CN105515010A - 一种基于合作对策的二级电压协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于合作对策的二级电压协调控制方法及系统，方法包括：以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构；对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构；选择最优联盟结构下对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制。本发明具有控制效果好且可靠的优点，可广泛应用于电力系统控制领域。

Description

一种基于合作对策的二级电压协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统控制领域，尤其是一种基于合作对策的二级电压协调控制方法及系统。

背景技术

电力系统的电压控制，是保障电网安全可靠运行，提高系统经济性的重要手段。分级电压控制自20世纪70年代由法国电力公司(EDF)于提出，已被意大利、比利时、西班牙等国采用。随着系统规模的扩大及广泛互联，计算机与通信技术的发展，我国大多数的区域电网及省级电网已建设了自动电压控制系统(AutomaticVoltageControl，AVC)。AVC系统是基于现代电网SCADA(数据采集与监视控制系统)与EMS系统(能量管理系统)的电压自动闭环控制，基本原理是通过协调电网控制发电机的无功出力、无功补偿设备等无功控制手段，调节系统或中枢节点的电压水平，以保证电力系统运行的安全性和经济性。

AVC采用分级电压控制模式，其中二级电压控制(SecondaryVoltageControl，SVC)根据三级电压控制下达的先导节点(PilotBus)电压值，以预定的协调规律改变一级电压控制器的设定参考值，其响应周期为数十秒到几分钟。电厂作为重要的无功电压控制手段，不仅担负着电压调整，改善系统无功潮流分布以降低网损的任务，以及保证电力系统的运行电压稳定任务，也要求电压控制过程中能保留发电机组充足的无功裕度和维持电厂间无功出力的均衡程度。

目前很多关于二级电压控制的研究，如协调二级电压控制(CoordinatedSecondaryVoltageControl,CSVC)，注重通过合理的分区减少区域间无功耦合，保持区域内电压控制精度和无功出力的均衡程度，但其没有涉及到电厂之间多种形式的协调。在CSVC的传统方法下，所有电厂不进行区分就进行全局优化，这样即使能集中所有无功资源将中枢节点电压控制在设定值上，也会使得电厂的无功出力分配不均，使得部分发电机运行在恶劣的工况下，缺乏充足的无功备用裕度。

在电力系统实际运行中，电厂需要接受调度指令，配合电网的电压调控，但作为相对独立的主体，电厂有必要主动地选择合作的方式，与其他电厂结成理性的联盟进行控制，从而既能实现电压调控的目标，又使电厂内的机组运行在更好的状态。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种控制效果好且可靠的，基于合作对策的二级电压协调控制方法。

本发明的另一目的在于：提供一种控制效果好且可靠的，基于合作对策的二级电压协调控制系统。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，该方法包括以下步骤：

A、以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构，所述联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略；

B、对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；

C、对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构，所述符合个体理性的联盟结构能使所有电厂的控制效果均得到提升；

D、选择最优联盟结构下各个对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制。

进一步，所述步骤A，其包括：

在AVC主站控制中心，根据电网拓扑和各个电厂的信息，选定电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体；

使各个对策主体以结成联盟的方式进行不同方式的合作，枚举对策主体合作的所有联盟结构，形成联盟结构集其中，N为所有对策主体的集合，联盟C为N的任一非空子集，N＝{1,2,...,n}，n为对策主体的个数，1≤m≤n，m和n均为正整数，且满足：j∈{1,2,…,m},i≠j，所述联盟结构集中的一个联盟结构对应着对策主体间进行二级电压协调控制的一种合作方式。

进一步，所述步骤B，其包括：

根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵；

根据获得的灵敏度矩阵，SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧的母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点的电压参考值，建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，所述二级电压控制子模型为：

其中，f_k为二级电压控制子模型的目标函数，s.t.表示约束条件，C_k是由电厂结合而成的第k个联盟，是一个合作方式下所有联盟的集合，V_p和分别为二级电压控制范围内的先导节点电压测量值和设定值，ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量，C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵，eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数；A_k和B_k分别为联盟k的系数矩阵和边界向量。

进一步，所述步骤C，其包括：

C11、采用内点法对二级电压控制子模型的二次规划问题进行求解，得到任一联盟结构内对策主体的最优策略，并根据得到的最优策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果；

C12、以所有电厂分立进行控制的情形为基准，根据得到的最优策略和计算出的控制效果从所有联盟结构中选择出最优联盟结构。

进一步，所述步骤C12，其具体为：

以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的一个联盟结构作为最优联盟结构；若不存在符合个体理性的联盟结构，则保留所有电厂不合作的联盟结构；若存在多个符合个体理性的联盟结构，则以使得所有对策主体性能之和最佳的佳联盟结构作为唯一选择的最优联盟结构。

进一步，所述步骤D，其包括：

选择最优联盟结构下的无功调整策略；

将选择的无功调整策略以发电机无功调整量的形式下发至AVC子站；

AVC子站将发电机无功调整量转化为发电机机端的电压参考值调整量，然后根据转化后的电压参考值调整量修改励磁调节器参数，以实现电压控制。

本发明解决其技术问题所采取的另一技术方案是：

一种基于合作对策的二级电压协调控制系统，该系统包括以下模块：

联盟结构枚举模块，用于以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构，所述联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略；

二级电压控制子模型构建模块，用于对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；

最优联盟结构选择模块，用于对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构，所述符合个体理性的联盟结构能使所有电厂的控制效果均得到提升；

电压控制模块，用于选择最优联盟结构下各个对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制；

所述联盟结构枚举模块的输出端依次通过二级电压控制子模型构建模块和最优联盟结构选择模块进而与电压控制模块的输入端连接。

进一步，所述联盟结构枚举模块包括：

对策主体确定单元，用于在AVC主站控制中心，根据电网拓扑和各个电厂的信息，选定电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体；

联盟结构集生成单元，用于使各个对策主体以结成联盟的方式进行不同方式的合作，枚举对策主体合作的所有联盟结构，形成联盟结构集其中，N为所有对策主体的集合，联盟C为N的任一非空子集，N＝{1,2,...,n}，n为对策主体的个数，1≤m≤n，m和n均为正整数，且满足：j∈{1,2,…,m},i≠j，所述联盟结构集中的一个联盟结构对应着对策主体间进行二级电压协调控制的一种合作方式；

所述对策主体确定单元的输出端通过联盟结构集生成单元进而与二级电压控制子模型构建模块的输入端连接。

进一步，所述二级电压控制子模型构建模块包括：

灵敏度矩阵获取单元，用于根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵；

二级电压控制子模型建立单元，用于根据获得的灵敏度矩阵，SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧的母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点的电压参考值，建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，所述二级电压控制子模型为：

其中，f_k为二级电压控制子模型的目标函数，s.t.表示约束条件，C_k是由电厂结合而成的第k个联盟，是一个合作方式下所有联盟的集合，V_p和分别为二级电压控制范围内的先导节点电压测量值和设定值，ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量，C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵，eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数；A_k和B_k分别为联盟k的系数矩阵和边界向量；

所述联盟结构集生成单元的输出端依次通过灵敏度矩阵获取单元和二级电压控制子模型建立单元进而与最优联盟结构选择模块的输入端连接。

进一步，所述最优联盟结构选择模块包括：

求解单元，用于采用内点法对二级电压控制子模型的二次规划问题进行求解，得到任一联盟结构内对策主体的最优策略，并根据得到的最优策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果；

选择单元，以所有电厂分立进行控制的情形为基准，根据得到的最优策略和计算出的控制效果从所有联盟结构中选择出最优联盟结构；

所述二级电压控制子模型构建模块的输出端依次通过求解单元和选择单元进而与电压控制模块的输入端连接。

本发明的方法的有益效果是：基于合作对策模型建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略，充分利用了电厂间的协同合作来提升发电机的无功备用裕度和各无功源的出力均衡程度，既能防止因各个电厂分立控制而缺乏无功源纸间有益的协调情况出现，又避免了因将所有电厂等同地进行全局优化而劣化了部分电厂的运行工况，控制效果更好且更加可靠。

本发明的系统的有益效果是：基于合作对策模型建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略，充分利用了电厂间的协同合作来提升发电机的无功备用裕度和各无功源的出力均衡程度，既能防止因各个电厂分立控制而缺乏无功源纸间有益的协调情况出现，又避免了因将所有电厂等同地进行全局优化而劣化了部分电厂的运行工况，控制效果更好且更加可靠。

附图说明

图1为本发明一种基于合作对策的二级电压协调控制方法的步骤流程图；

图2为本发明一种基于合作对策的二级电压协调控制系统的结构框图；

图3为IEEE39节点的3分区单线图；

图4为采用本发明所提的方法与其他方法进行二级电压控制后电厂发电机无功裕度与出力均衡程度的效果对比图。

具体实施方式

参照图1，一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，该方法包括以下步骤：

A、以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构，所述联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略；

B、对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；

C、对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构，所述符合个体理性的联盟结构能使所有电厂的控制效果均得到提升；

D、选择最优联盟结构下各个对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制。

其中，联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略，是为了在将中枢点电压调整到位的同时保持电厂的无功出力均衡和无功裕度。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤A，其包括：

在AVC主站控制中心，根据电网拓扑和各个电厂的信息，选定电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体；

使各个对策主体以结成联盟的方式进行不同方式的合作，枚举对策主体合作的所有联盟结构，形成联盟结构集其中，N为所有对策主体的集合，联盟C为N的任一非空子集，N＝{1,2,...,n}，n为对策主体的个数，1≤m≤n，m和n均为正整数，且满足：j∈{1,2,…,m},i≠j，所述联盟结构集中的一个联盟结构对应着对策主体间进行二级电压协调控制的一种合作方式。

其中，联盟结构集根据电网中参与AVC电压控制的电厂来形成，每一个联盟结构对应着一种合作方式，而电厂按照每个联盟结构与其余电厂结成联盟来进行在线重组。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤B，其包括：

根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵；

根据获得的灵敏度矩阵，SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧的母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点的电压参考值，建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，所述二级电压控制子模型为：

其中，f_k为二级电压控制子模型的目标函数，s.t.表示约束条件，C_k是由电厂结合而成的第k个联盟，是一个合作方式下所有联盟的集合，V_p和分别为二级电压控制范围内的先导节点电压测量值和设定值，ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量，C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵，eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数；A_k和B_k分别为联盟k的系数矩阵和边界向量。

其中，二级电压控制子模型考虑了同一联盟内电厂之无功耦合的影响，以减少二级电压控制的震荡。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤C，其包括：

C11、采用内点法对二级电压控制子模型的二次规划问题进行求解，得到任一联盟结构内对策主体的最优策略，并根据得到的最优策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果；

C12、以所有电厂分立进行控制的情形为基准，根据得到的最优策略和计算出的控制效果从所有联盟结构中选择出最优联盟结构。

本发明对每个联盟结构下的所有联盟，先利用内点法求解联盟内二级电压控制子模型的二次规划问题，再对不同合作方式进行寻优，具体过程为：以各电厂分立控制的方式作为对比基准，以每个电厂能够获得更优控制效果的个体理性为原则，从各种可能的联盟结构中选择一个最佳的联盟结构作为电厂间的合作方式。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤C12，其具体为：

以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的一个联盟结构作为最优联盟结构；若不存在符合个体理性的联盟结构，则保留所有电厂不合作的联盟结构；若存在多个符合个体理性的联盟结构，则以使得所有对策主体性能之和最佳的佳联盟结构作为唯一选择的最优联盟结构。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤D，其包括：

选择最优联盟结构下的无功调整策略；

将选择的无功调整策略以发电机无功调整量的形式下发至AVC子站；

AVC子站将发电机无功调整量转化为发电机机端的电压参考值调整量，然后根据转化后的电压参考值调整量修改励磁调节器参数，以实现电压控制。

参照图2，一种基于合作对策的二级电压协调控制系统，该系统包括以下模块：

联盟结构枚举模块，用于以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构，所述联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略；

二级电压控制子模型构建模块，用于对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；

最优联盟结构选择模块，用于对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构，所述符合个体理性的联盟结构能使所有电厂的控制效果均得到提升；

电压控制模块，用于选择最优联盟结构下各个对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制；

所述联盟结构枚举模块的输出端依次通过二级电压控制子模型构建模块和最优联盟结构选择模块进而与电压控制模块的输入端连接。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述联盟结构枚举模块包括：

对策主体确定单元，用于在AVC主站控制中心，根据电网拓扑和各个电厂的信息，选定电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体；

联盟结构集生成单元，用于使各个对策主体以结成联盟的方式进行不同方式的合作，枚举对策主体合作的所有联盟结构，形成联盟结构集其中，N为所有对策主体的集合，联盟C为N的任一非空子集，N＝{1,2,...,n}，n为对策主体的个数，1≤m≤n，m和n均为正整数，且满足：j∈{1,2,…,m},i≠j，所述联盟结构集中的一个联盟结构对应着对策主体间进行二级电压协调控制的一种合作方式；

所述对策主体确定单元的输出端通过联盟结构集生成单元进而与二级电压控制子模型构建模块的输入端连接。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述二级电压控制子模型构建模块包括：

灵敏度矩阵获取单元，用于根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵；

二级电压控制子模型建立单元，用于根据获得的灵敏度矩阵，SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧的母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点的电压参考值，建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，所述二级电压控制子模型为：

其中，f_k为二级电压控制子模型的目标函数，s.t.表示约束条件，C_k是由电厂结合而成的第k个联盟，是一个合作方式下所有联盟的集合，V_p和分别为二级电压控制范围内的先导节点电压测量值和设定值，ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量，C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵，eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数；A_k和B_k分别为联盟k的系数矩阵和边界向量；

所述联盟结构集生成单元的输出端依次通过灵敏度矩阵获取单元和二级电压控制子模型建立单元进而与最优联盟结构选择模块的输入端连接。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述最优联盟结构选择模块包括：

求解单元，用于采用内点法对二级电压控制子模型的二次规划问题进行求解，得到任一联盟结构内对策主体的最优策略，并根据得到的最优策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果；

选择单元，以所有电厂分立进行控制的情形为基准，根据得到的最优策略和计算出的控制效果从所有联盟结构中选择出最优联盟结构；

所述二级电压控制子模型构建模块的输出端依次通过求解单元和选择单元进而与电压控制模块的输入端连接。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

为了克服因将所有电厂等同地进行全局优化而劣化了部分电厂的运行工况的不足，本发明提供了一种基于合作对策的电压协调控制方法，充分利用了电厂间的无功耦合，寻求电厂之间最优的组合方式进行协调控制，并以个体理性为原则，在保证中枢点电压控制的准确度的同时保留电厂充足的无功备用裕度，维持了无功源出力的均衡。

本发明所提出的电压协调控制方法的具体实现过程为：

1)在AVC主站控制中心，根据电网的拓扑信息，定义每一电厂为对策主体，枚举主体合作的所有联盟结构。

在合作对策中，N＝{1,2,...,n}表示n个对策主体形成的集合，N的任意一个非空子集C称为一个联盟。视空集为一个特殊联盟，则n个参与者能形成2^N个联盟，所有联盟的集合记为{C}。有限主体N上的一个联盟结构是一个二元组其中，1≤m≤n，其满足：j∈{1,2,…,m},i≠j。

一个联盟结构对应着对策主体间的一种合作形式，在这里体现为一个联盟结构对应着二电压控制范围内的电厂进行协调控制的合作方式。

2)对所有联盟结构，分别执行步骤3)到步骤4)，得到每一个联盟结构下各主体的无功调整策略和相应的控制效果，然后进入步骤5)。

3)根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，根据SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点电压参考值，建立联盟内电厂二级电压控制的子模型。该联盟内电厂二级电压控制的子模型由目标函数和约束条件组成，如下所示：

其中，

C_k是第k个联盟，由一些电厂结合而成；

是一个合作方式下所有联盟的集合；

V_p，分别为电压控制范围内先导节点电压测量值，设定值；

ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量；

C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵；

eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数，用于表征机组无功出力的均衡程度和无功裕度；

A_k和B_k分别为联盟k系数矩阵和边界向量。

4)对每个联盟结构下的所有联盟，利用内点法求解联盟内子模型的二次规划问题，即求取某一联盟内主体的最优策略，并根据所得策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果。

5)以个体理性为原则，选择唯一的最优联盟结构。若不存在使得各电厂控制效果均得到提升的联盟结构，则选择所有电厂不合作的方式；若存在多个符合个体理性的联盟结构，则以使得电厂所有性能之和最优的一个联盟结构作为唯一选择的联盟结构。

6)选定最佳联盟结构下的无功调整策略，以发电机无功调整量的形式下发至AVC子站，AVC子站将无功调整量转化为发电机机端电压参考值调整量，修改励磁调节器参数，实现电压控制。

本实施例利用电厂间的协同合作来提升发电机的无功备用裕度、各无功源出力均衡程度等性能指标，既能防止因各个电厂分立控制而缺乏无功源之间有益的协调，又避免了因将所有电厂等同地进行全局优化而劣化了某些电厂的运行工况。此外，本实施例的方法还能够适应现阶段电网分层分区的调度体制和AVC系统框架，在AVC主站通过电网能量管理系统的数据采集、网络分析功能来实现参数的获取和模型的求解。

实施例二

本实施例以IEEE39节点测试系统为例，对本发明的具体实现过程进行进一步说明。参照图3和4，本实施例的具体实现过程包括：

1)获取电网拓扑信息，包括网络结构图和发电厂信息，并确定所有可行的合作方式。

如图3所示，在IEEE39节点测试系统中共有十个发电厂节点，为简化说明，本实施例选定30、32、38号节点的三个电厂作为参与AVC调压的发电厂。每个发电厂均是参与合作对策的一个理性主体，用Plant_i(i＝1,2,3)表示，则所有可能的合作方式(即对策主体合作的所有联盟结构)为：

其中，代表每个参与者单独行动，实际上是传统方式下的全局优化，和则是不同形式的合作，所有联盟结构除外都是合作对策求解寻优的对象。

2)电网进行实时数据采集，从电网控制中心获取电网运行的实时数据。

实际运行中，TVC(三级电压控制)每几十分钟下发一次先导节点电压参考值，而SVC(二级电压控制)下发的周期则为几十秒到几分钟。SVC接收TVC通过最优潮流或其他方式计算后下发的中枢母线电压参考值，建立实时的二级电压控制计算模型。图3中，28号节点为先导节点，而TVC下发的中枢节点电压参考值为1.059。

3)确定最优的合作方式与无功调整策略。

调用基于合作对策的二级电压协调控制计算模块，得到可控发电机无功调整量并下发到电厂AVC子站。各种合作方式下，每一组电厂控制效用如下表1所示。

表1各组电厂的控制效用

在描述效用时，越小的值代表越好的控制效果，从上表1可以获得以下结论：a)以为基准，可以使每个参与者的效用得到提升，符合个体理性，而其他联盟结构则不是合作对策的解；2)代表的全局优化(即传统方法)，虽然其必定使得效用之和最佳，但其劣化了Plant₃的效用，是不具有说服力或不稳定的。也就是说，电厂2和电厂3结合成联盟共同优化决策而电厂1单独控制，是能够提升各方的控制效果的。

4)按照系统设定的时间，下发控制指令，由PVC(一级电压控制)进行本地闭环控制。

本实施例采用了基于合作对策的电压协调控制方法，与不考虑电厂间基于个体理性合作的传统方法相比，取得了更好的控制效果，如图4所示：发电机组仅需要更少的无功出力，就可以将中枢点电压调控到位，备用更充足；电厂无功出力的分布更均衡，避免了部分机组运行在恶劣的工况下。

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)

1.一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A、以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构，所述联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略；

B、对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；

C、对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构，所述符合个体理性的联盟结构能使所有电厂的控制效果均得到提升；

D、选择最优联盟结构下各个对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤A，其包括：

在AVC主站控制中心，根据电网拓扑和各个电厂的信息，选定电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体；

使各个对策主体以结成联盟的方式进行不同方式的合作，枚举对策主体合作的所有联盟结构，形成联盟结构集其中，N为所有对策主体的集合，联盟C为N的任一非空子集，N＝{1,2,...,n}，n为对策主体的个数，1≤m≤n，m和n均为正整数，且满足： 所述联盟结构集中的一个联盟结构对应着对策主体间进行二级电压协调控制的一种合作方式。

3.根据权利要求1所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤B，其包括：

根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵；

根据获得的灵敏度矩阵，SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧的母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点的电压参考值，建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，所述二级电压控制子模型为：

其中，f_k为二级电压控制子模型的目标函数，s.t.表示约束条件，C_k是由电厂结合而成的第k个联盟，是一个合作方式下所有联盟的集合，V_p和分别为二级电压控制范围内的先导节点电压测量值和设定值，ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量，

C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵，eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数；A_k和B_k分别为联盟k的系数矩阵和边界向量。

4.根据权利要求1所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤C，其包括：

C11、采用内点法对二级电压控制子模型的二次规划问题进行求解，得到任一联盟结构内对策主体的最优策略，并根据得到的最优策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果；

C12、以所有电厂分立进行控制的情形为基准，根据得到的最优策略和计算出的控制效果从所有联盟结构中选择出最优联盟结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤C12，其具体为：

以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的一个联盟结构作为最优联盟结构；若不存在符合个体理性的联盟结构，则保留所有电厂不合作的联盟结构；若存在多个符合个体理性的联盟结构，则以使得所有对策主体性能之和最佳的佳联盟结构作为唯一选择的最优联盟结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤D，其包括：

选择最优联盟结构下的无功调整策略；

将选择的无功调整策略以发电机无功调整量的形式下发至AVC子站；

AVC子站将发电机无功调整量转化为发电机机端的电压参考值调整量，然后根据转化后的电压参考值调整量修改励磁调节器参数，以实现电压控制。

7.一种基于合作对策的二级电压协调控制系统，其特征在于：该系统包括以下模块：

联盟结构枚举模块，用于以电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体，枚举对策主体合作的所有联盟结构，所述联盟结构内的对策主体共同优化无功控制策略；

二级电压控制子模型构建模块，用于对每个联盟结构，根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵，并根据获得的灵敏度矩阵建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型；

最优联盟结构选择模块，用于对二级电压控制子模型进行求解，然后根据求解的结果以所有电厂分立进行控制的情形为基准，从所有联盟结构中选择符合个体理性的联盟结构作为最优联盟结构，所述符合个体理性的联盟结构能使所有电厂的控制效果均得到提升；

电压控制模块，用于选择最优联盟结构下各个对策主体的无功调整策略，并使AVC子站根据选择的无功调整策略进行电压控制；

所述联盟结构枚举模块的输出端依次通过二级电压控制子模型构建模块和最优联盟结构选择模块进而与电压控制模块的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制系统，其特征在于：所述联盟结构枚举模块包括：

对策主体确定单元，用于在AVC主站控制中心，根据电网拓扑和各个电厂的信息，选定电网中参与电压控制的电厂作为理性的对策主体；

联盟结构集生成单元，用于使各个对策主体以结成联盟的方式进行不同方式的合作，枚举对策主体合作的所有联盟结构，形成联盟结构集其中，N为所有对策主体的集合，联盟C为N的任一非空子集，N＝{1,2,...,n}，n为对策主体的个数，1≤m≤n，m和n均为正整数，且满足： $\underset{k=1}{\overset{m}{\∪}}{C}_k=N,$ $\∀i,j\∈\{1,2,...,m\},i\≠j,$ 所述联盟结构集中的一个联盟结构对应着对策主体间进行二级电压协调控制的一种合作方式；

所述对策主体确定单元的输出端通过联盟结构集生成单元进而与二级电压控制子模型构建模块的输入端连接。

9.根据权利要求8述的一种基于合作对策的二级电压协调控制系统，其特征在于：所述二级电压控制子模型构建模块包括：

灵敏度矩阵获取单元，用于根据全网的拓展潮流方程，获得节点电压关于无功功率的灵敏度矩阵；

二级电压控制子模型建立单元，用于根据获得的灵敏度矩阵，SCADA采集的中枢节点和控制发电机高压侧的母线电压实际值，以及三级电压控制下发中枢节点的电压参考值，建立联盟内电厂优化无功控制策略的二级电压控制子模型，所述二级电压控制子模型为：

其中，f_k为二级电压控制子模型的目标函数，s.t.表示约束条件，C_k是由电厂结合而成的第k个联盟，是一个合作方式下所有联盟的集合，V_p和分别为二级电压控制范围内的先导节点电压测量值和设定值，ΔQ_g(k)为联盟k内可控发电机的无功出力调整量向量，C_pg(k)为联盟k内先导节点电压关于可控发电机无功调整量的灵敏度矩阵，eq(·)为联盟k内发电机的无功协调函数；A_k和B_k分别为联盟k的系数矩阵和边界向量；

所述联盟结构集生成单元的输出端依次通过灵敏度矩阵获取单元和二级电压控制子模型建立单元进而与最优联盟结构选择模块的输入端连接。

10.根据权利要求7所述的一种基于合作对策的二级电压协调控制系统，其特征在于：所述最优联盟结构选择模块包括：

求解单元，用于采用内点法对二级电压控制子模型的二次规划问题进行求解，得到任一联盟结构内对策主体的最优策略，并根据得到的最优策略计算各个电厂在该联盟结构下的控制效果；

选择单元，以所有电厂分立进行控制的情形为基准，根据得到的最优策略和计算出的控制效果从所有联盟结构中选择出最优联盟结构；

所述二级电压控制子模型构建模块的输出端依次通过求解单元和选择单元进而与电压控制模块的输入端连接。