[发明专利]一种内嵌无功和电压的安全约束经济调度方法

摘要

本发明提出一种内嵌无功和电压的安全约束经济调度方法，属于电力系统安全约束经济调度领域，使得基于电网中各节点及线路潮流在安全约束范围内，达到电网运行费用最小。该方法首先构建由目标函数和约束条件构成的安全约束经济调度的最优潮流模型；对模型迭代求解后，对所有支路将检查标幺化误差：若存在线路不满足标幺化误差，则更新潮流方程约束，进行下一次迭代，直至所有线路均满足标幺化误差，模型收敛，迭代结束，得到包含节点电压幅值、电压相角、机组有功出力、无功出力的一整套电力系统安全约束经济调度方案。本发明能最大程度满足电力系统经济运行要求，降低电力系统运行成本；精度高，收敛性好，具有很强的实际应用价值。

主权项

1.一种内嵌无功和电压的安全约束经济调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)构建安全约束经济调度的最优潮流模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：1‑1)确定模型的目标函数，表达式如下：其中，P_g为机组g的有功出力，Q_g为机组g的无功出力，为机组集合；和分别为P_g和Q_g的成本函数；该目标函数表示机组有功出力和无功出力的总成本最小化；1‑2)确定模型的约束条件；具体如下：1‑2‑1)基于降阶网络的潮流方程约束；假设模型第k次迭代时的初值为(v_i，k‑1，θ_i，k‑1)，k＝1，2，3...，i∈N，表示所有节点的集合；其中，当k＞1时，v_i，k‑1为第k‑1次迭代优化得到的节点i的电压幅值，θ_i，k‑1为第k‑1次迭代优化得到的节点i的相角；k＝1时，初值(v_i，0，θ_i，0)通过两种启动方式得到：冷启动和热启动，启动方式任意选择其中一种；冷启动时，热启动时，v_i，0＝1p.u.，θ_i，0取直流最优潮流的解，则潮流方程约束如下：其中，P_ij和Q_ij分别为线路(i，j)的有功潮流和无功潮流；v_i表示节点i的电压幅值，θ_i表示节点i的相角；v_ij为线路(i，j)首末节点的电压幅值差，满足v_ij＝v_i‑v_j；θ_ij为线路(i，j)首末节点的相角差，满足θ_ij＝θ_i‑θ_j；和为第k次迭代有功平衡系数，计算表达式分别如(12)和(13)所示；和为第k次迭代无功平衡系数，计算表达式分别如(14)和(15)所示；表示电压幅值对网损影响，满足如下约束：k＞1时，k＝1时，其中，v_ij，est表示线路(i，j)首末节点的电压幅值差的估计值；v_i，est表示节点i的电压幅值的估计值；v_ij，k‑1为第k‑1次迭代优化得到的线路(i，j)的电压幅值差；为电压相角差对网损影响，满足如下约束：k＝1且在冷启动方式下，其中，θ_ij，est线路(i，j)首末节点的相角差的估计值，g_ij表示线路(i，j)的电导；k＞1且为任一种启动方式，或k＝1且在热启动方式下，有功平衡系数和的计算表达式分别如下：无功平衡系数和的计算表达式分别如下：其中，b_ij表示线路(i，j)的电纳；和为正弦函数泰勒展开表达式系数，计算表达式如(16)所示；和为余弦0数泰勒展开表达式系数，计算表达式如(17)所示：1‑2‑2)节点平衡方程约束，表达式如下：其中，表示与节点i通过线路相连的所有节点的集合；g_ii表示节点i的接地电导，b_ii表示节点i的接地电纳；1‑2‑3)节点注入约束，表达式如下：其中，表示与节点i相连的机组集合；P_d，i表示节点i的有功负荷，Q_d，i表示节点i的无功负荷；1‑2‑4)线路潮流复功率线性化约束，表达式如下：其中，表示所有线路集合；计算线路潮流复功率线性化约束采用多条线段近似圆弧，具体步骤如下：1‑2‑4‑1)选取参数为弧度值，取值范围[0，π]，对和对应的圆弧进行分段线性近似；1‑2‑4‑2)选取参数M，N；M，N分别为上下半平面的分段线性数；将定义的圆弧均匀分成N份，用线段连接相邻的端点得到N条线段，即将定义的圆弧均匀分成M份，用线段连接相邻的端点得到M条线段，，即1‑2‑4‑3)用步骤1‑2‑4‑2)得到的(M+N)条线段对应的线性约束组合近似二次复功率约束，得到复功率线性化约束，如式(22)所示；1‑2‑5)机组有功出力、无功出力及电压幅值的上下限约束，表达式如下：其中，P_g，max表示机组g有功出力上限，P_g，min表示机组g有功出力下限；Q_g，max表示机组g无功出力上限，Q_g，min表示机组g无功出力下限；v_i，max表示节点i电压幅值上限，v_i，mim表示节点i电压幅值下限；2)对步骤1)建立的模型求解，得到电力系统安全约束经济调度方案；对步骤1)建立的模型求解，令当前迭代次数记为k，迭代完成后，得到第k次迭代的最优解v_i，θ_i，P_g，Q_g，并根据潮流方程约束式(4)和(5)分别得到模型第k次迭代后线路(i，j)的有功潮流阳无功潮流将第k次迭代的最优解v_i，θ_i，代入线路交流潮流方程：得到交流有功潮流P_ij和交流无功潮流Q_ij；根据P_ijQ_ij，的值，对所有支路将检查标幺化误差，表达式如下：其中，Δ_ij表示线路(i，j)的潮流方程近似误差；若所有线路均满足Δ_ij＜Δ_tol，Δ_tol表示线性近似误差上限，则模型收敛，迭代结束，输出v_i，θ_i，P_g，Q_g，得到了包含节点电压幅值、电压相角、机组有功出力、无功出力的电力系统安全约束经济调度方案；否则，令k＝k+1，将第k次迭代的最优解v_i，θ_i作为初值v_i，k‑1和θ_i，k‑1，更新潮流方程约束，重新返回步骤2)，进行下一次迭代。