一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法及系统，方法步骤包括将连续无功资源期望值离散化，与离散无功资源一起，参与电网自动电压控制；将电网自动电压优化控制问题转化一个带边界条件的多目标离散变量优化问题，按人工智能算法，得到最优解；将最优解中各离散无功资源期望值固化，同时，将最优解中各区域中枢母线电压，进行二级电压控制求解，得到各连续无功资源的期望值。本发明专利技术综合考虑了降低开关类设备动作次数和降低网损等多个优化目标，仅通过一次全局优化就有效地实现了离散、连续无功资源统一协调优化，优化效率极高，且建立在传统AVC系统基础上，便于实施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法及系统
本专利技术涉及电力系统的电网自动电压控制(AVC)技术，具体涉及一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法及系统，用于协调离散、连续无功资源，达到降低电网开关类设备动作次数、降低网损等多个优化控制目标。
技术介绍
自动电压控制(AutomaticVoltageControl，AVC)系统是现代电网电压、无功控制的主要系统，通过对电网无功资源的自动调控，提高电网电压质量、降低网损，保证电网安全经济优质运行。现代电网无功电压资源包括电源侧的各类并网机组、动态无功补偿设备与电网侧的动态无功补偿设备、并联电容\电抗器、变压器分接头等。从控制特性上，可分为连续无功资源(并网机组和动态无功补偿设备)与离散无功资源(并联电容\电抗器和变压器变比)两大类。早期的AVC系统只能单独对其中一类资源进行统一协调控制。随着电网规模的不断扩大，电网结构日益复杂，电网侧动态无功补偿设备(如SVC、SVG、STATCOM、调相机等)不断增加，要求新一代AVC系统能对全网无功资源开展统一控制。AVC系统面临离散、连续无功源协调优化控制问题。从控制设备类型上，连续无功资源和离散无功资源也是不同的，连续无功资源的控制设备均为电子类设备，期望值调整对其损耗很小，调整次数对设备寿命的影响基本可忽略不计；离散无功资源的控制设备均为断路器、变压器分接头等开关类设备，期望值调整对其损耗较大，动作次数直接影响设备寿命。故，从设备使用成本考虑，应尽量减小离散无功资源期望值的调整次数。传统AVC系统中目前最主流的控制模式为三级控制模式，即整个控制系统分为三个层次：三级、二级电压控制为各级电网调控中心主站集中控制，控制时间常数一般是分钟级；三级电压控制根据状态估计结果，按全网最优经济为目标，计算得到各区域中枢母线电压期望值；二级电压控制将电网分为若干区域，根据SCADA实时采样数据，按中枢母线电压实时值与期望值偏离最小为目标，计算得到各无功资源的状态期望值；一级电压控制为无功资源就地控制，控制无功或母线电压跟踪期望值。这种模式优点是控制层级清晰、优化目标明确、技术成熟，最大的不足是没有考虑对离散无功资源的控制。传统AVC系统中对离散无功资源的控制一般依靠所在变电站九区图控制模式及地区电网类九区图控制模式，根据目标电压和无功的缺、盈，控制离散无功资源调整。当某个离散无功资源调整次数过多、过密时，闭锁相应的控制设备，以限制调整次数。这种模式优点是控制方法简单，最大的不足是优化效果较差，无减低网损的功能。因此，亟需一种以综合降低开关类设备动作次数和网损为优化目标的协调离散、连续无功资源的自动化电压控制(AVC)方法。现有涉及电网自动电压控制的方法不少，但没有在协调离散、连续无功资源基础上综合降低开关类设备动作次数和网损的多目标优化控制方法。如申请号为201310111454.1的中国专利文献公开了一种基于AVC系统的无功电压优化方法及装置，采用原对偶内点法、分支界定法及电压校正控制模型法来处理离散、连续无功源协调优化控制问题，未考虑降低开关类设备动作次数的目标；如申请号为201410057500.9的中国专利文献公开了一种地区电网AVC控制方法，考虑历史经验和未来变化趋势，闭锁调整过多的离散无功资源控制设备，限制单个离散无功资源期望值调整次数，未涉及离散、连续无功源协调控制，也未考虑多目标优化；如申请号为201510079849.7的中国专利文献公开了一种AVC系统的控制方法，将连续无功资源离散化后作为离散无功资源参与优化控制，优化目标只考虑单一目标，未考虑含降低开关类设备动作次数的多目标优化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法，能够协调控制离散/连续无功资源的多优化目标电网自动电压控制，可综合降低开关类设备动作次数和网损，以实现电网最优经济运行。本专利技术综合考虑了降低开关类设备动作次数和降低网损等多个优化目标，仅通过一次全局优化就有效地实现了离散、连续无功资源统一协调优化，优化效率极高，且建立在传统AVC系统基础上，便于实施。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法，实施步骤包括：1)获取电网的实时状态数据和状态估计结果；2)将电网中全部连续无功资源的期望值按可调范围离散化，与离散无功资源一起，参与电网自动电压控制；3)综合考虑降低开关类设备动作次数和网损，将电网自动电压优化控制问题转化一个带边界条件的多目标离散变量优化问题的数学模型；4)求解所提出的多目标离散变量优化问题的数学模型得到最优解；5)将最优解中各离散无功资源状态值作为期望值，以遥控指令的形式，直接遥控并联电容、电抗器断路器合/分，以及变压器分接头位置变化；6)将最优解中各区域中枢母线电压值作为期望值进行二级电压控制求解，得到各连续无功资源的期望值，以遥调指令的形式下发各发电厂和动态无功补偿设备执行。优选地，步骤2)中的连续无功资源包括并网机组和动态无功补偿设备，可调范围是指当前时刻连续无功资源可以调节的范围。优选地，步骤3)中带边界条件的多目标离散变量优化问题的数学模型如式(1)和(2)所示；式(1)和(2)中，f(x,y,z,λ)为多目标函数，x为作为控制变量的离散量形式的无功资源期望值，y为并联电容、电抗器断路器状态，y＝0表示断路器断开，y＝1表示断路器闭合，z为有载可调变压器的变比，λ为综合目标权重因子；λ1、λ2、λ3分别为网损、并联电容/电抗器断路器投/切次数和变压器变比变化次数的权重因子，Ploss为网损，ykn,t为节点n上编号为k的并联电容/电抗器组在t时刻的断路器状态，ykn,t-1为节点n上编号为k的并联电容/电抗器组在t-1时刻的断路器状态，zml,t为节点号m、l之间有载可调变压器t时刻的变比，zml,t-1为节点号m、l之间有载可调变压器t-1时刻的变比，n为有并联电容/电抗器接入的节点号；k为n节点上接入并联电容/电抗器组的编号；m、l为有载可调变压器两端的节点号；t、t-1分别为当前控制时刻和前一时刻；g(x,y,z)为等式边界条件；h(x,y,z)为不等式边界条件，hmin为不等式边界条件的下边界，hmax为不等式边界条件的上边界。优选地，网损、并联电容/电抗器断路器投/切次数和变压器变比变化次数的权重因子λ1、λ2、λ3取值比例为：λ1:λ2:λ3＝单位网损成本:单次断路器投/切成本:单次分接头变化成本。优选地，网损Ploss的数学函数表达式如式(3)所示；式(3)中，Ploss为网损，i、j为电网支路ij两端的节点号，Gij为电网支路ij的支路电导，Vi、Vj分别为节点i、j的电压幅值，θi、θj分别为节点i、j的相角。优选地，等式边界条件g(x,y,z)的数学模型如式(4)所示；式(4)中，Pi为节点i有功功率总和，含注入功率和输出功率，以注入为正；Vi为节点i的电压幅值，Gij为电网支路ij的支路电导，θij为电网支路ij的相角，Bij为电网支路ij的支支路电纳；Xi,t为节点i注入无功期望值总和，含连续无功资源期望值和离散无功资源期望值，以注入为正；Qi为节点负荷无功功率总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于实施步骤包括：1)获取电网的实时状态数据和状态估计结果；2)将电网中全部连续无功资源的期望值按可调范围离散化，与离散无功资源一起，参与电网自动电压控制；3)综合考虑降低开关类设备动作次数和网损，将电网自动电压优化控制问题转化一个带边界条件的多目标离散变量优化问题的数学模型；4)求解所提出的多目标离散变量优化问题的数学模型得到最优解；5)将最优解中各离散无功资源状态值作为期望值，以遥控指令的形式，直接遥控并联电容、电抗器断路器合/分，以及变压器分接头位置变化；6)将最优解中各区域中枢母线电压值作为期望值进行二级电压控制求解，得到各连续无功资源的期望值，以遥调指令的形式下发各发电厂和动态无功补偿设备执行。

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于实施步骤包括：1)获取电网的实时状态数据和状态估计结果；2)将电网中全部连续无功资源的期望值按可调范围离散化，与离散无功资源一起，参与电网自动电压控制；3)综合考虑降低开关类设备动作次数和网损，将电网自动电压优化控制问题转化一个带边界条件的多目标离散变量优化问题的数学模型；4)求解所提出的多目标离散变量优化问题的数学模型得到最优解；5)将最优解中各离散无功资源状态值作为期望值，以遥控指令的形式，直接遥控并联电容、电抗器断路器合/分，以及变压器分接头位置变化；6)将最优解中各区域中枢母线电压值作为期望值进行二级电压控制求解，得到各连续无功资源的期望值，以遥调指令的形式下发各发电厂和动态无功补偿设备执行。2.根据权利要求1所述的基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于，步骤2)中的连续无功资源包括并网机组和动态无功补偿设备，可调范围是指当前时刻连续无功资源可以调节的范围。3.根据权利要求2所述的基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于，步骤3)中带边界条件的多目标离散变量优化问题的数学模型如式(1)和(2)所示；式(1)和(2)中，f(x,y,z,λ)为多目标函数，x为作为控制变量的离散量形式的无功资源期望值，y为并联电容、电抗器断路器状态，y＝0表示断路器断开，y＝1表示断路器闭合，z为有载可调变压器的变比，λ为综合目标权重因子；λ1、λ2、λ3分别为网损、并联电容/电抗器断路器投/切次数和变压器变比变化次数的权重因子，Ploss为网损，ykn,t为节点n上编号为k的并联电容/电抗器组在t时刻的断路器状态，ykn,t-1为节点n上编号为k的并联电容/电抗器组在t-1时刻的断路器状态，zml,t为节点号m、l之间有载可调变压器t时刻的变比，zml,t-1为节点号m、l之间有载可调变压器t-1时刻的变比，n为有并联电容/电抗器接入的节点号；k为n节点上接入并联电容/电抗器组的编号；m、l为有载可调变压器两端的节点号；t、t-1分别为当前控制时刻和前一时刻；g(x,y,z)为等式边界条件；h(x,y,z)为不等式边界条件，hmin为不等式边界条件的下边界，hmax为不等式边界条件的上边界。4.根据权利要求3所述的基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于，网损、并联电容/电抗器断路器投/切次数和变压器变比变化次数的权重因子λ1、λ2、λ3取值比例为：λ1：λ2：λ3＝单位网损成本：单次断路器投/切成本：单次分接头变化成本。5.根据权利要求3所述的基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于，网损Ploss的数学函数表达式如式(3)所示；式(3)中，Ploss为网损，i、j为电网支路ij两端的节点号，Gij为电网支路ij的支路电导，Vi、Vj分别为节点i、j的电压幅值，θi、θj分别为节点i、j的相角。6.根据权利要求3所述的基于多目标优化的电网自动电压控制方法，其特征在于，等式边界条件g(x，y，z)的数学模型如式(4)所示；

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晋波，徐昭麟，熊尚峰，刘海峰，朱维钧，何晓，李敏，童争光，李理，郭思源，洪权，蔡昱华，潘伟，徐先勇，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43