[发明专利]基于有功无功协调优化的输电网电压双层控制方法

权利要求书

1.一种基于有功无功协调优化的输电网电压双层控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101，构建输电网可调度资源的有功无功耦合模型，分析可再生能源、储能设备、无功补偿装置的有功无功出力特性；

S102，构建线路网架的交流潮流方程，并通过二阶锥松弛的方法将非凸的潮流约束转化为可以求解的二阶锥约束；

S103，将S101构建的可调度资源的有功无功耦合出力限制与S102松弛得到的线路交流潮流限制相结合，以各节点电压偏差最小化与调度成本最小化为目标函数，求解一个多目标函数的混合整数二阶锥优化问题，得到各设备的出力值；

所述S103中输电网电压控制的目标函数如下：

其中，α，β，γ为成本系数，U_j为节点j的电压，U^ref为该节点的参考电压；C_e为机组成本函数；C_bess为储能设备的成本，C_Q为无功补偿装置的成本；约束条件包括发电机组出力约束、储能设备出力约束、潮流约束、安全运行约束、无功补偿约束以及机组组合约束；

S104，考虑各调度资源的响应时间特性，构建多时间尺度双层电压控制模型，通过日前前瞻调度与日内滚动优化相结合，实现输电网电压的控制；

所述S104构建的多时间尺度双层电压控制模型具体内容为：上层控制模型以经济最优为目标，在慢时间尺度上求解多目标函数下的经济最优问题，实现日前预调度；下层控制模型为电压控制层，在快时间尺度上控制区域的电压偏差最小，同时保证控制量与上层控制模型的控制偏差最小，根据实时负荷以及可再生能源出力修改机组和储能设备，保证电压的安全性；

所述上层控制模型时间分辨率为1h，其目标函数如下：

其中，C_e为机组成本函数；C_bess为储能设备的成本，C_Q为无功补偿装置的成本，α为电压偏差系数，U_j为中枢母线j的电压值，U^ref为电压的参考值；上层约束条件包括发电机组出力约束、储能设备出力约束、潮流约束、安全运行约束；

所述下层控制模型为日内滚动时窗优化，采用模型预测控制的方法，优化的目标函数为电压偏差最小与控制设备的有功无功调节量最小，下层控制模型时间分辨率为5min，下层控制模型目标函数如下：

其中，W_p为电压偏差的权重系数，U_n为各节点电压；ΔP_gen,i，ΔQ_gen,i为发电机组的有功与无功相比于日前调度层的出力变化量，PT为控制时域时窗的大小；下层约束条件包括电压范围约束、发电机出力变化量约束、储能设备出力变化量约束、功率变化量平衡约束，其余约束和上层控制模型相同，注意日内机组只参与电压调整，其启停不受影响；无功补偿设备不参与日内模型。

2.根据权利要求1所述的基于有功无功协调优化的输电网电压双层控制方法，其特征在于，所述步骤S101中的有功无功耦合模型包括：构建风电光伏的有功无功耦合模型；构建无功补偿装置的有功无功耦合模型；构建储能设备的有功无功耦合模型。

3.根据权利要求1所述的基于有功无功协调优化的输电网电压双层控制方法，其特征在于，所述S102构建交流潮流方程约束的具体步骤包括：1)建立交流潮流的BFM模型；2)通过二阶锥松弛的方法转化非凸限制；3)通过松弛的相角约束保证潮流解的唯一性。

4.根据权利要求1所述的基于有功无功协调优化的输电网电压双层控制方法，其特征在于，所述下层控制模型具体滚动优化步骤为：

1)在T时刻求解[T,T+PT-1]时段的下层电压控制问题，使电压尽量接近参考电压，同时有、无功出力的变化量尽量小；

2)输出预测时域时刻T的有、无功分配量；

3)更新系统数据，包括当前机组有、无功出力值以及负荷波动和可再生能源出力波动预测值；

4)令T＝T+1，重复步骤1)到步骤3)。