一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法
【專利摘要】一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化計算方法，其特點是包括以下步驟：①獲取電力系統(tǒng)潮流計算所需穩(wěn)態(tài)運行參數；②確定多端統(tǒng)一潮流控制器的安裝位置和控制參數范圍；③基于網絡等值，把多端統(tǒng)一潮流控制器支路等效為包含控制目標的多個PQ節(jié)點；④采用禁忌搜索，多次進行最優(yōu)潮流計算，來確定多端統(tǒng)一潮流控制器的有功控制目標；⑤根據得到了多端統(tǒng)一潮流控制器的控制目標和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，求取其控制參數。本發(fā)明把含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算問題通過網絡等值分解為一個兩層優(yōu)化問題，能夠更有效和可靠的進行含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算，具有工程使用價值。
【專利說明】一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)計算方法，特別涉及一種包含多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)分解優(yōu)化方法，屬于電力系統(tǒng)電力傳輸和運營【技術領域】。
[0002]【背景技術】
自柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission Systems簡稱FACTS)的概念提出以來，越來越多的FACTS元件應用到電力傳輸系統(tǒng)中來保證電網的安全運行。其中統(tǒng)一潮流控制器由于其強大的控制功能，一直在引起國內外學者的廣泛關注。隨著FACTS技術的進一步發(fā)展，一種源于統(tǒng)一潮流控制器但比統(tǒng)一潮流控制器功能更為強大的FACTS元件一多端統(tǒng)一潮流控制器(mult1-terminal unified power flow controller 簡稱 M-UPFC)開始進入了人們的視線。多端統(tǒng)一潮流控制器不僅可以控制節(jié)點電壓而且可同時控制多條線路或系統(tǒng)中某一子網絡的潮流，和統(tǒng)一潮流控制器只能控制單條線路的潮流相比顯示出更強大的控制能力，并且比多臺單端統(tǒng)一潮流控制器更有經濟效益。同時多端統(tǒng)一潮流控制器對電力系統(tǒng)的適應性很強，不必改變電力系統(tǒng)的硬件結構，是一種控制電力系統(tǒng)潮流、增強電力系統(tǒng)傳輸功率極限和增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效技術。因此，研究含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)優(yōu)化計算問題具有重要的實際意義。
[0003]目前，針對含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算方法的文獻較少，鮮有文獻對其進行深入的研究。最優(yōu)潮流問題是一種復雜的非線性數學問題，隨著現代數值優(yōu)化理論和電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算技術的不斷發(fā)展，各種數值類優(yōu)化方法被應用于電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算，如線性規(guī)劃方法、二次規(guī)劃方法和非線性規(guī)劃方法等，其中基于牛頓類求解方法的內點最優(yōu)潮流計算成為現代最優(yōu)潮流計算方法的主流。僅有的一些文獻中對多端統(tǒng)一潮流控制器的最優(yōu)潮流求解都是基于內點法，在此基礎上加上一些變化，如基于信賴域的內點法等。但是這類方法主要存在三個問題，一是引入了多端統(tǒng)一潮流控制器的控制方程，和電力系統(tǒng)原有方程一并進行優(yōu)化求解，增加了求解問題的非線性，因而系統(tǒng)的收斂性和可靠性變差；二是加入了新的控制方程后，需要對原有的算法和程序進行較大的修改；三是沒有充分利用現有的優(yōu)化潮流算法和程序。基于上述原因，這類方法很難在工程上應用。
[0004]
【發(fā)明內容】

本發(fā)明的目的在于提供一種可靠的含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算方法。本方明采用的方法把含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算問題通過網絡等值分解為一個兩層優(yōu)化問題:外層基于禁忌搜索，通過調用內層優(yōu)化計算，來實現對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制功率的優(yōu)化；內層優(yōu)化計算是在確定的多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制功率控制值的條件下，進行傳統(tǒng)的最優(yōu)潮流計算。本發(fā)明采用的方法，能夠更有效和可靠的進行含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算，具有工程使用價值。
[0005]本發(fā)明的特點和現有技術上述方法的根本區(qū)別是:(I)基于網絡等值，把多端統(tǒng)一潮流控制器支路等效為包含控制目標的多個PQ節(jié)點(2)采用禁忌搜索，僅優(yōu)化多端統(tǒng)一潮流控制器的一個等效的控制變量，即多端統(tǒng)一潮流控制器的有功控制目標，從而減少了計算量，簡化了優(yōu)化計算；(3)優(yōu)化過程是通過兩層優(yōu)化策略來完成的，外層采用禁忌搜索，優(yōu)化多端統(tǒng)一潮流控制器的控制目標，內層采用傳統(tǒng)的最優(yōu)潮流計算方法，優(yōu)化系統(tǒng)的運行狀態(tài)，外層優(yōu)化調用內層優(yōu)化；上述方法提高了包含多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算的效率和可靠性。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:這種包含多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)分解優(yōu)化方法，其特點是按以下步驟進行:
步驟I)獲取電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算所需穩(wěn)態(tài)運行參數；
步驟2)確定多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數和控制目標及調控范圍；
步驟3)基于網絡等值，把多端統(tǒng)一潮流控制器支路等效為包含控制目標的多個PQ節(jié)
占.步驟4)采用禁忌搜索，多次進行最優(yōu)潮流計算，來確定多端統(tǒng)一潮流控制器的有功控制目標:
①對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制目標變量集合進行編碼；
②產生初始解；
③將單個移動和交換移動分別作用于初始解，得到一組可行的試驗解；
④對上述可行的試驗解進行最優(yōu)潮流計算，把最優(yōu)潮流計算的目標函數值作為禁忌搜索的評價函數；
⑤更新禁忌搜索表；
⑥更新初始解；` ⑦判斷終止條件:若連續(xù)幾次迭代目標函數值沒有改進或達到最大允許迭代次數，則停止計算，輸出結果；
⑧若沒有達到終止條件，重③復步；
步驟5)根據得到的多端統(tǒng)一潮流控制器的控制目標和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，求取其控制參數。
[0007]所述的獲取電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算所需穩(wěn)態(tài)運行參數，是指:交流系統(tǒng)網絡的拓撲結構、輸電網絡參數，系統(tǒng)發(fā)電和負荷參數等進行交流系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算所必需的參數。
[0008]所述的確定多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數和控制目標及調控范圍，包括:
a.多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數是指在電力系統(tǒng)潮流分析中多端統(tǒng)一潮流控制器的等效控制參數，在本發(fā)明中，多端統(tǒng)一潮流控制器在系統(tǒng)分析中表述為為η+1 (η ^ 2)個可控的電壓源，一個并聯(lián)在多端統(tǒng)一潮流控制器的接入母線上，η個串聯(lián)在多端統(tǒng)一潮流控制器安裝的支路上，因此，多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數是串聯(lián)和并聯(lián)可控電壓源的幅值和相位。
[0009]b.多端統(tǒng)一潮流控制器控制目標是指多端統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)部分向母線注入的有功功率和無功功率；串聯(lián)部分控制的線路的有功和無功功率；其中并聯(lián)部分向母線注入的有功功率與串聯(lián)部分控制的線路的有功功率之和在數值上相等，這些穩(wěn)態(tài)控制目標的控制范圍可由工程設計時給出，也可以通過多次潮流計算得到更為準確的信息。
[0010]所述的基于網絡等值，把多端統(tǒng)一潮流控制器支路等效為包含控制目標的多個PQ節(jié)點是指:按照電網絡的等值替代定理，在穩(wěn)態(tài)分析中，把多端統(tǒng)一潮流控制器對電力系統(tǒng)的控制作用用等效的注入功率來表征，這些等效的注入功率分別作用在與多端統(tǒng)一潮流控制器相連的n+1個等效節(jié)點上，在考慮多端統(tǒng)一潮流控制器的最優(yōu)潮流的計算中，這n+1個等效的節(jié)點作為PQ節(jié)點來處理。
[0011]所述的對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制目標變量集合進行編碼，包括:
a.對某一多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制目標變量，根據可調節(jié)范圍，把該參數間隔進行離散化，形成該參數的待選集和；
b.對該參數待選集和中的每個元素，進行二進制編碼；若某參數T的二進制編碼對應的十進制數為d則有:
【權利要求】
1.一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，是指把含有多端統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算問題通過網絡等值分解為一個兩層優(yōu)化問題:外層基于禁忌搜索，通過調用內層優(yōu)化計算，來實現對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制功率的優(yōu)化；內層優(yōu)化計算是在確定的多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制功率控制值的條件下，進行傳統(tǒng)的最優(yōu)潮流計算，其特征在于按以下步驟進行: 步驟I)獲取電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算所需穩(wěn)態(tài)運行參數； 步驟2)確定多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數和控制目標及調控范圍； 步驟3)基于網絡等值，把多端統(tǒng)一潮流控制器支路等效為包含控制目標的多個PQ節(jié)占.步驟4)采用禁忌搜索，多次進行最優(yōu)潮流計算，來確定多端統(tǒng)一潮流控制器的有功控制目標； ①對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制目標變量集合進行編碼； ②產生初始解； ③將單個移動和交換移動分別作用于初始解，得到一組可行的試驗解； ④對上述可行的試驗解進行最優(yōu)潮流計算，把最優(yōu)潮流計算的目標函數值作為禁忌搜索的評價函數； ⑤更新禁忌搜索表； ⑥更新初始解； ⑦判斷終止條件:若連續(xù)幾次迭代目標函數值沒有改進或達到最大允許迭代次數，則停止計算，輸出結果； ⑧若沒有達到終止條件，重③復步； 步驟5)根據得到的多端統(tǒng)一潮流控制器的控制目標和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，求取其控制參數。
2.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的獲取電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算所需穩(wěn)態(tài)運行參數，是指:交流系統(tǒng)網絡的拓撲結構、輸電網絡參數，系統(tǒng)發(fā)電和負荷參數等進行交流系統(tǒng)最優(yōu)潮流計算所必需的參數。
3.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的確定多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數和控制目標及調控范圍，包括: a.多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數是指在電力系統(tǒng)潮流分析中多端統(tǒng)一潮流控制器的等效控制參數，多端統(tǒng)一潮流控制器為η+1 (η ^ 2)個可控的電壓源，一個并聯(lián)在多端統(tǒng)一潮流控制器的接入母線上，η個串聯(lián)在多端統(tǒng)一潮流控制器安裝的支路上，因此，多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數是串聯(lián)和并聯(lián)可控電壓源的幅值和相位； b.多端統(tǒng)一潮流控制器控制目標是指多端統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)部分向母線注入的有功功率和無功功率；串聯(lián)部分控制的線路的有功和無功功率；其中并聯(lián)部分向母線注入的有功功率與串聯(lián)部分控制的線路的有功功率之和在數值上相等。
4.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的基于網絡等值，把多端統(tǒng)一潮流控制器支路等效為包含控制目標的多個PQ節(jié)點是指:按照電網絡的等值替代定理，在穩(wěn)態(tài)分析中，把多端統(tǒng)一潮流控制器對電力系統(tǒng)的控制作用用等效的注入功率來表征，這些等效的注入功率分別作用在與多端統(tǒng)一潮流控制器相連的η+l個等效節(jié)點上，在考慮統(tǒng)一潮流控制器的最優(yōu)潮流的計算中，這n+1個等效的節(jié)點作為PQ節(jié)點來處理。
5.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制目標變量集合進行編碼，包括: a.對某一多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制目標變量，根據可調節(jié)范圍，把該參數間隔進行離散化，形成該參數的待選集和； b.對該參數待選集和中的每個元素，進行二進制編碼；若某參數T的二進制編碼對應的十進制數為山則有:
6.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的產生初始解，包括: a.對多端統(tǒng)一潮流控制器有功控制變量集合，賦予初值； b.在該參數初值條件下，進行內層的傳統(tǒng)最優(yōu)潮流計算，得到評價函數的初始值； c.把參數的初值向量寫成二進制編碼。
7.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的將單個移動和交換移動分別作用于初始解，包括: a.單個移動:隨機選取碼串的某一位進行取反操作； b.交換移動:隨機選取碼串的某兩位進行取反操作； c.將兩種移動分別作用于當前解，從而得到一組多端統(tǒng)一潮流控制器控制目標向量的試驗解。
8.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的可行試驗解，包括: a.該試驗解不在禁忌搜索表中； b.該試驗解雖然在禁忌表中，但已滿足釋放準則。
9.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:對上述可行的試驗解進行最優(yōu)潮流計算，把最優(yōu)潮流計算的目標函數值作為禁忌搜索的評價函數，包括: a.取某一個可行的試驗解，通過其二進制編碼，計算參數數值； b.把該參數值做為多端統(tǒng)一潮流控制器的有功控制目標值； c.以多端統(tǒng)一潮流控制器等值后的網絡為計算對象，進行傳統(tǒng)的最優(yōu)潮流計算； 其中等值PQ節(jié)點的有功注入功率為定值，無功注入功率作為系統(tǒng)優(yōu)化的變量； d.若計算收斂，把最優(yōu)潮流計算的優(yōu)化目標值作為禁忌搜索的評價函數值；若計算不收斂，置禁忌搜索的評價函數值為無窮大； e.根據最優(yōu)潮流結果求得的系統(tǒng)運行狀態(tài)和多端統(tǒng)一潮流控制器的最優(yōu)控制目標值，計算多端統(tǒng)一潮流控制器的控制參數；若參數不在合理區(qū)間內，說明此控制狀態(tài)不存在，置禁忌搜索的評價函數值為無窮大； f.與原有的評價函數值作比較，保留函數值最小者和相對應的參數值； g.重復至a，直到所有試驗解都計算完畢。
10.根據權利要求1所述的一種多端統(tǒng)一潮流控制器的分解優(yōu)化方法，其特征在于:所述的更新禁忌搜索表是將實現了的移動 的反方向移動記錄到禁忌表中。
【文檔編號】G05B13/04GK103853042SQ201210502030
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權日:2012年11月30日
【發(fā)明者】葉鵬, 武智慧, 何柳, 袁林, 張開 申請人:沈陽工業(yè)大學