一種考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，該方法包括：將系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分為PV節(jié)點(diǎn)、PQ節(jié)點(diǎn)和平衡節(jié)點(diǎn)，并構(gòu)造系統(tǒng)的有功網(wǎng)損的表達(dá)式、節(jié)點(diǎn)電壓值約定偏移范圍的表達(dá)式、需采用的無功補(bǔ)償設(shè)備總成本的表達(dá)式作為優(yōu)化的三個目標(biāo)函數(shù)；并以有功功率平衡方程式和無功功率平衡方程式作為優(yōu)化的兩個等式約束；以無功電源輸出無功功率上下限、電壓幅值上下限和表示變壓器變比上下限作為的不等式約束來構(gòu)建優(yōu)化模型，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：找到在滿足所有指定約束條件的前提下，使系統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備的成本最低，能夠在成本最低的前提下合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備，從而非常有利于電力系統(tǒng)實際運(yùn)行和工程的指導(dǎo)和參考。
【專利說明】-種考慮成本因轟的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的分析對電力系統(tǒng)實際運(yùn)行具有重要意義。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化 問題，就是當(dāng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及負(fù)荷情況給定時，通過對某些控制變量的優(yōu)化，所能找到 的在滿足所有指定約束條件的前提下，使系統(tǒng)的某一個或多個性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)時的無功 調(diào)節(jié)手段。無功優(yōu)化問題是一個多目標(biāo)、多約束、不確定性的非線性混合規(guī)劃問題，涉及到 無功補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的選擇、無功補(bǔ)償容量的確定、變壓器分接頭的調(diào)節(jié)和發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的配 合等方面。無功優(yōu)化是電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制中的一個傳統(tǒng)課題，是保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定 運(yùn)行的有效手段，是降低系統(tǒng)網(wǎng)損、提高電壓質(zhì)量的重要措施。
[0003] 無功優(yōu)化模型是自動電壓控制的一個重要模塊，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站和各 級電力調(diào)度部口。無功優(yōu)化模型是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的一個重要組成模塊。電力系 統(tǒng)調(diào)度自動化廣泛用于各級電力調(diào)度部口，是當(dāng)前電力系統(tǒng)中發(fā)展最快的【技術(shù)領(lǐng)域】之一， 它的主要功能構(gòu)成分為；（1)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控是實現(xiàn)調(diào)度自動化的基礎(chǔ)和前提； (2)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與調(diào)度、電力市場化運(yùn)營與可靠行、發(fā)電廠運(yùn)營決策支持等；（3)變 電站綜合自動化。自動電壓控制對發(fā)電機(jī)無功出力進(jìn)行實時跟蹤調(diào)控，對變電站無功補(bǔ)償 設(shè)備及主變分接頭進(jìn)行適時調(diào)整。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的無功優(yōu)化模型存在如下問題；主要考慮的是技術(shù)問題，即如何對變電 站無功補(bǔ)償設(shè)備及主變分接頭進(jìn)行適時調(diào)整、如何優(yōu)化電網(wǎng)內(nèi)無功潮流的分布、如何提高 電網(wǎng)的電壓水平、或如何根據(jù)提高電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損等角度配置無功補(bǔ)償設(shè)備等問題， 而沒有考慮如何在成本最低的前提下合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方 法，其能夠在成本最低的前提下合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該樣實現(xiàn)的；一種考慮成本因素的電力系 統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括：
[0007] 根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，將所述電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分為PV節(jié)點(diǎn)、PQ節(jié)點(diǎn)和平衡 節(jié)點(diǎn)；
[0008] 設(shè)定第一目標(biāo)函數(shù)、第二目標(biāo)函數(shù)與第H目標(biāo)函數(shù)，其中，所述第一目標(biāo)函數(shù)為所 述電力系統(tǒng)的有功網(wǎng)損；所述第二目標(biāo)函數(shù)為節(jié)點(diǎn)電壓值約定偏移范圍；所述第H目標(biāo)函 數(shù)為所有的PQ節(jié)點(diǎn)需采用的無功補(bǔ)償設(shè)備總成本；
[0009] 設(shè)定第一等式約束和第二等式約束，其中，所述第一等式約束為所有的PV節(jié)點(diǎn)和 PQ節(jié)點(diǎn)的有功功率平衡方程式；所述第二等式約束為所有的PQ節(jié)點(diǎn)的無功功率平衡方程 式；
[0010] 設(shè)定第一類不等式約束和第二類不等式約束，其中，所述第一類不等式約束為所 有的無功電源節(jié)點(diǎn)的無功電源輸出無功功率上下限不等式；所述第二類不等式約束為所有 的PV節(jié)點(diǎn)和PQ節(jié)點(diǎn)的電壓幅值上下限和變壓器變比上下限不等式；
[0011] 求解上述模型，得到所述電力系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述無功補(bǔ)償設(shè)備總成本根據(jù)無功補(bǔ)償設(shè)備的成本-容量之間關(guān)系得 出。
[0013] 進(jìn)一步地，所述成本-容量之間關(guān)系包括：
[0014] "Qa) = 1.94 X Q。，或"Qa) = 11.3+0. 54 X 化 1-9. 3)，或"Qa) = 1.55 X Q。
[0015] 其中，C (*)是根據(jù)容量-成本數(shù)據(jù)對擬合出的無功補(bǔ)償設(shè)備的成本-容量函數(shù)， Qa為各個無功補(bǔ)償設(shè)備的注入容量。
[0016] 進(jìn)一步地，所述第一目標(biāo)函數(shù)為：
[0017]
【權(quán)利要求】
1. 一種考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括： 根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，將所述電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分為PV節(jié)點(diǎn)、PQ節(jié)點(diǎn)和平衡節(jié) 占 . 設(shè)定第一目標(biāo)函數(shù)、第二目標(biāo)函數(shù)與第三目標(biāo)函數(shù)，其中，所述第一目標(biāo)函數(shù)為所述電 力系統(tǒng)的有功網(wǎng)損；所述第二目標(biāo)函數(shù)為節(jié)點(diǎn)電壓值約定偏移范圍；所述第三目標(biāo)函數(shù)為 所有的PQ節(jié)點(diǎn)需采用的無功補(bǔ)償設(shè)備總成本； 設(shè)定第一等式約束和第二等式約束，其中，所述第一等式約束為所有的PV節(jié)點(diǎn)和PQ節(jié) 點(diǎn)的有功功率平衡方程式；所述第二等式約束為所有的PQ節(jié)點(diǎn)的無功功率平衡方程式； 設(shè)定第一類不等式約束和第二類不等式約束，其中，所述第一類不等式約束為所有的 無功電源節(jié)點(diǎn)的無功電源輸出無功功率上下限不等式；所述第二類不等式約束為所有的 PV節(jié)點(diǎn)和PQ節(jié)點(diǎn)的電壓幅值上下限和變壓器變比上下限不等式； 求解上述模型，得到所述電力系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述無 功補(bǔ)償設(shè)備總成本根據(jù)無功補(bǔ)償設(shè)備的成本-容量之間關(guān)系得出。
3. 如權(quán)利要求2所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述成 本-容量之間關(guān)系包括： C(Qci) =1.94XQci，或 C(Qci) =11. 3+0. 54X (Qc「9. 3)，或 C(Qci) =1.55XQCi其中，C (*)是根據(jù)容量-成本數(shù)據(jù)對擬合出的無功補(bǔ)償設(shè)備的成本-容量函數(shù)，Qa為 各個無功補(bǔ)償設(shè)備的注入容量。
4. 如權(quán)利要求3所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述第 一目標(biāo)函數(shù)為：
其中，針對所有的節(jié)點(diǎn)i，令Gu為節(jié)點(diǎn)i與j之間的電導(dǎo)，Ui和％分別為節(jié)點(diǎn)i與j的 電壓有效值，9 ij為節(jié)點(diǎn)i與j的電壓相量的相角差。
5. 如權(quán)利要求4所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述第 二目標(biāo)函數(shù)為：
其中，針對所有的PV節(jié)點(diǎn)和PQ節(jié)點(diǎn)LVi為節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，I1A為節(jié)點(diǎn)i上的指定 電壓幅值；為在節(jié)點(diǎn)上允許的最大電壓偏差。
6. 如權(quán)利要求5所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述第 三目標(biāo)函數(shù)為：
其中，C (*)是根據(jù)容量-成本數(shù)據(jù)對擬合出的無功補(bǔ)償設(shè)備的成本-容量函數(shù)，Qa為 各個無功補(bǔ)償設(shè)備的注入容量。
7. 如權(quán)利要求6所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述第 一等式約束為： gi (X1, x2) = Pi-Ui ? SUj ? (Gij ? cos 0 ij+Bij ? sin 0 u) = O 其中，Pi為第i個節(jié)點(diǎn)的注入有功功率，Ui為第i個節(jié)點(diǎn)的電壓，Gu為第i個節(jié)點(diǎn)與第 j個節(jié)點(diǎn)之間的電導(dǎo)，為第i個節(jié)點(diǎn)與第j個節(jié)點(diǎn)之間的電納，0 u為第i個節(jié)點(diǎn)與第j 個節(jié)點(diǎn)之間的電壓相量的夾角。
8. 如權(quán)利要求7所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述第 二等式約束為： g2(Xi，x2) = (^+Qci-Ui ? SUj ? (Gij ? sin 0 U-Bij. ? cos 0 ij) = 0 其中，Qi為第i個節(jié)點(diǎn)的注入有功功率，Qa為各無功補(bǔ)償設(shè)備的注入容量，Ui為第i個 節(jié)點(diǎn)的電壓，Gu為第i個節(jié)點(diǎn)與第j個節(jié)點(diǎn)之間的電導(dǎo)，為第i個節(jié)點(diǎn)與第j個節(jié)點(diǎn)之 間的電納，e u為第i個節(jié)點(diǎn)與第j個節(jié)點(diǎn)之間的電壓相量的夾角。
9. 如權(quán)利要求8所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述求 解模型包括：對所述第一目標(biāo)函數(shù)，第二目標(biāo)函數(shù)和第三目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)，建立妥協(xié)模 型： minF (X1, x2, x3) = W1 ? (X1, x2)+W2 ? (X1, x2)+W3 ? f3 (X3) 其中，Wl、W2和W3為反映電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、電壓質(zhì)量偏好和無功補(bǔ)償設(shè)備總成本的權(quán)重 因子，且 Wi+W2+W3 = 1。
10. 如權(quán)利要求9所述的考慮成本因素的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，其特征在于，所述W1=w2 = W3 = 1/3。
【文檔編號】H02J3/18GK104362650SQ201410646285
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】劉鵬, 李海, 呂志來, 張學(xué)深 申請人:國家電網(wǎng)公司, 北京許繼電氣有限公司