一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，在大规模系统扰动与故障后的优化场景下，本发明专利技术通过识别恢复或稳定电压的关键控制目标与措施，能够使优化规模控制在一个相对固定的范围，可以显著降低优化计算量，有效避免决策集爆炸问题，同时，本发明专利技术设置阶梯优化权重所需的信息为模型预测控制计算的过程量，几乎不需要额外的计算时间，基于轨迹灵敏度方法，将复杂的非线性规划问题转化为相对易于处理的混合整数规划问题，大幅降低了优化复杂度。

Voltage coordination control method based on ladder optimization weight

The invention discloses a voltage control method based on weight optimization step, in a large-scale system disturbance and fault after optimization scenario, the key control objectives and measures of recognition or recovery of voltage stability, can make the optimal scale control in a relatively fixed range, can significantly reduce the computation. Avoid explosion problem, decision set at the same time, the invention sets the control process calculation for model prediction step to optimize the weights required information, almost no additional computation time, trajectory sensitivity method based on the complex nonlinear programming problem is formulated as a mixed integer programming problem is relatively easy to handle, dramatically reducing the complexity of optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法
本专利技术涉及一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法。
技术介绍
中长期电压稳定问题的慢动态持续几秒钟到几分钟，需要及时采取控制措施防止系统电压恶化发展。在该时间尺度下系统的不确定性特点对控制决策制定有显著影响，传统基于时间断面数据的单步优化方法难以处理模型不匹配问题导致的控制效果偏差。模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)采用滚动时域多步优化能够有效处理系统不确定性问题，已广泛应用于中长期电压稳定控制问题，但随着系统规模的增加，优化复杂度会显著增加，存在决策集爆炸的风险。现有的分区优化算法存在区域互联，独立控制的问题；区域内单一先导节点的选择不利于优化全局性效果；且当电压薄弱点出现在分区边界时，会出现调压控制器选择不合理的情况，影响电压控制效果。考虑到电压控制问题的局部性特点，在一个故障场景下，相比于规模较大的优化原始决策集，最优控制集往往集中在一个相对较小的范围，因此在电压控制场景下，存在筛选决策集，辨识关键目标节点和控制措施的可能性与必要性。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，本专利技术通过识别恢复或稳定电压的关键控制目标与措施，能够使优化规模控制在一个相对固定的范围，可以显著降低优化计算量，有效避免决策集爆炸问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，包括以下步骤：(1)在任意时刻采集扰动后广域量测系统传输的实时数据，经过状态估计后得到控制初始时刻的电网实时数据，以此为初值点基于隐式梯形法时域仿真求取当前时刻为开始时刻的预测时域的长度时间段内的预测电压轨迹；(2)提取时域仿真的过程量，求取系统电压节点相对于系统内调压控制措施的轨迹灵敏度，利用预测时域结束时刻的轨迹灵敏度值构建电压响应特性矩阵；(3)基于电压响应特性矩阵，利用模糊聚类方法求取系统节点的关联度特性矩阵，并结合得到的预测轨迹确定优化目标函数中电压偏移项的阶梯权重；(4)利用预测轨迹、轨迹灵敏度和求取的优化目标函数中的阶梯权重，基于模型预测控制方法建立电压协调控制模型，并求解当前控制时域内最优控制序列，将最优控制序列中的控制输入向量施加于系统。在每个控制时域初始时刻重复步骤(1)-(4)，直到预测时域内各节点电压幅值满足系统正常运行要求。所述步骤(1)中，扰动使系统节点电压偏移正常运行阈值时，初始化优化次数n＝1。所述步骤(2)中，调压控制施加于控制时域内的各采样点处。所述步骤(2)中，轨迹灵敏度为电力系统模型相对于控制输入向量求导，施加控制变量所导致的代数变量增量为对应电力系统控制向量对应的电力系统代数向量的轨迹灵敏度。所述步骤(2)中，得到的节点电压对于预测时域的长度时间段内采样点时刻施加控制的轨迹灵敏度，母线i处的电压幅值对于控制变量j的轨迹灵敏度为Si,j(t)，取其在预测时域结束时刻的值构成电压响应显著度矩阵S，S为Ni×Nj矩阵，Ni和Nj分别为系统节点和控制变量的总数，各个元素的大小能够体现控制对节点电压幅值的影响显著程度。所述步骤(3)中，关联度特性矩阵的求取方法以及阶梯权重的设置方法包括：(3-1)对求取的电压响应显著度矩阵进行标准化处理；(3-2)基于模糊聚类方法表达各个负荷节点之间的相似或接近程度，求取关联度特性矩阵；(3-3)根据每次滚动优化时当前预测时域结束时刻负荷节点i处的电压幅值与设定阈值的大小关系，确定阶梯权重。进一步的，所述步骤(3-3)中，若母线i处的预测电压幅值低于设定阈值Vth，则母线i称为电压越限节点，该类节点对应目标函数中的电压偏移项具有最大权重Wm。进一步的，所述步骤(3-3)中，若全部电压偏移项权重非零的节点电压对于控制措施i的轨迹灵敏度均小于响应阈值，则备选决策集移除该控制变量，即对应目标函数中的控制权重为0。所述步骤(4)中，电压协调控制模型的具体建立方法为：保持控制输入向量不变，取得到的预测周期内的电压轨迹，根据线性化系统的性质，将电压轨迹灵敏度信息与控制输入向量相乘后线性叠加，得到控制导致的电压幅值变化量；将预测周期内的电压轨迹与导致的电压幅值变化量线性叠加，得到电力系统施加控制后各目标节点预测输出向量，电压协调优化模型优化问题转化为以调节量为独立变量的二次规划问题。所述步骤(4)中，优化目标函数为：式中：K代表预测时域tp内的采样点数量，tp＝(K-1)ts，ts为采样周期；m代表单次优化控制决策的步数，tc＝mts，tc为控制时域；Q为设置的电压偏移阶梯权重矩阵，R分别为设置的控制权重矩阵，Vr为节点参考电压组成的向量，为施加控制措施后的预测电压幅值组成的向量；Δu为控制输入调节量，u为电力系统控制输入量，向量Δu和u的下标k代表其在预测时域内第(k+1)个采样点处(tn+kts)时刻的取值。所述步骤(4)中，目标函数的优化约束包括电压幅值向量、控制输入上、下限约束和控制调节速率约束。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)在大规模系统扰动与故障后的优化场景下，本专利技术通过识别恢复或稳定电压的关键控制目标与措施，能够使优化规模控制在一个相对固定的范围，可以显著降低优化计算量，有效避免决策集爆炸问题。(2)设置阶梯优化权重所需的信息为模型预测控制计算的过程量，几乎不需要额外的计算时间。(3)基于轨迹灵敏度方法，将复杂的非线性规划问题转化为相对易于处理的混合整数规划问题，大幅降低了优化复杂度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1模型预测控制原理图；图2Nordic32仿真测试系统；图3未施加控制时系统电压演化轨迹；图4应用本专利技术提出方法后的系统电压演化轨迹；图5为本专利技术的流程示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在分区优化算法存在区域互联，独立控制的问题；区域内单一先导节点的选择不利于优化全局性效果；且当电压薄弱点出现在分区边界时，会出现调压控制器选择不合理的情况，影响电压控制效果的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，如图5所示，包括以下步骤：步骤1：扰动使系统节点电压偏移正常运行阈值时，初始化优化次数n＝1。步骤2：在tn时刻，调控中心采集扰动后广域量测系统传输的系统实时数据，经过状态估计后得到控制初始时刻的电网实时数据，以此为初值点基于隐式梯形法时域仿真求取[tn,tn+tp]时间段内的预测电压轨迹。当n＝1时，[t1,t1+tp]为第一次优化的预测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)在任意时刻采集扰动后广域量测系统传输的实时数据，经过状态估计后得到控制初始时刻的电网实时数据，以此为初值点基于隐式梯形法时域仿真求取当前时刻为开始时刻的预测时域的长度时间段内的预测电压轨迹；(2)提取时域仿真的过程量，求取系统电压节点相对于系统内调压控制措施的轨迹灵敏度，利用预测时域结束时刻的轨迹灵敏度值构建电压响应特性矩阵；(3)基于电压响应特性矩阵，利用模糊聚类方法求取系统节点的关联度特性矩阵，并结合得到的预测轨迹确定优化目标函数中电压偏移项的阶梯权重；(4)利用预测轨迹、轨迹灵敏度和求取的优化目标函数中的阶梯权重，基于模型预测控制方法建立电压协调控制模型，并求解当前控制时域内最优控制序列，将最优控制序列中的控制输入向量施加于系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)在任意时刻采集扰动后广域量测系统传输的实时数据，经过状态估计后得到控制初始时刻的电网实时数据，以此为初值点基于隐式梯形法时域仿真求取当前时刻为开始时刻的预测时域的长度时间段内的预测电压轨迹；(2)提取时域仿真的过程量，求取系统电压节点相对于系统内调压控制措施的轨迹灵敏度，利用预测时域结束时刻的轨迹灵敏度值构建电压响应特性矩阵；(3)基于电压响应特性矩阵，利用模糊聚类方法求取系统节点的关联度特性矩阵，并结合得到的预测轨迹确定优化目标函数中电压偏移项的阶梯权重；(4)利用预测轨迹、轨迹灵敏度和求取的优化目标函数中的阶梯权重，基于模型预测控制方法建立电压协调控制模型，并求解当前控制时域内最优控制序列，将最优控制序列中的控制输入向量施加于系统。2.如权利要求1所述的一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：在每个控制时域初始时刻重复步骤(1)-(4)，直到预测时域内各节点电压幅值满足系统正常运行要求。3.如权利要求1所述的一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，调压控制施加于控制时域内的各采样点处。4.如权利要求1所述的一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，轨迹灵敏度为电力系统模型相对于控制输入向量求导，施加控制变量所导致的代数变量增量为对应电力系统控制向量对应的电力系统代数向量的轨迹灵敏度。5.如权利要求1所述的一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，得到的节点电压对于预测时域的长度时间段内采样点时刻施加控制的轨迹灵敏度，母线i处的电压幅值对于控制变量j的轨迹灵敏度为Si,j(t)，取其在预测时域结束时刻的值构成电压响应显著度矩阵S，S为Ni×Nj矩阵，Ni和Nj分别为系统节点和控制变量的总数，各个元素的大小能够体现控制对节点电压幅值的影响显著程度。6.如权利要求1所述的一种基于阶梯优化权重的电压协调控制方法，其特征是：所述步骤(3)中，关联度特性矩阵的求取方法以及阶梯权重的设置方法包括：(3-1)对求取的电压响应显著度矩阵进行标准化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，刘萌，张青青，张高峰，王庆玉，王华佳，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，山东中实易通集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37