專利名稱：一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)計算系統(tǒng)，特別關(guān)于一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
城市電力網(wǎng)供電能力充裕度評估主要通過求解城市電網(wǎng)最大供電能力，進(jìn)而與電網(wǎng)現(xiàn)狀電力負(fù)荷水平進(jìn)行對比，評估電網(wǎng)的供電裕度。城市電網(wǎng)供電能力充裕度評估涉及城市輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)，其目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下 方程(1)表示城市電網(wǎng)供電充裕度值UNPSAI為電網(wǎng)最大負(fù)荷供應(yīng)能力MNSPL與現(xiàn)狀電網(wǎng)的最大負(fù)荷水平MPL的比值，反映電網(wǎng)適應(yīng)電力負(fù)荷變化的能力。電網(wǎng)最大負(fù)荷供應(yīng)能力MNSPL的計算在數(shù)學(xué)上可理解為一個求解極值的問題，即在滿足網(wǎng)絡(luò)中發(fā)電設(shè)備和輸電線路均不超過額定容量等約束的條件下，求取網(wǎng)絡(luò)中所有負(fù)荷點有功負(fù)荷之和的極大值。其目標(biāo)函數(shù)為 式中PLi為第i個負(fù)荷節(jié)點的有功功率，n為負(fù)荷點總數(shù)。方程(2)的約束條件為電源容量上下限約束；線路熱穩(wěn)定容量約束；變壓器等物理元件的熱穩(wěn)定輸送容量約束；母線電壓約束。從目標(biāo)函數(shù)及相關(guān)的約束條件可以看出，網(wǎng)絡(luò)中約束條件的存在，盡管目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式比較簡單，但是在極值點附近卻呈現(xiàn)出非常強的非線性特征。目前，城市電網(wǎng)的供電能力充裕度評估還沒有一種較為科學(xué)精確的方法。傳統(tǒng)的評價城市電網(wǎng)供電能力充裕度的主要方法有電力電量平衡法、嘗試法、最大負(fù)荷倍數(shù)法和網(wǎng)絡(luò)最大流法等。
1)電力電量平衡法和變電容量平衡法是城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中常用的供電能力充裕度評估方法。規(guī)劃人員在電網(wǎng)規(guī)劃工作過程中首先采用電力電量平衡法和變電容量平衡來評估城市電網(wǎng)的供電能力，然后通過潮流計算校驗不同水平年的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在N-1條件下的可靠度。此方法的最大缺陷在于，它無法得到規(guī)劃水平年的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的最大供電能力，因此只能通過網(wǎng)絡(luò)元件的N-1停運的方式校驗電網(wǎng)中其余元件是否過負(fù)荷，從而進(jìn)行對城市電網(wǎng)供電能力充裕度的定性評估，而無法得出城市電網(wǎng)供電充裕度和可靠度的量化評估結(jié)果。因此當(dāng)電網(wǎng)的電力負(fù)荷預(yù)測偏差較大時，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性的將會出現(xiàn)明顯不足。
2)嘗試法是通過給定某系統(tǒng)負(fù)荷，并按照一定的負(fù)荷分配系數(shù)將負(fù)荷分配到各個負(fù)荷點，再對其進(jìn)行潮流計算；如果沒有支路發(fā)生功率越線，則增加系統(tǒng)負(fù)荷，進(jìn)行潮流計算，直到增加很小的負(fù)荷就會導(dǎo)致支路傳輸功率超過支路的熱穩(wěn)定極限為止。該方法評價結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于負(fù)荷分配系數(shù)的合理性，計算過程比較繁瑣。
3)最大負(fù)荷倍數(shù)法以網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有負(fù)荷為基礎(chǔ)，通過計算網(wǎng)絡(luò)所能達(dá)到的最大負(fù)荷倍數(shù)來評價網(wǎng)絡(luò)供電能力。該方法的評價結(jié)果很大程度上受到網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有負(fù)荷分布狀況的影響。
4)網(wǎng)絡(luò)最大流法首先將供電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為等效網(wǎng)絡(luò)，即系統(tǒng)狀態(tài)流程圖，再根據(jù)支路的容量約束和等效網(wǎng)絡(luò)的最小割集容量來確定網(wǎng)絡(luò)的最大供電能力。該方法適用于求解局部網(wǎng)絡(luò)的最大供電能力，而不適合求解城市電力網(wǎng)絡(luò)的最大供電能力的目標(biāo)函數(shù)。
綜上所述，城市電網(wǎng)的供電能力裕度評估在以下幾個方面需要突破(1)人工通過交流潮流進(jìn)行供電能力評估計算量巨大、耗時耗力，而且計算精度難于把握。(2)直流潮流法結(jié)合優(yōu)化方法進(jìn)行的供電能力分析無法計及網(wǎng)絡(luò)的無功電壓約束，所得結(jié)果仍需通過交流潮流的計算校驗。(3)求解城市電網(wǎng)最大供電能力的目標(biāo)函數(shù)存在明顯的非線性特征，需要對非線性問題求解能力較好的算法模型。因此，電網(wǎng)供電能力充裕度的計算分析需要精度和效率更高的算法模型，交流潮流算法結(jié)合優(yōu)化算法是計算城市電網(wǎng)供電能力充裕度的發(fā)展方向。
信賴域方法的研究起源于Powell 1970年的工作，他提出了一個求解無約束優(yōu)化問題的算法，該算法在每次迭代時要求新的迭代點與當(dāng)前的迭代點之間的距離不超過一個可控的數(shù)值。引入控制步長是因為傳統(tǒng)的線性搜索方法常常由于步長過大而導(dǎo)致算法失敗，特別是當(dāng)問題是病態(tài)時尤為如此?？刂撇介L實質(zhì)上等價于在以當(dāng)前迭代點為中心的鄰域內(nèi)對一個近似于原問題的簡單模型求極值。這種技巧可理解為只在一個鄰域內(nèi)對近似模型的信賴，所以此鄰域被稱為信賴域(trust region)，對應(yīng)的方法也就被稱為信賴域法。


發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在反映電網(wǎng)中的電壓約束、支路功率約束和發(fā)電約束的同時，可有效求解城市電網(wǎng)最大供電能力的目標(biāo)函數(shù)的城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于它包括等值模型擬合模塊、信賴域子問題求解模塊、目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊、目標(biāo)函數(shù)搜索步長搜索方向調(diào)整模塊和交流潮流計算模塊；在所述等值模型擬合模塊中，根據(jù)輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算初值，輸出目標(biāo)函數(shù)的等值二階模型，當(dāng)所述等值二階模型的HESSEN矩陣范數(shù)值小于允許誤差時，即通過所述目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊計算所述目標(biāo)函數(shù)的值，最終輸出電網(wǎng)供電能力充裕度值；當(dāng)所述等值二階模型的HESSEN矩陣范數(shù)值大于或等于所述允許誤差時，在所述信賴域子問題求解模塊中，結(jié)合所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算初值和所述等值二階模型，輸出所述當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值與等值二階模型的極值之差求得的預(yù)估下降值；在所述目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊中，通過交流潮流技術(shù)輸出所述目標(biāo)函數(shù)的真實下降值；在所述執(zhí)行搜索方向調(diào)整模塊中，通過所述預(yù)估價降值和真實下降值的比值，調(diào)整所述目標(biāo)函數(shù)值的搜索步長和搜索方向，輸出新的搜索點和信賴域邊界到所述等值模型擬合模塊中。
所述等值二階模型為其中f(xk)為所述目標(biāo)函數(shù)在當(dāng)前搜索點xk的數(shù)值，gk為所述目標(biāo)函數(shù)f(x)的廣義一階導(dǎo)數(shù)矩陣，Gk為所述目標(biāo)函數(shù)f(x)的Hessen矩陣，s為算子。
所述信賴域子問題求解模塊中的所述等值二階模型的極值為 s.t.‖dk‖＜hk 其中，dk為當(dāng)前搜索步長，hk為當(dāng)前信賴域邊界，求得minq(dk)后，進(jìn)而計算目標(biāo)函數(shù)的預(yù)估下降值。
所述執(zhí)行搜索方向調(diào)整模塊中，調(diào)整所述目標(biāo)函數(shù)值的搜索步長和搜索方向的方法為，當(dāng)所述比值＞0時，更新當(dāng)前搜索點，即令新搜索點；否則重新以當(dāng)前搜索點為起點搜索；當(dāng)所述比值＜0.25時，縮小信賴域邊界；當(dāng)所述比值≥0.75時，如果搜索步長達(dá)到所述當(dāng)前信賴域邊界時，則放大信賴域邊界，否則在原有信賴域內(nèi)進(jìn)行搜索。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的城市電網(wǎng)供電能力充裕度算法，不僅可以用于評估城市電網(wǎng)對電力負(fù)荷波動的適應(yīng)性，而且可以通過對比不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)條件下供電能力充裕度差異評估電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性，因此對城市電網(wǎng)規(guī)劃的意義重大。2、本發(fā)明的城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)在配電網(wǎng)供電能力的求取過程中，由于負(fù)荷點及目標(biāo)函數(shù)的迭代過程采用信賴域法和交流潮流相結(jié)合的算法，負(fù)荷點的迭代步長能夠根據(jù)交流潮流計算的結(jié)果和子空間函數(shù)匹配程度及時調(diào)整，算法良好的收斂性得到了充分的展現(xiàn)。3、本發(fā)明的城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)充分發(fā)揮了信賴域法求解病態(tài)優(yōu)化問題有效性和局部超線性收斂的優(yōu)點，目標(biāo)函數(shù)求解的收斂性更好，同時交流潮流算法精確的反映了系統(tǒng)電壓水平、支路傳輸能力和無功潮流對網(wǎng)絡(luò)供電能力的影響，能夠計及網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點電壓約束。



圖1是本發(fā)明城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)的流程示意圖 圖2是本發(fā)明實施例中A區(qū)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)基本參數(shù)示意圖 圖3是本發(fā)明實施例中功率因數(shù)為0.99時的目標(biāo)函數(shù)迭代過程示意圖 圖4是本發(fā)明實施例中功率因數(shù)為0.99時的負(fù)荷點迭代過程示意圖 圖5是本發(fā)明實施例中功率因數(shù)為0.90時的目標(biāo)函數(shù)迭代過程示意圖 圖6是本發(fā)明實施例中功率因數(shù)為0.90時的負(fù)荷點迭代過程示意圖
具體實施例方式 本發(fā)明結(jié)合信賴域法和交流潮流計算法構(gòu)建城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括目標(biāo)函數(shù)等值二階模型求解，目標(biāo)函數(shù)的真實值計算，目標(biāo)函數(shù)搜索下降值計算。其中目標(biāo)函數(shù)極小值搜索結(jié)束標(biāo)志為目標(biāo)函數(shù)等值二階等值模型的HESSEN矩陣的范數(shù)值小于給定誤差。
本發(fā)明的計算系統(tǒng)包括如下四個基本模塊等值模型擬合模塊1，信賴域子問題求解模塊2，目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊3，目標(biāo)函數(shù)搜索步長和搜索方向調(diào)整模塊4。其中，等值模型擬合模塊1的主要功能是采用非線性最小二乘法，求取搜索點的可控鄰域內(nèi)目標(biāo)函數(shù)的二階等值模型的參數(shù)值；信賴域子問題求解模塊2的主要功能是求解目標(biāo)函數(shù)的等值模型在可控鄰域內(nèi)的極小值；目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊3的主要功能是通過交流潮流計算模塊完成電網(wǎng)供電能力的目標(biāo)函數(shù)值的計算；目標(biāo)函數(shù)搜索步長和搜索方向調(diào)整模塊4的主要功能是通過信賴域子問題求解模塊2計算得出的目標(biāo)函數(shù)的預(yù)測下降值，結(jié)合目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊3計算得出的目標(biāo)函數(shù)真實下降值，調(diào)整目標(biāo)函數(shù)的極大值的搜索方向和搜索步長。
如圖1所示，本發(fā)明的算法流程如下 1)建立城市電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，明確電源容量上下限約束、線路熱穩(wěn)定容量約束、變壓器等物理元件的熱穩(wěn)定輸送容量約束和母線電壓約束等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時給定計算初值準(zhǔn)備，例如當(dāng)前時刻k的當(dāng)前搜索點xk、負(fù)荷點電力負(fù)荷初值、目標(biāo)函數(shù)的初始搜索步長d0、Hessen矩陣范數(shù)的允許誤差ξ和信賴域邊界初值h0等，其中信賴域邊界初值h0取Hessen矩陣初值g0的范數(shù)。
2)應(yīng)用等值模型擬合模塊1，在當(dāng)前的搜索點xk的信賴域hk內(nèi)，通過數(shù)值攝動法和最小二乘擬合方法求取方程(2)表示的目標(biāo)函數(shù)f(x)在當(dāng)前搜索點x＝xk的等值二階模型及參數(shù)。其中目標(biāo)函數(shù)在當(dāng)前搜索點xk的Taylor(泰勒)展開的等值二階模型表達(dá)式為 其中f(xk)為目標(biāo)函數(shù)在當(dāng)前搜索點xk的數(shù)值，gk為目標(biāo)函數(shù)f(x)的廣義一階導(dǎo)數(shù)矩陣，Gk為目標(biāo)函數(shù)f(x)的Hessen矩陣，s為Taylor算子。
3)計算等值二階模型的HESSEN矩陣Gk的范數(shù)值，并與步驟1)中給定的允許誤差ξ進(jìn)行對比，當(dāng)HESSEN矩陣Gk的范數(shù)值小于允許誤差ξ時，轉(zhuǎn)向步驟8)；當(dāng)HESSEN矩陣Gk的范數(shù)值大于或等于允許誤差ξ時，則繼續(xù)步驟4)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)極值的搜索。
4)通過信賴域子問題求解模塊2，計算方程(3)的表示的等值二階模型的極值 s.t.‖dk‖＜hk 其中，dk為當(dāng)前搜索步長，hk為當(dāng)前信賴域邊界，求得min q(dk)后，進(jìn)而計算目標(biāo)函數(shù)的預(yù)估下降值。預(yù)估下降值為目標(biāo)函數(shù)當(dāng)前搜索點xk的當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值f(xk)與等值二階模型的極小值的差值，預(yù)估下降值表達(dá)式為 Predk＝f(xk)-min q(dk) (5)。
5)通過目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊3，依據(jù)等值二階模型的當(dāng)前搜索步長dk，通過交流潮流技術(shù)計算目標(biāo)函數(shù)f(xk)和f(xk+dk)，并求出目標(biāo)函數(shù)的實際下降值，實際下降值表達(dá)式為 Aredk＝f(xk)-f(xk+dk)(6) 6)執(zhí)行搜索方向調(diào)整模塊4，通過計算實際下降值A(chǔ)redk與預(yù)估下降值Predk的比值rk，調(diào)整目標(biāo)函數(shù)的在下一次搜索過程中的搜索步長dk和搜索方向。其中rk表征目標(biāo)函數(shù)與其等值二階模型的逼近程度，rk愈大表明等值二階模型的逼近程度愈大，應(yīng)考慮適當(dāng)放大搜索邊界hk+1；rk愈小，則應(yīng)考慮縮小信賴域邊界hk+1。通過rk值與相關(guān)閾值對比，可以做到適時調(diào)整目標(biāo)函數(shù)的在下一次搜索過程中的搜索步長dk和搜索方向。rk的表達(dá)式如下 rk＝Aredk/Predk (7) 具體搜索步長和搜索方向的過程如下 當(dāng)rk＞0，更新當(dāng)前搜索點，即令新搜索點xk+1＝xk+dk；否則重新以當(dāng)前搜索點xk為起點搜索，即取新搜索點xk+1＝xk； 當(dāng)rk＜0.25時，縮小信賴域邊界hk+1，即令信賴域邊界hk+1＝‖hk‖/4； 當(dāng)rk≥0.75時，如果搜索步長達(dá)到信賴域邊界，即‖dk‖＝hk時，則適當(dāng)放大信賴域邊界即令hk+1＝2hk；否則，在原有信賴域內(nèi)進(jìn)行搜索，即令hk+1＝hk。
7)更新得到的新的搜索點xk+1和信賴域邊界hk+1后，返回步驟2)，通過應(yīng)用等值模型擬合模塊1求取當(dāng)前搜索點的等值二級模型，并繼續(xù)重復(fù)上述步驟4)到步驟6)的迭代過程，迭代過程直至HESSEN矩陣Gk的范數(shù)值小于允許誤差ξ為止。
8)當(dāng)?shù)戎刀A模型的HESSEN矩陣Gk的范數(shù)小于允許誤差ξ時，通過目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊3計算目標(biāo)函數(shù)方程(2)的MNSPL值，然后根據(jù)方程(1)求取電網(wǎng)供電能力充裕度值UNPSAI，供電能力充裕度計算過程結(jié)束。
進(jìn)行城市電網(wǎng)供電能力充裕度UNPSAI的計算時，所需的基本數(shù)據(jù)如下 I)電源，城市電網(wǎng)中的電源可分為發(fā)電廠和電源變電站兩類。其中電源變電站是指城市電網(wǎng)中的220kV、330kV或500kV降壓變電站，具體包括電源變電站所屬分區(qū)；電源變電站的電壓等級；電源變電站內(nèi)降壓變壓器的臺數(shù)、總?cè)萘浚浑娫醋冸娬緝?nèi)各降壓變壓器的型號；電源變電站內(nèi)各降壓變壓器接入城市電網(wǎng)中的位置，即變壓器高、中、低壓側(cè)接入城市電網(wǎng)的節(jié)點名稱。
II)高壓配電線路，其基礎(chǔ)信息包括高壓配電線路的電壓等級；各高壓配電線路接入城市電網(wǎng)的首、末端節(jié)點；各高壓配電線路的長度；各高壓配電線路的導(dǎo)線型號及其熱極限容量。
III)高壓配電站，其基礎(chǔ)信息包括各高壓配電站的所屬分區(qū)；各高壓配電站中變壓器的臺數(shù)、總?cè)萘?；各高壓配電變壓器的型號、額定容量；各高壓配電變壓器接入城市電網(wǎng)的高、中、低壓側(cè)節(jié)點名稱。
IV)電網(wǎng)的負(fù)荷需求，其基礎(chǔ)信息包括電力負(fù)荷曲線，以確定負(fù)荷功率約束上、下限；負(fù)荷點接入城市電網(wǎng)的節(jié)點名；現(xiàn)狀電力負(fù)荷和遠(yuǎn)景電力負(fù)荷的預(yù)測值。
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進(jìn)行描述 i)本實施例以我國A區(qū)輸電網(wǎng)為例，為了簡化計算，本實施例中保留了區(qū)域電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而將輻射狀的網(wǎng)絡(luò)簡化值變電站的母線。以下為該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基本情況。
如圖2所示，A區(qū)電網(wǎng)的最高電壓等級為220kV，在供電區(qū)域外圍以三座220kV變壓器為支撐點，形成220kV雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點。BUS 1～BUS6為母線上的節(jié)點，其中節(jié)點BUS 1～BUS5的電壓為220V，BUS6的電壓為110V。線路Line1～Line10為輸電線路，其中線路Line1、Line2、Line3和Line4組成2個220kV電源輸電通道，參數(shù)為2×400mm2/20km；Line5和Line6的參數(shù)為400mm2/20km；Line7和Line8的參數(shù)為400mm2/25km；Line9和Line10的參數(shù)為300mm2/35km。負(fù)荷點load1～load4為掛接在節(jié)點BUS3、BUS4、BUS5和BUS6上的負(fù)荷。
ii)本實施例的目標(biāo)函數(shù)及約束條件根據(jù)相關(guān)分析，系統(tǒng)電網(wǎng)最大負(fù)荷供應(yīng)能力MNSPL的目標(biāo)函數(shù)為 約束條件，包括節(jié)點電壓約束、線路輸送能力約束、負(fù)荷點初值及功率因數(shù)。本實施例的節(jié)點電壓的上、下限暫取為節(jié)點標(biāo)稱電壓的0.9~1.1倍如表1所示 表1節(jié)點電壓約束 線路輸送能力約束主要指輸電線路的持續(xù)熱穩(wěn)定傳輸容量和變壓器的額定容量，如線路的導(dǎo)線截面和變電站的主變?nèi)萘俊１緦嵤├南嚓P(guān)線路及變電站的輸送容量限值如表2所示。
表2線路及變電站的輸送容量限值 本實施例中負(fù)荷點的初值如表3所示 表3電力負(fù)荷點的有功電力負(fù)荷 iii)電網(wǎng)最大負(fù)荷供應(yīng)能力MNSPL的計算結(jié)果 功率因數(shù)為0.99條件下的計算結(jié)果 A區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)荷供應(yīng)能力值MNSPL為2160.94MW，系統(tǒng)的最大負(fù)荷供應(yīng)能力受限于變壓器支路BUS5-BUS6的輸送能力節(jié)點BUS6的母線電壓的下限。下列表格和曲線給出了網(wǎng)絡(luò)最大負(fù)荷供應(yīng)能力的計算結(jié)果、節(jié)點電壓的計算結(jié)果、交流潮流的計算結(jié)果和電力負(fù)荷的求解迭代過程。則，最大負(fù)荷供應(yīng)能力的計算結(jié)果如表4所示，節(jié)點電壓計算結(jié)果如表5所示，交流潮流的計算結(jié)果如表6所示，電力負(fù)荷的求解迭代過程如圖3、圖4所示。
表4最大負(fù)荷供應(yīng)能力的計算結(jié)果 表5節(jié)點電壓的計算結(jié)果 表6交流潮流計算的結(jié)果 功率因素為0.90條件下的計算結(jié)果 A區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)荷供應(yīng)能力值MNSPL為1897.84MW，系統(tǒng)的最大負(fù)荷供應(yīng)能力受限于變壓器支路BUS5-BUS6的輸送能力和節(jié)點BUS6的母線電壓的下限。下列表格和曲線給出了網(wǎng)絡(luò)最大負(fù)荷供應(yīng)能力的計算結(jié)果、節(jié)點電壓的計算結(jié)果、交流潮流的計算結(jié)果和電力負(fù)荷的求解迭代過程。則，最大負(fù)荷供應(yīng)能力的計算結(jié)果如表7所示，節(jié)點電壓計算結(jié)果如表8所示，交流潮流的計算結(jié)果如表9所示，電力負(fù)荷的求解迭代過程如圖5、圖6所示。
表7最大負(fù)荷供應(yīng)能力的計算結(jié)果 表8節(jié)點電壓的計算結(jié)果 表9交流潮流計算的結(jié)果 算例分析 從以上實施例的計算結(jié)果可以看出 ①A區(qū)電網(wǎng)的供電充裕度值UNPSAI為1.4。由于供電能力充裕度大于1，因此A區(qū)的城市電網(wǎng)能夠滿足現(xiàn)有電網(wǎng)用電負(fù)荷的需求，并具備一定的適應(yīng)能力。
②A區(qū)電網(wǎng)的最大負(fù)荷供電能力主要受變壓器支路BUS5-BUS6的輸送能力和BUS6的母線電壓的限制，隨著電網(wǎng)功率因數(shù)的下降，系統(tǒng)供電能力有所下降，本發(fā)明的實施例中，下降額度約為10％。因此，可以預(yù)見通過優(yōu)化無功補償，減少支路的無功傳輸，提高系統(tǒng)功率因素，將提高配電網(wǎng)有功功率的輸送能力。
③A區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不十分合理，如網(wǎng)絡(luò)中BUS3-BUS4的雙回線路的潮流較輕。
④縱觀配電網(wǎng)供電能力的求取過程中負(fù)荷點及目標(biāo)函數(shù)的迭代過程可見，信賴域法和交流潮流相結(jié)合的算法結(jié)合了各自算法的優(yōu)點，負(fù)荷點的迭代步長能夠根據(jù)交流潮流計算的結(jié)果和子空間函數(shù)匹配程度及時調(diào)整，算法良好的收斂性得到了充分的展現(xiàn)；同時交流潮流算法精確的反映了系統(tǒng)電壓水平、支路傳輸能力和無功潮流對網(wǎng)絡(luò)供電能力的影響。
權(quán)利要求
1、一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于它包括等值模型擬合模塊、信賴域子問題求解模塊、目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊、目標(biāo)函數(shù)搜索步長搜索方向調(diào)整模塊和交流潮流計算模塊；在所述等值模型擬合模塊中，根據(jù)輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算初值，輸出目標(biāo)函數(shù)的等值二階模型，當(dāng)所述等值二階模型的HESSEN矩陣范數(shù)值小于允許誤差時，即通過所述目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊計算所述目標(biāo)函數(shù)的值，最終輸出電網(wǎng)供電能力充裕度值；當(dāng)所述等值二階模型的HESSEN矩陣范數(shù)值大于或等于所述允許誤差時，在所述信賴域子問題求解模塊中，結(jié)合所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算初值和所述等值二階模型，輸出所述當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值與等值二階模型的極值之差求得的預(yù)估下降值；在所述目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊中，通過交流潮流技術(shù)輸出所述目標(biāo)函數(shù)的真實下降值；在所述執(zhí)行搜索方向調(diào)整模塊中，通過所述預(yù)估價降值和真實下降值的比值，調(diào)整所述目標(biāo)函數(shù)值的搜索步長和搜索方向，輸出新的搜索點和信賴域邊界到所述等值模型擬合模塊中。
2、如權(quán)利要求1所述的一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于所述等值二階模型為其中f(xk)為所述目標(biāo)函數(shù)在當(dāng)前搜索點xk的數(shù)值，gk為所述目標(biāo)函數(shù)f(x)的廣義一階導(dǎo)數(shù)矩陣，Gk為所述目標(biāo)函數(shù)f(x)的Hessen矩陣，s為算子。
3、如權(quán)利要求1所述的一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于所述信賴域子問題求解模塊中的所述等值二階模型的極值為
s.t.‖dk‖＜hk
dk為當(dāng)前搜索步長，hk為當(dāng)前信賴域邊界，求得minq(dk)后，進(jìn)而計算目標(biāo)函數(shù)的預(yù)估下降值。
4、如權(quán)利要求2所述的一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于所述信賴域子問題求解模塊中的所述等值二階模型的極值為
s.t.‖dk‖＜hk
dk為當(dāng)前搜索步長，hk為當(dāng)前信賴域邊界，求得minq(dk)后，進(jìn)而計算目標(biāo)函數(shù)的預(yù)估下降值。
5、如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行搜索方向調(diào)整模塊中，調(diào)整所述目標(biāo)函數(shù)值的搜索步長和搜索方向的方法為，當(dāng)所述比值＞0時，更新當(dāng)前搜索點，即令新搜索點；否則重新以當(dāng)前搜索點為起點搜索；當(dāng)所述比值＜0.25時，縮小信賴域邊界；當(dāng)所述比值≥0.75時，如果搜索步長達(dá)到所述當(dāng)前信賴域邊界時，則放大信賴域邊界，否則在原有信賴域內(nèi)進(jìn)行搜索。
全文摘要
一種城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)，其特征在于它包括等值模型擬合模塊、信賴域子問題求解模塊、目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊、目標(biāo)函數(shù)搜索步長搜索方向調(diào)整模塊和交流潮流計算模塊；城市電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算初值輸入計算系統(tǒng)中，在等值模型擬合模塊中，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算初值，輸出目標(biāo)函數(shù)的等值二階模型，當(dāng)?shù)戎刀A模型的HESSEN矩陣范數(shù)值小于允許誤差時，即通過目標(biāo)函數(shù)真實下降值求解模塊，最終輸出電網(wǎng)供電能力充裕度值。本發(fā)明的城市電網(wǎng)供電充裕度計算系統(tǒng)充分發(fā)揮了信賴域法求解病態(tài)優(yōu)化問題有效性和局部超線性收斂的優(yōu)點，同時交流潮流算法精確的反映了系統(tǒng)電壓水平、支路傳輸能力和無功潮流對網(wǎng)絡(luò)供電能力的影響，能夠計及網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點電壓約束。
文檔編號H02J3/00GK101609989SQ20091009016
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者李敬如, 李紅軍, 凱 崔, 楊衛(wèi)紅, 毅 宋 申請人:國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院