一种城市电网供电充裕度计算系统技术方案

一种城市电网供电充裕度计算系统，其特征在于：它包括等值模型拟合模块、信赖域子问题求解模块、目标函数真实下降值求解模块、目标函数搜索步长搜索方向调整模块和交流潮流计算模块；城市电网的网络基础数据和计算初值输入计算系统中，在等值模型拟合模块中，根据基础数据和计算初值，输出目标函数的等值二阶模型，当等值二阶模型的ＨＥＳＳＥＮ矩阵范数值小于允许误差时，即通过目标函数真实下降值求解模块，最终输出电网供电能力充裕度值。本发明专利技术的城市电网供电充裕度计算系统充分发挥了信赖域法求解病态优化问题有效性和局部超线性收敛的优点，同时交流潮流算法精确的反映了系统电压水平、支路传输能力和无功潮流对网络供电能力的影响，能够计及网络中的各节点电压约束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统计算系统，特别关于一种城市电网供电充裕度计算系统。
技术介绍
城市电力网供电能力充裕度评估主要通过求解城市电网最大供电能力，进而与电网现状电力负荷水平进行对比，评估电网的供电裕度。城市电网供电能力充裕度评估涉及城市输电网、高压配电网和低压配电网，其目标函数的表达式如下 方程(1)表示城市电网供电充裕度值UNPSAI为电网最大负荷供应能力MNSPL与现状电网的最大负荷水平MPL的比值，反映电网适应电力负荷变化的能力。电网最大负荷供应能力MNSPL的计算在数学上可理解为一个求解极值的问题，即在满足网络中发电设备和输电线路均不超过额定容量等约束的条件下，求取网络中所有负荷点有功负荷之和的极大值。其目标函数为 式中PLi为第i个负荷节点的有功功率，n为负荷点总数。方程(2)的约束条件为电源容量上下限约束；线路热稳定容量约束；变压器等物理元件的热稳定输送容量约束；母线电压约束。从目标函数及相关的约束条件可以看出，网络中约束条件的存在，尽管目标函数的表达式比较简单，但是在极值点附近却呈现出非常强的非线性特征。目前，城市电网的供电能力充裕度评估还没有一种较为科学精确的方法。传统的评价城市电网供电能力充裕度的主要方法有电力电量平衡法、尝试法、最大负荷倍数法和网络最大流法等。 1)电力电量平衡法和变电容量平衡法是城市电网规划设计中常用的供电能力充裕度评估方法。规划人员在电网规划工作过程中首先采用电力电量平衡法和变电容量平衡来评估城市电网的供电能力，然后通过潮流计算校验不同水平年的网络结构在N-1条件下的可靠度。此方法的最大缺陷在于，它无法得到规划水平年的电网结构的最大供电能力，因此只能通过网络元件的N-1停运的方式校验电网中其余元件是否过负荷，从而进行对城市电网供电能力充裕度的定性评估，而无法得出城市电网供电充裕度和可靠度的量化评估结果。因此当电网的电力负荷预测偏差较大时，规划网络的适应性的将会出现明显不足。 2)尝试法是通过给定某系统负荷，并按照一定的负荷分配系数将负荷分配到各个负荷点，再对其进行潮流计算；如果没有支路发生功率越线，则增加系统负荷，进行潮流计算，直到增加很小的负荷就会导致支路传输功率超过支路的热稳定极限为止。该方法评价结果的准确性取决于负荷分配系数的合理性，计算过程比较繁琐。 3)最大负荷倍数法以网络现有负荷为基础，通过计算网络所能达到的最大负荷倍数来评价网络供电能力。该方法的评价结果很大程度上受到网络现有负荷分布状况的影响。 4)网络最大流法首先将供电网络转化为等效网络，即系统状态流程图，再根据支路的容量约束和等效网络的最小割集容量来确定网络的最大供电能力。该方法适用于求解局部网络的最大供电能力，而不适合求解城市电力网络的最大供电能力的目标函数。 综上所述，城市电网的供电能力裕度评估在以下几个方面需要突破(1)人工通过交流潮流进行供电能力评估计算量巨大、耗时耗力，而且计算精度难于把握。(2)直流潮流法结合优化方法进行的供电能力分析无法计及网络的无功电压约束，所得结果仍需通过交流潮流的计算校验。(3)求解城市电网最大供电能力的目标函数存在明显的非线性特征，需要对非线性问题求解能力较好的算法模型。因此，电网供电能力充裕度的计算分析需要精度和效率更高的算法模型，交流潮流算法结合优化算法是计算城市电网供电能力充裕度的发展方向。 信赖域方法的研究起源于Powell 1970年的工作，他提出了一个求解无约束优化问题的算法，该算法在每次迭代时要求新的迭代点与当前的迭代点之间的距离不超过一个可控的数值。引入控制步长是因为传统的线性搜索方法常常由于步长过大而导致算法失败，特别是当问题是病态时尤为如此。控制步长实质上等价于在以当前迭代点为中心的邻域内对一个近似于原问题的简单模型求极值。这种技巧可理解为只在一个邻域内对近似模型的信赖，所以此邻域被称为信赖域(trust region)，对应的方法也就被称为信赖域法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种在反映电网中的电压约束、支路功率约束和发电约束的同时，可有效求解城市电网最大供电能力的目标函数的城市电网供电充裕度计算系统。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种城市电网供电充裕度计算系统，其特征在于它包括等值模型拟合模块、信赖域子问题求解模块、目标函数真实下降值求解模块、目标函数搜索步长搜索方向调整模块和交流潮流计算模块；在所述等值模型拟合模块中，根据输入的基础数据和计算初值，输出目标函数的等值二阶模型，当所述等值二阶模型的HESSEN矩阵范数值小于允许误差时，即通过所述目标函数真实下降值求解模块计算所述目标函数的值，最终输出电网供电能力充裕度值；当所述等值二阶模型的HESSEN矩阵范数值大于或等于所述允许误差时，在所述信赖域子问题求解模块中，结合所述基础数据和计算初值和所述等值二阶模型，输出所述当前目标函数值与等值二阶模型的极值之差求得的预估下降值；在所述目标函数真实下降值求解模块中，通过交流潮流技术输出所述目标函数的真实下降值；在所述执行搜索方向调整模块中，通过所述预估价降值和真实下降值的比值，调整所述目标函数值的搜索步长和搜索方向，输出新的搜索点和信赖域边界到所述等值模型拟合模块中。 所述等值二阶模型为其中f(xk)为所述目标函数在当前搜索点xk的数值，gk为所述目标函数f(x)的广义一阶导数矩阵，Gk为所述目标函数f(x)的Hessen矩阵，s为算子。 所述信赖域子问题求解模块中的所述等值二阶模型的极值为 s.t.‖dk‖＜hk 其中，dk为当前搜索步长，hk为当前信赖域边界，求得minq(dk)后，进而计算目标函数的预估下降值。 所述执行搜索方向调整模块中，调整所述目标函数值的搜索步长和搜索方向的方法为，当所述比值＞0时，更新当前搜索点，即令新搜索点；否则重新以当前搜索点为起点搜索；当所述比值＜0.25时，缩小信赖域边界；当所述比值≥0.75时，如果搜索步长达到所述当前信赖域边界时，则放大信赖域边界，否则在原有信赖域内进行搜索。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术的城市电网供电能力充裕度算法，不仅可以用于评估城市电网对电力负荷波动的适应性，而且可以通过对比不同网络结构条件下供电能力充裕度差异评估电网结构的合理性，因此对城市电网规划的意义重大。2、本专利技术的城市电网供电充裕度计算系统在配电网供电能力的求取过程中，由于负荷点及目标函数的迭代过程采用信赖域法和交流潮流相结合的算法，负荷点的迭代步长能够根据交流潮流计算的结果和子空间函数匹配程度及时调整，算法良好的收敛性得到了充分的展现。3、本专利技术的城市电网供电充裕度计算系统充分发挥了信赖域法求解病态优化问题有效性和局部超线性收敛的优点，目标函数求解的收敛性更好，同时交流潮流算法精确的反映了系统电压水平、支路传输能力和无功潮流对网络供电能力的影响，能够计及网络中的各节点电压约束。 附图说明 图1是本专利技术城市电网供电充裕度计算系统的流程示意图 图2是本专利技术实施例中A区的网络拓扑结构及网络基本参数示意图 图3是本专利技术实施例中功率因数为0.99时的目标函数迭代过程示意图 图4是本专利技术实施例中功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市电网供电充裕度计算系统，其特征在于：它包括等值模型拟合模块、信赖域子问题求解模块、目标函数真实下降值求解模块、目标函数搜索步长搜索方向调整模块和交流潮流计算模块；在所述等值模型拟合模块中，根据输入的基础数据和计算初值，输出目标函数的等值二阶模型，当所述等值二阶模型的ＨＥＳＳＥＮ矩阵范数值小于允许误差时，即通过所述目标函数真实下降值求解模块计算所述目标函数的值，最终输出电网供电能力充裕度值；当所述等值二阶模型的ＨＥＳＳＥＮ矩阵范数值大于或等于所述允许误差时，在所述信赖域子问题求解模块中，结合所述基础数据和计算初值和所述等值二阶模型，输出所述当前目标函数值与等值二阶模型的极值之差求得的预估下降值；在所述目标函数真实下降值求解模块中，通过交流潮流技术输出所述目标函数的真实下降值；在所述执行搜索方向调整模块中，通过所述预估价降值和真实下降值的比值，调整所述目标函数值的搜索步长和搜索方向，输出新的搜索点和信赖域边界到所述等值模型拟合模块中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬如，李红军，崔凯，杨卫红，宋毅，
申请(专利权)人：国网北京经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]