一種可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法
【專利摘要】一種可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法，涉及交流干線或交流配電網絡的建設規(guī)劃及其運行控制方法，尤其涉及一種用于超高壓輸電網的、基于提高電網斷面輸送能力的可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法，包括以下步驟：獲取所述電網斷面的節(jié)點數(shù)據(jù)和可控移相器的計劃配置臺數(shù)，建立含有可控移相器的電力系統(tǒng)節(jié)點功率平衡方程；建立個求解所述的最優(yōu)潮流數(shù)學模型；根據(jù)綜合斷面?zhèn)鬏斎萘孔畲髸r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)；建立可控移相器運行控制參數(shù)表；依據(jù)運行控制參數(shù)表調節(jié)各臺可控移相器的運行方式和移相角，本發(fā)明的方法通過可控移相器的優(yōu)化配置和運行控制，可以將電網斷面輸送能力幾乎提高到斷面的理論熱穩(wěn)極限。
【專利說明】-種可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流干線或交流配電網絡的建設規(guī)劃及其運行控制方法，尤其涉及一 種用于超高壓輸電網的、基于提高電網斷面輸送能力的可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方 法。

【背景技術】
[0002] 由于電力系統(tǒng)在運行中受到設備熱穩(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)是隨社會經濟發(fā)展而逐步發(fā)展 的一個歷史過程，因此，在系統(tǒng)規(guī)劃時不可能一次性地考慮到較遠的未來情況而使系統(tǒng)能 在實際運行的每一個時期都具有良好的技術經濟性。這樣，對已運行的電力系統(tǒng)一定會根 據(jù)運行中產生的問題進行或多或少的技術改造。一個常見的問題是電網中的某個或某些輸 電斷面中的數(shù)條輸電線由于各自電抗大小的差異而導致的潮流不均。即阻抗較小的輸電 線在系統(tǒng)重負荷時率先達到其熱穩(wěn)極限，而此時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，斷面潮流不均問題限制了斷面的輸送能力，降低了輸電設備的利用 率，宏觀后果是降低了系統(tǒng)運行的經濟性。通過新型控制元件挖掘已有系統(tǒng)的潛力是最近 數(shù)十年電力科學研究、電網技術升級的一個基本思路。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 以下說明中也簡稱為移相器或TCPST)得到了廣泛的研究。目前國內外關于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，由于選址指標是非線性函數(shù)，在不同的狀態(tài)點得到的靈敏度數(shù) 值不同。采用優(yōu)化方法選址，針對FACTS的不同控制功能，在優(yōu)化模型中可以選擇不同的目 標函數(shù)、控制變量和約束條件，可以準確得到使目標函數(shù)最優(yōu)的FACTS配置方法，同時確定 其控制參數(shù)。中國發(fā)明專利申請"一種超高壓電網可控移相器優(yōu)化配置方法"（發(fā)明專利申 請?zhí)枺?01310384833. 8申請公布號：CN103414188A)公開了一種超高壓電網可控移相器優(yōu) 化配置方法，該方法包括以下步驟：1)生成多個可控移相器配置備選方案；2)根據(jù)設定的 電網潮流目標計算各備選方案下加裝可控移相器后的剛性需求和適應性；3)計算各備選 方案下加裝可控移相器前后電網的短路電流水平，比較加裝可控移相器前后的電網短路電 流值，根據(jù)比較結果判斷各備選方案的短路電流抑制效果是否滿足設定要求；4)計算各備 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??；5)計算各備 選方案下加裝可控移相器的造價投資大??；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)有技術相比，本發(fā)明具有提高電網輸送能力和電網資產利用 效率等優(yōu)點。但是，由于通常FACTS裝置的備選安裝線路很多，現(xiàn)有優(yōu)化方法的計算速度相 對緩慢，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{節(jié)特性對穩(wěn)態(tài)潮流控制的貢獻在 于可以滿足系統(tǒng)（尤其是移相器所在輸電斷面上）發(fā)生元件突然退出運行的N-1靜態(tài)安全 約束；由于采用電力電子開關實現(xiàn)移相器的移相檔位切換，可以滿足運行方式經常變化要 求移相器頻繁調節(jié)的需求。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是根據(jù)可控移相器的特點，提供一種用于超高壓電網的可控移相器 配置優(yōu)化和運行控制方法，既可解決建設規(guī)劃中移相器布局選址配置問題，也可用于解決 包含可控移相器的電網斷面的潮流控制優(yōu)化問題。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 一種可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法，電網斷面為包含L個節(jié)點和h條輸電 線路，對應于所述的k條輸電線路計劃配置M臺可控移相器，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)化和運行控制方 法包括以下步驟：
[0007] S100:獲取所述電網斷面L個節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)和可控移相器的計劃配置臺數(shù)M，所 述的節(jié)點數(shù)據(jù)包括節(jié)點導納，節(jié)點上的發(fā)電機有功出力、有功負荷和無功功率；
[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 源支路轉化為附加節(jié)點注入功率，建立含有可控移相器的電力系統(tǒng)節(jié)點功率平衡方程；
[0009] S300 :通過設置功率權重系數(shù)&和網損權重系數(shù)《2調節(jié)優(yōu)化目標中斷面輸送功率 和系統(tǒng)網損的權重，以斷面輸送功率最大并且兼顧系統(tǒng)網損最小為優(yōu)化目標，建立含有可 控移相器并且考慮多運行方式下斷面N-1約束的最優(yōu)潮流數(shù)學模型

【權利要求】
1. 一種可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法，電網斷面為包含L個節(jié)點和k條輸電線 路，對應于所述的k條輸電線路計劃配置M臺可控移相器，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)化和運行控制方 法包括以下步驟： S100:獲取所述電網斷面L個節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)和可控移相器的計劃配置臺數(shù)M，所述的 節(jié)點數(shù)據(jù)包括節(jié)點導納，節(jié)點上的發(fā)電機有功出力、有功負荷和無功功率； 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 路轉化為附加節(jié)點注入功率，建立含有可控移相器的電力系統(tǒng)節(jié)點功率平衡方程； S300 :通過設置功率權重系數(shù)&和網損權重系數(shù)《2調節(jié)優(yōu)化目標中斷面輸送功率和系 統(tǒng)網損的權重，以斷面輸送功率最大并且兼顧系統(tǒng)網損最小為優(yōu)化目標，建立含有可控移 相器并且考慮多運行方式下斷面N-1約束的最優(yōu)潮流數(shù)學模型
其中，nm為優(yōu)化問題所考慮的基礎運行方式個數(shù)；上標m表示運行方式m;nk為N-1開 斷方式總數(shù)；上標k= 0表示斷面健全運行；k= 1，2,…，nk則表示第k個N-1開斷方式； 標量函數(shù)f 是系統(tǒng)在方式m下健全運行時的目標函數(shù)；向量函數(shù)h(m，k) = 0為方式m下 第k個開斷方式的節(jié)點功率平衡方程；常數(shù)向量鏟8^、S(m'k)分別表示對向量函數(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-對偶內點法，以所有節(jié)點在基礎運行方式及其N-1斷開運行方 式下的功率平衡方程式為等式約束條件，以發(fā)電機的有功、無功出力限制、移相角限制、節(jié) 點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)學模型； S500 :對應于電網斷面的各條線路中配置2至M臺可控移相器的所有配置狀態(tài)，采用窮 舉法重復調用步驟S400進行計算，獲取不同配置狀態(tài)下各種基礎運行方式及其N-1開斷方 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)下各種基礎運行方式的斷面?zhèn)鬏斎萘?，?據(jù)綜合斷面?zhèn)鬏斎萘孔畲髸r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數(shù)，以及各可控移相器在所述電網斷面中的安 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)，在電網斷面的輸電線路上配置 可控移相器；同時令目標函數(shù)中的功率權重系數(shù)Wl = 0,令約束中取健全運行方式個數(shù)nm =1，令負荷率入=1，對應于電網斷面在系統(tǒng)健全運行狀態(tài)和斷面N-1開斷狀態(tài)的各種運 行方式，采用窮舉法重復調用步驟S400進行計算，確定各可控移相器的開機方式和移相角 取值，建立可控移相器運行控制參數(shù)表； S800 :可控移相器控制裝置根據(jù)系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)，讀取可控移相器運行控制參數(shù) 表，依據(jù)運行控制參數(shù)表調節(jié)各臺可控移相器的運行方式和移相角，在系統(tǒng)健全運行狀態(tài) 及N-1開斷狀態(tài)實現(xiàn)電網斷面輸送能力的最優(yōu)化。
2.根據(jù)權利要求1所述的可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法，其特征在于所述的步 驟S400包括以下動作： S410 :設置初值，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_，轉步驟S430 ;否則，迭代計算不收斂，退出迭代循環(huán)； S430 :按下式計算對偶間隙Gap: Gap=lTz-uTw(16) 若Gap〈e，計算成功，輸出最優(yōu)解，退出迭代循環(huán)；否則，轉步驟S440 ; S440 :由式（17)計算擾動因子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)學模型中的控制向量u和狀態(tài)向量x; ?⑶為目標函 數(shù)/(幻的海森矩陣；▽#(習為等式約束/#)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偶變量的步長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)權利要求2所述的可控移相器配置優(yōu)化和運行控制方法，其特征在于所述的步 驟S400還包括以下動作： S450 :通過選擇變量和方程排序，將各種運行方式下i中的狀態(tài)變量x(m'k)和對偶變量y(m，k)排列在一起，使修正方程的系數(shù)矩陣在結構上成為箭狀矩陣； S460 :將控制變量u與各運行方式下的狀態(tài)變量X(l?Xnk解耦之后分別求解，把修正方 程式（19)轉換為階數(shù)大幅度降低的線性方程進行求解。
【文檔編號】H02J3/00GK104410068SQ201410714359
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權日:2014年12月1日
【發(fā)明者】崔勇, 楊增輝, 郭強, 余穎輝, 馮煜堯 申請人:國網上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司