CN102170128A - 电力系统动态优化控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统动态优化控制方法及系统，涉及电力系统规划与控制技术领域。该方法包括以下步骤：S1：对负荷曲线进行分段，使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大；S2：根据步骤S1的分段结果为负载进行供电。本发明通过对负荷曲线进行分段时，使得所有时段内负荷的方差和最小，并且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大，解决了现有技术中的优化结果不合理，而导致电压波动与电能损耗较大的问题。

Description

电力系统动态优化控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统规划与控制技术领域，特别涉及一种电力系统动态优化控制方法及系统。

背景技术

在电力系统运行调度时，一般需要进行动态优化分析，在分析过程中，为了对负荷状态进行近似简化处理，常常需要将负荷曲线合理分割为若干时间段。比如，在动态无功优化分析中，确定了每一个时间段的长度或起始点后，该时间段的负荷近似认为不变，据此可以优化计算出相应的无功控制方案。

目前，常用的优化分段方法是以各分段的方差和最小为目标函数，控制变量为分段点或各个分段的长度。

设某一段时间的负荷曲线可以用向量X表示，如下式：

X＝{x_i，j}

其中，x_i，j为负荷曲线上第i个时段上的第j个负荷值，i＝1，2，…，S，j＝1，2，…，L_i，S为该负荷曲线的分段个数，即该负荷曲线被划分为S个时段；L_i为负荷曲线上第i个时间段所包含的负荷样本点个数。

向量X可以进一步采用下式进行归一化处理：

Y＝X/x_max

其中，Y为经归一化处理后的向量，x_max为向量X中的最大负荷值。

现在常用的负荷曲线优化分段方法的目标函数F₁如下式：

$F_1=\min \left[\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{L_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{L_i-1}{(y_{i,j}-{\stackrel{\‾}{y}}_i)}^2\right]$

其中，L₁+L₂+…+L_S＝L，为向量集Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值；L为整个负荷曲线包含的负荷样本点个数。

使用上述负荷曲线优化分段方法获得的分段结果不尽合理，也不利于控制电压的波动。分析与计算验证表明使用该方法获得的结果会导致两种倾向：一、某些分段长度为1；二、有些分段长度大，其负荷偏差(指该分段上各负荷值偏离平均值最大的距离)也大。

这两种倾向都是由于采用各分段负荷曲线的方差之和作为目标函数而引起的。当某分段的长度为1时，该段的方差为0。而当某分段的负荷偏差不变时，该分段的长度越大其方差越小。分段后，所有时段中最大的负荷偏差MLD，如下式：

$\mathrm{MLD}=\max |y_{i,j}-{\stackrel{\‾}{y}}_i|$

负荷偏差是导致电压偏移的直接原因而不是方差，现有优化分段方法仅使各分段方差和最小而无法约束个别分段方差过大的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决现有技术中的负荷曲线分段结果不合理，而导致电压波动与电能损耗较大的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电力系统动态优化控制方法，包括以下步骤：

S1：对负荷曲线进行分段，使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大；

S2：根据步骤S1的分段结果为负载进行供电。

其中，步骤S1中，对负荷曲线进行分段，具体包括步骤：

S11：通过下式计算所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值和F_D，

$F_D=\underset{i=1}{\overset{S-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\stackrel{\‾}{y}}_{i+1}-{\stackrel{\‾}{y}}_i|$

其中，S为该负荷曲线的分段个数，即该负荷曲线被划分为S个时段；L_i为负荷曲线上第i个时间段所包含的负荷样本点个数，i＝1，2，…，S；为向量Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值，j＝1，2，…，L_i；Y为对所述负荷曲线的向量经归一化处理后获得的向量；

S12：通过下式计算所有时段内负荷的方差和F₁，

$F_1=\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{L_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{L_i-1}{(y_{i,j}-{\stackrel{\‾}{y}}_i)}^2$

其中，L₁+L₂+…+L_S＝L，为向量Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值；L为整个负荷曲线包含的负荷样本点个数；

S13：根据下式对负荷曲线进行分段，

F₂＝min(F₁/F_D)

其中，F₂为负荷曲线分段的目标函数。

其中，步骤S2进一步包括：

S21：以步骤S1的分段结果为依据确定系统最优控制量；

S22：根据所述系统最优控制量为负载进行供电

其中，所述最优控制量为无功补偿量或变压器变比。

本发明还公开了一种电力系统动态优化控制系统，包括：

分段模块，用于对负荷曲线进行分段，使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大；

优化控制模块，用于根据分段模块的分段结果为负载进行供电。

(三)有益效果

本发明通过对负荷曲线进行分段时，使得所有时段内负荷的方差和最小，并且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大，解决了现有技术中的优化结果不合理，而导致电压波动与电能损耗较大的问题。采用本发明方法分段后，原来的负荷曲线被合理近似为台阶状折线，据此可计算出各时段的优化控制方案。相对于现有负荷曲线分段方法而言，本方法的电压波动、越限和电能损耗较小。

附图说明

图1是按照本发明一种实施方式的电力系统动态优化控制方法的流程图；

图2是一变电站的负荷曲线；

图3是采用现有技术对图2所示的负荷曲线进行处理的5分段结果图；

图4是采用图1所示的动态优化控制方法对图2所示的负荷曲线进行处理的5分段结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在电力系统中，由于负荷每时每刻都在变，但控制设备不能操作太频繁，本发明点的方法主要用于对预测的负荷曲线的分段，对预测的负荷曲线的分段用于确定下一段时间的优化控制方案。如图1所示为按照本发明一种实施方式的电力系统动态优化控制方法的流程图，包括以下步骤：

S1：对负荷曲线进行分段，确定下一时段的优化控制方案，即使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大。

在分段时，各时段内负荷近似恒定，可以各分段负荷平均值为准计算最优控制方案，这样就大大降低了动态优化问题求解的复杂度。在合理的分段个数下，电压波动能满足要求，控制设备操作次数减少，电能损耗有所降低。

S2：以分段的结果为依据确定系统最优控制量(如无功补偿量或变压器变比等)，根据所述系统最优控制量为负载进行供电。

其中，步骤S1中，对负荷曲线进行分段，具体包括步骤：

S11：通过下式计算所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值和F_D，

$F_D=\underset{i=1}{\overset{S-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\stackrel{\‾}{y}}_{i+1}-{\stackrel{\‾}{y}}_i|$

其中，S为该负荷曲线的分段个数，即该负荷曲线被划分为S个时段；L_i为负荷曲线上第i个时间段所包含的负荷样本点个数，i＝1，2，…，S；为向量Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值，j＝1，2，…，L_i；Y为对所述负荷曲线的向量经归一化处理后获得的向量；

S12：通过下式计算所有时段内负荷的方差和F₁，

$F_1=\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{L_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{L_i-1}{(y_{i,j}-{\stackrel{\‾}{y}}_i)}^2$

其中，L₁+L₂+…+L_S＝L，为向量Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值；L为整个负荷曲线包含的负荷样本点个数；

S13：根据下式对负荷曲线进行分段，

F₂＝min(F₁/F_D)

其中，F₂为负荷曲线分段的目标函数，该公式的控制变量为各时段的长度，即L₁，L₂，…L_S，公式的求解可采用穷举法或其它启发式优化方法。

当采用现有技术和本实施方式的优化控制方法分别对图2所示负荷曲线进行优化分割时，如图3～4，此处仅以分割为5段和6段(分割为6段的结果图未示出)为例，对现有技术和本实施方式的优化控制方法的处理结果与相关指标进行比较，如表1所示，表中MSD为各时段中最大的标准方差。

表1

从表1两种负荷曲线分段方法的比较可以看出，现有技术(即常用的优化分段方法)的MLD和MSD都比本实施方式的优化控制方法大，表明现有技术的分段结果中至少有某个时段的负荷波动程度大于本文方法分段结果中的所有时段。当分段个数为5时，现有技术的分段结果中有3个时段其长度为1，但却有一个分段长度为17。当分段个数增加为6时，现有方法的分段结果没有明显改善。原来长度为17的时段被分割为7～22和23，增加了一个长度为1的时段，而且其最大标准方差由0.1121增大为0.1140，该现象验证了通过现有技术对负荷曲线进行划分的结果的两种倾向。

对现有技术和本实施方式的优化控制方法的电压越限个数进行比较，如表2所示，可看出使用本实施方式的优化控制方法时，电压越限明显少于使用现有技术时的情况。

表2

对现有技术和本实施方式的优化控制方法的电能损耗进行比较，如表3所示，可看出使用本实施方式的优化控制方法时，电能损耗明显少于使用现有技术时的情况。

表3

本实施方式的优化控制方法借鉴了聚类分析的思想，所提出的电力负荷曲线优化分段方法克服了现有技术的结果不合理的缺点，即避免了现有技术存在的两种不良倾向。由于本方法分段结果的负荷偏差与标准差比现有技术小，采用该经本实施方式的优化控制方法的分段结果进行优化调度时电压波动较小，使得造成的电能损耗也较小。

本发明还公开了一种电力系统动态优化控制系统，包括：

分段模块，用于对负荷曲线进行分段，使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大；

优化控制模块，用于根据分段模块的分段结果为负载进行供电。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种电力系统动态优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对负荷曲线进行分段，使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大；

S2：根据步骤S1的分段结果为负载进行供电。

2.如权利要求1所述的动态优化控制方法，其特征在于，步骤S1中，对负荷曲线进行分段，具体包括步骤：

S11：通过下式计算所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值和F_D，

$F_D=\underset{i=1}{\overset{S-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\stackrel{\‾}{y}}_{i+1}-{\stackrel{\‾}{y}}_i|$

其中，S为该负荷曲线的分段个数，即该负荷曲线被划分为S个时段；L_i为负荷曲线上第i个时间段所包含的负荷样本点个数，i＝1，2，…，S；为向量Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值，j＝1，2，…，L_i；Y为对所述负荷曲线的向量经归一化处理后获得的向量；

S12：通过下式计算所有时段内负荷的方差和F₁，

$F_1=\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{L_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{L_i-1}{(y_{i,j}-{\stackrel{\‾}{y}}_i)}^2$

其中，L₁+L₂+…+L_S＝L，为向量Y中第i个时段的负荷平均值；y_i，j为向量Y中第i个时段上的第j个负荷值；L为整个负荷曲线包含的负荷样本点个数；

S13：根据下式对负荷曲线进行分段，

F₂＝min(F₁/F_D)

其中，F₂为负荷曲线分段的目标函数。

3.如权利要求1所述的电力系统动态优化控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S21：以步骤S1的分段结果为依据确定系统最优控制量；

S22：根据所述系统最优控制量为负载进行供电

4.如权利要求3所述的电力系统动态优化控制方法，其特征在于，所述最优控制量为无功补偿量或变压器变比。

5.一种电力系统动态优化控制系统，其特征在于，包括：

分段模块，用于对负荷曲线进行分段，使得所有时段内负荷的方差和最小且所有相邻时间段的负荷平均值之间的差值最大；

优化控制模块，用于根据分段模块的分段结果为负载进行供电。

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