一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法技术

本发明专利技术公开一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法。本发明专利技术将电力系统静态安全问题转化为优化问题，首先建立电力系统静态安全评价指标，作为优化目标函数；然后通过故障排序法对所有预防静态安全故障进行排序；由于UPFC拥有四种常用的潮流控制模式：定功率、电压调节、相角调节和阻抗补偿控制模式，各种控制模式控制特性各异，本发明专利技术将UPFC四种控制模式考虑到UPFC静态安全预防控制中，优化UPFC控制参数的同时，优化UPFC的控制模式；优化算法采用粒子群算法。计算结果表明，本方法得到的UPFC预防控制参数和控制模式能明显提高电力系统的静态安全水平。

A static security prevention and control method for unified power flow controller

The invention discloses a static security prevention and control method for unified power flow controller. In the invention, the power system static security problem into an optimization problem, first establish the index of power system static security assessment, as the optimization objective function; and then through the fault sort method to sort all the prevention of static safety fault; because UPFC has four kinds of tidal flow control mode: constant power, voltage regulation and phase adjustment and impedance compensation control mode, various control modes with different characteristics, the UPFC four control mode considering UPFC static security prevention and control, optimize the control parameters of UPFC and optimization of UPFC control model; optimization algorithm using particle swarm algorithm. The calculation results show that the UPFC control parameters and control modes obtained by this method can obviously improve the static security level of the power system.

【技术实现步骤摘要】
一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法
本专利技术涉及电力系统安全与控制领域，特别是涉及一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法。
技术介绍
当今的电力系统，安全并灵活的运行变得越来越重要，为了更合理的利用已有的输配电设备，灵活交流输电系统(FACTS)得到前所未有的关注和发展。灵活交流输电设备能够有效的提高系统的灵活性和可控性，而其中统一潮流控制器(UPFC)是交流柔性输电设备(FACTS)的典型代表，具有控制线路潮流，稳定母线电压，提高系统稳定性的能力。随着UPFC的逐渐推广应用，在电力系统运行控制中考虑UPFC的调节作用势在必行。静态安全是电力系统运行的基本要求，而静态安全预防控制是提高系统静态安全性重要措施之一。预防控制是指在潜在故障发生前，在不损失电源和负荷的前提下，采取的控制手段，预防控制能够使系统在发生故障时将系统从不安全运行状态转移到安全运行状态。对含UPFC系统而言，UPFC强大的潮流调节控制能力为电力系统的预防控制提供了新的控制手段。UPFC接入系统后，其潮流控制作用不仅影响系统正常运行时的潮流分布，也将影响系统故障后的潮流情况，因此为了充分发挥UPFC的潮流控制作用，提高系统的静态安全性，需对UPFC的静态安全预防控制进行研究。另外，UPFC在进行潮流控制时，其控制目标可以是线路潮流、母线电压及其相角、线路阻抗。根据UPFC控制目标的不同，UPFC有四种不同的控制模式，分别为：定功率控制、相角调节控制、阻抗补偿控制以及电压调节控制。考虑到UPFC在不同控制模式下有着不同的潮流的控制特性，UPFC对系统潮流的影响取决于其控制模式，特别在系统出现故障的情况下。因此，UPFC的静态安全预防控制需要考虑UPFC控制模式选择，现有研究普遍基于UPFC的定功率控制模式，而对其它三种控制模式考虑不足。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，本专利技术将UPFC静态安全预防控制问题转化为电力系统优化问题，以电力系统静态安全裕度为目标函数，采用粒子群算法求解。优化过程中增加N-1静态安全约束和UPFC控制模式的选择，最终形成UPFC静态安全预防控制方法，为达此目的，本专利技术提供一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，包括如下步骤：(1)读取系统网络数据、发电机出力和负荷大小相关数据；(2)计算系统的潮流，并通过灵敏度分析法，对各个线路断线后的潮流进行计算，然后进一步计算故障危害度评价指标，得到排序后的预想故障集；(3)设置种群大小、最大迭代次数以及粒子速度最大值相关PSO算法基本信息；(4)初始化各个粒子的位置和速度，这里粒子的位置信息为UPFC的三个控制变量；(5)将各个粒子带入到潮流程序中计算正常情况下的潮流分布，得到UPFC各个控制模式下的控制目标，并记录是否存在过载情况；(6)对不存在过载情况的粒子按照预想故障集中的排序进行N-1静态安全校验，分别计算在四种控制模式下N-1故障后的目标函数值，直到在某个故障后系统不再出现线路过载现象，取已经计算过的各个故障下目标函数的最大值来比较各个控制模式的优劣；(7)根据正常情况下的过载情况以及N-1校验后的目标函数值，更新每个粒子的个体最优pbest数据，并将pbest中最优解替换全局最优gbest中的数据，pbest和gbest中包括UPFC控制参数和最优的控制模式；(8)通过粒子群算法更新每一个粒子的位置和速度向量；(9)校验是否达到最大迭代次数，若未达到最大迭代次数，转到步骤(5)，否则转到步骤(10)；(10)输出最终UPFC控制参数和控制模式的优化结果。作为本专利技术进一步改进，步骤六中静态安全校验的系统静态安全评价函数由正常运行情况下系统越限线路总数、N-1状态下系统越限线路总数和系统静态安全裕度这三级评价指标来构成。作为本专利技术进一步改进，系统静态安全评价函数中设系统正常情况下过载线路总数为f1(x)，系统N-1状态下过载线路总数为f2(x)，系统静态安全裕度f3(x)，假设系统有n条线路，第i条线路的负载率为λi，母线有k条，第i条母线的电压为Vi，母线电压上下限为设发电机有m台，第i发电机出力为Pi+jQi，上下限为系统运行点Q到线路静态安全极限LM的距离为dline，母线电压的安全裕度为dbus，系统各个发电机安全裕度为dgen，定义系统静态安全裕度为：f3(x)＝1/dline+dgen+dbus(1)；其中，系统静态安全评价函数为：f(x)＝f3(x)+f1(x)r1+f2(x)r2(5)；式中r为惩罚系数。作为本专利技术进一步改进，步骤六中排序过程中采用静态安全故障排序方法，具体方法如下：建立以下标量函数PI来综合的反映系统的过负荷情况：式中：Pi为线路i上的有功功率，Pic为线路i上传输容量极限，αi为线路i中并联的路数，ωi为反映线路i重要性的权重系数，NL为系统支路总数；当系统没有过负荷时，均不大于1，PI指标较小；当系统中存在线路过负荷时，过负荷线路大于1，平方作用后PI指标将变得很大，因此该指标能够反映系统的静态安全性；当第k条线路断开后，通过前面的灵敏度分析法计算得到第i条线路上的潮流为P′i，i＝1,2,…NL且i≠k9且评价函数为：则线路断线前后，评价指标变化量为：ΔPIk＝PI′-PI(8)；将系统中所有的线路进行开断计算，对得到ΔPI进行排序，该顺序即为预想故障集中各个故障的顺序。本专利技术将电力系统静态安全问题转化为优化问题，首先建立电力系统静态安全评价指标，作为优化目标函数；然后通过故障排序法对所有预防静态安全故障进行排序；由于UPFC拥有四种常用的潮流控制模式：定功率、电压调节、相角调节和阻抗补偿控制模式，各种控制模式控制特性各异，本专利技术将UPFC四种控制模式考虑到UPFC静态安全预防控制中，优化UPFC控制参数的同时，优化UPFC的控制模式；优化算法采用粒子群算法。计算结果表明，本方法得到的UPFC预防控制参数和控制模式能明显提高电力系统的静态安全水平。附图说明图1为统一潮流控制器静态安全预防控制流程图；图2为UPFC结构示意图；图3为测试系统接线图；图4为UPFC串联侧等效电路图；图5为UPFC电压控制模式相量图；图6为UPFC相角控制模式相量图；图7为UPFC阻抗补偿控制模式相量图；图8为UPFC定功率控制模式相量图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术提供一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，本专利技术将UPFC静态安全预防控制问题转化为电力系统优化问题，以电力系统静态安全裕度为目标函数，采用粒子群算法求解。优化过程中增加N-1静态安全约束和UPFC控制模式的选择，最终形成UPFC静态安全预防控制方法。本专利技术如图1所示一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，具体步骤如下：(1)读取系统网络数据、发电机出力和负荷大小相关数据；(2)计算系统的潮流，并通过灵敏度分析法，对各个线路断线后的潮流进行计算，然后进一步计算故障危害度评价指标，得到排序后的预想故障集。(3)设置种群大小、最大迭代次数以及粒子速度最大值相关PSO算法基本信息；(4)初始化各个粒子的位置和速度，这里粒子的位置信息为UPFC的三个控制变量；(5)将各个粒子带入到潮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，包括如下步骤，其特征在于：(1)读取系统网络数据、发电机出力和负荷大小相关数据；(2)计算系统的潮流，并通过灵敏度分析法，对各个线路断线后的潮流进行计算，然后进一步计算故障危害度评价指标，得到排序后的预想故障集；(3)设置种群大小、最大迭代次数以及粒子速度最大值相关PSO算法基本信息；(4)初始化各个粒子的位置和速度，这里粒子的位置信息为UPFC的三个控制变量；(5)将各个粒子带入到潮流程序中计算正常情况下的潮流分布，得到UPFC各个控制模式下的控制目标，并记录是否存在过载情况；(6)对不存在过载情况的粒子按照预想故障集中的排序进行N‑1静态安全校验，分别计算在四种控制模式下N‑1故障后的目标函数值，直到在某个故障后系统不再出现线路过载现象，取已经计算过的各个故障下目标函数的最大值来比较各个控制模式的优劣；(7)根据正常情况下的过载情况以及N‑1校验后的目标函数值，更新每个粒子的个体最优pbest数据，并将pbest中最优解替换全局最优gbest中的数据，pbest和gbest中包括UPFC控制参数和最优的控制模式；(8)通过粒子群算法更新每一个粒子的位置和速度向量；(9)校验是否达到最大迭代次数，若未达到最大迭代次数，转到步骤(5)，否则转到步骤(10)；(10)输出最终UPFC控制参数和控制模式的优化结果。...

【技术特征摘要】
1.一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，包括如下步骤，其特征在于：(1)读取系统网络数据、发电机出力和负荷大小相关数据；(2)计算系统的潮流，并通过灵敏度分析法，对各个线路断线后的潮流进行计算，然后进一步计算故障危害度评价指标，得到排序后的预想故障集；(3)设置种群大小、最大迭代次数以及粒子速度最大值相关PSO算法基本信息；(4)初始化各个粒子的位置和速度，这里粒子的位置信息为UPFC的三个控制变量；(5)将各个粒子带入到潮流程序中计算正常情况下的潮流分布，得到UPFC各个控制模式下的控制目标，并记录是否存在过载情况；(6)对不存在过载情况的粒子按照预想故障集中的排序进行N-1静态安全校验，分别计算在四种控制模式下N-1故障后的目标函数值，直到在某个故障后系统不再出现线路过载现象，取已经计算过的各个故障下目标函数的最大值来比较各个控制模式的优劣；(7)根据正常情况下的过载情况以及N-1校验后的目标函数值，更新每个粒子的个体最优pbest数据，并将pbest中最优解替换全局最优gbest中的数据，pbest和gbest中包括UPFC控制参数和最优的控制模式；(8)通过粒子群算法更新每一个粒子的位置和速度向量；(9)校验是否达到最大迭代次数，若未达到最大迭代次数，转到步骤(5)，否则转到步骤(10)；(10)输出最终UPFC控制参数和控制模式的优化结果。2.根据权利要求1所述的一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，其特征在于：步骤六中静态安全校验的系统静态安全评价函数由正常运行情况下系统越限线路总数、N-1状态下系统越限线路总数和系统静态安全裕度这三级评价指标来构成。3.根据权利要求2所述的一种统一潮流控制器静态安全预防控制方法，其特征在于：系统静态安全评价函数中设系统正常情况下过载线路总数为f1(x)，系统N-1状态下过载线路总数为f2(x)，系统静态安全裕度f3(x)，假设系统有n条线路，第i条线路的负载率为λi，母线有k条，第i条母线的电压为Vi，母线电压上下限为Vimin，Vimax，设发电机有m台，第i发...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晖，祁万春，谢珍建，吴熙，周正宇，王亮，王哲，彭竹弈，张群，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司经济技术研究院，东南大学，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32