專利名稱：電力系統放松約束的無功設備優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力系統放松約束的無功設備優(yōu)化方法。 技術背景
隨著電力系統自動化程度的不斷提高，無功優(yōu)化控制將越來越得到人們的重視。 合理地運用電壓無功的調節(jié)手段，能使電力部門及用戶總體設備的運行指標達到最佳狀 態(tài)。
無功功率在電網中的流動，對電網的安全、經濟運行有著重要的影響。要保證電網 的安全、經濟運行，降低電網損耗，總是希望電網的無功最好不流動，即所謂的理想狀態(tài)?；?者盡量少流動，特別要避免無功功率通過輸電線路遠距離流動.實現系統的無功平衡。維 持無功平衡是保持節(jié)點電壓水平的關鍵。由于電網中不僅有大量的無功負荷，而且還有大 量的無功功率損耗，僅靠發(fā)電機提供的無功功率往往滿足不了電網在額定電壓水平下的無 功功率平衡，或為避免大量無功流動，因此還需要進行無功補償。在電力網適當的地點接入 并聯無功功率補償裝置，能夠減小線路和變壓器輸送的無功功率，因而可減小線路和變壓 器的電壓損耗和提高電力網的電壓水平，同時還能減小電力網的功率損耗，提高經濟效益。 當系統負荷變化時，通過調節(jié)無功功率補償裝置輸出的無功功率，就能控制電力網的電壓。
但實際電網的無功電源配置方案可能存在不足，通過無功設備優(yōu)化后的線損和理 論線損的對比，可以發(fā)現實際電網運行中存在的問題。對實際電網模型的無功設備優(yōu)化的 潮流是在當前實際電網結構和負荷需求狀態(tài)下的最優(yōu)的運行方式，是電網無功調度的理想 狀態(tài)。通過放松約束的無功設備優(yōu)化，可以得到定量的規(guī)劃無功源的規(guī)劃結果。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電力系統放松約束的無功設備優(yōu)化方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案本發(fā)明包括對實際電網模型的無功設備優(yōu)化和對放松約束的無功設備優(yōu)化，具體步驟 如下(一)對實際電網模型的無功設備優(yōu)化(1)從EMS系統的電網模型數據庫中讀入實際電網模型，所述實際電網模型來自用戶 指定的實際模型；(2)在無功設備優(yōu)化分析開始前，通過人機界面選擇參與無功優(yōu)化決策的無功設備范 圍，包括電容器、電抗器、發(fā)電機、變壓器分接頭；按照設備類型、電壓等級、地調區(qū)域進行 選擇選擇待分析模型和待分析時段；(3)從全息斷面數據庫中讀入全息數據斷面；(4)以地區(qū)級的線損管理輔助分析系統對每個全息數據斷面，進行無功優(yōu)化決策，所述 無功優(yōu)化決策是指以網損最小為目標，確定無功設備的調節(jié)方法，通過計算給出當前電網 的無功優(yōu)化決策，決策的目標為a.保證母線電壓在電壓計劃曲線的上下限范圍內； b.通過調節(jié)無功設備，降低系統的功率損耗；c.進行無功優(yōu)化決策計算，以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化策略，無功 優(yōu)化決策的計算流程如下①根據用戶設定確定參與優(yōu)化的無功源；②確定無功源的約束條件，包括發(fā)電機無功上下限、容抗器組數容量；③確定母線電壓運行的上下限約束；④以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化決策，調節(jié)手段包括發(fā)電機無功出力 調整、電容器、電抗器投切操作、主變壓器分接頭調整；d.在無功優(yōu)化的過程中動態(tài)維護實時的優(yōu)化決策表所述優(yōu)化決策表記錄每個時刻采用的無功優(yōu)化決策，這個決策是當前斷面進行潮流計 算后給出新的的電網無功優(yōu)化決策，也是下一個斷面的電網起始狀態(tài)，在每次讀入新的斷 面后，都需要將上個斷面已經生成的決策作用到全息歷史斷面上，作為新的斷面優(yōu)化的“基 態(tài)”，在無功優(yōu)化的過程中，系統在每個斷面計算完成后，記錄當前的優(yōu)化策略，最終給出的 優(yōu)化決策表，包括在全天時間段內，發(fā)電機無功出力調整、設備投切的操作類型和操作時 刻；e.在無功優(yōu)化的過程中，在每個斷面的優(yōu)化決策計算完成后，采用當前的優(yōu)化決策對 整個電網進行模擬計算，得到優(yōu)化決策執(zhí)行后的仿真潮流，并進行電量積分和網損計算，從 而給出無功優(yōu)化后的全日網損曲線，與歷史網損曲線進行對比分析；(二)對放松約束的無功設備優(yōu)化(1)對實際電網中的每個斷面，采用當前的優(yōu)化策略進行模擬計算后，保存每個時刻優(yōu)化后的無功電壓運行的數據，對每個時刻電壓的控制情況和無 功設備的投入率情況進行分析在高峰時刻，對于主網母線電壓偏低，電容器投入率較高的廠站，增加容性無功電源；在低谷時刻，對于主網母線電壓偏高的廠站，增加感性無功電源；通過上述定性分析，給出實際電網無功源的薄弱環(huán)節(jié)，并選擇規(guī)劃無功源的接入點；(2)在上述步驟(1)完成后，已經確定了規(guī)劃無功源的接入點，在此基礎上，對規(guī)劃 無功源進行定量計算，計算流程如下①根據用戶設定確定參與優(yōu)化的無功源；②確定無功源的約束條件，包括發(fā)電機無功上下限、容抗器組數容量；③對規(guī)劃無功電源的接入母線，松弛無功約束；④確定母線電壓運行的上下限約束；⑤以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化策略；按照上述①-⑤所示算法流程進行計算，并按照上述第(一)步的流程進行掃描，形成對 規(guī)劃無功源的定量分析結果，通過分析松弛無功源前后的無功注入，得到定量的規(guī)劃無功 源的規(guī)劃結果。
本發(fā)明的理論根據如下電力系統無功分布的合理與否直接關系著電力系統的安全和穩(wěn)定，并且和經濟效益有 著密切的聯系。無功設備的合理配置和優(yōu)化運行能有效地降低網損，改善電壓質量和保證系統電壓穩(wěn)定性，從而提高電力系統運行的安全性和經濟性。合理的無功補償優(yōu)化規(guī)劃在 保證電力系統的安全性和電能質量符合要求的前提下，使系統的經濟性最好，即在滿足系 統的負荷需求及各節(jié)點電壓約束和有功無功潮流約束等前提條件下，確定新增無功補償設 備的安裝位置及容量，使系統的全年電能損失費用與無功補償設備的投資費用之和最小。
無功優(yōu)化規(guī)劃包含對系統無功功率所做的各種決策，應以有功損耗最小、系統運 行經濟性最好為目標的運行子問題以及系統中新增無功設備投資最小化，而產生的費用決 策形成的投資子問題。電網無功補償優(yōu)化規(guī)劃通常以系統的電能損失費用與新增無功補 償設備的投資費用之和最小為目標，在目標函數中包括運行變量和投資變量，約束條件包 括系統運行條件的約束(如電壓約束)和無功補償設備安裝地點、最大安裝容量等條件的限 制，兩種變量的性質不同，但又相互作用、相互影響，如何處理兩種變量之間的關系成為無功補償優(yōu)化規(guī)劃的主要問題之ο
通過放松約束的無功設備優(yōu)化與實時電網模型的無功設備優(yōu)化的結果對比，可以 得到定量的規(guī)劃無功源的規(guī)劃結果。實時電網模型的無功設備優(yōu)化計算是以現有發(fā)電機無 功出力、變電站電容容量、變壓器調節(jié)方式和范圍等為約束條件，如果放松以上約束條件后 重新優(yōu)化計算，其結果可能與實時電網模型的無功設備優(yōu)化相異，說明當前電網在支持無 功管理上存在缺陷。通過對兩種結果的統計分析，可以把改善電網的投資水平和其提高的 降損效益進行對比，以量化的數據驗證電網無功配置改進策略的科學性，找出改善電網無 功、電壓管理水平的最優(yōu)無功電源配置方案。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明能夠使電力系統無功分布更加合理，使電網無功、電壓管理水平達到最優(yōu)化無 功電源配置，有效地降低了網損，改善了電壓質量，保證了電壓的穩(wěn)定性，從而提高了電力 系統運行的安全性和經濟性。


圖1為實際電網模型的無功優(yōu)化總體流程圖； 圖2為優(yōu)化決策的計算流程圖；圖3為對規(guī)劃無功源進行計算的流程圖。
具體實施方式
本實施例包括對實際電網模型的無功設備優(yōu)化和放松約束的無功設備優(yōu)化。對實 際的電網模型，以每日96個全息斷面為依據，進行連續(xù)的優(yōu)化計算。所述全息數據斷面是 指斷面的存儲采用了壓縮方式，直接以二進制數據包方式存入歷史數據庫中，斷面占用空 間少，信息完整、全面，免除了大量的數據文件管理的負擔；全息數據斷面包含的是完整的 EMS電網計算模型的信息，包括電網結構、參數、實時量測數據和狀態(tài)估計數據。對每個全息 數據斷面給出無功設備優(yōu)化計算的具體決策并模擬執(zhí)行，形成覆蓋全天數據的無功優(yōu)化的 連續(xù)模擬分析，從而定量計算在現有的實際電網模型基礎上，進行無功優(yōu)化后，整體電網的 網損變化，以及網損組成的分布變化。實際電網模型的無功優(yōu)化總體流程如圖1所示。
一、對實際電網模型的無功設備優(yōu)化的具體步驟如下(1)對實際電網模型的無功優(yōu)化分析，實際電網模型來自用戶指定的實際模型(對應圖 1中的框B)。
(2)在無功優(yōu)化分析開始前，通過人機界面選擇參與無功優(yōu)化決策的無功設備范 圍，包括電容器、電抗器、發(fā)電機、變壓器分接頭；可以按照設備類型、電壓等級、地調區(qū)域 等進行選擇(對應圖1中的框C、框D、框E)。
(3)讀入全息數據斷面(對應圖1中的框F)。
(4)河北南網線損管理輔助分析系統對每個全息斷面，進行無功優(yōu)化的決策，所述 無功優(yōu)化決策是指以網損最小為目標，確定無功設備的調節(jié)方法；通過計算給出當前電網 的無功優(yōu)化決策，決策的目標為1)保證母線電壓在電壓計劃曲線的上下限范圍內(對應圖1中的框G)；2)通過調節(jié)無功設備，降低系統的功率損耗；3)進行無功優(yōu)化決策計算，以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化策略；無功 優(yōu)化決策的計算流程圖如圖2所示；根據用戶設定確定參與優(yōu)化的無功源；確定無功源的 約束條件，包括發(fā)電機無功上下限、容抗器組數容量；確定母線電壓運行的上下限約束； 以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化決策，調節(jié)手段包括發(fā)電機無功出力調整、 電容器、電抗器投切操作、主變壓器分接頭調整(對應圖1中的框J)4)在無功優(yōu)化的過程中動態(tài)維護實時的優(yōu)化決策表；優(yōu)化決策表記錄每個時刻采用的 無功優(yōu)化決策，這個決策是當前斷面進行潮流計算后給出新的的電網無功優(yōu)化決策，也是 下一個斷面的電網起始狀態(tài)；在每次讀入新的斷面后，都需要將上個斷面已經生成的決策 作用到全息歷史斷面上，作為新的斷面優(yōu)化的“基態(tài)”；在無功優(yōu)化的過程中，系統在每個斷 面計算完成后，記錄當前的優(yōu)化策略，最終給出的優(yōu)化決策表，包括在全天時間段內，發(fā)電 機無功出力調整、設備投切的操作類型和操作時刻(對應圖1中的框K)；5)在無功優(yōu)化的過程中，系統在每個斷面的優(yōu)化決策計算完成后，采用當前的優(yōu)化決 策對整個電網進行模擬計算，得到優(yōu)化決策執(zhí)行后的仿真潮流，并進行電量積分和網損計 算，從而給出無功優(yōu)化后的全日網損曲線，與歷史網損曲線進行對比分析(對應圖1中的框 M、框N、框0、框P)。
二、對放松約束的無功設備優(yōu)化的具體步驟如下通過放松約束的無功設備優(yōu)化與實時電網模型的無功設備優(yōu)化的結果對比，可以得到 定量的規(guī)劃無功源的規(guī)劃結果；放松約束后的無功設備優(yōu)化即規(guī)劃態(tài)無功設備優(yōu)化，對規(guī) 劃態(tài)無功設備優(yōu)化的輔助決策的具體步驟如下(1)對實際電網中的每個斷面，采用當前的優(yōu)化策略進行模擬計算后，保存每個時刻優(yōu)化后的無功電壓運行的數據，對每個時刻電壓的控制情況和無 功設備的投入率情況進行分析，找到實際電網中無功源配置的薄弱環(huán)節(jié)，主要的分析方法 包括在高峰時刻，對于主網母線電壓偏低，電容器投入率較高的廠站，需要增加容性無功電源；在低谷時刻，對于主網母線電壓偏高的廠站，需要增加感性無功電源。
通過定性分析，給出實際電網無功源的薄弱環(huán)節(jié)，并選擇規(guī)劃無功源的接入點；(2)上述步驟(1)的分析完成后，已經確定了規(guī)劃無功源的接入點，在此基礎上，可以對規(guī)劃無功源進行定量計算，計算流程見圖3所示。
可以看到，圖3所示的優(yōu)化控制流程中，與圖2的區(qū)別主要體現在進行規(guī)劃無功源的模擬分析時，對上述步驟(1)中確定的規(guī)劃無功源的接入點的母 線，系統松弛了該母線上的無功約束，這樣可以模擬在該節(jié)點上增加無功源后，系統無功優(yōu) 化的結果。
采用圖3的算法，按照圖1的流程進行掃描，可以形成對規(guī)劃無功源的定量分析 結果。通過分析松弛無功源前后的無功注入，可以得到定量的規(guī)劃無功源的規(guī)劃結果。
權利要求
1. 一種電力系統放松約束的無功設備優(yōu)化方法，其特征在于它包括對實際電網模型的 無功設備優(yōu)化和對放松約束的無功設備優(yōu)化，具體步驟如下(一)對實際電網模型的無功設備優(yōu)化(1)從EMS系統的電網模型數據庫中讀入實際電網模型，所述實際電網模型來自用戶 指定的實際模型；(2)在無功設備優(yōu)化分析開始前，通過人機界面選擇參與無功優(yōu)化決策的無功設備范 圍，包括電容器、電抗器、發(fā)電機、變壓器分接頭；按照設備類型、電壓等級、地調區(qū)域進行 選擇選擇待分析模型和待分析時段；(3)從全息斷面數據庫中讀入全息數據斷面；(4)以地區(qū)級的線損管理輔助分析系統對每個全息數據斷面，進行無功優(yōu)化決策，所述 無功優(yōu)化決策是指以網損最小為目標，確定無功設備的調節(jié)方法，通過計算給出當前電網 的無功優(yōu)化決策，決策的目標為a.保證母線電壓在電壓計劃曲線的上下限范圍內； b.通過調節(jié)無功設備，降低系統的功率損耗；c.進行無功優(yōu)化決策計算，以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化策略，無功 優(yōu)化決策的計算流程如下①根據用戶設定確定參與優(yōu)化的無功源；②確定無功源的約束條件，包括發(fā)電機無功上下限、容抗器組數容量；③確定母線電壓運行的上下限約束；④以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化決策，調節(jié)手段包括發(fā)電機無功出力 調整、電容器、電抗器投切操作、主變壓器分接頭調整；d.在無功優(yōu)化的過程中動態(tài)維護實時的優(yōu)化決策表所述優(yōu)化決策表記錄每個時刻采用的無功優(yōu)化決策，這個決策是當前斷面進行潮流計 算后給出新的的電網無功優(yōu)化決策，也是下一個斷面的電網起始狀態(tài)，在每次讀入新的斷 面后，都需要將上個斷面已經生成的決策作用到全息歷史斷面上，作為新的斷面優(yōu)化的“基 態(tài)”，在無功優(yōu)化的過程中，系統在每個斷面計算完成后，記錄當前的優(yōu)化策略，最終給出的 優(yōu)化決策表，包括在全天時間段內，發(fā)電機無功出力調整、設備投切的操作類型和操作時 刻；e.在無功優(yōu)化的過程中，在每個斷面的優(yōu)化決策計算完成后，采用當前的優(yōu)化決策對 整個電網進行模擬計算，得到優(yōu)化決策執(zhí)行后的仿真潮流，并進行電量積分和網損計算，從 而給出無功優(yōu)化后的全日網損曲線，與歷史網損曲線進行對比分析；(二)對放松約束的無功設備優(yōu)化(1)對實際電網中的每個斷面，采用當前的優(yōu)化策略進行模擬計算后，保存每個時刻優(yōu)化后的無功電壓運行的數據，對每個時刻電壓的控制情況和無 功設備的投入率情況進行分析在高峰時刻，對于主網母線電壓偏低，電容器投入率較高的廠站，增加容性無功電源；在低谷時刻，對于主網母線電壓偏高的廠站，增加感性無功電源；通過上述定性分析，給出實際電網無功源的薄弱環(huán)節(jié)，并選擇規(guī)劃無功源的接入點；在上述步驟(1)完成后，已經確定了規(guī)劃無功源的接入點，在此基礎上，對規(guī)劃無功源進行定量計算，計算流程如下①根據用戶設定確定參與優(yōu)化的無功源；②確定無功源的約束條件，包括發(fā)電機無功上下限、容抗器組數容量；③對規(guī)劃無功電源的接入母線，松弛無功約束；④確定母線電壓運行的上下限約束；⑤以網損最小為目標，采用啟發(fā)式算法給出優(yōu)化策略；按照上述①-⑤所示算法流程進行計算，并按照上述第(一)步的流程進行掃描，形成對 規(guī)劃無功源的定量分析結果，通過分析松弛無功源前后的無功注入，得到定量的規(guī)劃無功 源的規(guī)劃結果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力系統放松約束的無功設備優(yōu)化方法,其步驟如下(一)對實際電網模型的無功設備優(yōu)化(1)從EMS系統的電網模型數據庫中讀入實際電網模型；(2)在無功設備優(yōu)化分析開始前，通過人機界面選擇參與無功優(yōu)化決策的無功設備范圍；(3)對每個數據斷面，進行無功優(yōu)化決策；(二)對放松約束的無功設備優(yōu)化(1)對實際電網中的每個斷面，采用當前的優(yōu)化策略進行模擬計算，對每個時刻電壓的控制情況和無功設備的投入率情況進行分析；(2)在上述步驟(1)完成后，已經確定了規(guī)劃無功源的接入點，在此基礎上，對規(guī)劃無功源進行定量計算。本發(fā)明能夠使電力系統無功分布更加合理，提高了電力系統運行的安全性和經濟性。
文檔編號H02J3/18GK102035210SQ20111000073
公開日2011年4月27日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權日2011年1月5日
發(fā)明者楊瀟, 湯磊, 王曉蔚, 王鵬, 范輝 申請人:河北省電力研究院