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一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型制造技术

技术编号:17783100 阅读:59 留言:0更新日期:2018-04-22 13:45
本发明专利技术公开一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型。首先对功率平衡方程中的三角函数项进行多项式拟合,并利用系统的运行特性对电压幅值和相角解耦,然后对其中的幅值和相角二次项通过泰勒级数展开的方式进行线性化处理,并针对泰勒级数展开方法对操作点的依赖性问题,提出一种适用于原‑对偶内点法的操作点更新机制,最终得到一种约束条件完全线性的全线性化最优潮流潮流模型。本发明专利技术有效解决了热启动类模型对操作环境的依赖性问题,同时提高了线性化模型的计算精度和对大系统的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型
本专利技术涉及一种电力系统线性化最优潮流模型,属于电力系统

技术介绍
最优潮流(optimalpowerflow,OPF)计算于20世纪60年代由法国学者Carpentier首次提出,是保证电力系统安全经济运行的重要手段。然而,交流最优潮流(alternatingcurrentoptimalpowerflow,ACOPF)模型具有很强的非线性特征,且其变量间的耦合十分紧密,这导致该模型的计算效率较低,无法满足大规模系统的在线实时计算需求。因此,寻找合适的线性化OPF模型显得尤为重要。直流最优潮流(directcurrentoptimalpowerflow,DCOPF)是目前求解速度最快的线性化OPF模型。但由于该模型忽略了网损,且不考虑电压幅值和无功功率的影响,导致其计算误差较大,无法获得完整的调度信息,存在一定的应用瓶颈,因此研究更完善且精确的线性化模型具有重要的现实意义。交流最优潮流模型是本专利技术所涉领域最原始的模型,最初来源于文献CarpentierJ.Contributionàl'étudedudispatchingéconomique[C]//Bull.Soc.D’Electricité.1962,3:431-447.中.现存技术中精度较高的同时考虑电压幅值和无功功率的线性化模型多为基于热启动方式的线性化模型。热启动方式是指将电力系统日内调度的前一断面历史数据或者现行断面的潮流等类型的数据作为非线性项的泰勒级数展开的操作点。热启动方式下OPF模型的求解过程始终围绕所选取的操作点进行,因此,操作点的质量将直接影响计算结果的精度。现存技术常采用当前潮流值作为操作点,需要获取系统的当前潮流,因此当系统潮流未知时,热启动方式下的线性化模型适应性变差。同时,以潮流值作为操作点无法有效保证模型的计算精度,且在应对某些对操作环境要求较高的大系统时,可能出现不收敛的情况。因此研究适用范围更广的线性化OPF模型具有重要的现实意义。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术针对交流最优潮流模型计算效率难以满足大电网运行分析的需求、DCOPF模型未计及电压幅值和无功功率的影响,无法得到完整的调度信息、热启动类线性化模型对操作点的依赖性较高等问题,提出一种电压幅值和相角解耦,且约束条件完全线性的全线性化最优潮流模型,为消除热启动模型对于操作环境的依赖性,本专利技术将操作点代入求解过程中迭代更新,并提出一种适用于原-对偶内点法(primal-dualinteriorpointmethod,PDIPM)的操作点更新机制,从而减少改善操作环境所需时间,本专利技术将这种处理方式定义为类热启动方式。技术方案:一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型,包括以下步骤:(1)分析交流最优潮流模型的非线性特征;(2)对交流最优潮流模型中的系统功率平衡方程中的三角函数项进行多项式拟合,并利用系统运行特性,将电压幅值和电压相角解耦;(3)采用泰勒级数展开的方式对功率平衡方程中的非线性项进行线性化处理,将泰勒级数展开所需的操作点代入循环中迭代更新;(4)根据所选算法的收敛特性,对操作点更新机制,减轻改善操作环境所需承受的时间代价;(5)通过算例测试验证模型的精确性和高效性。进一步地,步骤(1)中对交流最优潮流模型的非线性特征进行分析,给出交流最优潮流模型的标准形式:式中:ng表示发电机个数,a2i、a1i和a0i为第i台发电机耗费特性参数,PGi、QGi分别为第i台发电机的有功出力和无功出力,PGk、QGk分别为连接在节点i上的第k台发电机的有功出力和无功出力,PDi、QDi分别为节点i的有功负荷和无功负荷,Ui为节点i的电压幅值,θij=θi-θj为节点i和节点j的电压相角差,Gij、Bij分别为导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部,Gii、Bii分别为节点i自导纳的实部和虚部,nb为系统的节点个数,PLi、QLi为第i条支路的有功和无功潮流,nL为系统的支路条数,*、分别为各变量的下限和上限;从交流最优潮流模型可以看出,其非线性特征主要体现在约束条件中的前两条约束,也即节点功率平衡约束和线路潮流约束中,而由于节点功率为线路潮流的代数和,因此对线路潮流进行线性化处理是提高模型求解效率的关键。进一步地,步骤(2)中对系统功率平衡方程中的三角函数项进行多项式拟合,并利用系统运行特性,将电压幅值和电压相角解耦,所述方法的具体过程为:3.1由交流最优潮流模型可推导得到线路潮流表达式为:式中:Pij、Qij分别为线路ij的有功潮流和无功潮流,gij、bij分别为线路ij的电导和电纳;3.2由于电力系统在运行过程中,线路两端的相角差通常在到之间,根据这一特性,本专利技术利用MATLAB拟合工具箱对系统功率平衡方程中的三角函数项进行拟合,得到以下表达式:为方便后续表述,令C1=0.97,C2=0.49;3.3由于在电力系统运行过程中,节点电压始终维持在1pu左右,因此有UiUj≈1,故可以得到以下近似:3.4将3.2-3.3所述表达式代入3.1所述线路潮流方程中,可得到电压幅值和相角解耦的线路潮流表达式为:进一步地,步骤(3)采用泰勒级数展开的方式对功率平衡方程中的非线性项进行线性化处理,并将泰勒级数展开所需的操作点代入循环中迭代更新,所述方法的具体过程为:4.1对解耦的线路潮流约束中的电压幅值二次项和电压相角二次项进行泰勒级数展开,取其一阶项,并忽略阶段误差,可得以下近似:式中,θij0、Ui0、Uj0为各变量泰勒级数展开的基准点,即操作点;4.2将操作点代入循环中迭代更新,从而改善操作环境,消除模型对于操作环境质量的依赖性,即以第k-1次迭代所得结果作为第k次迭代所需的操作点信息,此时第k次迭代时,各变量的二次项有以下近似关系:式中:θij,k-1、Ui,k-1和Uj,k-1分别为各变量第k-1次迭代所得结果;4.3将线性处理后的各变量代入解耦的线路潮流方程中,可得:此时,节点功率平衡约束可写为:进一步地,步骤(4)中根据所选算法的收敛特性,对操作点更新机制,减轻改善操作环境所需承受的时间代价,所述方法的具体过程为:5.1本专利技术PDIPM对所述模型进行求解,该算法的收敛判据是其对偶间隙Gap小于某一设定阀值,因此Gap能有效反映出当前结果与最优值之间的差距。而Gap可由下式求得:Gap=lTz-uTw式中,l、u和z、w分别为PDIPM求解过程中引入的松弛变量和拉格朗日乘子。5.2以Polish2736节点系统为例,给出PDIPM在求解该系统OPF问题时Gap的变化过程;可以看出,仅通过前几次迭代,该算法就将Gap快速收缩,此后Gap的变化趋势逐渐趋于平缓;这说明PDIPM在前几次迭代中就将目标函数快速收敛到最优值附近,而在后续求解过程中,每次迭代对目标函数的影响逐渐减小;此时,迭代对操作环境的改善作用也逐渐变弱,如果继续更新操作点,只会增加算法的计算成本;因此,当Gap的变化趋势趋于平缓时,停止更新操作点,既有利于获得良好的操作环境,也不会给算法造成过大的时间负担。5.3为了量化“平缓”的定义,本专利技术根据PDIPM的收敛特性,定义当连续两次迭代所得的Gap之间的变化量小于第一次迭代时Gap的1%本文档来自技高网
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一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型

【技术保护点】
一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型,其特征在于:包括以下步骤:(1)分析交流最优潮流模型的非线性特征;(2)对交流最优潮流模型中的系统功率平衡方程中的三角函数项进行多项式拟合,并利用系统运行特性,将电压幅值和电压相角解耦;(3)采用泰勒级数展开的方式对功率平衡方程中的非线性项进行线性化处理,将泰勒级数展开所需的操作点代入循环中迭代更新;(4)根据所选算法的收敛特性,提出操作点更新机制,减轻改善操作环境所需承受的时间代价;(5)通过算例测试验证模型的精确性和高效性。

【技术特征摘要】
1.一种基于类热启动环境的解耦的全线性化最优潮流模型,其特征在于:包括以下步骤:(1)分析交流最优潮流模型的非线性特征;(2)对交流最优潮流模型中的系统功率平衡方程中的三角函数项进行多项式拟合,并利用系统运行特性,将电压幅值和电压相角解耦;(3)采用泰勒级数展开的方式对功率平衡方程中的非线性项进行线性化处理,将泰勒级数展开所需的操作点代入循环中迭代更新;(4)根据所选算法的收敛特性,提出操作点更新机制,减轻改善操作环境所需承受的时间代价;(5)通过算例测试验证模型的精确性和高效性。2.如权利要求1所述的基于热启动环境的解耦的半线性化最优潮流模型,其特征在于:步骤(1)中对交流最优潮流模型的非线性特征进行分析,给出交流最优潮流模型的标准形式:式中:ng表示发电机个数,a2i、a1i和a0i为第i台发电机耗费特性参数,PGi、QGi分别为第i台发电机的有功出力和无功出力,PGk、QGk分别为连接在节点i上的第k台发电机的有功出力和无功出力,PDi、QDi分别为节点i的有功负荷和无功负荷,Ui为节点i的电压幅值,θij=θi-θj为节点i和节点j的电压相角差,Gij、Bij分别为导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部,Gii、Bii分别为节点i自导纳的实部和虚部,nb为系统的节点个数,PLi、QLi为第i条支路的有功和无功潮流,nL为系统的支路条数,*、分别为各变量的下限和上限;从交流最优潮流模型可以看出,其非线性特征主要体现在约束条件中的前两条约束,也即节点功率平衡约束和线路潮流约束中,而由于节点功率为线路潮流的代数和,因此对线路潮流进行线性化处理是提高模型求解效率的关键。3.如权利要求1所述的基于热启动环境的解耦的半线性化最优潮流模型,其特征在于:步骤(2)中对系统功率平衡方程中的三角函数项进行多项式拟合,并利用系统运行特性,将电压幅值和电压相角解耦,所述方法的具体过程为:3.1由交流最优潮流模型可推导得到线路潮流表达式为:式中:Pij、Qij分别为线路ij的有功潮流和无功潮流,gij、bij分别为线路ij的电导和电纳;3.2由于电力系统在运行过程中,线路两端的相角差通常在到之间,根据这一特性,本发明利用MATLAB拟合工具箱对系统功率平衡方程中的三角函数项进行拟合,得到以下表达式:为方便后续表述,令C1=0.97,C2=0.49;3.3由于在电力系统运行过程中,节点电压始终维持在1pu左右,因此有UiUj≈1,故可以得到以下近似:3.4将3.2-3.3所述表达式代入3.1所述线路潮流方程中,可得到电压幅值和相角解耦的线路潮流表达式为:

【专利技术属性】
技术研发人员:卫志农朱梓荣孙国强臧海祥张清松
申请(专利权)人:河海大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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