一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制方法，屬于電網(wǎng)控制領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化是通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器分接開(kāi)關(guān)和無(wú)功補(bǔ)償裝置狀態(tài)來(lái)優(yōu)化電網(wǎng) 潮流分布，控制調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)設(shè)備由于設(shè)備制造等原因具有嚴(yán)格的設(shè)備動(dòng)作次數(shù)限制，在實(shí) 際工作中為了適應(yīng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化，需要計(jì)及調(diào)節(jié)設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)約束，運(yùn)將無(wú)功優(yōu)化問(wèn) 題變成一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題。目前，對(duì)該問(wèn)題的處理可W總結(jié)為=大類(lèi)：（1)簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài) 規(guī)劃法的求解空間；（2)通過(guò)分段簡(jiǎn)化成靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題；(3)將費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行 簡(jiǎn)化，將控制變量的動(dòng)作次數(shù)約束還原為經(jīng)濟(jì)成本來(lái)處理。
[0003] 目前對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化的研究主要是將一天的負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)劃分成若干個(gè)時(shí)段，然 后考慮設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)限制W總網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，從而獲得全天各時(shí)段的無(wú)功調(diào)度模 式，主要側(cè)重于根據(jù)已知的負(fù)荷預(yù)測(cè)情況對(duì)未來(lái)一天的設(shè)備動(dòng)作做預(yù)案，并認(rèn)為預(yù)案能夠 滿(mǎn)足次日運(yùn)行情況。實(shí)際上在調(diào)度周期外根據(jù)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化方法得出的預(yù)案，在預(yù)測(cè)的負(fù) 荷曲線下可W保證優(yōu)化效果，預(yù)案能否在當(dāng)日應(yīng)用，取決于負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度；同時(shí)，從處理 方法上來(lái)看，一般將動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化轉(zhuǎn)化成幾個(gè)時(shí)段上的靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求解，運(yùn)在模型上 存在一定簡(jiǎn)化，時(shí)段內(nèi)仍有可能由于實(shí)際負(fù)荷情況的變化而導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)越限。因此要保證研 究得到實(shí)際應(yīng)用，動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化結(jié)果應(yīng)該和W預(yù)案校核和越限校正為觸發(fā)條件的實(shí)時(shí)控制 方案相互配合，從日前和當(dāng)前兩個(gè)時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制方法，不會(huì)發(fā) 生狀態(tài)越限。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明提出一種基于關(guān)聯(lián)矩陣的地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制方法，包括W 下步驟：
[0006] 1)構(gòu)造設(shè)備狀態(tài)時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣；
[0007] 2)根據(jù)所述關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行時(shí)間區(qū)間劃分；
[0008] 3)W動(dòng)作次數(shù)最小為目標(biāo)，在各個(gè)時(shí)間段中用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法尋找最優(yōu)路徑。
[0009] 優(yōu)選地，所述設(shè)備狀態(tài)時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣S為：
[0010]
[0011] 式中橫向?yàn)橐惶?4個(gè)時(shí)刻，縱向?yàn)閙個(gè)電容器和I個(gè)有載分接開(kāi)關(guān)狀態(tài)；Xi.t為t 時(shí)刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中電容器i的狀態(tài)，即投運(yùn)的電容器組數(shù)；y，.t為t時(shí)刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中 有載分接開(kāi)關(guān)j的狀態(tài)，即所在檔位。
[0012] 優(yōu)選地，由設(shè)備狀態(tài)時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣S可得動(dòng)作次數(shù)和時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣D:
[0015] 優(yōu)選地，由設(shè)備狀態(tài)時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣S和動(dòng)作次數(shù)和時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣D得到相鄰時(shí)刻 設(shè)備狀態(tài)變化指標(biāo)M:
[001引優(yōu)選地，所述時(shí)間區(qū)間劃分包括W下步驟：
[0019] 1)根據(jù)母線預(yù)測(cè)負(fù)荷對(duì)每個(gè)時(shí)刻進(jìn)行W網(wǎng)損最低為目標(biāo)的靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化，得到每 個(gè)時(shí)刻最優(yōu)狀態(tài)下設(shè)備的狀態(tài)，形成設(shè)備狀態(tài)-時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣s、動(dòng)作次數(shù)-時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣DW及每個(gè)時(shí)刻的設(shè)備狀態(tài)變化矩陣M;
[0020] 2)對(duì)設(shè)備狀態(tài)變化矩陣M內(nèi)元素進(jìn)行排序，對(duì)取值最小的時(shí)刻依次進(jìn)行合并，W 兩個(gè)時(shí)刻的平均負(fù)荷進(jìn)行靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化，求出合并時(shí)刻最優(yōu)狀態(tài)下的設(shè)備狀態(tài)，并更新矩 陣S、D、M;
[0021] 3)對(duì)D矩陣每行求和即為當(dāng)前設(shè)備日動(dòng)作次數(shù)Si,判斷Si與設(shè)備最大動(dòng)作次數(shù) 夏CV?、吝n的關(guān)系，如果不滿(mǎn)足則跳至步驟2)繼續(xù)進(jìn)行合并；如果滿(mǎn)足則跳至步驟4)進(jìn)行是 否終止合并的判斷；
[0022] 4)分別統(tǒng)計(jì)合并前后一天的網(wǎng)絡(luò)損耗，并根據(jù)動(dòng)作次數(shù)的變化計(jì)算設(shè)備動(dòng)作代 價(jià)，得到終止判斷判據(jù)e，如果e>0,則繼續(xù)進(jìn)行合并，并跳至步驟2);如果e《0,則終 止合并。
[0023] 優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)規(guī)劃法尋找最優(yōu)路徑包括W下步驟：
[0024] (1)求解第1階段所有m個(gè)狀態(tài)下的目標(biāo)函數(shù)值0(1，如；
[002引似求解能達(dá)到第2階段狀態(tài)1的累計(jì)目標(biāo)函數(shù)值，即D化1) =0(1，^+U2，l)， 并記錄目標(biāo)函數(shù)最小時(shí)的狀態(tài)變量作為第2階段的最優(yōu)子策略，式中L(2,1)為系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的 指標(biāo)值；
[0026] (3)依次求解能夠達(dá)到第2階段其他狀態(tài)的累計(jì)目標(biāo)函數(shù)值，并記錄各自目標(biāo)函 數(shù)取最小值時(shí)的狀態(tài)變量，完成第2階段的所有子問(wèn)題求解；
[0027] (4)根據(jù)步驟（2)、（3)依次求解能夠達(dá)到Ui= 3,4，...n)階段的累計(jì)目標(biāo)函數(shù) 值，并記錄各階段的最優(yōu)子策略；
[0028] (5)根據(jù)各階段記錄的最優(yōu)子策略回溯，得到整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的最優(yōu)控制策略序 列。
[0029] 有益效果：無(wú)功優(yōu)化首先轉(zhuǎn)化成幾個(gè)時(shí)段上的靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求解，本發(fā)明將動(dòng) 態(tài)無(wú)功優(yōu)化結(jié)果和W預(yù)案校核和越限校正為觸發(fā)條件的實(shí)時(shí)控制方案相互配合，從日前和 當(dāng)前兩個(gè)時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓，避免了狀態(tài)越限。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為設(shè)備狀態(tài)-時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣S;
[0031] 圖2為動(dòng)作次數(shù)-時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣D ;
[003引圖3為時(shí)間區(qū)間劃分流程圖；
[0033] 圖4為動(dòng)態(tài)規(guī)劃法設(shè)備動(dòng)作序列優(yōu)化流程圖；
[0034] 圖5為仿真網(wǎng)絡(luò)接線圖；
[0035] 圖6為母線有功負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線；
[0036] 圖7為母線無(wú)功負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線；
[0037] 圖8為時(shí)段合并過(guò)程設(shè)備動(dòng)作次數(shù)關(guān)系；
[0038] 圖9為時(shí)段合并過(guò)程中網(wǎng)損的變化情況圖；
[0039] 圖10為T(mén)l變壓器分接頭動(dòng)作曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解運(yùn)些實(shí)施例僅用于說(shuō)明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各 種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0041] 首先建立電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型W及關(guān)聯(lián)矩陣，考慮到地區(qū)電網(wǎng)W220kV變 電站為中屯、成福射狀供電的特性，可W將優(yōu)化問(wèn)題分解為針對(duì)各獨(dú)立子網(wǎng)的優(yōu)化問(wèn)題。W 下的討論均針對(duì)一個(gè)福射狀網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)共有n條母線，m臺(tái)可投切的電容器，1個(gè)帶有有載調(diào) 壓分接頭的變壓器?？紤]到需要盡量減小網(wǎng)絡(luò)損耗和設(shè)備動(dòng)作次數(shù)，運(yùn)里多時(shí)段無(wú)功優(yōu)化 模型采用網(wǎng)絡(luò)一天內(nèi)的損耗、電容器與變壓器有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)來(lái)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，控 制手段為變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)和并聯(lián)電容器組的投切。并聯(lián)電容器組日動(dòng)作次數(shù)限 審蝸&,，變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的日動(dòng)作次數(shù)限制為杳j。其具體模型如式（1)所示：
[0050] 式中：PiMS表示網(wǎng)絡(luò)損耗，Q康示t時(shí)刻電容器容量，SC康示第i個(gè)電容器一天總 的動(dòng)作次數(shù)，St,代表第j個(gè)有載分接開(kāi)關(guān)一天總的動(dòng)作次數(shù)；S為變量的下限，吝為變量的 上限。V、Q、K、T分別為：節(jié)點(diǎn)電壓、電容器容量、電容器組數(shù)和變壓器分接頭。
[0051] 在動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題中，每個(gè)設(shè)備受動(dòng)作次數(shù)限制，使其成為一個(gè)復(fù)雜的時(shí)空禪 合問(wèn)題。單個(gè)設(shè)備的動(dòng)作不僅受不同時(shí)刻情況的影響，還受同一時(shí)刻不同設(shè)備動(dòng)作情況的 影響。相鄰時(shí)刻，負(fù)荷特性相近，達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)時(shí)設(shè)備的狀態(tài)也大致相同，因此相鄰時(shí)刻設(shè) 備的動(dòng)作總次數(shù)在一定程度上能反映相鄰時(shí)刻的相似程度。本實(shí)施例定義設(shè)備狀態(tài)-時(shí)間 關(guān)聯(lián)矩陣S如圖1所示。
[0052] 圖1中，橫向?yàn)橐惶?4個(gè)時(shí)刻，縱向?yàn)閙個(gè)電容器和1個(gè)有載分接開(kāi)關(guān)狀態(tài)；Xi.t 為t時(shí)刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中電容器i的狀態(tài)，即投運(yùn)的電容器組數(shù)，據(jù)此組數(shù)的變化即可確定 電容器的動(dòng)作次數(shù)；y，.t為t時(shí)刻靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果中有載分接開(kāi)關(guān)j的狀態(tài)，即所在檔位，根據(jù) 此檔位的變化即可確定變壓器的動(dòng)作次數(shù)。并根據(jù)矩陣S，定義動(dòng)作次數(shù)和時(shí)間關(guān)聯(lián)的矩陣 D如圖2所示。
[0053] 單一時(shí)間斷面，每個(gè)設(shè)備都可能有不同的動(dòng)作次數(shù)，如果簡(jiǎn)單地W所有設(shè)備總動(dòng) 作次數(shù)來(lái)表征相鄰時(shí)刻設(shè)備的變化狀態(tài)不合理，因?yàn)樵诘貐^(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化中控制變量考慮 兩個(gè)，分別是電容器和有載變壓器，兩者的動(dòng)作不等價(jià)，主要表現(xiàn)在一般情況下電容器分= 組，每個(gè)電容器日動(dòng)作不超過(guò)10次，有載分接開(kāi)關(guān)有7檔，日調(diào)節(jié)次數(shù)不超過(guò)30次。因此 運(yùn)里需要對(duì)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行"等效"，即標(biāo)準(zhǔn)化。本文設(shè)立相鄰時(shí)刻設(shè)備狀態(tài)變化指標(biāo)M， 用于在單個(gè)時(shí)刻最優(yōu)狀態(tài)基礎(chǔ)上判斷相鄰兩個(gè)時(shí)刻是否應(yīng)該合并。其表示方法如式（2):
㈱
[00巧]式（2)中，M(t)為t時(shí)刻與上一時(shí)刻設(shè)備狀態(tài)的變化指標(biāo)，用于反映此相鄰時(shí)刻 的相似程度訊,t(t)為從t-1時(shí)刻到t時(shí)刻第i個(gè)電容器的動(dòng)作次數(shù)，取值是動(dòng)作次數(shù)-時(shí) 間關(guān)聯(lián)矩陣D中Di,t元素；D,,t(t)為從t-1時(shí)刻到t時(shí)刻第j個(gè)變壓器分接開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次 數(shù)，取值是動(dòng)作次數(shù)-時(shí)間關(guān)聯(lián)矩陣D中D,,t元素。裹@、吝。?分別為一天內(nèi)電容器組最大 的投切次數(shù)和變壓器分接頭的最大允許調(diào)整次數(shù)。
[0056] 通過(guò)對(duì)矩陣S，D，M的分析，在動(dòng)作次數(shù)滿(mǎn)足約束條件下，對(duì)一天24個(gè)時(shí)段進(jìn)行劃 分。采用本文方法無(wú)需事先規(guī)定區(qū)間個(gè)數(shù)，而是在時(shí)段合并過(guò)程中不斷比較一天的網(wǎng)損值， 如果隨著合并的進(jìn)行，減少的網(wǎng)損費(fèi)用小于設(shè)備的動(dòng)作代價(jià)時(shí)，就取消相應(yīng)的合并，且W此 刻的分段數(shù)作為最終分段結(jié)果，繼而進(jìn)行段內(nèi)的靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化。據(jù)此，設(shè)立分段終止判據(jù)如 式（3)所示：
[0057] e=A卵djAt_F 0)
[00則式中：F=PdrCU+P。td化，App"At為網(wǎng)損節(jié)省費(fèi)用，Pd.j為當(dāng)前時(shí)刻的電價(jià)；F為設(shè)備動(dòng)作代價(jià)，Pdf和Pf，t分別為電容器和分接頭的單次調(diào)節(jié)代價(jià)，CU和df,t分別為電容 器和分接頭頂動(dòng)作次數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，IlOKV變壓器其抽頭調(diào)節(jié)代價(jià)為1. 0-2. 0元/次， 220KV的變壓器抽頭調(diào)節(jié)代價(jià)為1. 5-2. 5元/次，IOKV無(wú)功補(bǔ)償裝置投切代價(jià)為0. 5-1. 2 元/次。
[0059] 接著基于關(guān)聯(lián)矩陣做時(shí)間區(qū)間劃分。地區(qū)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特征相同或相似的