一種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)，方法包括：建立包括無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及無功優(yōu)化約束條件的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，確定無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的控制變量，利用正態(tài)分布模擬電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，再利用無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，確定遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，對控制變量進(jìn)行編碼，并利用遺傳算法對無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。本申請根據(jù)負(fù)荷預(yù)測模型本身的不確定性和未來運(yùn)行環(huán)境的隨機(jī)性，以正態(tài)分布來模擬電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，在確定遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)時(shí)，記及了電力系統(tǒng)負(fù)荷分布不確定的影響，從而使得最終優(yōu)化得到的解更加貼近真實(shí)情況。
【專利說明】-種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法及 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、降低系統(tǒng)有功損耗和維持電壓正常 水平的一種有效手段。通過無功優(yōu)化，合理調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、可調(diào)變壓器的檔位和補(bǔ)償 設(shè)備的最佳投切等，以達(dá)到系統(tǒng)有功損耗最小、電壓水平最好和系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最低等目標(biāo)。
[0003] 現(xiàn)有的無功優(yōu)化問題主要集中在目標(biāo)函數(shù)的選取、優(yōu)化方法的改進(jìn)等方面，采用 的符合模型大都是單一模型，而缺乏對于負(fù)荷不確定性的研究，這就可能出現(xiàn)收斂到較差 解甚至是不可行解的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有無功 優(yōu)化方法缺乏對于負(fù)荷不確定性的考慮，造成優(yōu)化結(jié)果較差甚至不可行的問題。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：
[0006] 一種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，包括：
[0007] 建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型包括無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及無功優(yōu) 化約束條件；
[0008] 確定所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的控制變量；
[0009] 利用正態(tài)分布模擬電力系統(tǒng)負(fù)荷分布；
[0010] 利用所述無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，確定遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)；
[0011] 對所述控制變量進(jìn)行編碼，完成遺傳算法的編碼過程；
[0012] 利用遺傳算法對所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。
[0013] 優(yōu)選地，所述無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，包括： 建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型包括無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及無功優(yōu)化約 束條件； 確定所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的控制變量； 利用正態(tài)分布模擬電力系統(tǒng)負(fù)荷分布； 利用所述無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，確定遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)； 對所述控制變量進(jìn)行編碼，完成遺傳算法的編碼過程； 利用遺傳算法對所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述無功優(yōu)化目標(biāo)函 數(shù)為：
其中，匕為有功損耗，λ τ為可調(diào)變壓器調(diào)節(jié)懲罰因子，Ti為可調(diào)變壓器變比，Ντ為系統(tǒng) 可調(diào)變壓器總數(shù)，λ。為電容補(bǔ)償器調(diào)節(jié)懲罰因子，Qa為補(bǔ)償電容容量，N。為系統(tǒng)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) 總數(shù)，\"為電壓越限懲罰因子，N為節(jié)點(diǎn)數(shù)，為發(fā)電機(jī)無功越限懲罰因子，N e為發(fā)電機(jī) 個(gè)數(shù)，Uimax和Uimin分別為節(jié)點(diǎn)i電壓的上下限，Q eimax和Qeimin分別為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)無功出力 的上下限； 懲罰項(xiàng)中的AU和AQei表示如下：
所述無功優(yōu)化約束條件包括等式約束和不等式約束，其中等式約束為：
其中，Pi、Qi和％分別為節(jié)點(diǎn)i注入有功功率、無功功率和節(jié)點(diǎn)電壓，和&分別為 導(dǎo)納矩陣元素的實(shí)部與虛部，S u為節(jié)點(diǎn)i、j間電壓的相角差，j e i表示所有與節(jié)點(diǎn)i相 連的節(jié)點(diǎn)； 不等式約束為： Cjmin〈Cj〈Cjmax 其中，Timax和Timin分別為第i節(jié)點(diǎn)的可調(diào)變壓器變比上下限，c_x和分別為第j節(jié) 點(diǎn)的補(bǔ)償電容容量上下限； Uifflin < U, < uifflax ^Gimin < 〇Gi < Qcimax 其中，uimax和uimin分別為節(jié)點(diǎn)i電壓的上下限，Qeimax和Q eimin分別為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)無功 出力的上下限。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述利用正態(tài)分布模 擬電力系統(tǒng)負(fù)荷分布為： 將電力系統(tǒng)總負(fù)荷劃分為總有功負(fù)荷和總無功負(fù)荷，分別用P和Q表示，P和Q均滿足 正態(tài)分布，即卩?叭4 1，〇1)』?叭4 2,〇2)，其中4 1，4 2為對應(yīng)的均值，〇1，〇2為 對應(yīng)的方差； 將總有功負(fù)荷和總無功負(fù)荷分段，每一段用它的中點(diǎn)表示，確定每一段的概率值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述利用所述無功優(yōu) 化目標(biāo)函數(shù)及電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，確定遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)為： 將電力系統(tǒng)總負(fù)荷分為Μ段，得到Μ組系統(tǒng)總負(fù)荷[Pi+jQpPfjQs，…，PM+jQM]; 用總有功負(fù)荷PM的概率值來表示Μ組系統(tǒng)總負(fù)荷的概率，S卩[ppp2，…，pM]; 在每一組系統(tǒng)總負(fù)荷水平下，計(jì)算無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)fi ; 將這Μ組系統(tǒng)總負(fù)荷對應(yīng)的概率Pi與&結(jié)合在適應(yīng)度函數(shù)中，得到計(jì)及負(fù)荷概率的適 應(yīng)度函數(shù)：
i = (0, 1，為預(yù)設(shè)值，保證K值為正。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模 型的控制變量包括： 補(bǔ)償電容器組數(shù)和可調(diào)變壓器分接頭位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述對所述控制變量 進(jìn)行編碼，完成遺傳算法的編碼過程為： 將補(bǔ)償電容器組數(shù)和可調(diào)變壓器分接頭位置按一定排列方式編碼成染色體，每一個(gè)染 色體代表問題的一個(gè)解，即： J= [CA，…，Cn，I\，T2，…，Tm] Cj = CjX Δ Cj (i = 0,1, *··,η) = TjX Δ (i = 0,1, ---,η!) 其中，Q為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)投入的電容器組數(shù)，Q < k，k為節(jié)點(diǎn)i補(bǔ)償電容器的組數(shù)，?\為 第i個(gè)節(jié)點(diǎn)變壓器分接頭的位置，η為電容器補(bǔ)償點(diǎn)的個(gè)數(shù)，m為可調(diào)變壓器的個(gè)數(shù)，△ Ci為 第i個(gè)節(jié)點(diǎn)每組電容器的容量，Λ ti為可調(diào)變壓器i的最小調(diào)節(jié)步長，Ci為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)投 入使用補(bǔ)償電容值，h為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)可調(diào)變壓器的變比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述利用遺傳算法對 所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解為： 對預(yù)設(shè)染色體進(jìn)行進(jìn)化處理，得到當(dāng)前代若干個(gè)染色體，所述進(jìn)化處理包括選擇、交叉 和變異操作； 計(jì)算當(dāng)前代中每一個(gè)染色體的適應(yīng)度函數(shù)值； 判斷每一個(gè)染色體的適應(yīng)度函數(shù)值是否達(dá)到預(yù)設(shè)收斂條件，如果是則確定當(dāng)前代中任 意一個(gè)染色體為最優(yōu)解，否則，篩選出滿足第一預(yù)設(shè)條件的若干個(gè)染色體遺傳至下一代，并 重復(fù)對篩選出的染色體進(jìn)行進(jìn)化處理過程。
8. -種電力系統(tǒng)無功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括： 模型建立單元，用于建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型包括無功優(yōu)化目 標(biāo)函數(shù)及無功優(yōu)化約束條件； 變量確定單元，用于確定所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的控制變量； 負(fù)荷模擬單元，用于利用正態(tài)分布模擬電力系統(tǒng)負(fù)荷分布； 適應(yīng)度函數(shù)確定單元，用于利用所述無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及電力系統(tǒng)負(fù)荷分布，確定遺 傳算法的適應(yīng)度函數(shù)； 編碼單元，用于對所述控制變量進(jìn)行編碼，完成遺傳算法的編碼過程； 計(jì)算單元，用于利用遺傳算法對所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述模型建立單元包 括： 目標(biāo)函數(shù)確定單元，用于確定無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：
其中，匕為有功損耗，λ τ為可調(diào)變壓器調(diào)節(jié)懲罰因子，Ti為可調(diào)變壓器變比，Ντ為系統(tǒng) 可調(diào)變壓器總數(shù)，λ。為電容補(bǔ)償器調(diào)節(jié)懲罰因子，Qa為補(bǔ)償電容容量，N。為系統(tǒng)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) 總數(shù)，\"為電壓越限懲罰因子，N為節(jié)點(diǎn)數(shù)，為發(fā)電機(jī)無功越限懲罰因子，N e為發(fā)電機(jī) 個(gè)數(shù)，Uimax和Uimin分別為節(jié)點(diǎn)i電壓的上下限，Q eimax和Qeimin分別為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)無功出力 的上下限； 懲罰項(xiàng)中的AU和AQei表示如下：
約束條件確定單元，用于確定包括等式約束和不等式約束的所述無功優(yōu)化約束條件， 其中等式約束為：
其中，Pi、Qi和％分別為節(jié)點(diǎn)i注入有功功率、無功功率和節(jié)點(diǎn)電壓，和&分別為 導(dǎo)納矩陣元素的實(shí)部與虛部，S u為節(jié)點(diǎn)i、j間電壓的相角差，j e i表示所有與節(jié)點(diǎn)i相 連的節(jié)點(diǎn)； 不等式約束為： Cjmin〈Cj〈Cjmax 其中，Timax和Timin分別為第i節(jié)點(diǎn)的可調(diào)變壓器變比上下限，c_x和分別為第j節(jié) 點(diǎn)的補(bǔ)償電容容量上下限； Uifflin < U, < uifflax ^Gimin < 〇Gi < Qcimax 其中，uimax和uimin分別為節(jié)點(diǎn)i電壓的上下限，Qeimax和Q eimin分別為節(jié)點(diǎn)i發(fā)電機(jī)無功 出力的上下限。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)荷模擬單元包 括： 正態(tài)分布模擬單元，用于將電力系統(tǒng)總負(fù)荷劃分為總有功負(fù)荷和總無功負(fù)荷，分別用P 和Q表示，P和Q均滿足正態(tài)分布，即P?Ν(μ 1，〇 1)、Q?Ν(μ2, 0 2)，其中μ 1，μ2為 對應(yīng)的均值，σ 1，σ 2為對應(yīng)的方差； 分段概率確定單元，用于將總有功負(fù)荷和總無功負(fù)荷分段，每一段用它的中點(diǎn)表示，確 定每一段的概率值。
【文檔編號】G06N3/12GK104104096SQ201410392542
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】萬凌云, 栗秋華, 談四美, 伏進(jìn), 吳高林, 宋偉, 鄧幫飛, 周慶, 朱光友, 劉釗, 宮林, 張海兵, 夏磊, 肖前波, 藺立, 唐鳳英 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院