一种高维空间内的安全域边界搜索方法技术

本发明专利技术涉及电力系统运行与优化技术领域，尤其是一种高维空间内的安全域边界搜索方法，包括以下步骤：S1：在注入功率空间内均匀生成边界搜索方向向量；S2：以最大化某一搜索方向上系统功率增长为目标建立目标函数的模型；S3：确定系统的注入功率空间以及当前搜索方向；S4：根据设定的约束条件建立系统内不同约束单元模型；S5：通过步骤S4建立的模型进行最优解，获得搜索方向上系统功率增长最大值；S6：更新搜索方向，重复步骤S5，直至搜索完成全部n个方向，得到当前注入功率空间内的n个静态电压安全域边界点，解决了现有技术中大规模电网存在的运行方式复杂多变、节点数目众多、传统分析方法效率较低的问题。分析方法效率较低的问题。分析方法效率较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高维空间内的安全域边界搜索方法


[0001]本专利技术涉及电力系统运行与优化
，尤其是一种高维空间内的安全域边界搜索方法。

技术介绍

[0002]随着社会的数字化程度越来越高，社会对电力的需求越来越强，对电能的质量要求也越来越高。然而随着煤炭、石油等不可再生能源的日趋枯竭，能源的供应日益紧张，电网经常在重负荷、临近稳定极限的状态下运行，导致电网电压稳定问题、线路电流越限问题和节点电压越限问题时有发生，给电力用户的正常用电带来了很大的影响。在实际电网运行中，节点电压约束是最为基本的安全约束之一。电压太接近边界将使系统承受负荷波动的能力降低，造成无功调节设备的频繁动作，所以节点电压越限的问题值得关注。当系统无功不足、电压水平较低时，系统的电压稳定性非常脆弱，可能因为外部扰动导致电压崩溃，甚至造成系统瓦解的严重事故。因此，如何针对电网电压稳定进行相关安全分析和控制策略研究，以保证复杂多变互联大电网的安全稳定运行是一项具有长远意义和挑战性的课题。
[0003]传统电力系统在进行安全性和稳定性分析时通常基于历史潮流数据，选取实际电网的典型离线方式数据并针对预先设定好的故障进行方式计算和分析，并在这种离线方式计算结果的基础上进一步地规划电网调度运行方式、制定相关的预防或紧急控制策略等。由于整个分析过程都是在离线的环境下通过大量的计算完成的，其求解及判定都需要通过大量的仿真分析，将会耗费大量的工作时间，效率极低。尤其在近些年来，我国电网迅速发展、规模越来愈大，电网结构和运行方式呈现复杂多变的特点，电网系统各种各样的突发扰动等都给电网安全稳定运行和及时控制提出了很高的要求，当前电网保持安全稳定运行水平需要更加迅速、更加可靠的在线安全计算分析和控制手段等。定义在电力系统节点注入功率空间上的静态电压安全域，是满足电力系统热稳定、静态电压稳定等各种安全稳定约束的运行点的集合。静态电压安全域针对每一个节点电压的上下限，可以分别求取一个超平面，这两个超平面近似平行，对于整个系统的无功静态安全域，则是所有节点无功静态安全域的交集，并且对于某个指定的电力系统网络拓扑结构，其在节点注入功率空间上的静态电压安全域是唯一确定的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高维空间的安全域边界搜索方法，用于解决现有技术中大规模电网存在的运行方式复杂多变、节点数目众多、传统分析方法效率较低的问题，当在高维空间内较难通过几何方法均匀生成安全域边界搜索方向时，本专利技术能够实现在任意维度空间内均匀生成任意多组边界搜索方向，并允许节点注入功率在当前运行点基础上减小，从而确定当前运行点在指定注入功率空间内的静态电压安全域边界。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种高维空间的安全域边界搜索方法，包括以下步骤：
[0007]S1：在注入功率空间内均匀生成m维均匀权重的边界搜索方向向量d
i
；
[0008]S2：以最大化某一搜索方向d
i
上系统功率增长为目标建立目标函数的模型；
[0009]S3：确定系统的注入功率空间以及当前搜索方向d
i
，以基态潮流对应的参数为初始变量，固定除注入功率空间节点外的所有节点注入功率；
[0010]S4：根据设定的约束条件建立系统内不同约束单元模型；
[0011]S5：通过步骤S4建立的模型进行最优解，获得搜索方向d
i
上系统功率增长最大值，该值即为搜索方向d
i
上的静态电压安全域边界点；
[0012]S6：更新搜索方向d
i
，重复步骤S5，直至搜索完成全部n个方向，得到当前注入功率空间内的n个静态电压安全域边界点。
[0013]进一步的，步骤S1中的边界搜索方向向量d
i
＝[a1，a2...，a
m
]，其中a
m
为边界搜索方向向量内的元素，满足a1+a2+...a
m
＝1。
[0014]进一步的，步骤S1的具体方法步骤如下：
[0015]S11：在[
‑
1，1]范围内进行步长为1/H的采样，得到集合A＝{
‑
1，
‑
1+1/H，
…
，
‑
1/H，0，1/H，
…
，1}，此时边界搜索方向向量d
i
＝[a1，a2...，a
m
]的元素满足下式(1)：
[0016][0017]S12：对上述集合A内的任一元素α
i
按照式(2)进行计算，得到集合B中对应的元素β
i
满足下式(2)：
[0018]β
i
＝Hα
i
+(H+1)，i＝1，2，...，2H+1
ꢀꢀ
(2)，
[0019]结合式(1)和式(2)得到集合B＝{1，2，
…
，2H+1}，此时边界搜索方向向量d
i
＝[b1，b2...，b
m
]内的元素需满足下式(3)：
[0020][0021]S13：采用排列组合方法将H+m(H+1)个元素1任意分为m组，并使每组内元素1的个数一一对应元素b
i
的值，均匀生成组元素[b1，b2...，b
m
]；
[0022]S14：将步骤S13生成的组元素[b1，b2...，b
m
]分别按照式(4)进行计算，得到个边界搜索方向其中d
i
＝[a1，a2...，a
m
]，
[0023][0024]进一步的，步骤S2建立的目标函数模型表达式为：其中，ΔP
i
为系统内基于当前运行点沿搜索方向d
i
总有功功率增长量。
[0025]进一步的，步骤S4中不同约束单元模型包括节点注入功率平衡约束模型，节点电压幅值约束模型，机组容量约束模型，支路交流潮流约束模型，支路电流幅值约束模型。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0027](1).本专利技术高维空间内安全域边界搜索过程中搜索方向难以大量均匀生成，且几何法不再适用的缺点；
[0028](2).本专利技术生成边界搜索方向过程较为直观简便，只需指定维度与步长两个参数即可实现足量搜索方向向量的生成；通过指定各唯独参数取值步长，使得生成的边界搜索方向在空间内均匀分布，从而排除生成过程中的不确定性；
[0029](3).本方法的代码实现较为简易，可读性高，最优解的搜索更加容易；
[0030](4).本专利技术生成的边界搜索方向同时包含了节点注入功率增加和减少两种情境，适用于各类节点所形成的注入功率空间；
[0031](5).建立由目标函数和约束条件构成的静态电压安全域边界搜索优化模型，在注入功率空间内均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高维空间的安全域边界搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在注入功率空间内均匀生成m维均匀权重的边界搜索方向向量d
i
＝[a1，a2...，a
m
]，其中a
m
为边界搜索方向向量内的元素，满足a1+a2+...a
m
＝1；S2：以最大化某一搜索方向d
i
上系统功率增长为目标建立目标函数的模型其中，ΔP
i
为系统内基于当前运行点沿搜索方向d
i
总有功功率增长量；S3：确定系统的注入功率空间以及当前搜索方向d
i
，以基态潮流对应的参数为初始变量，固定除注入功率空间节点外的所有节点注入功率；S4：根据设定的约束条件建立系统内不同约束单元模型；S5：通过步骤S2
‑
S4建立的模型进行最优解，获得搜索方向d
i
上系统功率增长最大值，该值即为搜索方向d
i
上的静态电压安全域边界点；S6：更新搜索方向d
i
，重复步骤S5，直至搜索完成全部n个方向，得到当前注入功率空间内的n个静态电压安全域边界点。2.根据权利要求1所述的一种高维空间的安全域边界搜索方法，其特征在于，步骤S1的具体方法步骤如下：S11：在[
‑
1,1]范围内进行步长为1/H的采样，得到集合A＝{
‑
1，
‑
1+1/H，
…
,
‑
1/H,0,1/H,
…
,1},此时边界搜索方向向量d
i
＝[a1，a2...，a
m
]的元素满足下式(1)：S12：对上述集合A内的任一元素α
i
按照式(2)进行计算，得到集合B中对应的元素β
i
满足下式(2)：β
i
＝Hα
i
+(H+1)、i＝1，2，
…
、2H+1

【专利技术属性】
技术研发人员：郭裕，雷轲，张爱军，刘石川，邢华栋，李丹丹，刘紫玉，慕腾，闫桂红，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，
类型：发明
国别省市：