一種風(fēng)電并網(wǎng)的無功優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)電并網(wǎng)的無功優(yōu)化方法，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界能源消耗的持續(xù)增加，能源短缺矛盾以及氣候環(huán)境問題的不斷凸顯，深 入開發(fā)、利用可持續(xù)的清潔能源發(fā)電成為各個國家的共識和重要能源戰(zhàn)略。風(fēng)能由于具有 可再生、無污染、分布廣的特點，風(fēng)力發(fā)電逐漸顯示出其光明的應(yīng)用前景，在電力系統(tǒng)中發(fā) 揮著越來越重要的作用。風(fēng)電場的并網(wǎng)運行給電力系統(tǒng)的規(guī)劃、調(diào)度和運行帶來了許多不 同于其他發(fā)電場的影響，主要表現(xiàn)在以下方面：電壓、系統(tǒng)穩(wěn)定性改變；電力系統(tǒng)的有功、 無功潮流變化等。同時，風(fēng)力發(fā)電機多為異步發(fā)電機，它的運行需要無功電源的支持，這也 要增加電網(wǎng)對無功的需求，使得電力系統(tǒng)的有功潮流、無功潮流分布更加復(fù)雜。因此，在現(xiàn) 有的電力系統(tǒng)中，研究風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)潮流、風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性和潮流 分布的影響具有深遠的現(xiàn)實意義。
[0003] 無功優(yōu)化是指電力系統(tǒng)在一定運行方式，滿足各種約束條件的前提下，使系統(tǒng)的 一個或多個性能指標(biāo)（如系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小化、節(jié)點電壓偏移量最小、靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度 最大、系統(tǒng)的總無功補償量最小等）達到最優(yōu)的無功調(diào)節(jié)手段。無功優(yōu)化是電力系統(tǒng)潮流 優(yōu)化理論的重要組成部分，它涉及無功補償裝置投入地點選擇、投入容量確定、變壓器分接 頭的調(diào)節(jié)和發(fā)電機機端電壓的配合等。通過電力系統(tǒng)無功優(yōu)化，可以實現(xiàn)兩個目的：第一， 通過改變各個節(jié)點之間的電壓差可以有效降低有功損耗。第二，通過改變電網(wǎng)的無功分布 可以改變整個電力系統(tǒng)的潮流分布，從而實現(xiàn)電壓運行在安全范圍之內(nèi)。
[0004] 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，往往需要同時考慮電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性，所以出現(xiàn) 了同時考慮有功網(wǎng)損和節(jié)點電壓偏離最小及電壓穩(wěn)定裕度最大等的多目標(biāo)無功優(yōu)化模型。 現(xiàn)有技術(shù)的多目標(biāo)無功優(yōu)化的處理方法大多采用將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題進行求 解，如建立有功網(wǎng)損最小化的目標(biāo)函數(shù)，往往只能從經(jīng)濟性的角度分析，如果同時考慮安全 性，需要結(jié)合其他的的目標(biāo)模型，即將常用的目標(biāo)函數(shù)組合起來實現(xiàn)某些目標(biāo)，這種方法處 理過程繁瑣，運算較為復(fù)雜，無法通過一個目標(biāo)函數(shù)的處理同時指示電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和 安全性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過一個目標(biāo)函數(shù)的處理同時獲得風(fēng)電 并網(wǎng)的經(jīng)濟性和安全性指標(biāo)的無功優(yōu)化方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種風(fēng)電并網(wǎng)的無功優(yōu) 化方法，包括：
[0007] 步驟一：選取有功網(wǎng)損作為目標(biāo)函數(shù)，確定目標(biāo)函數(shù)表達式；
[0008] 步驟二：對目標(biāo)函數(shù)表達式進行處理，以目標(biāo)函數(shù)的均值作為電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性 指標(biāo)，以目標(biāo)函數(shù)的方差作為電力系統(tǒng)的安全性指標(biāo)；
[0009] 步驟三：創(chuàng)建以所述經(jīng)濟性指標(biāo)和安全性指標(biāo)為多目標(biāo)的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，對 所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進行求解，獲得決策變量的優(yōu)化解集，繼而進行相應(yīng)的優(yōu)化操作。
[0010] 優(yōu)選的，步驟一中所述目標(biāo)函數(shù)表達式為：
[0012] 其中，f為目標(biāo)函數(shù)；η為電力系統(tǒng)的總節(jié)點數(shù)；Up %分別為節(jié)點i、j的電壓，單 位為kV ; Θ ^為節(jié)點i、j的電壓相位角的差值；G u為節(jié)點i、j之間支路的電導(dǎo)，單位為S。 [0013] 優(yōu)選的，步驟二中采用公式（1)、（2)、（3)對目標(biāo)函數(shù)表達式進行處理，獲得風(fēng)速 與節(jié)點電壓的關(guān)系：
[0014] 公式（1)為 P"= 0· 5 P AV 3CP，
[0015] 其中，P"為風(fēng)機在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的機械功率，單位為Mff，P為空氣密度，單位為 kg/m3, A為風(fēng)機葉片的掃掠面積，單位為m2, V為風(fēng)速，單位為m/s，Cp為風(fēng)機的風(fēng)能利用系 數(shù)；

[0017] 其中，P為風(fēng)機的有功功率，單位為MW, Q為風(fēng)機的無功功率，單位為Mvar 為恒定的功率因數(shù)；
[0019] 其中，為節(jié)點i、j流動的無功功率，單位為Mvar, UpUj分別為節(jié)點i、j的電壓， 單位為kV ;c為線路電抗，單位為Ω，δ為節(jié)點i與j的電壓相位角的差值；
[0020] 在上述公式中，P"= P，Q1]= Q ;然后，根據(jù)風(fēng)速與節(jié)點電壓的關(guān)系建立目標(biāo)函數(shù)的 均值-方差模型：
[0023] 其中，Plc]SS為目標(biāo)函數(shù)均值，V lc]SS為目標(biāo)函數(shù)方差。
[0024] 進一步的，步驟二中公式（2)適用于以恒功率因數(shù)運行方式運行的雙饋風(fēng)場。
[0025] 優(yōu)選的，步驟三中所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可描述為：
[0027] 其中，g(x)彡0和h(x) =0是F(x)的約束條件，X為決策變量，y為總目標(biāo)函數(shù)， X為決策空間，RnS η維實數(shù)空間，u和s分別為X的上界和下界，m為約束條件總數(shù)，k為 目標(biāo)函數(shù)總數(shù)，所述g(X) = (gi(x)，g2(x)，. . .，gi(x)) < 0定義了 1個不等式約束，所述 h(x) = (h1+1(x)，h1+2(x)，. . .，hm(x)) = 0 定義了 m-1 個等式約束。
[0028] 進一步的，決策變量x為無功補償電源的容量、變壓器分接頭的位置和發(fā)電機端 電壓的幅值中的一個或多個。
[0029] 進一步的，步驟三還包括：對所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的約束條件進行處理，對候選 解集進行劃分。
[0030] 進一步的，所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的約束條件處理方法包括：
[0031] 步驟1 :將約束條件轉(zhuǎn)化為一個函數(shù)

[0032] 步驟2 :根據(jù)函數(shù)fk+1 (X)的大小將候選解集劃分為可行解集和不可行解集，若 fk+1 (X) = 〇,則X滿足約束條件為可行解，若fk+1 (X) > 〇,則X不滿足約束條件為不可行解；
[0033] 步驟3 :根據(jù)帕累托占優(yōu)方法將可行解集劃分為帕累托占優(yōu)解集和非帕累托占優(yōu) 解集，根據(jù)fk+1(x)的值將不可行解集劃分為有益解集和非有益解集；
[0034] 步驟4 :保存有益解集和帕累托占優(yōu)解集作為優(yōu)化解集。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對有功網(wǎng)損目標(biāo)函數(shù)表達式進行處理，以目標(biāo)函數(shù) 的均值作為電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性指標(biāo)，以目標(biāo)函數(shù)的方差作為電力系統(tǒng)的安全性指標(biāo)，既考 慮了經(jīng)濟性又考慮了安全性，然后，創(chuàng)建以所述經(jīng)濟性指標(biāo)和安全性指標(biāo)為多目標(biāo)的無功 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，對所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進行求解，獲得決策變量的優(yōu)化解集，繼而進行相 應(yīng)的優(yōu)化操作。本發(fā)明通過一個目標(biāo)函數(shù)的均值和方差即可同時獲得風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟性和 安全性指標(biāo)，運算簡單，易于控制無功優(yōu)化的操作。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的無功優(yōu)化方法的步驟示意圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明一實施例中無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型約束條件處理方法的步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述：
[0039] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的風(fēng)電并網(wǎng)的無功優(yōu)化方法，包括：
[0040] 步驟一：選取有功網(wǎng)損作為目標(biāo)函數(shù)，確定目標(biāo)函數(shù)表達式。其中，所述目標(biāo)函數(shù) 表達式為：
[0042] 其中，f為目標(biāo)函數(shù)；η為電力系統(tǒng)的總節(jié)點數(shù)；Up %分別為節(jié)點i、j的電壓，單 位為kV ; Θ ^為節(jié)點i、j的電壓相位角的差值；G u為節(jié)點i、j之間支路的電導(dǎo)，單位為S。
[0043] 步驟二：對目標(biāo)函數(shù)表達式進行處理，以目標(biāo)函數(shù)的均值作為電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性 指標(biāo)，以目標(biāo)函數(shù)的方差作為電力系統(tǒng)的安全性指標(biāo)。
[0044] 以有功網(wǎng)損的均值Plc]SS作為經(jīng)濟性指標(biāo)，可以具有代表性地體現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟 性，以有功網(wǎng)損的方差Vlc]SS來作為電力系統(tǒng)的安全性指標(biāo)，當(dāng)系統(tǒng)的有功網(wǎng)損方差值比較 大時，表明系統(tǒng)實際有功網(wǎng)損偏離期望值很遠，說明該無功控制策略不能很好地處理風(fēng)速 不確定性的波動場景，則該系統(tǒng)在風(fēng)速波動情況下表現(xiàn)出不穩(wěn)定的特性，所以可以利用有 功網(wǎng)損的方差Vlc]SS來作為系統(tǒng)安全性的指標(biāo)。通過一個目標(biāo)函數(shù)的均值和方差即可同時獲 得電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性指標(biāo)，運算簡單，易于控制無功優(yōu)化的操作。
[0045] 較佳的，采用公式（1)、（2)、（3)對目標(biāo)函數(shù)表達式進行處理，獲得風(fēng)速與節(jié)點電 壓的關(guān)系：
[0046] 公式（1)為 P"= 0· 5 P AV 3CP，
[0047] 其中，P"為風(fēng)機在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的機械功率，單位為Mff，P為空氣密度，單位為 kg/m3, A為風(fēng)機葉片的掃掠面積，單位為m2, V為風(fēng)速