[发明专利]一种基于合作博弈的含暂态电压安全约束的无功优化方法

说明书

本发明提出一种基于合作博弈的含暂态电压安全约束的无功优化方法，属于电力系统暂态电压安全评估及控制领域。该方法首先建立由目标函数和约束条件构成的含暂态电压安全约束的无功最优潮流模型；将该模型转化为安全方和经济方之间的合作博弈模型，通过博弈双方轮流给出决策的办法求解该模型，得到各发电机无功出力的最优运行点以及变压器分接头的最优设定值；对求解结果时域仿真，扫描预想故障集，计算得到各故障下各节点的暂态电压安全性量化评估指标；当所有故障下各节点的安全性量化评估指标均满足暂态电压安全约束时，无功优化完成。本发明求解效率高，并且通过本发明得到的优化结果可以在降低运行成本的同时保证电网安全可靠运行。

技术领域

本发明属于电力系统暂态电压安全评估及控制领域，具体涉及一种基于合作博弈的含暂态电压安全约束的无功优化方法。

背景技术

近年来，随着高压直流输电(HVDC)、大规模新能源接入电网，电力系统中出现了大量的电力电子设备，这些设备对电压瞬时变化敏感，导致系统的暂态电压问题变得越来越突出。一旦系统中发生短路故障有可能引发多回直流连续换相失败甚至闭锁、新能源连锁脱网等严重事故，存在大面积停电的风险。为了提高电力系统的暂态电压安全水平，可以通过建立一个含暂态电压安全约束的无功最优潮流模型，优化系统中不同无功设备的出力。然而，该问题本质上是一个大规模的混合整数非线性规划问题，直接求解存在较大难度，且计算时间难以满足在线应用要求。

考虑到无功最优潮流模型本身的复杂度，现有的研究在对该模型进行求解时主要采用免疫算法、遗传算法、粒子群算法等智能算法。然而，由于这一类算法中的相关参数不存在实际含义，普遍存在参数设置困难的问题，而且在求解实际问题存在耗时过长等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于合作博弈的含暂态电压安全约束的无功优化方法。该方法首先基于故障作用下各节点的暂态电压响应曲线定义了一种衡量电力系统暂态电压安全水平的量化指标，接着基于该指标建立了含暂态电压安全约束的无功最优潮流模型，然后将该模型转化为安全方和经济方两个对局者之间的合作博弈问题，最后设计了博弈双方轮流给出决策的办法来求解该模型，从而求得博弈问题的均衡解。本发明求解效率高，并且通过本发明得到的优化结果可以在降低运行成本的同时保证电网安全可靠运行。

本发明提出一种基于合作博弈的含暂态电压安全约束的无功优化方法，其特征在于，该方法基于暂态电压安全性量化评估指标，建立由目标函数和约束条件构成的含暂态电压安全约束的无功最优潮流模型，然后将该模型转化为安全方和经济方之间的合作博弈模型，该合作博弈模型包括安全方子模型和经济方子模型，对该两个子模型依次求解，得到各发电机无功出力的最优运行点以及变压器分接头的最优设定值；对求解结果进行时域仿真，扫描预想故障集，计算得到各故障下各节点的暂态电压安全性量化评估指标；当所有故障下各节点的安全性量化评估指标均满足暂态电压安全约束时，无功优化完成。该方法包括以下步骤：

(1)定义一种暂态电压安全性量化评估指标TVSI，如下式所示：

式中，V₀和V'_min分别表示节点电压的初始值和故障切除后节点电压的最小值；V_th、T_th分别表示电压的安全阈值和故障发生后电压低于V_th的可容忍时间；T_{mx_span}、T_cut、分别表示故障发生后节点电压低于V_th的最大持续时间、故障切除时刻、以及仿真结束时的电压平均值；

(2)基于步骤(1)的暂态电压安全性量化评估指标，根据预想故障集S_Flt，建立含暂态电压安全约束的无功最优潮流模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：

(2-1)确定模型的目标函数，表达式如下：