一種可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法
【專利摘要】一種可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，涉及交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃及其運(yùn)行控制方法，尤其涉及一種用于超高壓輸電網(wǎng)的、基于提高電網(wǎng)斷面輸送能力的可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，包括以下步驟：獲取所述電網(wǎng)斷面的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和可控移相器的計(jì)劃配置臺(tái)數(shù)，建立含有可控移相器的電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡方程；建立個(gè)求解所述的最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型；根據(jù)綜合斷面?zhèn)鬏斎萘孔畲髸r(shí)可控移相器的配置狀態(tài)，確定可控移相器的最優(yōu)配置狀態(tài)；建立可控移相器運(yùn)行控制參數(shù)表；依據(jù)運(yùn)行控制參數(shù)表調(diào)節(jié)各臺(tái)可控移相器的運(yùn)行方式和移相角，本發(fā)明的方法通過(guò)可控移相器的優(yōu)化配置和運(yùn)行控制，可以將電網(wǎng)斷面輸送能力幾乎提高到斷面的理論熱穩(wěn)極限。
【專利說(shuō)明】-種可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃及其運(yùn)行控制方法，尤其涉及一 種用于超高壓輸電網(wǎng)的、基于提高電網(wǎng)斷面輸送能力的可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到設(shè)備熱穩(wěn)極限的約束、輸電線路的電壓降約束、N-1靜 態(tài)安全約束、系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性約束、電壓穩(wěn)定性約束、暫態(tài)穩(wěn)定性約束以及可靠性備用約 束而使得系統(tǒng)的輸電能力很難得到完全充分利用。電力系統(tǒng)是隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而逐步發(fā)展 的一個(gè)歷史過(guò)程，因此，在系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)不可能一次性地考慮到較遠(yuǎn)的未來(lái)情況而使系統(tǒng)能 在實(shí)際運(yùn)行的每一個(gè)時(shí)期都具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。這樣，對(duì)已運(yùn)行的電力系統(tǒng)一定會(huì)根 據(jù)運(yùn)行中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行或多或少的技術(shù)改造。一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是電網(wǎng)中的某個(gè)或某些輸 電斷面中的數(shù)條輸電線由于各自電抗大小的差異而導(dǎo)致的潮流不均。即阻抗較小的輸電 線在系統(tǒng)重負(fù)荷時(shí)率先達(dá)到其熱穩(wěn)極限，而此時(shí)斷面中的其它輸電線路尚處在利用不充分 甚至輕載的狀態(tài)。顯然，斷面潮流不均問(wèn)題限制了斷面的輸送能力，降低了輸電設(shè)備的利用 率，宏觀后果是降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)新型控制元件挖掘已有系統(tǒng)的潛力是最近 數(shù)十年電力科學(xué)研究、電網(wǎng)技術(shù)升級(jí)的一個(gè)基本思路。隨著電力電子器件的發(fā)展，可控移相 器（主要指晶閘管控制移相器，Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer，在 以下說(shuō)明中也簡(jiǎn)稱為移相器或TCPST)得到了廣泛的研究。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于FACTS優(yōu)化配 置的方法大體可以分成兩類，第一類采用靈敏度分析方法選址，第二類采用優(yōu)化方法選址。 采用靈敏度分析方法選址，由于選址指標(biāo)是非線性函數(shù)，在不同的狀態(tài)點(diǎn)得到的靈敏度數(shù) 值不同。采用優(yōu)化方法選址，針對(duì)FACTS的不同控制功能，在優(yōu)化模型中可以選擇不同的目 標(biāo)函數(shù)、控制變量和約束條件，可以準(zhǔn)確得到使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的FACTS配置方法，同時(shí)確定 其控制參數(shù)。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)"一種超高壓電網(wǎng)可控移相器優(yōu)化配置方法"（發(fā)明專利申 請(qǐng)?zhí)枺?01310384833. 8申請(qǐng)公布號(hào)：CN103414188A)公開(kāi)了一種超高壓電網(wǎng)可控移相器優(yōu) 化配置方法，該方法包括以下步驟：1)生成多個(gè)可控移相器配置備選方案；2)根據(jù)設(shè)定的 電網(wǎng)潮流目標(biāo)計(jì)算各備選方案下加裝可控移相器后的剛性需求和適應(yīng)性；3)計(jì)算各備選 方案下加裝可控移相器前后電網(wǎng)的短路電流水平，比較加裝可控移相器前后的電網(wǎng)短路電 流值，根據(jù)比較結(jié)果判斷各備選方案的短路電流抑制效果是否滿足設(shè)定要求；4)計(jì)算各備 選方案下加裝可控移相器后單位移相角變化所引起的線路潮流變化量大?。?)計(jì)算各備 選方案下加裝可控移相器的造價(jià)投資大??；6)根據(jù)最終輸出的可控移相器配置方案控制 可控移相器的安裝位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提高電網(wǎng)輸送能力和電網(wǎng)資產(chǎn)利用 效率等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于通常FACTS裝置的備選安裝線路很多，現(xiàn)有優(yōu)化方法的計(jì)算速度相 對(duì)緩慢，甚至得不到收斂解。
[0003] 另一方面，穩(wěn)態(tài)潮流控制是可控移相器應(yīng)用的最重要功能，其它功能只能是滿足 穩(wěn)態(tài)潮流控制需求之后的輔助功能?？煽匾葡嗥鞯目焖僬{(diào)節(jié)特性對(duì)穩(wěn)態(tài)潮流控制的貢獻(xiàn)在 于可以滿足系統(tǒng)（尤其是移相器所在輸電斷面上）發(fā)生元件突然退出運(yùn)行的N-1靜態(tài)安全 約束；由于采用電力電子開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)移相器的移相檔位切換，可以滿足運(yùn)行方式經(jīng)常變化要 求移相器頻繁調(diào)節(jié)的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是根據(jù)可控移相器的特點(diǎn)，提供一種用于超高壓電網(wǎng)的可控移相器 配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，既可解決建設(shè)規(guī)劃中移相器布局選址配置問(wèn)題，也可用于解決 包含可控移相器的電網(wǎng)斷面的潮流控制優(yōu)化問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，電網(wǎng)斷面為包含L個(gè)節(jié)點(diǎn)和h條輸電 線路，對(duì)應(yīng)于所述的k條輸電線路計(jì)劃配置M臺(tái)可控移相器，其中，L為> 3的正整數(shù)，&為 > 2的正整數(shù)，M為< 化的正整數(shù)；其特征在于所述的可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方 法包括以下步驟：
[0007] S100:獲取所述電網(wǎng)斷面L個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和可控移相器的計(jì)劃配置臺(tái)數(shù)M，所 述的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包括節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納，節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)有功出力、有功負(fù)荷和無(wú)功功率；
[0008] S200:用串聯(lián)電壓源和并聯(lián)電流源等效可控移相器，利用諾頓定理，將其中的電壓 源支路轉(zhuǎn)化為附加節(jié)點(diǎn)注入功率，建立含有可控移相器的電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡方程；
[0009] S300 :通過(guò)設(shè)置功率權(quán)重系數(shù)&和網(wǎng)損權(quán)重系數(shù)《2調(diào)節(jié)優(yōu)化目標(biāo)中斷面輸送功率 和系統(tǒng)網(wǎng)損的權(quán)重，以斷面輸送功率最大并且兼顧系統(tǒng)網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立含有可 控移相器并且考慮多運(yùn)行方式下斷面N-1約束的最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型

【權(quán)利要求】
1. 一種可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，電網(wǎng)斷面為包含L個(gè)節(jié)點(diǎn)和k條輸電線 路，對(duì)應(yīng)于所述的k條輸電線路計(jì)劃配置M臺(tái)可控移相器，其中，L為> 3的正整數(shù)，1^為 > 2的正整數(shù)，M為< 化的正整數(shù)；其特征在于所述的可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方 法包括以下步驟： S100:獲取所述電網(wǎng)斷面L個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和可控移相器的計(jì)劃配置臺(tái)數(shù)M，所述的 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包括節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納，節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)有功出力、有功負(fù)荷和無(wú)功功率； S200 :用串聯(lián)電壓源和并聯(lián)電流源等效可控移相器，利用諾頓定理，將其中的電壓源支 路轉(zhuǎn)化為附加節(jié)點(diǎn)注入功率，建立含有可控移相器的電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡方程； S300 :通過(guò)設(shè)置功率權(quán)重系數(shù)&和網(wǎng)損權(quán)重系數(shù)《2調(diào)節(jié)優(yōu)化目標(biāo)中斷面輸送功率和系 統(tǒng)網(wǎng)損的權(quán)重，以斷面輸送功率最大并且兼顧系統(tǒng)網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立含有可控移 相器并且考慮多運(yùn)行方式下斷面N-1約束的最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型
其中，nm為優(yōu)化問(wèn)題所考慮的基礎(chǔ)運(yùn)行方式個(gè)數(shù)；上標(biāo)m表示運(yùn)行方式m;nk為N-1開(kāi) 斷方式總數(shù)；上標(biāo)k= 0表示斷面健全運(yùn)行；k= 1，2,…，nk則表示第k個(gè)N-1開(kāi)斷方式； 標(biāo)量函數(shù)f 是系統(tǒng)在方式m下健全運(yùn)行時(shí)的目標(biāo)函數(shù)；向量函數(shù)h(m，k) = 0為方式m下 第k個(gè)開(kāi)斷方式的節(jié)點(diǎn)功率平衡方程；常數(shù)向量鏟8^、S(m'k)分別表示對(duì)向量函數(shù)g(nU)約 束的上、下限；向量u、x分別為控制向量和狀態(tài)向量； S400 :采用非線性原始-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法，以所有節(jié)點(diǎn)在基礎(chǔ)運(yùn)行方式及其N-1斷開(kāi)運(yùn)行方 式下的功率平衡方程式為等式約束條件，以發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功出力限制、移相角限制、節(jié) 點(diǎn)電壓限制為變量約束條件，以所有線路功率熱穩(wěn)極限限制為不等式約束條件，求解所述 的最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型； S500 :對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)斷面的各條線路中配置2至M臺(tái)可控移相器的所有配置狀態(tài)，采用窮 舉法重復(fù)調(diào)用步驟S400進(jìn)行計(jì)算，獲取不同配置狀態(tài)下各種基礎(chǔ)運(yùn)行方式及其N-1開(kāi)斷方 式下的斷面?zhèn)鬏斎萘浚? S600 :比較步驟S500獲得的每一種配置狀態(tài)下各種基礎(chǔ)運(yùn)行方式的斷面?zhèn)鬏斎萘浚?據(jù)綜合斷面?zhèn)鬏斎萘孔畲髸r(shí)可控移相器的配置狀態(tài)，確定可控移相器的最優(yōu)配置狀態(tài)，所 述的最優(yōu)配置狀態(tài)包括可控移相器的安裝臺(tái)數(shù)，以及各可控移相器在所述電網(wǎng)斷面中的安 裝位置； S700 :根據(jù)步驟S600確定的可控移相器最優(yōu)配置狀態(tài)，在電網(wǎng)斷面的輸電線路上配置 可控移相器；同時(shí)令目標(biāo)函數(shù)中的功率權(quán)重系數(shù)Wl = 0,令約束中取健全運(yùn)行方式個(gè)數(shù)nm =1，令負(fù)荷率入=1，對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)斷面在系統(tǒng)健全運(yùn)行狀態(tài)和斷面N-1開(kāi)斷狀態(tài)的各種運(yùn) 行方式，采用窮舉法重復(fù)調(diào)用步驟S400進(jìn)行計(jì)算，確定各可控移相器的開(kāi)機(jī)方式和移相角 取值，建立可控移相器運(yùn)行控制參數(shù)表； S800 :可控移相器控制裝置根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，讀取可控移相器運(yùn)行控制參數(shù) 表，依據(jù)運(yùn)行控制參數(shù)表調(diào)節(jié)各臺(tái)可控移相器的運(yùn)行方式和移相角，在系統(tǒng)健全運(yùn)行狀態(tài) 及N-1開(kāi)斷狀態(tài)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)斷面輸送能力的最優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，其特征在于所述的步 驟S400包括以下動(dòng)作： S410 :設(shè)置初值，令迭代次數(shù)k= 0,最大允許迭代次數(shù)Kmax = 50,中心參數(shù)〇G(〇, 1]， 計(jì)算精度e =10'選擇松弛因子[l，u]T>0,拉格朗日乘子[z>0，w〈0，y尹0]T，選取變量元 的初值； S420 :如果k〈K_，轉(zhuǎn)步驟S430 ;否則，迭代計(jì)算不收斂，退出迭代循環(huán)； S430 :按下式計(jì)算對(duì)偶間隙Gap: Gap=lTz-uTw(16) 若Gap〈e，計(jì)算成功，輸出最優(yōu)解，退出迭代循環(huán)；否則，轉(zhuǎn)步驟S440 ; S440 :由式（17)計(jì)算擾動(dòng)因子y，求解修正方程式（19)，得到M,Ay，將其回代至式 (18)中得到A1，Au,Az,Aw:
式中，〇為中心參數(shù)，滿足〇g(〇,l];
式中，向量i表示最優(yōu)潮流數(shù)學(xué)模型中的控制向量u和狀態(tài)向量x; ?⑶為目標(biāo)函 數(shù)/(幻的海森矩陣；▽#(習(xí)為等式約束/#)的海森矩陣；vk(幻為不等式約束扒幻的 海森矩陣；
S470 :按下式確定原始變量和對(duì)偶變量的步長(zhǎng)ap，ad :
S480 :分別更新原始變量與拉格朗日乘子：
S490:k=k+1，返回步驟S420。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控移相器配置優(yōu)化和運(yùn)行控制方法，其特征在于所述的步 驟S400還包括以下動(dòng)作： S450 :通過(guò)選擇變量和方程排序，將各種運(yùn)行方式下i中的狀態(tài)變量x(m'k)和對(duì)偶變量y(m，k)排列在一起，使修正方程的系數(shù)矩陣在結(jié)構(gòu)上成為箭狀矩陣； S460 :將控制變量u與各運(yùn)行方式下的狀態(tài)變量X(l?Xnk解耦之后分別求解，把修正方 程式（19)轉(zhuǎn)換為階數(shù)大幅度降低的線性方程進(jìn)行求解。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK104410068SQ201410714359
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】崔勇, 楊增輝, 郭強(qiáng), 余穎輝, 馮煜堯 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司