一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)及方法。所述無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)包括SCADA系統(tǒng)接口模塊、PAS系統(tǒng)接口模塊、無功優(yōu)化控制策略形成模塊、人機(jī)交互模塊、控制對象選擇模塊、控制命令下發(fā)通信接口模塊，同時(shí)，本發(fā)明提出了基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型及Kuhn-Tucker條件下的輸電網(wǎng)無功優(yōu)化計(jì)算模型，并利用所述兩種計(jì)算模型進(jìn)行無功優(yōu)化計(jì)算，形成了無功優(yōu)化控制策略的調(diào)控方法，以此調(diào)控方法可使本發(fā)明快速計(jì)算并形成輸電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策略，從而提高了所述輸電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)的求解效率，提高運(yùn)算速度，最終達(dá)到降低電網(wǎng)網(wǎng)損，提高輸電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。
【專利說明】-種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輸電網(wǎng)的無功優(yōu)化【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系 統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，許多專家和學(xué)者對輸電網(wǎng)無功優(yōu)化問題進(jìn)行了大量的研究，建立了一些數(shù) 學(xué)模型，采用了不同的優(yōu)化算法進(jìn)行研究。關(guān)于數(shù)學(xué)模型的建立主要包括兩個(gè)部分，一是目 標(biāo)函數(shù)的建立，一是約束函數(shù)的建立。目標(biāo)函數(shù)的建立主要分為W下4個(gè)方面：一是W經(jīng)濟(jì) 性為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)，包括有功網(wǎng)損最小，無功注入總成本最小，發(fā)電總成本最??；一是 W電壓質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，選定節(jié)點(diǎn)的電壓值與給定電壓值偏差的平方作為目標(biāo)函數(shù)，其值 最??；一是W安全性為目標(biāo)函數(shù)，獲得最大的電壓穩(wěn)定裕度；一是兼顧W上3個(gè)方面的性能 指標(biāo)，建立多目標(biāo)函數(shù)，可W在多個(gè)性能指標(biāo)之間取得平衡。而對于約束函數(shù)的建立，主要 包括等式約束和不等式約束兩個(gè)方面。關(guān)于無功優(yōu)化算法的研究包括一些傳統(tǒng)優(yōu)化算法， 例如非線性規(guī)劃法、混合整數(shù)規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、線性規(guī)劃法，及一些智能優(yōu)化算法，例如 模擬退火算法、禁忌搜索算法、遺傳算法、蟻群算法、組合智能算法等。上述該些方法都是基 于節(jié)點(diǎn)電壓方程建模的，節(jié)點(diǎn)電壓分析方法是有效的，但也存在一些問題：1)作為電力網(wǎng) 絡(luò)中最明顯的特征，潮流量并沒有直接體現(xiàn)出來，在進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)，許多網(wǎng)絡(luò)流的成 功理論并沒有被利用；2)由于大量的不等式約束，存在"維數(shù)災(zāi)"的問題，因此，有必要改善 其計(jì)算效率。如何提高解的質(zhì)量，是現(xiàn)在研究的一個(gè)發(fā)展趨勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào) 控系統(tǒng)及方法，其可有效地提高無功優(yōu)化系統(tǒng)的無功優(yōu)化解的計(jì)算效率及解的質(zhì)量，從而 提高了所述輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)的整體工作效果。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)，包括：
[0005] SCADA系統(tǒng)接口模塊，用于獲取典型運(yùn)行日下電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)值及當(dāng)前時(shí)刻下 電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[000引 PAS系統(tǒng)接口模塊，用于獲取電網(wǎng)支路參數(shù)；
[0007] 輸電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策略形成模塊，接收該SCADA系統(tǒng)接口模塊獲取的典型運(yùn) 行日下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓歷史數(shù)據(jù)值、各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率值及無功功率值作為輸電網(wǎng) 無功優(yōu)化控制策略形成模塊的電壓初始計(jì)算值，利用基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型及電 壓初始值計(jì)算電網(wǎng)各條支路的電流初始值，利用電壓初始值、電網(wǎng)各支路電流初始值、 Kuhn-Tucker條件求解的無功優(yōu)化計(jì)算模型及牛頓拉夫遜迭代算法計(jì)算出各支路電流的新 值，并依據(jù)各支路電流新值與各支路電流初始值之間的差值利用基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算 模型形成無功優(yōu)化調(diào)控策略；
[0008] 人機(jī)交互模塊，輸出計(jì)算出的無功優(yōu)化控制策略及各仿真信息；
[0009] 控制對象選擇模塊，用于提供調(diào)度人員對操作對象進(jìn)行選擇，發(fā)出控制命令；
[0010] 控制命令下發(fā)通信接口模塊，提供與SCADA系統(tǒng)之間的通信接口，將控制命令傳 遞給該SCADA系統(tǒng)。
[0011] 進(jìn)一步地，所述典型運(yùn)行日下電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)包括典型運(yùn)行日典型時(shí)刻對應(yīng)的 電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓歷史運(yùn)行值、電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)注入有功功率值、無功功率值，所述電網(wǎng)當(dāng)前時(shí)刻 下電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括當(dāng)前時(shí)刻下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓運(yùn)行值、各節(jié)點(diǎn)注入有功功率數(shù) 值。
[0012] 進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)支路參數(shù)包括電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)類型、電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)有功電源出力最 大、最小值，各節(jié)點(diǎn)無功電源出力最大、最小值，節(jié)點(diǎn)編號(hào)，支路編號(hào)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型包括支路電流方程及有功功率方 程，所述支路電流方程為：
【權(quán)利要求】
1. 一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)，包括： SCADA系統(tǒng)接口模塊，用于獲取典型運(yùn)行日下電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)值及當(dāng)前時(shí)刻下電網(wǎng) 的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)； PAS系統(tǒng)接口模塊，用于獲取電網(wǎng)支路參數(shù)； 輸電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策略形成模塊，接收該SCADA系統(tǒng)接口模塊獲取的典型運(yùn)行日下 電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓歷史數(shù)據(jù)值、各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率值及無功功率值作為輸電網(wǎng)無功優(yōu)化 控制策略形成模塊的電壓初始計(jì)算值，利用基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型及電壓初始值計(jì) 算電網(wǎng)各條支路的電流初始值，利用電壓初始值、電網(wǎng)各支路電流初始值、Kuhn-Tucker條 件求解的無功優(yōu)化計(jì)算模型及牛頓拉夫遜迭代算法計(jì)算出各支路電流的新值，并依據(jù)各支 路電流新值與各支路電流初始值之間的差值利用基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型形成無功 優(yōu)化調(diào)控策略； 人機(jī)交互模塊，輸出計(jì)算出的無功優(yōu)化控制策略及各仿真信息； 控制對象選擇模塊，用于提供調(diào)度人員對操作對象進(jìn)行選擇，發(fā)出控制命令； 控制命令下發(fā)通信接口模塊，提供與SCADA系統(tǒng)之間的通信接口，將控制命令傳遞給 該SCADA系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于：所述典型運(yùn)行日 下電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)包括典型運(yùn)行日典型時(shí)刻對應(yīng)的電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓歷史運(yùn)行值、電網(wǎng)各 節(jié)點(diǎn)注入有功功率值、無功功率值，所述電網(wǎng)當(dāng)前時(shí)刻下電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括當(dāng)前時(shí) 刻下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓運(yùn)行值、各節(jié)點(diǎn)注入有功功率數(shù)值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于：所述電網(wǎng)支路參 數(shù)包括電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)類型、電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)有功電源出力最大、最小值，各節(jié)點(diǎn)無功電源出力最 大、最小值，節(jié)點(diǎn)編號(hào)，支路編號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述基于支路電 流的電網(wǎng)計(jì)算模型包括支路電流方程及有功功率方程，所述支路電流方程為： -/,義"一Ki cos(9; +匕cos#,. = O /?+?sin^.+FiSin^=O 所述有功功率方程為：
其中，C.為1支路電流的實(shí)部；/；為1支路電流的虛部；Vi,\為i、j節(jié)點(diǎn)的電壓有效 值；θi，θ^為i、j節(jié)點(diǎn)的電壓相角；Pi為i節(jié)點(diǎn)的有功注入功率；RmXu為1支路的電阻 及電抗。
5.如權(quán)利要求4所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，該Kuhn-Tucker條 件求解的無功優(yōu)化計(jì)算模型如下： fmin |.vi.h(x,u)< 〇 其Kuhn-Tucker條件為， L=Q h(x,u) <Oα>O h(x,u)aT =O 其中，
s.t.h(x,u) <O含義為，
其中，B1為線路電感，為無功設(shè)備所能發(fā)出的最大無功功率。
6. -種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控方法，包括如下步驟： 步驟一，利用SCADA系統(tǒng)接口模塊獲取典型運(yùn)行日下電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)值及當(dāng)前時(shí)刻 下電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用PAS系統(tǒng)接口模塊獲得電網(wǎng)支路參數(shù)，并設(shè)定無功優(yōu)化迭代 計(jì)算的終止判斷參數(shù)值ε; 步驟二，將獲取的典型運(yùn)行日下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓歷史數(shù)據(jù)值、各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率 值及無功功率值，傳遞給輸電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策略形成模塊，作為輸電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策 略形成模塊電壓初始計(jì)算值； 步驟三，利用基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型及步驟二中獲得的電壓初始值，計(jì)算電網(wǎng) 各條支路的電流初始值； 步驟四，利用電壓初始值、電網(wǎng)各支路電流初始值、Kuhn-Tucker條件求解的無功優(yōu)化 計(jì)算模型及牛頓拉夫遜迭代算法計(jì)算出各支路電流的新值； 步驟五，計(jì)算各支路電流新值與各支路電流初始值之間的差值，判斷該差值是否小于 給定的ε值，如果差值小于給定的ε值，則轉(zhuǎn)到步驟七，若差值大于給定的ε值，則轉(zhuǎn)到 步驟六； 步驟六，將步驟四中各支路電流的新值作為無功優(yōu)化計(jì)算各支路電流的初始值，并利 用基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型計(jì)算出對應(yīng)于各支路電流初始值的節(jié)點(diǎn)電壓的初始值，轉(zhuǎn) 到步驟四； 步驟七，依據(jù)基于支路電流的電網(wǎng)計(jì)算模型計(jì)算出對應(yīng)于各支路電流的各節(jié)點(diǎn)電壓及 各節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)無功功率，并形成無功優(yōu)化調(diào)控策略。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于，在步驟七之后，還 包括如下步驟： 依據(jù)獲取的輸電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)、各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率、無功功率 數(shù)值對所述無功優(yōu)化調(diào)控策略進(jìn)行輸電網(wǎng)潮流計(jì)算、網(wǎng)損計(jì)算，從而對所述調(diào)制策略進(jìn)行 安全性及輸電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性校驗(yàn)，并將調(diào)控策略及校驗(yàn)結(jié)果輸出；通過控制命令下發(fā)通信接口 模塊將調(diào)控命令傳遞給SCADA系統(tǒng)，由SCADA系統(tǒng)傳遞控制信息到控制對象，從而完成無功 優(yōu)化控制的執(zhí)行工作。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于：所述典型運(yùn)行日 下電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)包括典型運(yùn)行日典型時(shí)刻對應(yīng)的電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓歷史運(yùn)行值、電網(wǎng)各 節(jié)點(diǎn)注入有功功率值、無功功率值；所述電網(wǎng)當(dāng)前時(shí)刻下電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括當(dāng)前時(shí) 刻下電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓運(yùn)行值、各節(jié)點(diǎn)注入有功功率數(shù)值；所述電網(wǎng)支路參數(shù)包括：電網(wǎng)各 節(jié)點(diǎn)類型、電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)有功電源出力最大、最小值，各節(jié)點(diǎn)無功電源出力最大、最小值，節(jié)點(diǎn) 編號(hào)，支路編號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于，所述基于支路電 流的電網(wǎng)計(jì)算模型包括支路電流方程及有功功率方程，所述支路電流方程為：
所述有功功率方程為：
其中，C為1支路電流的實(shí)部K為1支路電流的虛部；Vi, '為i、j節(jié)點(diǎn)的電壓有效 值；Θi，Θ^為i、j節(jié)點(diǎn)的電壓相角；Pi為i節(jié)點(diǎn)的有功注入功率；RmXu為1支路的電阻 及電抗。
10.如權(quán)利要求9所述的一種輸電網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于，該Kuhn-Tucker 條件求解的無功優(yōu)化計(jì)算模型如下：
其Kuhn-Tucker條件為，
其中，
其中，B1為線路電感，^Tax為無功設(shè)備所能發(fā)出的最大無功功率。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104466979SQ201410727498
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】王艷杰, 陸忠東, 吳軍民 申請人:上海電機(jī)學(xué)院