本發(fā)明涉及電網(wǎng)系統(tǒng)，具體涉及一種多源無功補(bǔ)償控制方法、系統(tǒng)、程序、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、無功功率的補(bǔ)償對(duì)于維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而，隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜以及新能源的大規(guī)模接入和負(fù)荷的不確定性增加，傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償設(shè)備和控制策略面臨新的挑戰(zhàn)。對(duì)電網(wǎng)中無功功率變化趨勢的預(yù)測，將為電力系統(tǒng)的調(diào)度預(yù)測提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，從而能夠提高電力系統(tǒng)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對(duì)于優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行、提高電能質(zhì)量和保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。然而，現(xiàn)有的預(yù)測模型通常無法充分考慮電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性與動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致預(yù)測精度仍有較大提升空間。

2、現(xiàn)有的無功補(bǔ)償技術(shù)主要依賴于靜態(tài)補(bǔ)償設(shè)備（如靜止無功補(bǔ)償器（svc）、常規(guī)電容電抗等）以及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備（如同步調(diào)相機(jī)），這些設(shè)備雖然可以提供基本的無功支撐，但在面對(duì)電網(wǎng)頻繁波動(dòng)時(shí)，響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)能力有限，容易導(dǎo)致系統(tǒng)電壓波動(dòng)和諧波失真等問題。此外，單一類型的無功補(bǔ)償設(shè)備無法全面應(yīng)對(duì)不同工況下的無功需求，尤其是在復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境下，無功補(bǔ)償裝置間的相互耦合和控制交互問題更加突出，可能引發(fā)控制失效或不穩(wěn)定。構(gòu)網(wǎng)型靜止無功發(fā)生器svg與svc、常規(guī)svg、同步調(diào)相機(jī)、常規(guī)電容電抗等其它的無功補(bǔ)償裝置一同使用，將更加符合實(shí)際應(yīng)用中的綜合需求。

3、隨著柔性輸電技術(shù)和新能源并網(wǎng)需求的增加，目前研究逐步轉(zhuǎn)向多源異構(gòu)無功補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制。利用計(jì)算機(jī)設(shè)備的高性能計(jì)算能力和可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的指令存儲(chǔ)功能，國內(nèi)學(xué)者開發(fā)了多種無功補(bǔ)償控制算法，特別是在弱電網(wǎng)條件下提高電壓支撐能力方面取得了顯著進(jìn)展。然而，現(xiàn)有研究大多基于單一設(shè)備或特定場景，對(duì)于多源異構(gòu)設(shè)備之間的協(xié)作和實(shí)時(shí)優(yōu)化研究仍顯不足。

4、針對(duì)這些問題，當(dāng)前的研究逐步引入了人工智能技術(shù)，特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對(duì)無功功率影響因素的深度學(xué)習(xí)，預(yù)測電網(wǎng)的無功功率缺額。此外，對(duì)于多源異構(gòu)的無功補(bǔ)償設(shè)備，現(xiàn)有的協(xié)調(diào)控制策略多基于線性控制模型，難以充分利用各類設(shè)備的補(bǔ)償能力，存在優(yōu)化不充分、資源浪費(fèi)或補(bǔ)償不力等問題。因此，如何結(jié)合多源異構(gòu)設(shè)備的特性，設(shè)計(jì)更加高效的無功補(bǔ)償功率分配策略，成為提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要研究方向。如何通過結(jié)合計(jì)算機(jī)程序、可讀存儲(chǔ)介質(zhì)以及計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行復(fù)雜控制算法，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)無功補(bǔ)償裝置的實(shí)時(shí)優(yōu)化與協(xié)作，不僅能滿足現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際需求，還能推動(dòng)無功補(bǔ)償裝置在工程實(shí)踐中的規(guī)?；瘧?yīng)用，為電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供重要支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)中多源異構(gòu)的無功補(bǔ)償設(shè)備，難以充分利用各類設(shè)備的補(bǔ)償能力，存在優(yōu)化不充分、資源浪費(fèi)或補(bǔ)償不力的問題，本發(fā)明目的在于提供一種多源無功補(bǔ)償控制方法、系統(tǒng)、程序、介質(zhì)及設(shè)備，首先基于電網(wǎng)無功功率變化影響因素，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)時(shí)序無功功率缺額區(qū)間的預(yù)測，為多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的總出力提供參考；然后，考慮電網(wǎng)壓降、網(wǎng)損、電壓穩(wěn)定性以及多源無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的穩(wěn)定性作為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建多種無功設(shè)備的無功分配模型。

2、此外，本研究圍繞多源異構(gòu)無功補(bǔ)償裝置的協(xié)調(diào)控制，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)備、存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的功能特性，提出了基于軟硬件結(jié)合的解決方案。通過使用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)控制算法與運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)程序指令，并由計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)行上述指令，能夠高效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的無功補(bǔ)償控制邏輯。本研究利用程序化方法對(duì)設(shè)備間協(xié)調(diào)控制提供支持，通過存儲(chǔ)介質(zhì)提升指令存儲(chǔ)與傳輸?shù)目煽啃裕Y(jié)合計(jì)算設(shè)備提供的高性能計(jì)算能力，推動(dòng)了電力系統(tǒng)多源異構(gòu)設(shè)備高效運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)。本研究展示了軟硬件協(xié)同在提升復(fù)雜電力控制任務(wù)智能化水平方面的重要價(jià)值，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大規(guī)模智能化無功補(bǔ)償提供了技術(shù)路徑。

3、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、第一方面，本技術(shù)提供一種多源無功補(bǔ)償控制方法，包括以下步驟：

5、提取電網(wǎng)無功功率的主導(dǎo)影響特征作為cnn-lstm網(wǎng)絡(luò)的輸入，預(yù)測電網(wǎng)無功功率缺額區(qū)間，并將其作為多源無功補(bǔ)償設(shè)備的功率分配目標(biāo)；

6、以系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓降的最小化和多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)穩(wěn)定性為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的功率分配模型。

7、進(jìn)一步的，將歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、歷史發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)作為cnn的輸入，輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)空間為：

8、；

9、式中，為歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，為負(fù)荷數(shù)據(jù)的特征數(shù)；為歷史發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)的特征數(shù)；為節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)，為節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)的特征數(shù)；為歷史無功功率數(shù)據(jù)，為歷史無功功率數(shù)據(jù)的特征數(shù)；為樣本數(shù)，是時(shí)間步長，表示實(shí)數(shù)集。

10、進(jìn)一步的，采用cnn通過卷積操作捕捉輸入數(shù)據(jù)的多維度局部特征，通過對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積和池化，提取電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的多維度狀態(tài)特征，反應(yīng)電網(wǎng)的無功功率變化情況；其中卷積和池化過程的公式化表達(dá)為：

11、；

12、式中，為經(jīng)卷積處理后的輸入數(shù)據(jù)；為cnn網(wǎng)絡(luò)的輸出數(shù)據(jù)，即為電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的多維度狀態(tài)特征；為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一維卷積層，表示進(jìn)行卷積操作；為一維卷積層的激活函數(shù)；為池化操作；為標(biāo)準(zhǔn)化后的輸入數(shù)據(jù)狀態(tài)空間；為卷積核，形狀為，其中為卷積核大小，為輸入特征數(shù)，為輸出通道數(shù);為偏置;為池化窗口大小。

13、進(jìn)一步的，根據(jù)展平操作實(shí)現(xiàn)cnn-lstm網(wǎng)絡(luò)的特征數(shù)據(jù)維度對(duì)齊，將cnn的輸出作為lstm的輸入：

14、；

15、式中，為經(jīng)正則化技術(shù)處理過的數(shù)據(jù)；為經(jīng)展平操作處理過的數(shù)據(jù)；為dropout率；dropout為正則化操作；為展平操作。

16、進(jìn)一步的，lstm層對(duì)展平后的特征張量進(jìn)行時(shí)間序列建模，經(jīng)過全連接層生成最終無功功率缺額區(qū)間預(yù)測結(jié)果：

17、；

18、式中，和分別為第t個(gè)和第個(gè)時(shí)間步的隱狀態(tài)； y表示輸出數(shù)據(jù)；即為預(yù)測結(jié)果；和分別為隱狀態(tài)的權(quán)重矩陣和輸入到隱狀態(tài)的權(quán)重矩陣；偏置向量；為全連接層的輸出，和分別為輸出層的權(quán)重矩陣和偏置向量。

19、進(jìn)一步的，無功功率損耗函數(shù)為：

20、；

21、式中，是系統(tǒng)中的無功功率損耗，是系統(tǒng)中線路的總數(shù)，是第個(gè)節(jié)點(diǎn)或線路的無功功率，是第條線路的電阻，第條線路的電壓。

22、進(jìn)一步的，電網(wǎng)電能質(zhì)量采用電壓降來表征，計(jì)算公式為：

23、；

24、式中，是第個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓降；是第個(gè)節(jié)點(diǎn)的有功功率；是第個(gè)節(jié)點(diǎn)的電抗。

25、進(jìn)一步的，電網(wǎng)短路比計(jì)算公式為：

26、；

27、式中，scr為短路比；為某節(jié)點(diǎn)的短路容量；為接入設(shè)備的額定容量。

28、進(jìn)一步的，功率分配模型目標(biāo)函數(shù)為：

29、；

30、式中，，為穩(wěn)定性評(píng)估指標(biāo)；為系統(tǒng)期望穩(wěn)定裕度；為系統(tǒng)實(shí)際穩(wěn)定裕度。

31、進(jìn)一步的，多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的無功總出力的計(jì)算公式為：

32、；

33、；

34、式中，為多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的無功總出力；分別是電容、電抗以及同步調(diào)相機(jī)的無功輸出；是電網(wǎng)的無功功率缺額；是svg的額定無功容量；是svc的額定無功容量；是電容的額定無功容量；是電抗的額定無功容量；是同步調(diào)相機(jī)的額定無功容量。

35、進(jìn)一步的，多源異構(gòu)無功補(bǔ)償系統(tǒng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓需滿足：；和分別是電壓的最低和最高允許值。

36、進(jìn)一步的，基于td3的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法構(gòu)建多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的功率分配模型；

37、td3的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法流程包括輸入狀態(tài)空間、critic網(wǎng)絡(luò)的更新過程、actor網(wǎng)絡(luò)的更新過程、目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的更新過程。

38、進(jìn)一步的，輸入狀態(tài)空間的公式化表達(dá)為：

39、；

40、；

41、式中，為輸入狀態(tài)空間；為在t時(shí)刻下的輸入狀態(tài)量，包括電網(wǎng)無功功率缺額、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)以及各無功補(bǔ)償設(shè)備的無功分配狀態(tài)；為動(dòng)作（actor）網(wǎng)絡(luò)基于狀態(tài)產(chǎn)生的動(dòng)作，為執(zhí)行動(dòng)作產(chǎn)生的動(dòng)作獎(jiǎng)勵(lì)；為在時(shí)刻下的輸入狀態(tài)量；為電網(wǎng)無功功率缺額區(qū)間；為對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)；為各無功補(bǔ)償設(shè)備在t時(shí)刻下的無功分配狀態(tài)。

42、進(jìn)一步的，critic網(wǎng)絡(luò)的更新過程如下：

43、首先，利用目標(biāo)actor網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出狀態(tài)下的動(dòng)作：

44、；

45、式中：表示根據(jù)下一時(shí)刻狀態(tài)產(chǎn)生的動(dòng)作；表示目標(biāo)actor網(wǎng)絡(luò)；表示目標(biāo)actor網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；

46、其次，基于雙重網(wǎng)絡(luò)的思想，計(jì)算目標(biāo)值：

47、；

48、式中：表示目標(biāo)值；表示目標(biāo)critic網(wǎng)絡(luò)；表示目標(biāo)critic網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；表示折扣因子，用來表示狀態(tài)順序先后造成的收益差異；

49、最后，利用梯度下降算法最小化評(píng)估值和目標(biāo)值之間的誤差,從而對(duì)critic1和critic2網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)進(jìn)行更新：

50、；

51、式中，表示critic網(wǎng)絡(luò)更新的梯度;表示critic網(wǎng)絡(luò);?表示critic1網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。

52、進(jìn)一步的，actor網(wǎng)絡(luò)的更新過程如下：

53、首先，利用actor網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出狀態(tài)下的動(dòng)作：

54、；

55、式中，表示actor網(wǎng)絡(luò)；表示actor網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；

56、其次，利用critic1或者critic2網(wǎng)絡(luò)來計(jì)算狀態(tài)動(dòng)作對(duì)的評(píng)估值，這里假定使用critic1網(wǎng)絡(luò)：

57、；

58、式中，表示ctitic網(wǎng)絡(luò)對(duì)動(dòng)作計(jì)算的執(zhí)行目標(biāo)獎(jiǎng)勵(lì)；表示ctitic網(wǎng)絡(luò)；表示ctitic網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；

59、最后，采用梯度上升算法最大化，從而完成對(duì)actor網(wǎng)絡(luò)的更新。

60、進(jìn)一步的，目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的更新過程如下：

61、引入一個(gè)學(xué)習(xí)率或者成為動(dòng)量，將舊的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和新的對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)做加權(quán)平均，然后賦值給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)：

62、；

63、式中，表示目標(biāo)actor網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；表示目標(biāo)ctitic網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。

64、第二方面，本技術(shù)提供一種多源異構(gòu)無功補(bǔ)償裝置協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括第一模塊和第二模塊，

65、所述第一模塊，用于提取電網(wǎng)無功功率的主導(dǎo)影響特征作為cnn-lstm網(wǎng)絡(luò)的輸入，預(yù)測電網(wǎng)無功功率缺額區(qū)間，并將其作為多源無功補(bǔ)償設(shè)備的功率分配目標(biāo)；

66、所述第二模塊，用于以系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓降的最小化和多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)穩(wěn)定性為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的功率分配模型。

67、第三方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序可實(shí)現(xiàn)上述所述的方法的步驟。

68、第四方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行上述所述的方法的步驟。

69、第五方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行上述所述的方法的步驟。

70、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

71、（1）本技術(shù)中，通過研究電網(wǎng)無功功率的影響因素，將影響特征作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入預(yù)測電網(wǎng)無功功率缺額區(qū)間，可反映電網(wǎng)無功功率的時(shí)空分布特性，為電網(wǎng)運(yùn)營者提供無功需求的變化趨勢，并及時(shí)采取相應(yīng)的無功補(bǔ)償措施。此外，電網(wǎng)無功功率缺額區(qū)間能夠?yàn)闊o功補(bǔ)償設(shè)備（如靜止同步補(bǔ)償器?svg、靜止無功補(bǔ)償器?svc、同步調(diào)相機(jī)等）的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持，通過提前預(yù)測未來的無功需求變化，構(gòu)建多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)，提高設(shè)備的利用率和運(yùn)行效率，增強(qiáng)了電網(wǎng)的靈活性和適應(yīng)性，提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和安全性。

72、（2）本技術(shù)中，考慮電網(wǎng)無功損耗、電能質(zhì)量以及電壓穩(wěn)定，采用多種無功補(bǔ)償設(shè)備實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無功缺額的補(bǔ)償，通過優(yōu)化各無功補(bǔ)償設(shè)備的無功出力，有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓水平，防止因負(fù)荷變化或電網(wǎng)擾動(dòng)引起的電壓波動(dòng)、過電壓或欠電壓等問題，增強(qiáng)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性。此外，由于不同無功設(shè)備的運(yùn)行特性與控制策略不同，且運(yùn)行過程中可能由于耦合交互作用導(dǎo)致控制失效或不穩(wěn)定，因此本專利在構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)時(shí)考慮多源異構(gòu)無功補(bǔ)償集成系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。通過合理安排多種無功設(shè)備的無功出力，使得各類設(shè)備根據(jù)其特性和運(yùn)行狀態(tài)最大化地發(fā)揮作用，避免設(shè)備的過度負(fù)荷和頻繁啟停，提高設(shè)備的整體利用效率。