[发明专利]一种暂态稳定约束电力系统潮流优化方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的运行、分析与调度技术领域，尤其涉及一种基于差 分等式约束转化降阶的暂态稳定约束电力系统潮流优化方法。

背景技术

随着电力工业的飞速发展和电力市场化改革的深入进行，电力系统的结构、 规模和运行状况发生了复杂的变化。电力市场环境下，仅考虑静态安全约束的 传统潮流优化方法使得系统运行点更容易接近稳定极限，已无法满足现代电力 系统规划和运行的要求。文献《暂态稳定预防控制和优化新进展》指出潮流优 化属于大规模非线性规划问题，考虑暂态稳定约束后，问题中增加了微分代数 方程(Differential Algebraic Equation，DAE)约束，是一类特殊的无穷维优 化问题，对求解方法提出了更高的要求。文献《含暂态能量裕度约束多故障最 优潮流计算》讨论了处理暂态稳定约束的两类方法：基于时域仿真的差分方法 和基于李亚普诺夫函数的直接法。前者在考虑多个预想故障或大规模系统时容 易造成优化问题规模过大，出现所谓的“维数灾”；而后者的结果趋于保守。

目前在基于时域仿真的暂态稳定约束电力系统潮流优化问题上已有一些报 道：文献《Stability-constrained optimal power flow》将发电机转子运动 方程差分化后作为等式约束加入到传统的潮流优化问题中；文献《多预想故障 暂态稳定约束最优潮流》提出采用大步长对预想故障集进行故障预选和同调识 别，对于小步长计算仅考虑“起作用”故障，有效降低了问题的维数；文献 《Optimal operation solution of power system with transient stability  constraints》采用约束转换技术，通过Euclidean空间变换将含DAE的函数空 间潮流优化转换为相同规模的静态优化问题；文献《暂态稳定约束下的最优潮 流》将暂态稳定约束潮流优化问题分解为最优潮流和最优控制两个子问题，通 过交替求解这两个子问题得到该问题的解；文献《Application of differential  evolution algorithm for transient stability constrained optimal power  flow》讨论了各种智能优化算法在暂态稳定约束潮流优化问题中的应用。

基于时域仿真的暂态稳定约束潮流优化方法将发电机转子运动方程差分 化，并作为附加等式约束加入到原优化问题，这种处理方式使得修正方程组维 数随着系统规模和故障个数急剧上升，导致计算耗时过长甚至不可解。因此需 要一种可以高效的处理上述暂态稳定约束电力系统潮流优化方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于差分等式约束转化 降阶的暂态稳定约束电力系统潮流优化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于差分等式约束转化 降阶的暂态稳定约束电力系统潮流优化方法，包括如下步骤：

(1)对电力系统元件进行建模，分别描述各元件的功率特性和动态特性，组成 微分方程组{D₁}；

(2)确定暂态过程采用的步长h和时长T，采用差分方法在各步长点差分化 {D₁}，由此组成差分方程组{D₂}；

(3)根据问题规模和运行要求处理差分方程组{D₂}：对于大规模系统、要求计 算速度的优化问题，将所有差分等式约束转化为不等式约束集一{S_IC}，并将其 加入到常规潮流优化问题的不等式约束集；对于结果置信度要求高、规模中等 的优化问题，将描述故障期间的差分方程保留为等式约束集{S_EC}，而故障后差 分方程处理为不等式约束集二{S_IC}，将此等式约束集{S_EC}和不等式约束集二 {S_IC}分别加入到常规潮流优化问题的等式约束集和不等式约束集；对由差分方 程组{D₂}处理得到的不等式约束集一{S_IC}和不等式约束集二{S_IC}的上下限值 的确定依据以下原则：Limit＝±λ·h^r，h为暂态过程步长，r为所用差分方法的精 度阶数，λ为界限常数，λ∈(0，0.1]；

(4)用数值优化方法求解降阶后的潮流优化问题。