一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，首先明确电力系统无功优化问题的控制变量、目标函数和约束条件；然后将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，建立实时无功优化模型；其次引入中间变量并增加对中间变量的约束，从而消去目标函数中操作次数部分的绝对值符号；接着将整数变量松弛成连续变量，得到一组下界解；最后将得到的下界解中的整数变量向下取整，引入0‑1变量对模型进行修正，重新求解从而得到无功优化的最优解。本发明专利技术可有效避免变压器等元件的频繁调整，有效提高无功优化问题的求解效率。

A Real-time Reactive Power Optimization Method for Power System Based on Two-Stage Optimization

The invention discloses a real-time reactive power optimization method of power system based on two-stage optimization. Firstly, the control variables, objective functions and constraints of reactive power optimization problem of power system are defined; secondly, the limitation of allowable operation times is converted into the adjustment cost and introduced into the objective function to establish a real-time reactive power optimization model; secondly, the intermediate variable is introduced and the constraint of intermediate variable is increased. Then the integer variables are relaxed into continuous variables to get a set of lower bound solutions. Finally, the integer variables in the lower bound solutions are taken downward, and the 0_1 variable is introduced to modify the model, and then the optimal solution of reactive power optimization is obtained. The invention can effectively avoid frequent adjustment of transformers and other components, and effectively improve the solving efficiency of reactive power optimization problems.

【技术实现步骤摘要】
一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法
本专利技术涉及一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，属于电力系统相关

技术介绍
电力系统无功优化通过调整有载变压器抽头，无功补偿装置和发电机出力，达到提高电压质量和降低网损的目的，是保证电网安全、经济运行和优质供电的重要手段。通常无功优化只针对某时刻的负荷水平(如实时或短期预测的负荷数据)来编制的，即所谓静态无功优化，一般以有功损耗最小为目标，并考虑电压等约束。然而，随着系统负荷水平的波动，这种静态无功优化将导致变压器抽头和补偿设备频繁调整和投切，大大减少了这些设备的使用寿命，从而造成经济损失。而动态无功优化则在数学模型中引入了变压器抽头调整和补偿设备投切允许动作次数的约束，从而避免控制设备随负荷水平波动而频繁调整。由于动态无功优化一般将一天的负荷预测数据划分为若干个时段，然后以整天的网络损耗最小为目标，并对控制变量的动作次数进行直接约束，因此极大增加了无功优化问题求解的复杂度，且在实际运行过程中会收到负荷预测结果精度的影响。实际上，变压器可调抽头和无功补偿装置投切开关的允许操作次数表征的是设备的使用寿命，本质上依旧是经济性的考虑。
技术实现思路
针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，本专利技术提供一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中。该方法不仅不依赖于负荷预测结果精度，可避免设备的频繁调整，且在时段间没有耦合关系，极大地降低了无功优化问题的求解难度，具有一定的实用价值。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，包括步骤：步骤1)，根据电力系统无功优化问题的基本诉求，明确其控制变量、目标函数和约束条件；步骤2)，将网损转换成运行费用，并将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，对目标函数进行修正，从而建立实时无功优化模型；步骤3)，在目标函数中引入中间变量，并增加对中间变量的约束；步骤4)，对步骤3)得到的实时无功优化模型，将控制变量中的整数变量松弛成连续变量，采用原-对偶内点法进行求解，得到无功优化问题的下界解；步骤5)，以步骤4)所得下界解为基础，将其中的整数变量向下取整；引入0-1变量对步骤3)得到的实时无功优化模型中的整数变量进行等价代换，采用Benders分解法进行求解，得到无功优化问题的最优解，完成电力系统的实时无功优化。作为本专利技术的进一步技术方案，所述步骤1)中：电力系统无功优化问题的控制变量为发电机无功出力、变压器变比和电容电抗器无功补偿容量；电力系统无功优化问题的目标函数为：式中，f表示目标函数；PGk为第k台发电机的有功出力；PDi为节点i的有功负荷；电力系统无功优化问题的约束条件应包括功率平衡约束、设备容量约束和安全运行约束，具体为：功率平衡约束：式中，QGk表示第k台发电机无功出力；Plp、Qlp分别为第l条支路的首端节点p的有功功率和无功功率；Plq、Qlq分别为第l条支路的末端节点q的有功功率和无功功率；QDi表示节点i的无功负荷；k∈i表示第k台发电机是接在节点i上的；p∈i表示第l条支路的首端节点p与节点i为同一节点；q∈i表示第l条支路的末端节点q与节点i为同一节点；Ui表示节点i的电压幅值；hgi、hbi分别表示并联在节点i上电抗器的电导和并联在节点i上电容器的电纳；安全及容量约束：式中，PGk、分别为第k台发电机有功出力PGk的下限值、上限值；QGk、分别为第k台发电机无功出力QGk的下限值和上限值；Ui、分别为节点i的电压幅值Ui的下限值和上限值；Pl、分别为第l条线路有功功率大小Pl的下限值和上限值；Tl、分别为第l条线路上变压器变比Tl的下限值和上限值；hgi、分别为节点i上电抗器的电导hgi的下限值和上限值；hbi、分别为节点i上电容器的电纳hbi的下限值和上限值。作为本专利技术的进一步技术方案，所述步骤2)中，修正后的目标函数为：式中，c'u＝cu/(αH)，α为电能单价，H为优化时间间隔，cu为整数变量单位变化量的调整代价；Δu＝u1-u0为整数变量的变化量，u1为整数变量的最优值，u0为整数变量的初始值。作为本专利技术的进一步技术方案，所述步骤3)中，引入中间变量后的目标函数为：中间变量的约束为：式中，Δu1和Δu2为非负中间变量，M为一个极小数。作为本专利技术的进一步技术方案，步骤4)中基于优化软件GAMS的IPOPT求解器进行求解。作为本专利技术的进一步技术方案，步骤5)中基于优化软件GAMS的DICOPT求解器进行求解。作为本专利技术的进一步技术方案，M取值为10-6。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术将变压器和电容电抗器操作次数的限制转换成调整代价对无功优化的目标函数进行修正，提出一种不依赖于负荷预测精度的实时无功优化模型，有效避免了无功设备的频繁调整，从而提高设备的使用寿命。同时，本专利技术针对无功优化问题中的离散变量，提出一种两阶段优化方法，基于原-对偶内点法和Benders分解法对模型进行求解，可有效降低问题的求解难度，提高问题的求解效率。综上，本专利技术适用于实时无功优化场景，可有效提高系统的电压质量，并提高电网运行的经济效益。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，下面描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。下面结合具体示例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，包括步骤：步骤1)，根据电力系统无功优化问题的基本诉求，明确其控制变量、目标函数和约束条件；步骤2)，将网损转换成运行费用，并将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，对目标函数进行修正，从而建立实时无功优化模型；步骤3)，在目标函数中引入中间变量，并增加对中间变量的约束，从而消去目标函数中的绝对值符号，降低模型的求解难度；步骤4)，对步骤3)得到的实时无功优化模型，将控制变量中的整数变量松弛成连续变量，基于优化软件GAMS，采用原-对偶内点法(IPOPT求解器)进行求解，得到无功优化问题的下界解；步骤5)，以步骤4)所得下界解为基础，将其中的整数变量下界解向下取整；引入0-1变量对步骤3)得到的实时无功优化模型中的整数变量进行等价代换，基于优化软件GAMS，采用Benders分解法(DICOPT求解器)进行求解，得到无功优化问题的最优解，完成电力系统的实时无功优化。进一步，所述步骤1)中，电力系统无功优化问题的控制变量为发电机无功出力、变压器变比和电容电抗器无功补偿容量。无功优化的目标是保证节点电压在合格范围内的同时尽量减小系统网络损耗，因此，其目标函数为：式中，f表示目标函数；PGk为第k台发电机的有功出力；PDi为节点i的有功负荷；无功优化问题的约束条件应包括功率平衡约束、设备容量约束和安全运行约束，而由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，其特征在于，包括步骤：步骤1)，根据电力系统无功优化问题的基本诉求，明确其控制变量、目标函数和约束条件；步骤2)，将网损转换成运行费用，并将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，对目标函数进行修正，从而建立实时无功优化模型；步骤3)，在目标函数中引入中间变量，并增加对中间变量的约束；步骤4)，对步骤3)得到的实时无功优化模型，将控制变量中的整数变量松弛成连续变量，采用原‑对偶内点法进行求解，得到无功优化问题的下界解；步骤5)，以步骤4)所得下界解为基础，将其中的整数变量向下取整；引入0‑1变量对步骤3)得到的实时无功优化模型中的整数变量进行等价代换，采用Benders分解法进行求解，得到无功优化问题的最优解，完成电力系统的实时无功优化。

【技术特征摘要】
1.一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，其特征在于，包括步骤：步骤1)，根据电力系统无功优化问题的基本诉求，明确其控制变量、目标函数和约束条件；步骤2)，将网损转换成运行费用，并将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，对目标函数进行修正，从而建立实时无功优化模型；步骤3)，在目标函数中引入中间变量，并增加对中间变量的约束；步骤4)，对步骤3)得到的实时无功优化模型，将控制变量中的整数变量松弛成连续变量，采用原-对偶内点法进行求解，得到无功优化问题的下界解；步骤5)，以步骤4)所得下界解为基础，将其中的整数变量向下取整；引入0-1变量对步骤3)得到的实时无功优化模型中的整数变量进行等价代换，采用Benders分解法进行求解，得到无功优化问题的最优解，完成电力系统的实时无功优化。2.根据权利要求1所述的一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，其特征在于，所述步骤1)中：电力系统无功优化问题的控制变量为发电机无功出力、变压器变比和电容电抗器无功补偿容量；电力系统无功优化问题的目标函数为：式中，f表示目标函数；PGk为第k台发电机的有功出力；PDi为节点i的有功负荷；电力系统无功优化问题的约束条件应包括功率平衡约束、设备容量约束和安全运行约束，具体为：功率平衡约束：式中，QGk表示第k台发电机无功出力；Plp、Qlp分别为第l条支路的首端节点p的有功功率和无功功率；Plq、Qlq分别为第l条支路的末端节点q的有功功率和无功功率；QDi表示节点i的无功负荷；k∈i表示第k台发电机是接在节点i上的；p∈i表示第l条支路的首端节点p与节点i为同一节点；q∈i表示第l条支路的末端节点q...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，朱梓荣，孙国强，臧海洋，朱瑛，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32