稳定的问题，且由于电压稳定问题的发生通常具有局部性，利用分析支路电压静态稳定指标，通过在优化模型目标函数中有针对性的降低某区域的支路电压稳定指标数值来提高此区域的电压稳定裕度。

主权项

1.一种适应大电网自动电压控制的无功优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：确定支路的电压稳定指标；步骤2：建立无功优化模型；步骤3：采用内点法求解无功优化模型；所述步骤2中，无功优化模型包括无功优化目标函数和无功优化约束条件；所述无功优化约束条件包括等式约束和不等式约束；所述等式约束包括潮流等式约束、变压器变比等式约束和容抗器等式约束；所述不等式约束包括节点电压不等式约束、电压松弛量不等式约束和发电机无功出力不等式约束；所述无功优化目标函数表示为：其中，f(x)表示无功优化目标函数，M表示支路集合，U_i和U_j分别表示节点i和节点j的电压幅值，G_ij表示支路ij的电导，δ_ij表示节点i与节点j的电压相角差，N表示节点集合，m表示电压稳定裕度超过门槛值的支路；S_i表示节点i的电压松弛量，表示支路ij的电压稳定裕度，ω表示电压偏移权重，ψ表示电压稳定指标权重；所述等式约束中，有：(1)潮流等式约束表示为：其中，PG,i和QG,i分别表示节点i处发电机注入有功功率和无功功率，PD,i和QD,i分别表示节点i处发电机有功负荷和无功负荷，Ui和Uj分别表示节点i和节点j的电压幅值，Gij和Bij分别表示支路ij的电导和电纳，N表示节点集合，δij为节点i与节点j的电压相角差，且δij＝θi‑θj，其中θi、θj分别为节点i、j的电压相角；(2)变压器变比等式约束表示为：(Tk‑Tk,min)(Tk,max‑Tk)＝0 k∈ST    (4)其中，Tk表示第k个变压器的变比，Tk,max和Tk,min分别表示第k个变压器的变比上下限，ST表示变压器集合；(3)容抗器等式约束表示为：(Bh‑Bh,min)(Bh,max‑Bh)＝0 h∈SB    (5)其中，Bh表示第h个容抗器的电纳，Bh,max和Bh,min分别表示第h个容抗器的电纳上下限，SB表示容抗器集合；所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3‑1：首先将无功优化模型分为离散设备等式约束和连续量优化模型；步骤3‑2：连续量优化模型表示为：其中，f(x)表示无功优化目标函数，M表示支路集合，U_i和U_j分别表示节点i和节点j的电压幅值，G_ij表示支路ij的电导，δ_ij表示节点i与节点j的电压相角差，N表示节点集合，m表示电压稳定裕度超过门槛值的支路；S_i表示节点i的电压松弛量，表示支路ij的电压稳定裕度，ω表示电压偏移权重，ψ表示电压稳定指标权重，B_h,i表示节点i处第h个容抗器的电纳，T_k,i表示节点i处第k个变压器的变比，ΔP_i、ΔQ_i分别表示节点i处有功偏差和无功偏差；定义向量x＝[QG,1,…,QG,i,…,QG,N,S1,…,Si,…,SN,U1,…,Ui,…,UN,θ1,…,θi,…,θN]T，针对连续量优化模型形成无约束的优化函数L，有：其中，SG表示发电机节点，μ表示扰动变量，且μ≥0；li、ui分别表示节点i的电压下松弛变量和电压上松弛变量，ypi、yqi、zi、wi表示节点i的拉格朗日变量，定义向量l＝[l1,l2,……,lr]，u＝[u1,u2,……,ur]，向量y＝{yp1,…ypi,…,ypN,yq1,…,yqi,…,yqN}，向量z＝[z1,z2,……,zr]，向量w＝[w1,w2,……,wr]，r表示不等式个数；于是满足：其中，L_x表示优化函数L对向量x的偏导，L_y表示优化函数L对向量y的偏导，L_z表示优化函数L对向量z的偏导，L_w表示优化函数L对向量w的偏导，L_l表示优化函数L对向量l的偏导，L_u表示优化函数L对向量u的偏导，▽_x表示无功优化目标函数f(x)对向量x的偏导，潮流等式约束向量h(x)＝{ΔP₁,…,ΔP_i,…,ΔP_N，ΔQ₁,…,ΔQ_i,…,ΔQ_N}，g(x)表示不等式约束向量，表示不等式约束上限，g表示不等式约束下限，L、Z、U、W分别为l_i、z_i、u_i、w_i组成的r维对角矩阵，E为的r维单位矩阵；步骤3‑3：所述离散设备等式约束包括变压器变比等式约束和容抗器等式约束；增加对偶间隙于是有：其中，Tk表示第k个变压器的变比，Tk,max和Tk,min分别表示第k个变压器的变比上下限，ST表示变压器集合；Bh表示第h个容抗器的电纳，Bh,max和Bh,min分别表示第h个容抗器的电纳上下限，SB表示容抗器集合；步骤3‑4：求解无功优化模型，具体包括：步骤1)：初始化向量l、z、u、w、y，各向量种元素分别为0.5、‑0.2、0.5、0.2、‑0.01，初始化向心参数Sigma为0.99；步骤2)：计算Cgap、Lx、Ly、Lz、Lw、Ll、Lu，若计算出的Cgap、Lx、Ly、Lz、Lw、Ll、Lu均小于计算精度ε，则停止计算；步骤3)：根据得到的C_gap计算扰动变量步骤4)：计算步长系数stepP和stepD，有：步骤5)：根据stepP和stepD修正x、l、u、y、z、w，有：其中，Δx、Δl、Δu、Δy、Δz、Δw分别表示向量x、l、u、y、z、w的迭代步长；步骤6)：通过求解方程式(13)修正Tk和Bh，有：Tk＝Tk+ΔTk    (18)Bh＝Bh+ΔBh    (19)其中，ΔTk和ΔBh为修正步长；步骤7)：将修正后的Tk、Bh、x、l、u、y、z、w带入方程式(12)和(13)后，返回步骤2)。