CN104466979A - 一种输电网无功优化调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电网无功优化调控系统及方法。所述无功优化调控系统包括SCADA系统接口模块、PAS系统接口模块、无功优化控制策略形成模块、人机交互模块、控制对象选择模块、控制命令下发通信接口模块，同时，本发明提出了基于支路电流的电网计算模型及Kuhn-Tucker条件下的输电网无功优化计算模型，并利用所述两种计算模型进行无功优化计算，形成了无功优化控制策略的调控方法，以此调控方法可使本发明快速计算并形成输电网无功优化控制策略，从而提高了所述输电网无功优化系统的求解效率，提高运算速度，最终达到降低电网网损，提高输电系统安全经济运行的目的。

Description

一种输电网无功优化调控系统及方法

技术领域

本发明涉及输电网的无功优化技术领域，特别是涉及一种输电网无功优化调控系统及方法。

背景技术

目前，许多专家和学者对输电网无功优化问题进行了大量的研究，建立了一些数学模型，采用了不同的优化算法进行研究。关于数学模型的建立主要包括两个部分，一是目标函数的建立，一是约束函数的建立。目标函数的建立主要分为以下4个方面：一是以经济性为目标建立目标函数，包括有功网损最小，无功注入总成本最小，发电总成本最小；一是以电压质量为目标函数，选定节点的电压值与给定电压值偏差的平方作为目标函数，其值最小；一是以安全性为目标函数，获得最大的电压稳定裕度；一是兼顾以上3个方面的性能指标，建立多目标函数，可以在多个性能指标之间取得平衡。而对于约束函数的建立，主要包括等式约束和不等式约束两个方面。关于无功优化算法的研究包括一些传统优化算法，例如非线性规划法、混合整数规划法、动态规划法、线性规划法，及一些智能优化算法，例如模拟退火算法、禁忌搜索算法、遗传算法、蚁群算法、组合智能算法等。上述这些方法都是基于节点电压方程建模的，节点电压分析方法是有效的，但也存在一些问题：1)作为电力网络中最明显的特征，潮流量并没有直接体现出来，在进行电力网络分析时，许多网络流的成功理论并没有被利用；2)由于大量的不等式约束，存在“维数灾”的问题，因此，有必要改善其计算效率。如何提高解的质量，是现在研究的一个发展趋势。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种输电网无功优化调控系统及方法，其可有效地提高无功优化系统的无功优化解的计算效率及解的质量，从而提高了所述输电网无功优化调控系统的整体工作效果。

为达到上述目的，本发明提供一种输电网无功优化调控系统，包括：

SCADA系统接口模块，用于获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据；

PAS系统接口模块，用于获取电网支路参数；

输电网无功优化控制策略形成模块，接收该SCADA系统接口模块获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值作为输电网无功优化控制策略形成模块的电压初始计算值，利用基于支路电流的电网计算模型及电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于支路电流的电网计算模型形成无功优化调控策略；

人机交互模块，输出计算出的无功优化控制策略及各仿真信息；

控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；

控制命令下发通信接口模块，提供与SCADA系统之间的通信接口，将控制命令传递给该SCADA系统。

进一步地，所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。

进一步地，所述电网支路参数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

进一步地，所述基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，所述支路电流方程为：

$i_l^a{R}_{\mathrm{ij}}-i_l^r{X}_{\mathrm{ij}}-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+V_j\cos {\mathrm{\θ}}_j=0$

$i_l^a{X}_{\mathrm{ij}}+i_l^r{R}_{\mathrm{ij}}-V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+V_j\sin {\mathrm{\θ}}_j=0$

所述有功功率方程为：

$V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r=p_i$

其中，为l支路电流的实部；为l支路电流的虚部；V_i，V_j为i、j节点的电压有效值；θ_i，θ_j为i、j节点的电压相角；p_i为i节点的有功注入功率；R_ij，X_ij为l支路的电阻及电抗。

进一步地，该Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min f(x,u)\\ s.t.h(x,u)\≤0\end{array}\right.$

其Kuhn-Tucker条件为，

$\left\{\begin{array}{c}{f}_u+h_u^T\mathrm{\α}=0\\ h(x,u)\≤0\\ \mathrm{\α}\≥0\\ h(x,u){\mathrm{\α}}^T=0\end{array}\right.$

其中，

$f(x,u)=\min \underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[{\left(i_l^a\right)}^2+{\left(i_l^r\right)}^2]R_l$

s.t.h(x,u)≤0含义为，

${V_i}^{\min }\≤\frac{p_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r}\≤{V_i}^{\max }$

${Q_i}^{\min }\≤V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r-{V_i}^2\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{B}_l\≤{Q_i}^{\max },$

其中，B_l为线路电感，Q_i ^max为无功设备所能发出的最大无功功率。

为达到上述目的，本发明还提供一种输电网无功优化调控方法，包括如下步骤：

步骤一，利用SCADA系统接口模块获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，利用PAS系统接口模块获得电网支路参数，并设定无功优化迭代计算的终止判断参数值ε；

步骤二，将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给输电网无功优化控制策略形成模块，作为输电网无功优化控制策略形成模块电压初始计算值；

步骤三，利用基于支路电流的电网计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值；

步骤四，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；

步骤五，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六；

步骤六，将步骤四中各支路电流的新值作为无功优化计算各支路电流的初始值，并利用基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；

步骤七，依据基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的最优无功功率，并形成无功优化调控策略。

进一步地，在步骤七之后，还包括如下步骤：

依据获取的输电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述无功优化调控策略进行输电网潮流计算、网损计算，从而对所述调制策略进行安全性及输电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给SCADA系统，由SCADA系统传递控制信息到控制对象，从而完成无功优化控制的执行工作。

进一步地，所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值；所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值；所述电网支路参数包括：电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

进一步地，所述基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，所述支路电流方程为：

$i_l^a{R}_{\mathrm{ij}}-i_l^r{X}_{\mathrm{ij}}-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+V_j\cos {\mathrm{\θ}}_j=0$

$i_l^a{X}_{\mathrm{ij}}+i_l^r{R}_{\mathrm{ij}}-V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+V_j\sin {\mathrm{\θ}}_j=0$

所述有功功率方程为：

$V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r=p_i$

其中，为l支路电流的实部；为l支路电流的虚部；V_i，V_j为i、j节点的电压有效值；θ_i，θ_j为i、j节点的电压相角；p_i为i节点的有功注入功率；R_ij，X_ij为l支路的电阻及电抗。

进一步地，该Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min f(x,u)\\ s.t.h(x,u)\≤0\end{array}\right.$

其Kuhn-Tucker条件为，

$\left\{\begin{array}{c}{f}_u+h_u^T\mathrm{\α}=0\\ h(x,u)\≤0\\ \mathrm{\α}\≥0\\ h(x,u){\mathrm{\α}}^T=0\end{array}\right.$

其中，

$f(x,u)=\min \underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[{\left(i_l^a\right)}^2+{\left(i_l^r\right)}^2]R_l$

s.t.h(x,u)≤0含义为，

${V_i}^{\min }\≤\frac{p_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r}\≤{V_i}^{\max }$

${Q_i}^{\min }\≤V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r-{V_i}^2\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{B}_l\≤{Q_i}^{\max },$

其中，B_l为线路电感，Q_i ^max为无功设备所能发出的最大无功功率。

与现有技术相比，本发明一种输电网无功优化调控系统及方法采用了基于支路电流的电网计算模型，以及以此模型为基础的Kuhn-Tucker条件下的无功优化计算模型，利用这种模型将电网中最明显的特征量即潮流量直接体现出来，同时利用Kuhn-Tucker条件，解决了无功优化模型的线性化问题，提高了无功优化解的收敛性，并将通过输电网无功优化控制策略形成模块计算得到的无功优化控制策略经过电网实时运行状态下在线安全性校验计算及调控前后网络损耗对比等实时仿真计算，并将输电网无功优化控制策略形成模块计算得到的无功控制策略结果、在线安全性校验结果、调控前后网络损耗对比等实时仿真计算结果输出到人机交互界面，由电力系统调度员进一步进行修改确认，形成的控制策略，需再次进行安全性校验及网络损耗对比计算，直到调整后的策略满足电网安全经济运行的目标为止，才最终将控制策略经输电网无功优化调控系统的控制命令下发通信接口模块下发给SCADA系统，由SCADA系统完成对电网实际运行设备投切控制，可以安全地提高电网运行的经济性，进而提高电网运行的经济效益及社会效益。

附图说明

图1为本发明一种输电网无功优化调控系统的系统架构图；

图2为本发明一种输电网无功优化调控方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种输电网无功优化调控系统的系统架构图。如图1所示，本发明一种输电网无功优化调控系统，至少包括：SCADA系统接口模块101、PAS系统接口模块102、输电网无功优化控制策略形成模块103、人机交互模块104、控制对象选择模块105、控制命令下发通信接口模块106。

其中，SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统接口模块101用于获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，所述典型运行日下电网历史运行数据包括：典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括：当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。

PAS(Power Application Software，电力应用软件)系统接口模块102用于获取电网支路参数，所述电网支路参数包括：电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

输电网无功优化控制策略形成模块103，接收SCADA系统接口模块获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值，各节点注入的有功功率值及无功功率值作为输电网无功优化控制策略形成模块的电压初始计算值，利用基于支路电流的电网计算模型及电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用无功优化控制策略形成模块的电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于支路电流的电网计算模型形成无功优化调控策略。

其中，基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，支路电流方程为： $i_l^a{R}_{\mathrm{ij}}-i_l^r{X}_{\mathrm{ij}}-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+V_j\cos {\mathrm{\θ}}_j=0$

$i_l^a{X}_{\mathrm{ij}}+i_l^r{R}_{\mathrm{ij}}-V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+V_j\sin {\mathrm{\θ}}_j=0$

有功功率方程为：

$V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r=p_i$

上述支路电流方程及有功功率方程表达式中各符号的含义为：

为l支路电流的实部；

为l支路电流的虚部；

V_i，V_j为i、j节点的电压有效值；

θ_i，θ_j为i、j节点的电压相角；

p_i为i节点的有功注入功率；

R_ij，X_ij为l支路的电阻及电抗。

该Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min f(x,u)\\ s.t.h(x,u)\≤0\end{array}\right.$

其Kuhn-Tucker条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_u+h_u^T\mathrm{\α}=0\\ h(x,u)\≤0\\ \mathrm{\α}\≥0\\ h(x,u){\mathrm{\α}}^T=0\end{array}\right.$

其中：

$f(x,u)=\min \underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[{\left(i_l^a\right)}^2+{\left(i_l^r\right)}^2]R_l$

s.t.h(x,u)≤0含义为：

${V_i}^{\min }\≤\frac{p_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r}\≤{V_i}^{\max }$

${Q_i}^{\min }\≤V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r-{V_i}^2\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{B}_l\≤{Q_i}^{\max }$

需说明的是，这里所述的输电网无功优化调控系统控制的对象为无功电容器组及变压器档位。

具体地说，输电网无功优化控制策略形成模块103，接收SCADA系统接口模块101获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值，各节点注入的有功功率值及无功功率值作为电压初始计算值，然后利用基于支路电流的电网计算模型及电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，并利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，接着计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断这个差值是否小于一给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则依据基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的最优无功功率，并形成无功优化调控策略，如果差值大于给定的ε值，则将各支路电流的新值作为无功优化计算各支路电流的初始值，利用基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，重新利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值。

人机交互模块104，输出计算出的无功优化控制策略、当前输电网运行状态下无功优化控制策略执行后电网电压越上限或者越下限的仿真信息、当前输电网运行状态下无功优化控制策略执行后，电网网损变化等仿真信息。在本发明较佳实施例中，通过计算机显示器提供人机交互界面，通过这个界面，系统运行人员可以获得所述的输电网无功优化调控系统计算出的无功优化控制策略，当前输电网运行状态下无功优化控制策略执行后电网电压越上限或者越下限的仿真信息，当前输电网运行状态下无功优化控制策略执行后，电网网损变化等仿真信息，根据上述信息输电网无功优化调控系统的运行人员可以确定是否需要对输出的优化控制策略进行诸如删除部分控制策略、调整电容器组投切组数、调整变压器档位、增加控制对象等信息调整，经确认后，可再次执行仿真计算。

控制对象选择模块105，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令。具体地说，通过输电网无功优化调控系统运行人员的控制策略后，输电网调度人员将在系统操作界面对操作对象进行选择，发出控制命令。

控制命令下发通信接口模块106，提供系统与SCADA系统之间的通信接口模块，将控制命令传递给SCADA系统，由SCADA系统完成对电网实际运行设备投切控制。

图2为本发明一种输电网无功优化调控方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种输电网无功优化调控方法，包括如下步骤：

步骤S1，获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，获得电网支路参数，设定无功优化迭代计算的终止判断参数值ε。具体地说，由SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统接口模块获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，所述典型运行日下电网历史运行数据包括：典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括：当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值；由PAS(Power Application Software，电力应用软件)系统接口模块获得电网支路参数，所述电网支路参数包括：电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号；最后通过人机界面设定无功优化迭代计算的终止判断参数值ε，所述的ε值是一个很小的数值，可以是0.1,0.01,0.001等。

步骤S2，将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给无功优化控制策略形成模块，作为无功优化控制策略形成模块电压初始计算值。

步骤S3，利用基于支路电流的电网计算模型及步骤S2中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值。

具体地说，基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，支路电流方程为： $i_l^a{R}_{\mathrm{ij}}-i_l^r{X}_{\mathrm{ij}}-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+V_j\cos {\mathrm{\θ}}_j=0$

$i_l^a{X}_{\mathrm{ij}}+i_l^r{R}_{\mathrm{ij}}-V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+V_j\sin {\mathrm{\θ}}_j=0$

有功功率方程为：

$V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r=p_i$

上述支路电流方程及有功功率方程表达式中各符号的含义为：

为l支路电流的实部；

为l支路电流的虚部；

V_i，V_j为i、j节点的电压有效值；

θ_i，θ_j为i、j节点的电压相角；

p_i为i节点的有功注入功率；

R_ij，X_ij为l支路的电阻及电抗。

步骤S4，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值。

该Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型为：

$\left\{\begin{array}{c}\min f(x,u)\\ s.t.h(x,u)\≤0\end{array}\right.$

其Kuhn-Tucker条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_u+h_u^T\mathrm{\α}=0\\ h(x,u)\≤0\\ \mathrm{\α}\≥0\\ h(x,u){\mathrm{\α}}^T=0\end{array}\right.$

其中：

$f(x,u)=\min \underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[{\left(i_l^a\right)}^2+{\left(i_l^r\right)}^2]R_l$

s.t.h(x,u)≤0含义为：

${V_i}^{\min }\≤\frac{p_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r}\≤{V_i}^{\max }$

${Q_i}^{\min }\≤V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r-{V_i}^2\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{B}_l\≤{Q_i}^{\max }$

其中，B_l为线路电感，Q_i ^max为无功设备所能发出的最大无功功率。

步骤S5，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断这个差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤S7，如果差值大于给定的ε值，则转到步骤S6；

步骤S6，将步骤S4中各支路电流的新值作为无功优化计算各支路电流的初始值，利用基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤S4；

S7，依据基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的最优无功功率，并形成无功优化调控策略。

较佳的，在步骤S7之后，依据步骤S1中获取的输电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述的无功优化调控策略进行输电网潮流计算、网损计算，从而对所述的控制策略进行安全性及输电网经济性校验，并将控制策略及校验结果输出到人机界面，经人工对控制策略进行确认或者调整之后，通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给SCADA系统，由SCADA系统传递控制信息到控制对象，从而完成无功优化控制的执行工作。

综上所述，本发明一种输电网无功优化调控系统及方法采用了基于支路电流的电网计算模型，以及以此模型为基础的Kuhn-Tucker条件下的无功优化计算模型，利用这种模型将电网中最明显的特征量即潮流量直接体现出来，同时利用Kuhn-Tucker条件，解决了无功优化模型的线性化问题，提高了无功优化解的收敛性，并将通过输电网无功优化控制策略形成模块计算得到的无功优化控制策略经过电网实时运行状态下在线安全性校验计算及调控前后网络损耗对比等实时仿真计算，并将输电网无功优化控制策略形成模块计算得到的无功控制策略结果、在线安全性校验结果、调控前后网络损耗对比等实时仿真计算结果输出到人机交互界面，由电力系统调度员进一步进行修改确认，形成的控制策略，需再次进行安全性校验及网络损耗对比计算，直到调整后的策略满足电网安全经济运行的目标为止，才最终将控制策略经输电网无功优化调控系统的控制命令下发通信接口模块下发给SCADA系统，由SCADA系统完成对电网实际运行设备投切控制，可以安全地提高电网运行的经济性，进而提高电网运行的经济效益及社会效益。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种输电网无功优化调控系统，包括：

SCADA系统接口模块，用于获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据；

PAS系统接口模块，用于获取电网支路参数；

输电网无功优化控制策略形成模块，接收该SCADA系统接口模块获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值作为输电网无功优化控制策略形成模块的电压初始计算值，利用基于支路电流的电网计算模型及电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于支路电流的电网计算模型形成无功优化调控策略；

人机交互模块，输出计算出的无功优化控制策略及各仿真信息；

控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；

控制命令下发通信接口模块，提供与SCADA系统之间的通信接口，将控制命令传递给该SCADA系统。

2.如权利要求1所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于：所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。

3.如权利要求1所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于：所述电网支路参数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

4.如权利要求3所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于，所述基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，所述支路电流方程为：

$\begin{array}{c}{i}_l^a{R}_{\mathrm{ij}}-i_l^r{X}_{\mathrm{ij}}-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+V_j\cos {\mathrm{\θ}}_j=0\\ i_l^a{X}_{\mathrm{ij}}+i_l^r{R}_{\mathrm{ij}}-V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+V_j\sin {\mathrm{\θ}}_j=0\end{array}$

所述有功功率方程为：

$V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r=p_i$

其中，为l支路电流的实部；为l支路电流的虚部；V_i，V_j为i、j节点的电压有效值；θ_i，θ_j为i、j节点的电压相角；p_i为i节点的有功注入功率；R_ij，X_ij为l支路的电阻及电抗。

5.如权利要求4所述的一种输电网无功优化调控系统，其特征在于，该Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min f(x,u)\\ s.t.h(x,u)\≤0\end{array}\right.$

其Kuhn-Tucker条件为，

$\left\{\begin{array}{c}{f}_u+h_u^T\mathrm{\α}=0\\ h(x,u)\≤0\\ \mathrm{\α}\≥0\\ h(x,u){\mathrm{\α}}^T=0\end{array}\right.$

其中，

$f(x,u)=\min \underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[{\left(i_l^a\right)}^2+{\left(i_l^r\right)}^2]R_l$

s.t.h(x,u)≤0含义为，

$V_i^{\min }\≤\frac{p_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r}\≤V_i^{\max }$

${Q_i}^{\min }\≤V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r-{V_i}^2\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{B}_l\≤{Q_i}^{\max },$

其中，B_l为线路电感，为无功设备所能发出的最大无功功率。

6.一种输电网无功优化调控方法，包括如下步骤：

步骤一，利用SCADA系统接口模块获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，利用PAS系统接口模块获得电网支路参数，并设定无功优化迭代计算的终止判断参数值ε；

步骤二，将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给输电网无功优化控制策略形成模块，作为输电网无功优化控制策略形成模块电压初始计算值；

步骤三，利用基于支路电流的电网计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值；

步骤四，利用电压初始值、电网各支路电流初始值、Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；

步骤五，计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六；

步骤六，将步骤四中各支路电流的新值作为无功优化计算各支路电流的初始值，并利用基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；

步骤七，依据基于支路电流的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的最优无功功率，并形成无功优化调控策略。

7.如权利要求6所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于，在步骤七之后，还包括如下步骤：

依据获取的输电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述无功优化调控策略进行输电网潮流计算、网损计算，从而对所述调制策略进行安全性及输电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给SCADA系统，由SCADA系统传递控制信息到控制对象，从而完成无功优化控制的执行工作。

8.如权利要求7所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于：所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值、无功功率值；所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值；所述电网支路参数包括：电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

9.如权利要求8所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于，所述基于支路电流的电网计算模型包括支路电流方程及有功功率方程，所述支路电流方程为：

$\begin{array}{c}{i}_l^a{R}_{\mathrm{ij}}-i_l^r{X}_{\mathrm{ij}}-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i+V_j\cos {\mathrm{\θ}}_j=0\\ i_l^a{X}_{\mathrm{ij}}+i_l^r{R}_{\mathrm{ij}}-V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i+V_j\sin {\mathrm{\θ}}_j=0\end{array}$

所述有功功率方程为：

$V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r=p_i$

其中，为l支路电流的实部；为l支路电流的虚部；V_i，V_j为i、j节点的电压有效值；θ_i，θ_j为i、j节点的电压相角；p_i为i节点的有功注入功率；R_ij，X_ij为l支路的电阻及电抗。

10.如权利要求9所述的一种输电网无功优化调控方法，其特征在于，该Kuhn-Tucker条件求解的无功优化计算模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min f(x,u)\\ s.t.h(x,u)\≤0\end{array}\right.$

其Kuhn-Tucker条件为，

$\left\{\begin{array}{c}{f}_u+h_u^T\mathrm{\α}=0\\ h(x,u)\≤0\\ \mathrm{\α}\≥0\\ h(x,u){\mathrm{\α}}^T=0\end{array}\right.$

其中，

$f(x,u)=\min \underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}[{\left(i_l^a\right)}^2+{\left(i_l^r\right)}^2]R_l$

s.t.h(x,u)≤0含义为，

$V_i^{\min }\≤\frac{p_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a+\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r}\≤V_i^{\max }$

${Q_i}^{\min }\≤V_i\sin {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^a-V_i\cos {\mathrm{\θ}}_i\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{i}_{\mathrm{li}}^r-{V_i}^2\underset{l\∈i}{\mathrm{\Σ}}{B}_l\≤{Q_i}^{\max },$

其中，B_l为线路电感，为无功设备所能发出的最大无功功率。