一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法技术

本发明专利技术公开了一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，本发明专利技术针对输配电网由多级调度中心分层管理架构，该发明专利技术方法以输、配电网总控制代价最小为目标，通过引入边界影响因子将全局优化问题分解为输电网和各配电网电压稳定控制子问题；通过不断交换输配网边界连接点的电压、等值功率和边界影响因子实现全网控制的分布式计算。由于边界影响因子需由各子优化问题求解中的对偶乘子来构造，输、配电网稳定控制子问题需采用对偶乘子类优化控制算法求解。本发明专利技术无需建立输电网或配电网等值模型，只需交换少量的边界节点信息即可实现输配电网电压稳定控制分布式计算。

A distributed computing method for global voltage stability control of transmission and distribution network

The invention discloses a distributed calculation method for global voltage stability control of power transmission and distribution network. The invention aims at a hierarchical management structure of power transmission and distribution network by a multi-level dispatching center. Distribution network voltage stability control sub-problem; by continuously exchanging the voltage, equivalent power and boundary influence factors of the transmission and distribution network boundary connection points to achieve the distributed calculation of the whole network control. Because the boundary influence factors are constructed by the dual multipliers in each sub-optimization problem, the stability control sub-problems of transmission and distribution networks need to be solved by the dual multiplier sub-class optimization control algorithm. The invention does not need to establish the equivalent model of transmission network or distribution network, and only needs to exchange a small amount of boundary node information to realize the distributed calculation of voltage stability control of transmission and distribution network.

【技术实现步骤摘要】
一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法
本专利技术涉及电力系统稳定分析和控制
，特别是一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法。
技术介绍
近年来，我国电网的发展显现出特高压交直流混联、远距离交直流输送、间歇性新能源大规模汇集接入输网和小容量分散接入配网并存的特征。这给电力系统的经济运行和安全稳定提出了新的问题，其中之一就是电压稳定问题。电压稳定分析包含稳定指标计算、快速预想故障筛选与排序、提高稳定裕度的优化控制三个任务。其中电压稳定控制是电压稳定分析的最终目的，也是电网调度人员最为关心的模块。当前对电压稳定评估与控制的研究已取得了丰硕的成果，但还存在两个问题，一是重输电网、轻配电网；二是将输、配电网电压稳定评估与控制孤立开来进行。由于传统的电力系统中，配电网没有电源，是纯被动的，因此利用“只分解、不协调”的输电网、配电网相互独立计算模式可基本满足分析需求。但随着配电网向包含大量不同类型分布式电源、储能装置的主动配电网转变，各级电网间相互融合、互为支撑，潮流呈现双向性。在此新的电网形态下，配电网不再适于被简单等值为负荷，输电网的电压稳定精确评估与控制需要严格计及配电网的无功电压支撑作用，以获得更大的经济效益。考虑到输配电网由不同层级控制中心监控和管理，且在网络结构、电压等级、功率大小和阻抗参数上有很大的差异，将输、配电网集中分析和计算势必会遇到建模困难和网络计算规模庞大等问题。电力系统电压稳定优化控制问题可分为预防控制和紧急控制。当存在失稳型故障或故障后稳定裕度不满足要求的严重故障时，必须对基态电网采取措施防止潜在的电压崩溃，称为预防控制。而大多数实际电网采用的是一种最简单的预防性控制，即提高或确保当前系统的稳定裕度达到某设定值，可称之为“增强控制”，本专利技术仅针对这一问题开展研究。电力系统电压稳定预防控制问题的求解方法可分为两类。第一类方法是将整个问题分解为稳定裕度计算子问题、灵敏度分析子问题和简单优化控制子问题进行迭代求解，该方法的关键是计算灵敏度。如文献《Anapproachforrealtimevoltagestabilitymargincontrolviareactivepowerreservesensitivities》(IEEETransonPowerSystem，2012年第28卷第2期第615页)所述。第二类方法是针对所建立的特殊最优潮流问题的数学模型，采用牛顿法或内点法等非线性规划技术直接求解。对于本专利技术所研究的单潮流态稳定控制问题更适合采用该类技术。如文献《在线多预想故障静态电压崩溃预防控制》(中国电机工程学报，2006年第26卷第19期第1页)所述。对于本专利技术所研究的单潮流态稳定控制问题更适合采用第二类技术求解，但是以上文献都只针对输电网的预防控制问题，并未考虑到配电网的影响。为了有效促进新能源在配电网的分散接入，实现输配电网的协调优化控制，需要研究输配电网全局电压稳定增强控制的分布式方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，本专利技术有效促进新能源在配电网的分散接入，实现输配电网的协调优化控制。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，包括以下步骤：步骤一、求解输配电网一体化分布式潮流，获得输配电网各节点状态变量；步骤二、给配电网的边界影响因子和状态变量赋初始值；步骤三、各配电网控制中心采用对偶类优化算法计算电压稳定控制子问题，并向输电网控制中心传递边界协调变量；步骤四、输电网控制中心收到来自各配电网控制中心的边界协调变量后，输电网采用对偶类优化算法计算输电网电压稳定控制子问题，并向下级配电网传递边界协调变量；步骤五、输电网控制中心判断输配电网间是否满足边界节点收敛条件，若不满足则转步骤二，否则优化结束，输出优化结果。作为本专利技术所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法进一步优化方案，所述步骤一中，求解输配电网一体化分布式潮流，具体步骤如下：(11)输电网和配电网潮流计算的功率平衡方程为：式中，ΔPm和ΔQm分别为输电网或配电网中第m节点的不平衡有功和无功功率；Pms和Qms分别为输电网或配电网中第m节点的注入有功和无功功率；Vm和Vj分别是输电网或配电网中第m节点和第j节点电压幅值；θmj是第m节点和第j节点电压的相角差；Gmj和Bmj分别是导纳矩阵中第m节点和第j节点间的电导和电纳；展开泰勒级数，忽略二次项以及更高次项，即得到修正方程式：式中，ΔP和ΔQ分别是不平衡有功和无功功率组成的矩阵，H、N、J和L分别是雅克比矩阵中各元素组；Δθ和ΔV分别是电压相角和幅值修正量矩阵；V是电压幅值矩阵；(12)输配电网间潮流迭代过程如下：(1)赋初值：输配电网间迭代次数k＝0和第k＝0次迭代的边界节点电压(2)以第k次迭代的边界节点电压为配电网的平衡电压，求解配电网潮流方程，得到配电网第k+1次迭代的平衡节点功率作为协调变量，并传递给输电网侧；(3)将协调变量作为输电网侧边界节点的等值负荷，求解输电网潮流方程，得到输电网各状态变量，并向配电网侧传递边界节点电压(4)判断两次迭代的边界节点协调变量偏差是否小于收敛精度ε，若|ΔP(k),ΔQ(k)，ΔV(k)|max≤ε，则一体化分布式潮流迭代收敛，输出输、配电网各节点状态变量；否则，k＝k+1，转步骤(2)；其中，ΔP(k)和ΔQ(k)分别是第k次与第k+1次协调变量中有功和无功偏差，ΔV(k)是第k次与第k+1次边界节点电压偏差。作为本专利技术所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法进一步优化方案，步骤二中，在计算配电网潮流时，边界节点作为配电网的平衡节点，取电压状态变量初始值为：首次计算配电网子控制优化问题时，取第i个输电网控制结果对配电网边界节点等值功率产生变化的边界影响因子初始值为0。作为本专利技术所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法进一步优化方案，所述步骤三中，其具体步骤如下：各配电网建立电压稳定控制子问题的模型如下表示：式中：为第i个配电网的控制目标函数；为第i个输电网控制结果对配电网边界节点等值功率产生变化的边界影响因子,上标T为转置；和分别为配电网当前运行状态和鼻点运行状态下的边界节点处的等值负荷功率作为边界协调变量，为第i个配电网的控制变量，包含了分布式电源有功和无功出力、投切电容器；和分别为第i个配电网当前运行状态和鼻点运行状态下的边界节点状态变量，和为第i个配电网当前运行状态和鼻点运行状态下的状态变量；λreq为全局系统负荷裕度期望值；为预定义的第i个配电网有功、无功负荷增长量；和为第i个配电网当前运行状态和鼻点运行状态下的潮流方程；和为第i个配电网当前运行状态和鼻点运行状态下的不等式约束方程；和为第i个配电网当前运行状态和鼻点运行状态下的平衡节点功率计算方程；其中边界协调变量和由配电网潮流计算容易求得，的求解公式如下：其中，zT,pcc对应输电网电压稳定控制子优化问题中边界节点潮流方程对应的拉格朗日乘子。作为本专利技术所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法进一步优化方案，步骤四中，输电网电压稳定控制子问题的模型如下：s.t.f0,T(x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、求解输配电网一体化分布式潮流，获得输配电网各节点状态变量；步骤二、给配电网的边界影响因子和状态变量赋初始值；步骤三、各配电网控制中心采用对偶类优化算法计算电压稳定控制子问题，并向输电网控制中心传递边界协调变量；步骤四、输电网控制中心收到来自各配电网控制中心的边界协调变量后，输电网采用对偶类优化算法计算输电网电压稳定控制子问题，并向下级配电网传递边界协调变量；步骤五、输电网控制中心判断输配电网间是否满足边界节点收敛条件，若不满足则转步骤二，否则优化结束，输出优化结果。

【技术特征摘要】
1.一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、求解输配电网一体化分布式潮流，获得输配电网各节点状态变量；步骤二、给配电网的边界影响因子和状态变量赋初始值；步骤三、各配电网控制中心采用对偶类优化算法计算电压稳定控制子问题，并向输电网控制中心传递边界协调变量；步骤四、输电网控制中心收到来自各配电网控制中心的边界协调变量后，输电网采用对偶类优化算法计算输电网电压稳定控制子问题，并向下级配电网传递边界协调变量；步骤五、输电网控制中心判断输配电网间是否满足边界节点收敛条件，若不满足则转步骤二，否则优化结束，输出优化结果。2.根据权利要求1所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，其特征在于，所述步骤一中，求解输配电网一体化分布式潮流，具体步骤如下：(11)输电网和配电网潮流计算的功率平衡方程为：式中，ΔPm和ΔQm分别为输电网或配电网中第m节点的不平衡有功和无功功率；Pms和Qms分别为输电网或配电网中第m节点的注入有功和无功功率；Vm和Vj分别是输电网或配电网中第m节点和第j节点电压幅值；θmj是第m节点和第j节点电压的相角差；Gmj和Bmj分别是导纳矩阵中第m节点和第j节点间的电导和电纳；展开泰勒级数，忽略二次项以及更高次项，即得到修正方程式：式中，ΔP和ΔQ分别是不平衡有功和无功功率组成的矩阵，H、N、J和L分别是雅克比矩阵中各元素组；Δθ和ΔV分别是电压相角和幅值修正量矩阵；V是电压幅值矩阵；(12)输配电网间潮流迭代过程如下：(1)赋初值：输配电网间迭代次数k＝0和第k＝0次迭代的边界节点电压(2)以第k次迭代的边界节点电压为配电网的平衡电压，求解配电网潮流方程，得到配电网第k+1次迭代的平衡节点功率作为协调变量，并传递给输电网侧；(3)将协调变量作为输电网侧边界节点的等值负荷，求解输电网潮流方程，得到输电网各状态变量，并向配电网侧传递边界节点电压(4)判断两次迭代的边界节点协调变量偏差是否小于收敛精度ε，若|ΔP(k),ΔQ(k),ΔV(k)|max≤ε，则一体化分布式潮流迭代收敛，输出输、配电网各节点状态变量；否则，k＝k+1，转步骤(2)；其中，ΔP(k)和ΔQ(k)分别是第k次与第k+1次协调变量中有功和无功偏差，ΔV(k)是第k次与第k+1次边界节点电压偏差。3.根据权利要求2所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，其特征在于，步骤二中，在计算配电网潮流时，边界节点作为配电网的平衡节点，取电压状态变量初始值为：首次计算配电网子控制优化问题时，取第i个输电网控制结果对配电网边界节点等值功率产生变化的边界影响因子初始值为0。4.根据权利要求3所述一种输配电网全局电压稳定控制的分布式计算方法，其特征在于，所述步骤三中，其具体步骤如下：各配电网建立电压稳定控制子问题的模型如下表示：式中：为第i个配电网的控制目标函数；为第i个输电网控制结果对配电网边界节点等值功率产生变化的边界影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋泉，林青，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32