一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法技术

本发明专利技术提出一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法，属于电力系统安全稳定运行技术领域。该方法首先对电力系统建立优化模型，然后将优化模型分解为主问题模型和子问题模型；对主问题模型求解，确定线路开断，并联电容器、电抗器的投切和电压幅值，发电机无功功率的决策变量；根据主问题模型的求解结果，进行线路开断，并判断系统是否产生孤岛；若未形成孤岛，则将主问题模型的求解结果代入子问题模型求解，使得求解结果符合交流潮流可行性要求。本发明专利技术引入网络结构优化参与电压控制，增强了输电网的电压控制手段，有效地解决了输电网的电压偏高时各控制变量的协调优化控制问题，更好地保障了电力系统的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法
本专利技术涉及电力系统安全稳定运行的
，具体地说是一种考虑网络结构优化的输电网电压协调控制优化方法。
技术介绍
随着城市电网内部结构变化，负荷特性不断改变，这些因素对电网的无功电压特性产生巨大影响。而城市电网具有高受电比例，弱电源支撑的特点，在特殊的运行状态或故障状态下，城市电网的电压安全稳定受到严重的威胁。城市电网的在负荷低谷期间电压偏高越限的问题是目前出现的一个比较突出的问题，造成这一问题的原因包括：(1)大电网的峰谷负荷差距过大；(2)直流低功率运行；(3)电缆较多导致无功过剩；(4)动态无功储备不足、无功电源支撑缺乏等。同步发电机是电力系统中最重要的动态无功源，目前电力系统中主要是通过调节同步发电机的无功输出和吸收来控制系统中的节点电压。然而根据华东地区部分城市电网低负荷期间同步发电机无功功率的运行统计数据，尽管机组已达到吸收无功功率能力的上限，电网中节点电压偏高的问题依然存在。可以说，传统的无功优化方法和电压控制技术已经不能满足要求。中国专利技术专利(申请号201510530930.2)一种时序递进的无功电压优化调度控制方法，从日前优化、到日内修正、再到实时控制的时序递进；优化过程中考虑系统的动态特性，负荷按变化趋势即单调性分段，不同分段优化目标函数不同，兼顾了系统的经济性和安全性。同时采用基于非线性互补的原对偶内点法进行多时段藕合的求解。该方法使用原对偶内点法，无法保证控制结果的全局最优性，并且没有借助网络结构优化的手段，仍然无法解决输电网低负荷期间电压偏高的问题。中国专利技术专利(申请号201510532996.5)一种无功电压分布式优化控制系统及方法，通过调配中心的主站和个变电站的子站之间的协调，能够实现主、配电网无功电压分层分布式控制，可以确保所有配电变压器的低压侧电压合格率，实现无功的就地平衡和分层平衡。该方法分布式地解决了无功电压控制的问题，没有从全局出发进行系统电压的协调优化控制。工业实践和理论分析表明，通过在低负荷期间开断线路改变电网拓扑的方式解决电压过高的问题，是一种实际且有效的电压控制策略。目前，部分电力公司会尝试在低负荷期间，电压过高问题突出的情况下来通过开断线路降低系统电压水平，然而这一操作目前仅是依靠电力公司的经验来进行，没有明确的方法指导，无法获得一个更为合理优化的结果，可能会出现开断过多线路仍尚未达到电压控制的目标，反而危害了系统的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法。本专利技术引入网络结构优化参与电压控制，增强了输电网的电压控制手段，有效地解决了输电网的电压偏高时各控制变量的协调优化控制问题，更好地保障了电力系统的安全稳定运行。本专利技术提出的一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对需要进行电压协调优化控制的电力系统建立优化模型；具体步骤如下：1-1)确定优化模型的目标函数，表达式如式(1)所示：式(1)是对电压越限松弛量的最小化，和分别是节点i电压幅值越下限和越上限的松弛量，和均为非负数；β和χ分别是电压越下限松弛量和越上限松弛量的权重因子；nb为系统节点数；1-2)优化模型的约束条件包括:1-2-1)电压越限松弛量约束，表达式如式(2)、(3)所示：式中，Vi是节点i电压幅值，和分别是节点i电压幅值的下限和上限；1-2-2)交流潮流电压约束,表达式如式(4)、(5)所示：式中，PGi和PDi分别为节点i发电机和负荷的有功功率；QGi和QDi分别为节点i发电机和负荷的无功功率；zij是节点i和j之间的线路开断的0/1变量：当zij＝1时表示线路连接，没有开断；当zij＝0时表示线路开断；Gij和Bij分别是节点导纳矩阵中元素i-j的实部和虚部；Bij表示线路i-j的充电电容；θij是节点i-j间的电压相角差；1-2-3)发电机有功、无功功率上下限约束，表达式如式(6)、(7)所示：发电机有功功率在经济运行的附近以系数ε进行一定范围的调整，0≤ε≤0.1，调整范围在发电机有功功率上下限和以内；和分别是发电机无功功率的上下限；1-2-4)开断线路数目上限约束，表达式如式(8)所示：式中，SN为设定的线路开断数目的上限，nl表示系统内线路的总数；1-2-5)线路阻塞约束，表达式如式(9)、(10)所示：式中，Sij是线路i-j视在功率的幅值，Pij和Qij分别是线路i-j上的有功功率和无功功率；2)对步骤1)建立的优化模型进行分解；利用Benders分解法将优化模型分解为一个含有整数变量的线性优化模型和一个不含整数变量的非线性优化模型，分别作为Benders分解法求解的主问题模型和子问题模型；具体步骤如下：2-1)建立主问题模型；在低负荷状态下，近似认为节点间电压相角足够小，等效表达式如式(11)所示：cosθij＝1(11)在低负荷状态下，电压幅值接近于标幺值1，对式(4)和(5)中电压的二次项进行泰勒展开，等效表达式如式(12)、(13)所示：Vi2＝2Vi-1(12)ViVj＝Vi+Vj-1(13)在低负荷状态下，主问题模型的目标函数与步骤1)建立的优化模型的目标函数一致，为电压幅值偏离约束的最小化，表达式如式(14)所示：主问题模型的约束条件包括：电压越限松弛量约束，表达式如式(15)和(16)所示：线性化的支路无功及支路充电电容的等式约束，表达式如式(17)和(18)所示：Qij＝(Vi-Vj)Bijzij(17)式中为支路i-j在节点i的充电功率；投切电容器和电抗器的无功充电功率约束，表达式如式(19)和(20)所示：式中QCi,n和QLi,n分别为投切电容器和电抗器的注入的无功功率；和分别为每组电容器和电抗器的电纳值；zCi,n和zLi,n分别为电容器和电抗器是否投切的0/1变量；节点无功平衡约束，表达式如式(21)所示：发电机无功功率上下限约束，表达式如式(22)所示:开断线路数目上限约束，表达式如式(23)所示：2-2)建立子问题模型；子问题模型的目标函数，表达如式(24)所示：式中，η为子问题模型的目标函数值，nPQ为系统中PQ节点的数量，和分别是PQ节点i电压幅值越下限和越上限的松弛量；子问题模型的约束条件包括：电压越限松弛量约束，表达式如式(25)、(26)所示：线路开断的0/1变量和PV节点的电压幅值变量由主问题传给子问题，对应的等式约束的拉格朗日乘子用来形成反馈给主问题的Benders割，约束表达式如式(27)、(28)所示：式中，和分别为主问题模型求得的线路开断的0/1值和PV节点的电压幅值，在子问题模型中作为常数；和分别为对应式(27)和式(28)两个等式约束的拉格朗日乘子；PV节点从主问题模型到子问题模型进行一定程度的调整以满足交流潮流的可行性，约束表达式如式(29)所示：式中，γ为可调整的系数；交流潮流约束，表达式如式(30)和(31)所示：发电机有功无功功率上下限约束，表达式如式(32)和(33)所示：支路潮流阻塞约束，表达式如式(34)和(35)所示：3)对主问题模型求解，得到主问题模型的求解结果，确定线路开断，并联电容器、电抗器的投切和电压幅值，发电机无功功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对需要进行电压协调优化控制的电力系统建立优化模型；具体步骤如下：1‑1)确定优化模型的目标函数，表达式如式(1)所示：

【技术特征摘要】
1.一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对需要进行电压协调优化控制的电力系统建立优化模型；具体步骤如下：1-1)确定优化模型的目标函数，表达式如式(1)所示：式(1)是对电压越限松弛量的最小化，和分别是节点i电压幅值越下限和越上限的松弛量，和均为非负数；β和χ分别是电压越下限松弛量和越上限松弛量的权重因子；nb为系统节点数；1-2)优化模型的约束条件包括:1-2-1)电压越限松弛量约束，表达式如式(2)、(3)所示：式中，Vi是节点i电压幅值，和分别是节点i电压幅值的下限和上限；1-2-2)交流潮流电压约束,表达式如式(4)、(5)所示：式中，PGi和PDi分别为节点i发电机和负荷的有功功率；QGi和QDi分别为节点i发电机和负荷的无功功率；zij是节点i和j之间的线路开断的0/1变量：当zij＝1时表示线路连接，没有开断；当zij＝0时表示线路开断；Gij和Bij分别是节点导纳矩阵中元素i-j的实部和虚部；Bij表示线路i-j的充电电容；θij是节点i-j间的电压相角差；1-2-3)发电机有功、无功功率上下限约束，表达式如式(6)、(7)所示：发电机有功功率在经济运行的附近以系数ε进行一定范围的调整，0≤ε≤0.1，调整范围在发电机有功功率上下限和以内；和分别是发电机无功功率的上下限；1-2-4)开断线路数目上限约束，表达式如式(8)所示：式中，SN为设定的线路开断数目的上限，nl表示系统内线路的总数；1-2-5)线路阻塞约束，表达式如式(9)、(10)所示：式中，Sij是线路i-j视在功率的幅值，Pij和Qij分别是线路i-j上的有功功率和无功功率；2)对步骤1)建立的优化模型进行分解；利用Benders分解法将优化模型分解为一个含有整数变量的线性优化模型和一个不含整数变量的非线性优化模型，分别作为Benders分解法求解的主问题模型和子问题模型；具体步骤如下：2-1)建立主问题模型；在低负荷状态下，近似认为节点间电压相角足够小，等效表达式如式(11)所示：cosθij＝1(11)在低负荷状态下，电压幅值接近于标幺值1，对式(4)和(5)中电压的二次项进行泰勒展开，等效表达式如式(12)、(13)所示：Vi2＝2Vi-1(12)ViVj＝Vi+Vj-1(13)在低负荷状态下，主问题模型的目标函数与步骤1)建立的优化模型的目标函数一致，为电压幅值偏离约束的最小化，表达式如式(14)所示：主问题模型的约束条件包括：电压越限松弛量约束，表达式如式(15)和(16)所示：线性化的支路无功及支路充电电容的等式约束，表达式如式(17)和(18)所示：Qij＝(Vi-Vj)Bijzij(17)式中为支路i-j在节点i的充电功率；投切电容器和电抗器的无功充电功率约束，表达式如式(19)和(20)所示：式中QCi,n和QLi,n分别为投切电容器和电抗器的注入的无功功率；和分别为每组电容器和电抗器的电纳值；zCi,n和zLi,n分别为电容器和电抗器是否投切的0/1变量；节点无功平衡约束，表达式如式(21)所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博石，胡泽春，周前，张宁宇，徐珂，
申请(专利权)人：清华大学，国网江苏省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11