基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法及系统。所述最优潮流求解与安全性分析方法包括：建立以发电成本最小化为目标的最优潮流模型；提出分布式最优潮流的电力网络分区方法；提出各电网区域同步迭代的完全分布式同步交替方向乘子(SADMM)求解方法；基于电力网络潮流，提出考虑线路电压稳定指标和线路介数指标的电网在线安全性评估方法，实现电网的分布式最优潮流同步求解和在线安全性分析。本发明专利技术可实现电网的分布式最优潮流同步求解和在线安全性分析，提高电力系统运行安全性，具有一定的实际应用价值。的实际应用价值。的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及能源领域，特别是涉及一种基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法及系统。

技术介绍

[0002]万黎,袁荣湘.最优潮流算法综述[J].继电器,2005(11):80
‑
87中介绍最优潮流一直是研究和分析电力系统规划、经济调度和稳定运行的有效手段和工具。近年来，随着电力需求的不断增加、各种分布式能源的不断发展、电力系统的快速建成，再加上区域电网的互联，使得电力系统的节点数量日益增多，结构日益复杂。传统的最优潮流算法面临着电力系统规模增大所带来的数据传输压力、计算速度缓慢、数据信息安全性等问题，不具有高效性和拓展性。而分布式算法在降低通信量、缩短计算时间、保护隐私等方面具有明显的优势，在系统发生故障时也具有较高的可靠性。因此，需要开展基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，为提高电力系统安全性提供理论支撑。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种能够基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法及系统。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，所述规划方法包括：
[0006]建立以发电成本最小化为目标的最优潮流模型；
[0007]提出分布式最优潮流的电力网络分区方法；
[0008]提出各电网区域同步迭代的完全分布式同步交替方向乘子(SADMM)求解方法；
[0009]提出考虑线路电压稳定指标和线路介数指标的电网在线安全性评估方法。
[0010]可选的，所述以发电成本最小化为目标的最优潮流模型具体包括：
[0011]最优潮流是综合考虑电力系统对经济性、安全性等多方面要求，把经济调度问题和潮流计算相结合，通过对某控制变量的优化得到最优的电力系统潮流分布，实现电力系统安全、稳定和经济最优运行的目标。
[0012]构建以优化发电成本为目标的最优潮流数学模型，优化目标如下：
[0013][0014]式中，P
Gi
为第i台发电机的有功出力，a
i
、b
i
和c
i
分别表示第i台发电机燃料耗量特性的二次项系数、一次项系数和常数项；N
G
表示全系统火电机组集合。
[0015]构建以优化发电成本为目标的最优潮流数学模型，约束条件如下：
[0016]功率平衡约束：
[0017][0018][0019][0020]式中，P
is
和Q
is
为第i个节点的注入有功功率和无功功率；e
i
和f
i
为第i个节点的电压实部和虚部；G
ij
和B
ij
为系统节点导纳矩阵第i行j列元素的实部和虚部；N
i
为与第i个节点想连接的节点集合。
[0021]发电机出力约束：
[0022][0023][0024]式中，P
Gi
和Q
Gi
分别为第i台发电机的有功和无功出力，和P
Gi
分别为第i台发电机有功出力的上限与下限，和Q
Gi
分别为第i台发电机无功出力的上限与下限。
[0025]节点电压幅值约束：
[0026][0027]式中，为第i个节点的电压，为分别为第i个节点电压的上限和下限。
[0028]可选的，所述分布式最优潮流的电力网络分区方法具体包括：
[0029]求解最优潮流是一个复杂的非线性优化问题。面对庞大、复杂的电网系统，将电网进行分区使得最优潮流计算分解成多个区域的协调计算，有利于简化各种安全稳定计算、运行监视和调度管理。大规模电网的分区一般遵循以下几个原则：
[0030](1)根据实际情况中电网各部分设备的地理位置远近，按照不同电压等级进行分区；
[0031](2)分区应使得各子区域的节点规模相近，以保证各子区域的计算量相对平均，以提高计算效率，缩短计算时间；
[0032](3)应考虑使动作变量尽可能平均地分布在各个子区域内，使得各子区域的能量供需基本平衡；
[0033](4)应使得各子区域之间的联络线尽量少，可以尽可能减少计算过程的数据交换量，减少迭代次数以提高收敛性能。
[0034]根据分区原则，将整个电网系统分成若干个子区域，每个子区域内的信息都是独立的。在保证各子区域相对独立的基础之上，协调各子区域，以实现电网系统的整体最优解决方案。将电力系统最优潮流计算分解成多个区域的分布式协调计算，有利于提高计算速度、调度管理和安全监视等，但电网分区也需要考虑多区域的平衡问题。
[0035]对交流电网进行分区时，以对一个交流电网进行两区域划分为例，假定该电网以交流联络线i
‑
j作为边界划分为两个区域，将该线路以及两端节点复制并同时放到两个区域中，为保证分布式最优潮流计算得到的联络线电压和功率在两个区域中的一致性，则只需满足如下线性的边界耦合约束：
[0036][0037]f
i1
＝f
i2
[0038][0039][0040]式中，e和f分别为电压的实部和虚部；上标数字表示该变量的所属区域。
[0041]基于网络分区及边界耦合约束，可以得到电网最优潮流模型的分布式表达形式如下：
[0042][0043][0044]式中，R表示网络分区的区域集合；k
′
区域是与区域相邻的区域；x
B
为边界变量。
[0045]可选的，所述各电网区域同步迭代的完全分布式同步交替方向乘子(SADMM)求解方法，具体包括：
[0046]电网分布式最优潮流计算模型是目标函数可分、边界耦合约束线性的非线性规划模型，可采用ADMM算法实现分布式求解。
[0047]高斯赛德尔型ADMM模型如下：
[0048]min f(x)+g(z)
[0049]s.t.x＝z
[0050]式中，f(x)与g(z)为目标函数；x＝z为边界耦合约束。
[0051]构建拉格朗日方程如下：
[0052][0053]式中，y为拉格朗日乘子；ρ为惩罚因子。得到迭代方程如下：
[0054][0055]式中，t为迭代次数。
[0056]由于高斯赛德尔型ADMM算法在进行多区域分布式优化求解是一个异步迭代的计算过程，在每次迭代计算中，各个区域的优化计算只有在相邻区域的优化计算结束并把边界变量的更新值传输过来后才能进行，无法做到各区域的并行优化计算。并且，优化过程需要中央协调器收集各个区域的最新优化结果来更新拉格朗日乘子，这大大降低了计算效率。另外，高斯赛德尔型ADMM算法的收敛速度较慢，甚至收敛性无法得到保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，其特征在于，所述规划方法包括：建立以发电成本最小化为目标的最优潮流模型；提出分布式最优潮流的电力网络分区方法；提出各电网区域同步迭代的完全分布式同步交替方向乘子求解方法；提出考虑线路电压稳定指标和线路介数指标的电网在线安全性评估方法。2.根据权利要求1所述的基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，其特征在于，所述以发电成本最小化为目标的最优潮流模型具体包括：最优潮流是综合考虑电力系统对经济性和安全性方面要求，把经济调度问题和潮流计算相结合，通过对某控制变量的优化得到最优的电力系统潮流分布，实现电力系统安全、稳定和经济最优运行的目标；构建以优化发电成本为目标的最优潮流数学模型，优化目标如下：式中，P
Gi
为第i台发电机的有功出力，a
i
、b
i
和c
i
分别表示第i台发电机燃料耗量特性的二次项系数、一次项系数和常数项；N
G
表示全系统火电机组集合。3.根据权利要求2所述的基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，其特征在于，构建以优化发电成本为目标的最优潮流数学模型，约束条件如下：功率平衡约束：功率平衡约束：功率平衡约束：式中，P
is
和Q
is
为第i个节点的注入有功功率和无功功率；e
i
和f
i
为第i个节点的电压实部和虚部；G
ij
和B
ij
为系统节点导纳矩阵第i行j列元素的实部和虚部；N
i
为与第i个节点想连接的节点集合；发电机出力约束：发电机出力约束：式中，P
Gi
和Q
Gi
分别为第i台发电机的有功和无功出力，和P
Gi
分别为第i台发电机有功出力的上限与下限，和Q
Gi
分别为第i台发电机无功出力的上限与下限；节点电压幅值约束：式中，为第i个节点的电压，为分别为第i个节点电压的上限和下限。
4.根据权利要求1所述的基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，其特征在于，所述分布式最优潮流的电力网络分区方法具体包括：电网的分区遵循以下原则：(1)根据实际情况中电网各部分设备的地理位置远近，按照不同电压等级进行分区；(2)分区使各子区域的节点规模相同，各子区域的计算量平均；(3)使动作变量平均地分布在各个子区域内，使得各子区域的能量供需平衡；(4)各子区域之间的联络线最少，减少计算过程的数据交换量，减少迭代次数。5.根据权利要求4所述的基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，其特征在于，所述分布式最优潮流的电力网络分区方法具体包括：根据分区原则，将整个电网系统分成若干个子区域，每个子区域内的信息都是独立的；对交流电网进行分区时，假定该电网以交流联络线i
‑
j作为边界划分为两个区域，将该线路以及两端节点复制并同时放到两个区域中，为保证分布式最优潮流计算得到的联络线电压和功率在两个区域中的一致性，则只需满足如下线性的边界耦合约束：电压和功率在两个区域中的一致性，则只需满足如下线性的边界耦合约束：电压和功率在两个区域中的一致性，则只需满足如下线性的边界耦合约束：电压和功率在两个区域中的一致性，则只需满足如下线性的边界耦合约束：式中，e和f分别为电压的实部和虚部；上标数字表示该变量的所属区域；基于网络分区及边界耦合约束，可以得到电网最优潮流模型的分布式表达形式如下：基于网络分区及边界耦合约束，可以得到电网最优潮流模型的分布式表达形式如下：式中，R表示网络分区的区域集合；k
′
区域是与区域相邻的区域；x
B
为边界变量。6.根据权利要求1所述的基于同步交替方向乘子法的分布式最优潮流求解与在线安全性分析方法，其特征在于，所述各电网区域同步迭代的完全分布式同步交替方向乘子求解方法，具体包括：电网分布式最优潮流计算模型是目标函数可分、边界耦合约束线性的非线性规划模型，采用A...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁鹏，吕昊，刘念，王铁强，张思璐，张文武，
申请(专利权)人：华北电力大学泰豪软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：