CN103036245B - 一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法及系统，本发明的方法包括：获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；根据直流网损灵敏度因子和交流网损灵敏度因子计算交直流网总网损灵敏度因子；判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。本发明的方法支持在线计算，计算准确、速度快和鲁棒性强。本发明可广泛应用于大型交直流互联电网的网损优化中。

Description

一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统的网损优化领域，尤其是一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法及系统。

背景技术

随着现代电网的发展，输电方式更加多样化，电力系统也日趋复杂。同时，随着经济的发展，在确保电网系统安全稳定的前提下，提高系统运行的经济性已被摆到了愈加重要的地位。网损是电网经济运行管理中的一项重要内容，它不但反应了电网结构和运行安排的合理性，更体现了电网企业的技术水平和管理水平。

电力系统中的网损是指电能传输过程中，以热能的形式损耗在输电线路和变压器电阻上的能量。传统电力系统的网损优化问题，主要是通过合理安排系统无功配置、变压器分接头位置和机端电压等手段，使系统在允许的运行方式下网损最小。对于交直流网（交直流混联电网的简称），只有直流通道的输送功率可以直接更改，而交流通道的输送功率则无法直接改变。由于交流和直流的总输送功率保持不变，因此改变直流输送功率，会将有功潮流转移至交流通道，从而改变整个输电通道上的损耗。因此交直流网的网损优化是一个与系统有功变量相关的优化问题。

目前，区域间特高压交直流联网已成为电网发展的重要趋势。因此研究交直流网网损优化的理论和计算工具具有非常重要的意义。

现有技术的网损优化大多采用损耗系数法，该方法先对输电通道进行离线的减化和等值，进而根据等值后的电阻和相应的电压，即损耗系数（电阻除以电压平方），评估各交流和直流输电通道应分配多少输电功率。其缺点表现在：

1)损耗系数法对系统进行了过多的等值，使得计算结果误差较大。由于交流输电通道的电压随沿线无功装置配置不同而变化，因此用一个电压来等效十分不准确。而且通道的电阻与输电通道的接线方式、线路的检修和停运密切相关，对其进行等值的难度较大。另外，目前的损耗系数法无法满足离线计算的要求，更无法适应在线计算的要求、速度和精度。

2)交流的损耗系数无法准确描述不同送端对于交流通道潮流分布的影响。例如在交直流网中，对于云南和贵州，其等效的送电到广州的交流通道电阻不同。

3)交流输电通道是一个巨型多输入多输出端口网络，因此交流通道的损耗系数同时受其它占用交流通道的送电计划影响，难以准确计算。

4)交流损耗系数法很难使全网的网损达到最优，例如跨省交直流网，一般仅考虑各省交流出口之外的网损，而并没有考虑省内500kV线路由于送电而引起的损耗，从而无法使全网的网损达到最优。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种支持在线计算的互联电网新型交直流协同降低网损的方法。

本发明的另一个目的是提供一种支持在线计算的互联电网新型交直流协同降低网损的系统。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，该方法包括以下步骤：

A、获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；

B、获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；

C、根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；

D、根据直流网损灵敏度因子和交流网损灵敏度因子计算交直流网总网损灵敏度因子；

E、判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；

F、对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。

进一步，所述步骤B中计算直流网损灵敏度因子的公式如下：式中，为直流网损灵敏度因子，def表示“定义为”的意思，P为直流整流站功率值，R为直流线路电阻，U为直流电压，而为直流系统对于直流功率变化的灵敏度向量。

进一步，若不考虑换流站无功影响，则所述步骤C中计算交流网损灵敏度因子的公式为：

${\▿}_A=\stackrel{\mathrm{def}}{=}\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_c}-\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{\∂P_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_r}\frac{\∂D}{\∂u},$ 式中，为交流网损灵敏度因子，

表示为：整流站节点的有功网损灵敏度，

表示为：逆变站节点的有功网损灵敏度；

若考虑换流站无功影响，则所述步骤C中计算交流网损灵敏度因子的公式为： $\begin{array}{c}{\▿}_A\stackrel{\mathrm{def}}{=}\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{\∂P_c}-\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_r}\frac{\∂D}{\∂u}-(\frac{\∂Q_c}{{\∂P}_c}\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_c}-\\ \frac{Q_r}{P_r}(\frac{A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_r}\frac{\∂D}{\∂u}))\end{array},$ 式中，为交流网损灵敏度因子，

表示为：整流站节点的有功网损灵敏度，

表示为：逆变站节点的有功网损灵敏度，

表示为：整流站节点的无功网损灵敏度，

表示为：逆变站节点的无功网损灵敏度。

进一步，所述步骤D，其具体为，将直流网损灵敏度因子减去交流网损灵敏度因子后得到交直流网总网损灵敏度因子，进而得到交直流网总网损的梯度向量以及交直流网总网损的梯度向量为：

$\frac{\∂S}{\∂u}=\frac{\∂D}{\∂u}-\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_c}-\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_r}\frac{\∂D}{\∂u}-$

$(\frac{\∂Q_c}{\∂P_c}\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{\∂Q_c}-\frac{\∂Q_r}{{\∂P}_r}(\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_r}\frac{\∂D}{\∂u})).$

进一步，所述步骤E中采用以下公式进而判断交直流网是否满足最优解条件，所述的公式为：

$\frac{\∂D}{\∂u}-\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_c}-\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{\∂P_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂P}_r}\frac{\∂D}{\∂u}-(\frac{{\∂Q}_c}{{\∂P}_c}\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_c}-$

$\frac{{\∂Q}_r}{\∂P_r}(\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_r}+\frac{\∂A}{\∂x}\frac{\∂x}{{\∂Q}_r}\frac{\∂D}{\∂u}))-{\mathrm{\δ}}^T\frac{\∂g}{\∂u}=0,$

其中，为直流额定容量约束和直流相关交流控制断面约束的拉格朗日乘子项。

进一步，所述步骤F，其具体包括：

F1、以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向，按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

F2、采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

F3、判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量后执行步骤F4，反之，则直接转至步骤F4；

F4、根据交直流网的直流功率调整量更新潮流断面数据中的直流功率数据并返回步骤A。

进一步，所述步骤F，其具体包括：

F1、以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

F2、采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

F3、判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量以调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而执行步骤F4,反之，则直接根据交直流网的直流功率调整量调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而执行步骤F4；

F4、根据调整后的直流功率和修正后的交流滤波器无功的变化值更新潮流断面数据中的直流功率数据和交流滤波器无功数据并返回步骤A。

本发明所采用的另一技术方案是：一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统，该系统包括：

数据获取与潮流计算模块，用于获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；

直流网损灵敏度因子计算模块，用于获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；

交流网损灵敏度因子计算模块，用于根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；

交直流网总网损灵敏度因子计算模块，用于根据直流网损灵敏度因子和交流网损灵敏度因子计算交直流网总网损灵敏度因子；

最优解条件判断模块，用于判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；

迭代寻优计算模块，用于对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。

进一步，所述迭代寻优计算模块，其具体包括：

寻优单元，用于以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

直流功率调整量计算单元，用于采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

约束越限判断单元，用于判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量后进入直流功率数据更新单元，反之，则直接转至直流功率数据更新单元；

直流功率数据更新单元，用于根据交直流网的直流功率调整量更新潮流断面数据中的直流功率数据并返回数据获取与潮流计算模块。

进一步，所述迭代寻优计算模块，其具体包括：

寻优单元，用于以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

直流功率调整量计算单元，用于采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

约束越限判断单元，用于判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量以调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而进入数据更新单元,反之，则直接根据交直流网的直流功率调整量调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而进入数据更新单元；

数据更新单元，用于根据调整后的直流功率和修正后的交流滤波器无功的变化值更新潮流断面数据中的直流功率数据和交流滤波器无功数据并返回数据获取与潮流计算模块。

本发明的有益效果是：本发明的方法引入迭代寻优计算来对交直流网的直流功率进行实时调整，以降低交直流网的总网损，更加可靠和方便，并支持在线计算。而且，本发明的方法在整个交直流网网损计算过程之中并没有进行模型简化或者等效，从而保证了计算的准确性、速度和结果的可信度。另外，本发明的方法鲁棒性很强，适用于任何规模的交直流网。

本发明的另一个有益效果是：本发明的系统包括基于现有成熟的潮流计算软件的潮流和灵敏度结果的数据获取与潮流计算模块、交直流总网损灵敏度因子计算模块和迭代寻优计算模块，允许使用者在线计算交直流网的实时直流功率调整量，从而实现全网网损最小，更加可靠和方便。而且本发明的系统无需将系统模型简化，同时可充分利用基于已有的成熟潮流分析和计算工具，保证了计算的准确性、速度和结果的可信度。

附图说明

图1为本发明一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法的步骤流程图；

图2为本发明一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法步骤F的一种步骤流程图；

图3为本发明一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法步骤F的另一种步骤流程图；

图4为本发明一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统的结构方框图；

图5为本发明一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统迭代寻优计算模块的一种结构方框图；

图6为本发明一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统迭代寻优计算模块的另一种结构方框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参照图1，一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，该方法包括以下步骤：

A、获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；

B、获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；

C、根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；

D、根据直流网损灵敏度因子和交流网损灵敏度因子计算交直流网总网损灵敏度因子；

E、判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；

F、对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。

其中，潮流断面数据包含电力系统网络拓扑、元件参数、设备和负荷的参量（如直流功率和无功）等能够实时更新的数据。潮流计算主要通过潮流计算软件来实现，而潮流计算软件是用于计算电力系统潮流的通用软件，包括美国帮涅尔电力局开发的BPA软件和美国PTI公司开发的PSS\E软件等。潮流结果包括当前的潮流方式、有功功率、无功功率、电压在电力网中的分布、各节点的有功网损灵敏度和无功网损灵敏度等。由于交流系统的功率无法直接作出调整，本发明着重考虑直流调整尤其是直流功率调整的影响。其中，直流网损灵敏度因子是指直流功率调整对于直流系统网损影响的灵敏度因子，交流网损灵敏度因子是指直流功率调整对于交流系统网损影响的灵敏度因子，交直流网总网损灵敏度因子是指直流调整对于交直流网总网损影响的灵敏度因子。

本发明的交直流协同网损优化数学模型如下式（a）～（i）所示：

$\underset{u,x}{\min }S(u,x)=A\left(x\right)+D\left(u\right)---\left(a\right)$

s.t.:

f（x,P_c（u）,P_r（u））=0（λ）（b）

g(u)<0→(δ)（c）

x=(V₁,…V_N-r,θ₁,…θ_N)^T（d）

u=(P_d1，…P_dM)^T（e）

$A\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_i\underset{j\&Element;i}{\mathrm{\&Sigma;}}{V}_j{G}_{\mathrm{ij}}\cos ({\mathrm{\&theta;}}_i-{\mathrm{\&theta;}}_j)---\left(f\right)$

$D\left(u\right)=\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_{\mathrm{dk}}^2}{U_{\mathrm{dk}}^2}\&CenterDot;R_{\mathrm{dk}}---\left(g\right)$

P_c(u)=u+u₀（h）

P_r(u)=-(u-D(u))（i）

该模型包括控制变量、状态变量、函数和方程与参数这4部分，详细介绍如下：

（1）控制变量

u为决策变量向量，包括各直流整流站侧功率调整变量P_dm；

（2）系统状态变量

x：状态变量向量，包括系统各节点的电压Vi和相角状态变量θi；

（3）函数和方程

A（ｘ）：交流系统网损函数；

Ｄ（u）：直流系统网损函数；

S（u）：交直流网总网损函数，即目标函数；

P_c(u)：整流站功率向量函数；

P_r(u)：逆变站功率向量函数；

g（u）：直流额定容量约束和直流相关交流控制断面约束；

ｆ（．）：系统潮流方程，

（4）参数

u0：各直流调整前功率向量；

λ和δ是相应约束的拉格朗日乘子，T表示转置，“s.t.”是“约束条件”的意思；

G_ij：系统导纳参数。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤B中计算直流网损灵敏度因子的公式如下：

式中，为直流网损灵敏度因子，def表示“定义为”的意思，P为直流整流站功率值，R为直流线路电阻，U为直流电压，而为直流系统对于直流功率变化的灵敏度向量。

其中，相当于对交直流协同网损优化数学模型的Ｄ（u）（代表直流系统网损函数）进行求导，即为对Ｄ（u）进行求导。

直流功率数据是直接从潮流断面获取的。而在计算直流网损灵敏度因子时，若交直流网已启动低功率无功优化（直流系统在低负荷时自动降低电压，调整换流器注入系统无功的功能），则要对直流电压U进行修正以保证计算结果的准确性。

进一步作为优选的实施方式，若不考虑换流站无功影响，则所述步骤C中计算交流网损灵敏度因子的公式为：

${\&dtri;}_A=\stackrel{\mathrm{def}}{=}\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{\&PartialD;P_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u},$ 式中，为交流网损灵敏度因子，

表示为：整流站节点的有功网损灵敏度，可取自潮流计算软件结果（包括在潮流结果中）；

表示为：逆变站节点的有功网损灵敏度，可取自潮流计算软件结果（包括在潮流结果中）；

若考虑换流站无功影响，则所述步骤C中计算交流网损灵敏度因子的公式为：

$\begin{array}{c}{\&dtri;}_A\stackrel{\mathrm{def}}{=}\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{\&PartialD;P_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-(\frac{\&PartialD;Q_c}{{\&PartialD;P}_c}\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_c}-\\ \frac{Q_r}{P_r}(\frac{A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}))\end{array},$ 式中，为交流网损灵敏度因子，

表示为：整流站节点的有功网损灵敏度，可取自潮流计算软件结果（包括在潮流结果中）；

表示为：逆变站节点的有功网损灵敏度，按事先给定值得出；

表示为：整流站节点的无功网损灵敏度，可取自潮流计算软件结果（包括在潮流结果中）；

表示为：逆变站节点的无功网损灵敏度，可取自潮流计算软件结果（包括在潮流结果中）。

其中，换流站为高压直流输电的一种特殊方式，主要负责将交流电经换流站送端转换为直流电，跟着，直流电经直流线路传输到换流站接收端再转换为交流电，换流站包括整流站（换流站送端）和逆变站（换流站接收端）。相当于对交直流协同网损优化数学模型的A（x）（代表交流系统网损函数）进行求导，而按事先给定值得出的意思是由于整个系统的有功和无功之和保持不变，因此可以根据系统的无功来间接得出系统的有功（可以事先做好有功和无功平衡度对照表，需要时可直接在里面查找）。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤D，其具体为，将直流网损灵敏度因子减去交流网损灵敏度因子后得到交直流网总网损灵敏度因子，进而得到交直流网总网损的梯度向量以及交直流网总网损的梯度向量为：

$\frac{\&PartialD;S}{\&PartialD;u}=\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-$

$(\frac{\&PartialD;Q_c}{\&PartialD;P_c}\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{\&PartialD;Q_c}-\frac{\&PartialD;Q_r}{{\&PartialD;P}_r}(\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u})).$

其中，为对交直流协同网损优化数学模型的S（x）（代表交直流系统总网损函数）进行求导，而引入交直流网总网损的梯度向量是因为交直流网的直流不止一条。计算时，首先将一条直流的直流网损灵敏度因子减去对应的交流网损灵敏度因子后得到该条直流的交直流网总网损灵敏度因子，进而组成所有直流的直流调整对于交直流全系统总网损影响的灵敏度（即交直流网总网损的梯度向量），结合之前的和表达式可以得到：

$\frac{\&PartialD;S}{\&PartialD;u}=\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-$

$(\frac{\&PartialD;Q_c}{\&PartialD;P_c}\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{\&PartialD;Q_c}-\frac{\&PartialD;Q_r}{{\&PartialD;P}_r}(\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}))$

若不考虑换流站无功的影响，交直流网总网损的梯度向量的表达式可进一步简化为：

$\frac{\&PartialD;S}{\&PartialD;u}=\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}.$

进一步作为优选的实施方式，所述步骤E中采用以下公式进而判断交直流网是否满足最优解条件，所述的公式为：

$\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{\&PartialD;P_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-(\frac{{\&PartialD;Q}_c}{{\&PartialD;P}_c}\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_c}-$

$\frac{{\&PartialD;Q}_r}{\&PartialD;P_r}(\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;Q}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}))-{\mathrm{\&delta;}}^T\frac{\&PartialD;g}{\&PartialD;u}=0---\left(4\right)$

其中，为直流额定容量约束和直流相关交流控制断面约束的拉格朗日乘子项。由交直流协同网损优化数学模型的式（b）和式（c）推导出来，表示对对交直流协同网损优化数学模型的g（u）（代表直流额定容量约束和直流相关交流控制断面约束）进行求导。

在不考虑直流相关交流控制断面约束和直流额定容量约束的影响的情况下，若交直流网总网损的梯度向量等于零，则说明交直流网已经无法通过调整直流功率来降低网损，已达到计算的最优解，此时应跳出循环，结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率。若梯度向量不为零，则说明交直流网还可以通过调整直流功率来降低网损，此时应根据交直流网总网损的梯度向量和按照相应的算法（包括简化梯度法或序列规划二次算法SQP），计算具体的各直流功率调整量。实际上还要考虑直流额定容量约束和直流相关交流控制断面约束的影响，因此在式（4）中增加了这一拉格朗日乘子项（即判断是否满足最优解条件的依据是交直流网总网损的梯度向量减去拉格朗日乘子项的结果是否为零）。

另外，当不考虑换流站无功的影响时，式（4）可进一步简化为：

$\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_c}-\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}+\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;x}\frac{\&PartialD;x}{{\&PartialD;P}_r}\frac{\&PartialD;D}{\&PartialD;u}-{\mathrm{\&delta;}}^T\frac{\&PartialD;g}{\&PartialD;u}=0$

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述步骤F，其具体包括：

F1、以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向，按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

F2、采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

F3、判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量后执行步骤F4，反之，则直接转至步骤F4；

F4、根据交直流网的直流功率调整量更新潮流断面数据中的直流功率数据并返回步骤A。

其中，简化梯度法或序列规划二次算法SQP是优化计算中确定调整量的数值算法，而直流功率调整量用来更新潮流断面数据中的直流功率数据。计算出直流功率调整量后，接着对直流相关约束（包括直流功率额定容量约束和直流相关交流控制断面约束）进行校核和判断。若某条直流功率调整后导致直流相关约束越限，则减少其直流功率调整量，直至该直流相关约束不越限（即调整后的直流功率不会导致任何直流相关交流控制断面约束越限或直流额定容量约束越限），并将此时的调整量作为最终的直流功率调整量以更新潮流断面数据中的直流功率数据。跟着，重新开始潮流计算、交直流网总网损灵敏度因子计算和迭代寻优计算，直至满足最优解的条件为止。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述步骤F，其具体包括：

F1、以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向，按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

F2、采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

F3、判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量以调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而执行步骤F4,反之，则直接根据交直流网的直流功率调整量调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而执行步骤F4；

F4、根据调整后的直流功率和修正后的交流滤波器无功的变化值更新潮流断面数据中的直流功率数据和交流滤波器无功数据并返回步骤A。

其中，换流站节点无功=换流器注入系统无功+交流滤波器无功。换流器无功随直流的功率的变化而变化的部分已经包括在之前网损灵敏度因子的计算（尤其是交流网损灵敏度因子的计算）中。而本实施方式将交流滤波器无功设计成迭代寻优计算中的参数（随直流功率变化而作相应的调整），因此在迭代寻优计算过程中，本实施方式添加了根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值这一步骤，进一步提高了计算的准确性。

本发明的方法与现有技术相比，具有以下优点：

1）基于完整的潮流计算结果和成熟潮流计算软件

本方法基于准确的潮流计算结果和灵敏度数据，从而可以准确考虑通道上所有线路的电阻和各个线路电压对网损的影响。同时，由于潮流计算基于现有电力系统分析软件，例如BPA和PSS\E的结果，故使用者只需自己编写外部程序接口，即可实现与BPA计算结果交替迭代，逐步寻优（即迭代寻优计算）的过程。而且计算的结果可以达到其它商业交流最优潮流软件的计算精度。

2）无需系统模型简化

由于本发明的方法基于现有成熟软件的潮流和灵敏度结果，因此整个计算过程没有进行模型简化或者等效，这是本算法较其他交直流优化算法的另一大优势。同时，本算法的鲁棒性很强，适用于任何规模的交直流网。只要交直流网可以利用已有软件计算潮流，即可使用本发明的方法进行网损优化。

3）可扩展性强

本发明的方法可扩展性很强。随着技术的进步，交直流潮流分布将会更加复杂。通过增加决策量的维度，本发明的方法可以将新的直流系统纳入到优化模型中，兼容性和可扩展性能好。另外，由于本发明的方法是在可行域内寻优，故可以随意增加新的断面约束，而且不会影响交直流整体网损优化计算的速度。

参照图4，一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统，该系统包括：

数据获取与潮流计算模块，用于获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；

直流网损灵敏度因子计算模块，用于获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；

交流网损灵敏度因子计算模块，用于根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；

交直流网总网损灵敏度因子计算模块，用于根据直流网损灵敏度因子和交流网损灵敏度因子计算交直流网总网损灵敏度因子；

最优解条件判断模块，用于判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；

迭代寻优计算模块，用于对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。

参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述迭代寻优计算模块，其具体包括：

寻优单元，用于以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

直流功率调整量计算单元，用于采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

约束越限判断单元，用于判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量后进入直流功率数据更新单元，反之，则直接转至直流功率数据更新单元；

直流功率数据更新单元，用于根据交直流网的直流功率调整量更新潮流断面数据中的直流功率数据并返回数据获取与潮流计算模块。

参照图5，本发明揭示了一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统，包括数据获取与潮流计算模块，所述数据获取与潮流计算模块的输出端依次连接有直流网损灵敏度因子计算模块、交流网损灵敏度因子计算模块、交直流网总网损灵敏度因子计算模块、最优解条件判断模块和迭代寻优计算模块。其中，数据获取与潮流计算模块可以自动从电力系统能量管理系统（EMS）或系统高级应用程序（如综合防御系统）读取当前潮流断面的计算数据并根据使用者（如电网实时监控人或调度员等）的需求，进行如下选择：1）选择需要纳入调整范围的直流线路；2）选择需要考虑的潮流断面约束；3）选择调整后的结果中，相关断面约束的裕度。而迭代寻优计算模块计算得出的最终结果包括：ａ）调整后的各直流功率；ｂ）调整后交直流网总网损的降低量；ｃ）调整后各个断面的裕度。这样就可以令使用者方便地使用该系统在线计算交直流网的直流功率调整量以降低交直流网的网损。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，所述迭代寻优计算模块，其具体包括：

寻优单元，用于以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向，按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

直流功率调整量计算单元，用于采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

约束越限判断单元，用于判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量以调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而进入数据更新单元,反之，则直接根据交直流网的直流功率调整量调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而进入数据更新单元；

数据更新单元，用于根据调整后的直流功率和修正后的交流滤波器无功的变化值更新潮流断面数据中的直流功率数据和交流滤波器无功数据并返回数据获取与潮流计算模块。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A、获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；

B、获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；

C、根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；

D、将直流网损灵敏度因子减去交流网损灵敏度因子后得到交直流网总网损灵敏度因子；

E、判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；

F、对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。

2.根据权利要求1所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：所述步骤B中计算直流网损灵敏度因子的公式如下：

式中，▽D为直流网损灵敏度因子，def表示“定义为”的意思，P为直流整流站功率值，R为直流线路电阻，U为直流电压，而为直流系统对于直流功率变化的灵敏度向量。

3.根据权利要求2所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：若不考虑换流站无功影响，则所述步骤C中计算交流网损灵敏度因子的公式为：

式中，▽A为交流网损灵敏度因子，

表示为：整流站节点的有功网损灵敏度；

表示为：逆变站节点的有功网损灵敏度；

若考虑换流站无功影响，则所述步骤C中计算交流网损灵敏度因子的公式为：

式中，▽A为交流网损灵敏度因子，

表示为：整流站节点的无功网损灵敏度；

表示为：逆变站节点的无功网损灵敏度。

4.根据权利要求3所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：所述步骤D，其具体为，将直流网损灵敏度因子减去交流网损灵敏度因子后得到交直流网总网损灵敏度因子，进而得到交直流网总网损的梯度向量以及交直流网总网损的梯度向量为：

$\begin{array}{c}\frac{\&part;S}{\&part;u}=\frac{\&part;D}{\&part;u}-\frac{\&part;x}{\&part;P_c}-\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;P_r}+\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;P_r}\frac{\&part;D}{\&part;u}-\\ (\frac{\&part;Q_c}{\&part;P_c}\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;Q_c}-\frac{\&part;Q_r}{\&part;P_r}(\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;Q_r}+\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;Q_r}\frac{\&part;D}{\&part;u}\left)\right)\end{array}.$

5.根据权利要求4所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：所述步骤E中采用以下公式进而判断交直流网是否满足最优解条件，所述的公式为：

$\begin{array}{c}\frac{\&part;D}{\&part;u}-\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;P_c}-\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;P_r}+\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;P_r}\frac{\&part;D}{\&part;u}-(\frac{\&part;Q_c}{\&part;P_c}\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;Q_c}-\\ \frac{\&part;Q_r}{\&part;P_r}\left(\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;Q_r}+\frac{\&part;A}{\&part;x}\frac{\&part;x}{\&part;Q_r}\frac{\&part;D}{\&part;u}\right))-{\mathrm{\&delta;}}^T\frac{\&part;g}{\&part;u}=0\end{array},$

其中，为直流额定容量约束和直流相关交流控制断面约束的拉格朗日乘子项。

6.根据权利要求5所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：所述步骤F，其具体包括：

F1、以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

F2、采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

F3、判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量后执行步骤F4，反之，则直接转至步骤F4；

F4、根据交直流网的直流功率调整量更新潮流断面数据中的直流功率数据并返回步骤A。

7.根据权利要求5所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的方法，其特征在于：所述步骤F，其具体包括：

F1、以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

F2、采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

F3、判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量以调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而执行步骤F4,反之，则直接根据交直流网的直流功率调整量调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而执行步骤F4；

F4、根据调整后的直流功率和修正后的交流滤波器无功的变化值更新潮流断面数据中的直流功率数据和交流滤波器无功数据并返回步骤A。

8.一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统，其特征在于：该系统包括：

数据获取与潮流计算模块，用于获取潮流断面数据并进行潮流计算，从而得出潮流结果；

直流网损灵敏度因子计算模块，用于获取直流功率数据，并根据获得的直流功率进而计算直流网损灵敏度因子；

交流网损灵敏度因子计算模块，用于根据潮流结果计算交流网损灵敏度因子；

交直流网总网损灵敏度因子计算模块，用于将直流网损灵敏度因子减去交流网损灵敏度因子后得到交直流网总网损灵敏度因子；

最优解条件判断模块，用于判断交直流网是否满足最优解条件，若不满足，则对交直流网进行迭代寻优计算，反之，则结束迭代寻优计算并保存当前交直流网的直流功率；

迭代寻优计算模块，用于对交直流网进行迭代寻优计算，从而对交直流网的直流功率进行实时调整。

9.根据权利要求8所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统，其特征在于：所述迭代寻优计算模块，其具体包括：

寻优单元，用于以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

直流功率调整量计算单元，用于采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

约束越限判断单元，用于判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量后进入直流功率数据更新单元，反之，则直接转至直流功率数据更新单元；

直流功率数据更新单元，用于根据交直流网的直流功率调整量更新潮流断面数据中的直流功率数据并返回数据获取与潮流计算模块。

10.根据权利要求8所述的一种互联电网新型交直流协同降低网损的系统，其特征在于：所述迭代寻优计算模块，其具体包括：

寻优单元，用于以交直流网总网损灵敏度因子为梯度调整方向,按照简化梯度法或序列规划二次算法对交直流网进行寻优；

直流功率调整量计算单元，用于采用步长的自适应调整算法计算交直流网的直流功率调整量；

约束越限判断单元，用于判断直流相关约束是否有约束越限，若有，则沿约束边界更新交直流网的直流功率调整量以调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而进入数据更新单元,反之，则直接根据交直流网的直流功率调整量调整交直流网的直流功率并根据调整后的直流功率修正交流滤波器无功的变化值，进而进入数据更新单元；

数据更新单元，用于根据调整后的直流功率和修正后的交流滤波器无功的变化值更新潮流断面数据中的直流功率数据和交流滤波器无功数据并返回数据获取与潮流计算模块。