[发明专利]考虑时段间耦合的无功优化的工程实用化求解方法

摘要

本发明提供了考虑时段间耦合的无功优化的工程实用化求解方法，属于电力系统调度优化运行领域。该方法具体步骤包括：首先读取考虑时段间耦合的无功优化所需的系统运行基础信息与技术参数，以及机组运行基础信息与技术参数；然后，构建以系统运行网损最小化为目标的非线性规划模型，计算无功调节设备控制变量的连续解；构建以系统网损增量最小化为目标的混合整数规划模型，计算无功调节设备控制变量的离散解；接着，将所得离散解代入之前构建的非线性规划模型中，再次计算调整发电机组的无功出力水平；在满足电力系统运行安全约束条件的基础上，得到考虑时段间耦合的无功优化的工程实用解。本方法开发难度小、效率高，具有很强的实用性。

主权项

1.一种考虑时段间耦合的无功优化的工程实用化求解方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：1)读取无功优化所需的系统运行的基础信息与技术参数；系统运行的基础信息与技术参数，包括：系统的节点数目、线路数目、机组类型、机组数目、机组接入节点信息、节点负荷信息、网络拓扑结构、线路技术参数、电容器数目、电容器接入节点信息、电容器技术参数、变压器数目、变压器连接节点信息和变压器技术参数；2)读取无功优化所需的机组运行的基础信息与技术参数；机组运行的基础信息与技术参数，包括：机组类型、机组额定容量、机组有功最小技术出力、机组无功最小技术出力和机组有功爬坡能力；3)构建以系统运行网损最小化为目标的非线性规划模型，模型由目标函数和约束条件构成；3‑1)设系统有N个节点、U台有载调压变压器、M台可调发电机、有R个节点装设可投切电容器组，全天时段为T，设目标函数为：式(1)为系统全天有功网损最小化的计算表达式；式中，Ploss为系统全天有功网损，ploss(t)为各时段的系统有功网损；Yij为节点导纳矩阵第i行第j列的元素；Vi(t)为时段t节点i的电压，δij(t)为时段t线路ij首末两端的相角差；3‑2)约束条件包括：节点有功/无功平衡方程约束，如式(2)所示：式中，PGi(t)、QGi(t)分别为时段t节点i机组的有功、无功出力，PDi(t)、QDi(t)分别为时段t节点i有功、无功负荷；QCi(t)为时段t节点i电容器注入的无功功率，计算表达式为QCi(t)＝kCi(t)QcN，kCi(t)为时段t投入电容器的组数，QcN为单组电容器的容量；状态变量的上下限约束，如式(3)所示：xSVmin(t)≤xSV(t)≤xSVmax(t)   (3)式中，状态变量的表达式为xSV(t)＝[V1(t),V2(t),...,VN(t),PGslack(t)]T，V1(t)，V2(t)，…，VN(t)分别为节点1，2，…，N的节点电压，PGslack(t)为松弛节点的有功出力；T为矩阵转置符号；xSVmin(t)为时段t状态变量的下限取值，xSVmax(t)为时段t状态变量的上限取值；控制变量的上下限约束，如式(4)所示：xCVmin(t)≤xCV(t)≤xCVmax(t)   (4)式中，控制变量的表达式为xCV(t)＝[QG(t),kC(t),kT(t)]T，QG(t)，kC(t)与kT(t)分别为由控制变量的发电机无功出力QGi(t)，无功补偿电容器投切组数kCi(t)与有载调压变压器变比kTi(t)所组成的行向量；xCVmin(t)为时段t控制变量的下限取值，xCVmax(t)为时段t控制变量的上限取值；4)计算无功调节设备控制变量的连续解；将步骤1)和步骤2)中读取的系统运行的基础信息与技术参数和机组运行的基础信息与技术参数，代入步骤3)所构建的无功优化模型中，计算得到无功调节设备控制变量的连续解，包括：各台发电机组的无功出力，电容器投切组数的连续解和变压器变比的连续解；5)构建以系统网损增量最小化为目标的混合整数规划模型，模型由目标函数和约束条件构成；5‑1)此模型优化目标为有效处理无功控制设备的离散控制变量和全天的动作次数约束，设目标函数为：式(5)为系统网损增量最小的计算表达式；式中，x′_CV(t)＝[k′_Ci(t),k′_Ti(t)]为优化的离散控制变量，即时段t的电容器投切组数和变压器分接头的调节档位；为步骤3)优化得到控制变量的松弛解，作为本步骤控制变量进行优化调整的初始值；为t时段系统网损对控制变量的灵敏度矩阵，Ω_step＝[Q_Cstep,T_step]为无功控制设备的动作步长；5‑2)约束条件包括：状态变量调整范围的上下限约束，如式(6)所示：式中，SUxCV(t)＝[SUQC(t),SUT(t)]为节点电压对控制变量的灵敏度矩阵；Ui(t)为时段t节点i的电压幅值，Umin(t)为时段t节点电压的下限取值，Umax(t)为时段t节点电压的上限取值；控制变量的上下限约束，如式(7)所示：式中，int为取整标志；控制设备全天的动作次数约束,如式(8)所示：式中，无功设备动作次数限制K＝[kCmax,kTmax]T，其中kCmax,kTmax分别为kC(t)，kT(t)的最大值；式(8)转为如下形示表达：式中，Z(t)为离散变量，表示无功控制设备时段t的动作次数；δ1(t),δ2(t)为0‑1整数变量，MC为一个大的正数；6)计算无功调节设备控制变量的离散解；将步骤4)中计算得到的无功调节设备控制变量的连续解，代入到步骤5)构建的混合整数规划模型中，计算得到电容器投切组数的离散解与变压器变比的离散解；7)将步骤6)中的计算结果代入步骤3)构建的非线性规划模型中，再次计算调整发电机组的无功出力水平；8)在满足电力系统运行各类安全约束条件的基础上，得到考虑时段间耦合的无功优化的工程实用解。