本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于原對偶內(nèi)點(diǎn)法的非線性規(guī)劃潮流調(diào)整方法。

背景技術(shù)：
潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最基本的分析計(jì)算。牛頓-拉夫遜法(簡稱牛頓法)是求解非線性方程組的經(jīng)典方法，特別是稀疏存儲技術(shù)和節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號技術(shù)的引入后，因其收斂性好、計(jì)算速度快、內(nèi)存需求少的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于潮流計(jì)算領(lǐng)域，至今仍然是求解潮流計(jì)算問題的主流算法。但牛頓法難以處理潮流計(jì)算不收斂情況。潮流計(jì)算不收斂的原因從原理上可分為兩種情況：一種是潮流解(實(shí)數(shù)解)不存在，這種情況不收斂是正常的，需要計(jì)算人員調(diào)整潮流數(shù)據(jù)本身；一種是潮流解存在，但是由于計(jì)算方法本身的問題沒有計(jì)算出來，這種情況是不正常的，需要更換或改進(jìn)潮流算法以得到潮流解。牛頓法無法進(jìn)行不收斂原因分析，如果出現(xiàn)不收斂情況無法判斷是潮流解不存在還是算法本身的問題。根據(jù)非線性規(guī)劃的原理提出了最優(yōu)乘子法，將最優(yōu)乘子與常規(guī)的牛頓法相結(jié)合，在牛頓法狀態(tài)變量的方向上乘以一個(gè)最優(yōu)乘子，通過最優(yōu)乘子信息可判斷潮流解是否存在。如果潮流迭代計(jì)算過程中，最優(yōu)乘子趨近于0，則說明是潮流解不存在；如果最優(yōu)乘子趨近于1，則說明是算法本身問題?，F(xiàn)有經(jīng)典的潮流計(jì)算方法--牛頓法最大的缺點(diǎn)是無法進(jìn)行不收斂原因分析，如果出現(xiàn)不收斂情況無法判斷是否是算法本身的問題。尤其是近年來隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在實(shí)際電網(wǎng)分析中常常出現(xiàn)采用牛頓法及其改進(jìn)方法都不能很好收斂的情況，這種情況下牛頓法本身無法做出任何處理。最優(yōu)乘子法理論上能給出潮流解存在與否的信息，但僅僅得到潮流解不存在的信息是不夠的，潮流解不存在并不是潮流計(jì)算人員希望的最終結(jié)果，潮流計(jì)算人員往往只能自行調(diào)整潮流數(shù)據(jù)以期望得到正常的潮流解。在潮流解不存在的情況下，最優(yōu)乘子法具有不能給出進(jìn)一步的信息來指導(dǎo)用戶進(jìn)行潮流數(shù)據(jù)調(diào)整以得到潮流解的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于原對偶內(nèi)點(diǎn)法的非線性規(guī)劃潮流計(jì)算方法，在傳統(tǒng)算法不收斂時(shí)，判斷潮流解是否存在，準(zhǔn)確得到潮流有解還是無解的信息；而且在潮流解不存在的情況下，給出潮流調(diào)整措施，并能自動(dòng)進(jìn)行潮流數(shù)據(jù)調(diào)整，得到正常的潮流解。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于原對偶內(nèi)點(diǎn)法的非線性規(guī)劃潮流計(jì)算方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟：(1).構(gòu)造并求解無調(diào)整量的非線性規(guī)劃潮流模型，得到目標(biāo)函數(shù)值；(2).判斷目標(biāo)函數(shù)值是否為0，若為0則直接輸出潮流結(jié)果；否則執(zhí)行步驟3；(3).對可調(diào)整的調(diào)整量進(jìn)行調(diào)整；(4).構(gòu)造并求解有調(diào)整量的非線性規(guī)劃潮流模型，得到目標(biāo)函數(shù)值；(5).判斷目標(biāo)函數(shù)值是否為0，若為0，則輸出調(diào)整量的調(diào)整信息和潮流計(jì)算結(jié)果，程序結(jié)束；否則跳轉(zhuǎn)到步驟3。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1中，無調(diào)整量的情況下只求解潮流方程；電力系統(tǒng)的潮流方程可表述為：其中，Pi、Qi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入有功功率、注入無功功率，Gij、Bij為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納的電導(dǎo)分量和電納分量，為已知量；Vi、θi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和電壓相角，是待求量；NB為節(jié)點(diǎn)總數(shù)；將待求量統(tǒng)一用X表示，潮流方程即可統(tǒng)一用g(X)＝0表示；引入潮流方程誤差量，構(gòu)造方程誤差量平方和的目標(biāo)函數(shù)，可構(gòu)造非線性規(guī)劃潮流模型：其中，ε為每個(gè)潮流方程的誤差量，當(dāng)潮流方程有解時(shí)，每個(gè)潮流方程的ε均為0，即目標(biāo)函數(shù)為0，求解的待求量X為正常的潮流結(jié)果；若目標(biāo)函數(shù)不為0，則說明原始潮流方程無解，求解的待求量X為潮流方程誤差最小的最小二乘解，不是正常的潮流結(jié)果，潮流解不存在。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1中，采用原對偶內(nèi)點(diǎn)法求解潮流模型。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，原對偶內(nèi)點(diǎn)法是在非線性規(guī)劃問題中的不等式約束加入松弛變量，如公式4所示：由式(4)可得拉格朗日函數(shù)：其中，λ為拉格朗日乘子，Sl、Su為上、下限松弛變量，πl(wèi)、πu為對偶變量，μ為障礙因子。根據(jù)K-T條件求解式(5)可得：其中，H陣被稱為海森陣：求解以上線性方程組，更新原、對偶變量：其中，σ為常數(shù)，一般0.99≤σ≤0.9995；αP，αD為原、對偶變量的步長因子，其設(shè)置是為了保證所有變量可行性，一般由下式確定：障礙因子μ的選取直接影響算法的收斂性，無論原變量還是對偶變量，其轉(zhuǎn)移方向都受障礙因子影響；障礙因子采用互補(bǔ)間隙法確定：ρ(K+1)＝-Sl(K+1)Tπl(wèi)(K+1)+Su(K+1)Tπu(K+1)(12)μ(K+1)＝ρ(K+1)/2nβ(13)其中，ρ為互補(bǔ)間隙，β為加速因子，n為同一類型變量的數(shù)目。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟3中，調(diào)整量包括：變壓器變比、發(fā)電機(jī)有功無功功率，負(fù)荷有功無功功率和無功補(bǔ)償容量。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，對變壓器的變比的調(diào)整包括：取變比的倒數(shù)(1/Tk)為調(diào)整量；目標(biāo)函數(shù)、節(jié)點(diǎn)平衡方程約束與變比調(diào)整量的關(guān)系為一次函數(shù)關(guān)系，避免變比為分母的強(qiáng)非線性問題；設(shè)(i，k)支路為變壓器，變比為1:Tk，令Trec＝1/Tk，節(jié)點(diǎn)i注入的有功功率為：則潮流等式方程對Tk、Trec的二階導(dǎo)數(shù)為：可見，采用1/Tk為調(diào)整量避免了Tk為調(diào)整量的強(qiáng)非線性。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，發(fā)電機(jī)有功功率Pg和無功功率Qg作為調(diào)整量，根據(jù)發(fā)電機(jī)功率的上下限約束條件對發(fā)電機(jī)有功無功功率進(jìn)行調(diào)整：Pgmin≤Pg≤Pgmax(17)Qgmin≤Qg≤Qgmax(18)本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，負(fù)荷有功功率Pl和無功功率Ql作為調(diào)整量，根據(jù)負(fù)荷功率的上下限約束條件對負(fù)荷有功、無功功率進(jìn)行調(diào)整：Plmin≤Pl≤Plmax(19)Qlmin≤Ql≤Qlmax(20)本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，無功補(bǔ)償包括：并聯(lián)電容電抗器的投切和未知的負(fù)荷側(cè)無功補(bǔ)償。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，對并聯(lián)電容電抗器的投切的調(diào)整通過控制支路的導(dǎo)納值實(shí)現(xiàn)；設(shè)i支路為可控支路，阻抗為R+jX，導(dǎo)納值G+jB，則節(jié)點(diǎn)i注入的功率為：其中，則潮流有功等式方程對X、B的一階導(dǎo)數(shù)為：取導(dǎo)納B為調(diào)整量避免了X為調(diào)整量的強(qiáng)非線性。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，利用負(fù)荷的無功功率Ql，根據(jù)補(bǔ)償設(shè)備總的容量限制，調(diào)整未知的負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟4中，通過優(yōu)化各個(gè)調(diào)整量使潮流調(diào)整到有解的狀態(tài)，其數(shù)學(xué)模型如下：其中，X為系統(tǒng)待求量，u為調(diào)整量；g(X,u)為潮流方程；h(u)為不等式約束方程，即調(diào)整量的調(diào)節(jié)范圍約束，hl、hu為調(diào)整量的下限和上限。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種基于原對偶內(nèi)點(diǎn)法的非線性規(guī)劃潮流計(jì)算方法，解決判斷潮流解是否存在的問題以及潮流解不存在的潮流調(diào)整問題。與傳統(tǒng)的牛頓法相比，可以準(zhǔn)確得到潮流有解還是無解的信息；與最優(yōu)乘子法相比，可以在潮流解不存在的情況下，可以給出潮流調(diào)整措施，并能自動(dòng)進(jìn)行潮流數(shù)據(jù)調(diào)整，得到正常的潮流解。附圖說明圖1為一般矩陣排列方式。圖2為改進(jìn)后矩陣排列方式。圖3為基于原對偶內(nèi)點(diǎn)法的非線性規(guī)劃潮流計(jì)算方法的流程圖。具體實(shí)施方式如圖3所示，一種基于原對偶內(nèi)點(diǎn)法的非線性規(guī)劃潮流計(jì)算方法，包括如下步驟：(1).構(gòu)造并求解無調(diào)整量的非線性規(guī)劃潮流模型，得到目標(biāo)函數(shù)值；(2).判斷目標(biāo)函數(shù)值是否為0，若為0則直接輸出潮流結(jié)果；否則執(zhí)行步驟3；(3).對可調(diào)整的調(diào)整量進(jìn)行調(diào)整；(4).構(gòu)造并求解有調(diào)整量的非線性規(guī)劃潮流模型，得到目標(biāo)函數(shù)值；(5).判斷目標(biāo)函數(shù)值是否為0，若為0，則輸出調(diào)整量的調(diào)整信息和潮流計(jì)算結(jié)果，程序結(jié)束；否則跳轉(zhuǎn)到步驟3。在所述步驟1中，無調(diào)整量的情況下只求解潮流方程；電力系統(tǒng)的潮流方程可表述為：其中，Pi、Qi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入有功功率、注入無功功率，Gij、Bij為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納的電導(dǎo)分量和電納分量，為已知量；Vi、θi分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和電壓相角，是待求量；NB為節(jié)點(diǎn)總數(shù)；將待求量統(tǒng)一用X表示，潮流方程即可統(tǒng)一用g(X)＝0表示；引入潮流方程誤差量，構(gòu)造方程誤差量平方和的目標(biāo)函數(shù)，可構(gòu)造非線性規(guī)劃潮流模型：其中，ε為每個(gè)潮流方程的誤差量，當(dāng)潮流方程有解時(shí)，每個(gè)潮流方程的ε均為0，即目標(biāo)函數(shù)為0，求解的待求量X為正常的潮流結(jié)果；若目標(biāo)函數(shù)不為0，則說明原始潮流方程無解，求解的待求量X為潮流方程誤差最小的最小二乘解，不是正常的潮流結(jié)果，潮流解不存在。在所述步驟1中，采用原對偶內(nèi)點(diǎn)法求解潮流模型。原對偶內(nèi)點(diǎn)法是在非線性規(guī)劃問題中的不等式約束加入松弛變量，如公式4所示：由式(4)可得拉格朗日函數(shù)：其中，λ為拉格朗日乘子，Sl、Su為上、下限松弛變量，πl(wèi)、πu為對偶變量，μ為障礙因子。根據(jù)K-T條件求解式(5)可得：其中，H陣被稱為海森陣：求解以上線性方程組，更新原、對偶變量：其中，σ為常數(shù)，一般0.99≤σ≤0.9995；αP，αD為原、對偶變量的步長因子，其設(shè)置是為了保證所有變量可行性，一般由下式確定：障礙因子μ的選取直接影響算法的收斂性，無論原變量還是對偶變量，其轉(zhuǎn)移方向都受障礙因子影響；障礙因子采用互補(bǔ)間隙法確定：ρ(K+1)＝-Sl(K+1)Tπl(wèi)(K+1)+Su(K+1)Tπu(K+1)(12)μ(K+1)＝ρ(K+1)/2nβ(13)其中，ρ為互補(bǔ)間隙，β為加速因子，n為同一類型變量的數(shù)目。在所述步驟3中，調(diào)整量包括：變壓器變比、發(fā)電機(jī)有功無功功率，負(fù)荷有功無功功率和無功補(bǔ)償容量。對變壓器的變比的調(diào)整包括：取變比的倒數(shù)(1/Tk)為調(diào)整量；目標(biāo)函數(shù)、節(jié)點(diǎn)平衡方程約束與變比調(diào)整量的關(guān)系為一次函數(shù)關(guān)系，避免變比為分母的強(qiáng)非線性問題；設(shè)(i，k)支路為變壓器，變比為1:Tk，令Trec＝1/Tk，節(jié)點(diǎn)i注入的有功功率為：則潮流等式方程對Tk、Trec的二階導(dǎo)數(shù)為：可見，采用1/Tk為調(diào)整量避免了Tk為調(diào)整量的強(qiáng)非線性。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，發(fā)電機(jī)有功功率Pg和無功功率Qg作為調(diào)整量，根據(jù)發(fā)電機(jī)功率的上下限約束條件對發(fā)電機(jī)有功無功功率進(jìn)行調(diào)整：Pgmin≤Pg≤Pgmax(17)Qgmin≤Qg≤Qgmax(18)本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，負(fù)荷有功功率Pl和無功功率Ql作為調(diào)整量，根據(jù)負(fù)荷功率的上下限約束條件對負(fù)荷有功、無功功率進(jìn)行調(diào)整：Plmin≤Pl≤Plmax(19)Qlmin≤Ql≤Qlmax(20)本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，無功補(bǔ)償包括：并聯(lián)電容電抗器的投切和未知的負(fù)荷側(cè)無功補(bǔ)償。對并聯(lián)電容電抗器的投切的調(diào)整通過控制支路的導(dǎo)納值實(shí)現(xiàn)；設(shè)i支路為可控支路，阻抗為R+jX，導(dǎo)納值G+jB，則節(jié)點(diǎn)i注入的功率為：其中，則潮流有功等式方程對X、B的一階導(dǎo)數(shù)為：取導(dǎo)納B為調(diào)整量避免了X為調(diào)整量的強(qiáng)非線性。利用負(fù)荷的無功功率Ql，根據(jù)補(bǔ)償設(shè)備總的容量限制，調(diào)整未知的負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償。在所述步驟4中，通過優(yōu)化各個(gè)調(diào)整量使潮流調(diào)整到有解的狀態(tài)，其數(shù)學(xué)模型如下：其中，X為系統(tǒng)待求量，u為調(diào)整量；g(X,u)為潮流方程；h(u)為不等式約束方程，即調(diào)整量的調(diào)節(jié)范圍約束，hl、hu為調(diào)整量的下限和上限。有調(diào)整量時(shí)的原對偶內(nèi)點(diǎn)法改進(jìn)調(diào)整量增加后，迭代計(jì)算中LU分解時(shí)的非零注入元會急劇增加，計(jì)算時(shí)間緩慢，效率會大大降低，這主要是由于海森陣元素位置未優(yōu)化。如圖1所示，一般海森陣H形成時(shí)，ΔV、Δλp(有功潮流方程的λ)、Δλq(無功潮流方程的λ)所在行是作為一個(gè)分塊4*4矩陣整體排列，但ΔTk、ΔB等調(diào)整量卻放在矩陣最后，對整個(gè)矩陣的稀疏性造成很大影響。如圖2所示，實(shí)際上，ΔTk只與變壓器兩側(cè)的母線有關(guān)(可取任意一側(cè))，ΔB只與所聯(lián)母線有關(guān)，兩者可移到對應(yīng)母線所在ΔV、Δλp、Δλq的4*4分塊矩陣上，形成5*5、6*6或更大的分塊陣。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請待批的保護(hù)范圍內(nèi)。