一種基于時序最優(yōu)潮流法的長期電壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)運行與控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時序最優(yōu)潮流法的 長期電壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)事故的頻繁發(fā)生對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了新 的挑戰(zhàn)，這些事故的特點是在事故發(fā)展過程中伴隨著一個相對時間較長的電壓持續(xù)降落過 程。為防止長期電壓失穩(wěn)事故的發(fā)生，需要制訂合理有效的長期電壓預(yù)防控制策略。長期 電壓失穩(wěn)預(yù)防控制策略的制訂需要保證計算的精確性并能適應(yīng)在線應(yīng)用的要求，目前針對 長期電壓穩(wěn)定控制并未有適應(yīng)于在線應(yīng)用的有效預(yù)防控制策略。
[0003] 由于最優(yōu)潮流在電力系統(tǒng)安全運行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度等方面有著廣泛的實際應(yīng)用，基于 最優(yōu)潮流的電壓失穩(wěn)預(yù)防控制策略一度成為研究的熱點。如果在最優(yōu)潮流中考慮預(yù)想事 件狀態(tài)下的相關(guān)約束，即為安全約束最優(yōu)潮流（SCOPF)，SC0PF在每次的最優(yōu)計算中都要滿 足預(yù)想事件的約束，必然造成計算時間增加和減小其最優(yōu)性?，F(xiàn)有文章從兩個方面來解決 此問題，一個是通過靜態(tài)穩(wěn)定安全分析（SSSA)來縮小預(yù)想事故集，SSSA可以通過進(jìn)行事故 排序或者選擇主導(dǎo)事件等方式來進(jìn)行預(yù)想事故的篩選；另一個是通過把問題分解為主問題 (目標(biāo)函數(shù)）和子問題（約束事件）來進(jìn)行優(yōu)化求解。這兩種方式都未能綜合考慮一段時 間內(nèi)的負(fù)荷變化趨勢，忽視了電壓預(yù)防控制中無功分布的均衡，并帶來了計算的復(fù)雜性。
[0004] 系統(tǒng)狀態(tài)的改變與負(fù)荷變化有著緊密關(guān)聯(lián)。隨著負(fù)荷水平的增長，系統(tǒng)逐漸趨向 于失穩(wěn)狀態(tài)，此時若有小的事故，則可能引發(fā)大的災(zāi)難，因此在最優(yōu)潮流計算中需要考慮一 定的預(yù)想事故約束，從而保證在發(fā)生事故的時候，系統(tǒng)依然能夠保證安全穩(wěn)定運行。在重負(fù) 荷的情況下，若強制所有節(jié)點電壓約束在某一個固定的范圍內(nèi)，將有可能導(dǎo)致為保證某些 節(jié)點的電壓水平而造成的無功功率遠(yuǎn)距離傳輸，進(jìn)而導(dǎo)致無功分布的不均衡，甚至導(dǎo)致系 統(tǒng)崩潰。因此在制訂長期電壓預(yù)防控制策略時，需要考慮一段時間的負(fù)荷變動狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種基于時序最優(yōu)潮流法的長期電 壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法，該方法以最優(yōu)潮流法為基礎(chǔ)，設(shè)計了基于兩層時間框架的時序最優(yōu) 潮流法。上層框架為超短期負(fù)荷預(yù)測和電壓態(tài)勢分析部分，用于對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)想事故集的 篩選、主導(dǎo)電壓態(tài)勢控制節(jié)點的選擇和電壓約束范圍的設(shè)定；下層框架運用上層給出的各 種參數(shù)，在實際負(fù)荷情況下，進(jìn)行以網(wǎng)損為目標(biāo)的最優(yōu)潮流計算，并為上層提供負(fù)荷預(yù)測所 需的預(yù)測起點。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于時序最優(yōu)潮流法的長期電壓穩(wěn)定預(yù)防控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)把負(fù)荷預(yù)測的起點作為預(yù)防點，假設(shè)相鄰三個預(yù)防點分別為h0、hl和h2,則預(yù) 測負(fù)荷時間間隔分別為h0到hl、hi到h2 ;
[0009] (2)進(jìn)行線路故障篩選預(yù)處理，將開斷后會導(dǎo)致系統(tǒng)解列的線路去掉；
[0010] (3)構(gòu)建灰色負(fù)荷預(yù)測模型，在預(yù)防點ho處進(jìn)行ho到hi時間段內(nèi)的超短期負(fù)荷 預(yù)測，并得到該時間段內(nèi)的預(yù)測負(fù)荷曲線；
[0011] (4)基于預(yù)測負(fù)荷曲線進(jìn)行預(yù)想事故集篩選；將在預(yù)測負(fù)荷曲線的最大負(fù)荷Lmax 處進(jìn)行故障篩選的結(jié)果作為下層控制時間間隔內(nèi)的故障約束；
[0012] (5)在預(yù)測負(fù)荷曲線的最大負(fù)荷Lmax處，以系統(tǒng)潮流方程的最小模特征值對負(fù)荷 節(jié)點注入變量的靈敏度進(jìn)行節(jié)點分類，按照系統(tǒng)注入對最小模特征值的影響程度由高到低 進(jìn)行排序，選擇前N個節(jié)點作為主導(dǎo)電壓態(tài)勢控制節(jié)點；
[0013] (6)確定節(jié)點電壓約束上邊界和下邊界；
[0014] (7)確定h0到hi時間段內(nèi)下層最優(yōu)潮流目標(biāo)函數(shù)，即以網(wǎng)損為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu) 潮流計算；
[0015] (8)下層時間到達(dá)新的預(yù)防點hi時，在新的預(yù)防點hi處，重復(fù)步驟⑴一（7)進(jìn) 行hi-h2時段內(nèi)超短期負(fù)荷預(yù)測。
[0016] 所述步驟（2)中，進(jìn)行線路故障篩選預(yù)處理的方法為：
[0017] 對于一個含有n個節(jié)點的電力網(wǎng)絡(luò)，定義A為某條線路開斷后的網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣，且 A的對角線元素為0 ;則A+I代表兩節(jié)點之間長度為1的矩陣，若A+I的第i行，第j列等于 1，則說明i和j之間可以直接連通，則定義矩陣
[0018]
[0019] 假定含有平衡節(jié)點k的網(wǎng)絡(luò)為主網(wǎng)絡(luò)，若R的第k行含有0元素，說明此線路開斷 后會造成系統(tǒng)解列，則在故障篩選中不再對該線路故障進(jìn)行篩選；矩陣R中的非零元素所 對應(yīng)的線路故障形成故障篩選集S。。
[0020] rq'i .
[0021] L u J
[0022] 式中，⑴為負(fù)荷初始值，(k+1)為下一個負(fù)荷預(yù)測值，u和a為常數(shù)，由上 式得出h0到hi時間段內(nèi)的預(yù)測負(fù)荷曲線。
[0023] 所述步驟⑷中基于預(yù)測負(fù)荷曲線進(jìn)行預(yù)想事故集篩選的方法為：
[0024] (1)在預(yù)防點h0處進(jìn)行超短期負(fù)荷預(yù)測，選擇預(yù)測負(fù)荷曲線的最大負(fù)荷值Lmax進(jìn) 行故障篩選；
[0025] (2)運用連續(xù)潮流法求得系統(tǒng)在Lmax負(fù)荷處的負(fù)荷裕度為Pmax，則設(shè)系統(tǒng)安全裕 度M為a*Pmax，其中，a為常數(shù)值；運用連續(xù)潮流法來獲得系統(tǒng)負(fù)荷值從Lmax開始增長到最 接近M的負(fù)荷點處的系統(tǒng)狀態(tài)Lmax'。
[0026] (3)在Lmax'處進(jìn)行線路開斷故障篩選，運用最優(yōu)乘子法來判斷故障后系統(tǒng)是否 存在可行解，若存在則說明此開斷導(dǎo)致故障后系統(tǒng)的裕度大于Lmax'，為安全故障，若不存 在可行解則說明此故障使得系統(tǒng)裕度小于Lmax'，為不安全故障；
[0027] (4)重復(fù)步驟（3)直到所有故障都驗證完畢，將所有不安全故障作為篩選后的預(yù) 想事故集Si，作為下層h0 -hi時間段內(nèi)最優(yōu)潮流的故障約束。
[0028]所述步驟（5)中電壓態(tài)勢控制節(jié)點的選擇方法為：
[0029]
[0030] 其中，x為系統(tǒng)的狀態(tài)變量：包括電壓幅值和相角；A_為最小模特征值，表征系 統(tǒng)穩(wěn)定裕度；1為潮流雅可比矩陣；V和U分別代表對應(yīng)于A_的左右特征向量；
[0031] 利用最小模特征值對負(fù)荷節(jié)點電壓的靈敏度，在預(yù)測負(fù)荷曲線的最大負(fù)荷處，
[0032] 按照系統(tǒng)注入對最小模特征值的影響程度由高到低進(jìn)行排序，選擇前N個節(jié)點作 為主導(dǎo)電壓態(tài)勢控制節(jié)點，其他節(jié)點不再約束電壓變化范圍。
[0033] 所述步驟（6)中確定節(jié)點電壓約束上邊界的方法為：
[0034]
[0035] 式中，Uu代表節(jié)點電壓約束的上界；a代表修正系數(shù)；Pu為最大負(fù)荷點處的負(fù)荷裕 度為負(fù)荷預(yù)測時段內(nèi)的最大負(fù)荷值與最小負(fù)荷值的比值；U_為允許的負(fù)荷節(jié)點電壓 最大值；U'_為允許的最小電壓上限值。
[0036] 所述步驟（6)中確定節(jié)點電壓約束下邊界的方法為：
[0037]
[0038] 式中，R代表節(jié)點電壓約束的下界，a代表修正系數(shù)；Pu為最大負(fù)荷點處的負(fù)荷裕 度；P_為負(fù)荷預(yù)測時段內(nèi)的最大負(fù)荷值與最小負(fù)荷值的比值；U' _為允許的最大電壓下 限值；U_為允許的負(fù)荷節(jié)點電壓最小值。
[0039] 所述步驟（7)中最優(yōu)潮流目標(biāo)函數(shù)具體為：
[0040] Ft=min(PlnQQt)
[0041 ]
[0042] 式中，Plc]SSit為t時刻網(wǎng)損；htQ(