CN106655189A - 基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法。本发明在上下级调度电网的联络母线处增加一台虚拟发电机模型，并将下级电网的调节能力范围作为虚拟发电机出力的约束，完成最优潮流计算后，将优化目标下发给下级电网，再由下级电网进行最优潮流计算，从而充分考虑上下级整个电网的优化调度能力，以提升电网运行的经济性。

Description

基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法

技术领域

本发明涉及电网运行分析及调度领域，特别是一种基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，属于电网最优潮流优化调度方法。

背景技术

多年以来，国内的电网网架结构按照分层、分区的原则进行建设和管理。省级调度、网级调度中心通常对220kV及以上的电网进行监视和管辖，地级调度对220kV以下的电网进行监视和管辖。通常在监管模型中，220kV及以下的电网往往会在省网调的能量管理系统中处理成为一个固定负载的等值负荷，类似于一个终端用户。

在上述情况下，省、网级调度中心的最优潮流的优化仅为对所管辖部分电网的运行优化，一方面，不能考虑到电网潮流优化后会引起地级电网的潮流分布的变化；另一方面，忽视了地级电网自身的调节能力。在目前地级电网接入了很多新能源性质的电源情况下，如果还将地级电网处理成一个固定负载的等值负荷，最优潮流计算出的潮流分布将与实际情况不相适应，从而影响电网的经济运行。

因此，有必要将省网调的最优潮流和地级调度的最优潮流进行协调优化，既可以在省网调上级电网的优化中考虑下级电网的调节能力，又可以在地级调度的下级电网优化计算中考虑上级电网的优化目标，从而使得省网调和地级调度这样的上下级电网进行协调最优潮流计算。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法。本发明充分考虑全电网的优化调度能力，以提升电网运行的经济性。

本发明的技术方案是：本发明的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，包括有以下步骤：

1)在上下级电网联络的关口母线处人工定义一台虚拟发电机，该虚拟发电机的初始出力为0，发电机的模型包含有功、无功上下限的属性；

2)通过现有的能量管理系统获取各下级电网实时上送的有功、无功可调节范围；

3)在最优潮流中将各虚拟发电机模型中的有功、无功上下限属性按2)实时上送的有功、无功调节范围进行约束设置；

4)上级电网定义费用曲线来对虚拟发电机的调节成本进行建模；

5)启动最优潮流计算，并将虚拟发电机的优化后出力下发给对应的下级调度；

6)下级电网在建模中也在关口母线处增加一台虚拟发电机；

7)下级电网根据上级电网下发的虚拟发电机优化目标值来设置本电网模型中的虚拟发电机出力；

8)下级电网根据需要来定义费用曲线来对虚拟发电机的调节成本进行建模；

9)下级电网在最优潮流中将虚拟发电机处理成固定出力节点进行最优潮流的计算。

本发明通过在上、下级电网的最优潮流计算中引入虚拟发电机，在上级电网优化计算中通过虚拟发电机体现下级电网的调节能力，在下级电网优化计算中通过虚拟发电机体现对上级调节要求的响应，从而充分考虑全电网的优化调度能力，以提升电网运行的经济性。本发明是一种方便实用的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

实施例：

本发明的原理图如图1所示，本发明的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，包括有以下步骤：

1)在上下级电网联络的关口母线处增加一台虚拟发电机；

2)获取各下级电网实时上送的有功、无功可调节范围；

3)在最优潮流中将各虚拟发电机的有功、无功上下限按之前实时上送的有功、无功调节范围进行约束设置；

4)上级电网定义费用曲线来对虚拟发电机的调节成本进行建模；

5)启动最优潮流计算，并将虚拟发电机的优化后出力下发给对应的下级调度；

6)下级电网在建模中也在关口母线处增加一台虚拟发电机；

7)下级电网根据上级电网下发的虚拟发电机出力来设置本电网模型中的虚拟发电机出力；

8)下级电网根据需要来定义费用曲线来对虚拟发电机的调节成本进行建模；

9)下级电网在最优潮流中将虚拟发电机处理成固定出力节点(简称PQ节点)进行最优潮流的计算。

本实施例中，上述步骤1)在上下级联络的关口母线处设置虚拟发电机的方法是：

使用最优潮流软件时，在上下级电网联络的关口母线处人工定义一台虚拟发电机，该虚拟发电机的初始出力为0，发电机的模型包含有功、无功上下限的属性。

本实施例中，上级电网用此虚拟发电机对下级电网的有功、无功调节能力进行建模，即将从下级电网中获取的有功无功调节能力，赋值给对应发电机的有功、无功上下限。

本实施例中，下级电网用此虚拟发电机来对上级电网的优化目标进行建模，即用此虚拟发电机的出力目标属性来接收从上级电网获得到的目标出力。

本实施例中，上级电网进行最优潮流计算时将下级电网上送的有功、无功调节能力作为虚拟发电机的出力约束。

本实施例中，下级电网进行最优潮流计算时按上级电网下发的有功、无功出力优化目标将虚拟发电机处理成PQ节点。

本实施例中，上述步骤2)中，获取各下级电网实时上送的有功、无功可调节范围。

本实施例中，上述步骤3)中，在最优潮流中将各虚拟发电机的有功、无功上下限按之前实时上送的有功、无功调节上下限进行对应的赋值处理，形成虚拟发电机出力的上下限约束。

本实施例中，上述步骤5)中，启动常规最优潮流计算，并将虚拟发电机的优化后出力下发给对应的下级调度。

本实施例中，上述步骤6)中，下级电网在建模中也在关口母线处人工定义一台虚拟发电机。

本实施例中，上述步骤7)下级电网根据上级电网下发的虚拟发电机出力来设置本电网模型中的虚拟发电机出力。

本实施例中，上述步骤4)及步骤8)中，用费用曲线对上级电网及下级电网的有功、无功协调的成本进行建模计算，费用曲线采用通用成本函数来描述，支持多项式和分段线性成本。

本实施例中，上述步骤9)中，最优潮流中对虚拟发电机的调节成本函数的处理方法如下：

①对最优潮流扩展成如下形式的优化问题:

s.t

g(x)＝0

h(x)≤0

x_min≤x≤x_max

z_min≤z≤z_max

其中，f_u(x,z)为虚拟发电机的费用约束。

上面公式中，H是n_ω×n_ω维的对称矩阵，N是n_ω×(n_x+n_z)维的矩阵，其它的参数都是n_ω×1的向量。

②ω可通过N线性变换及偏移获得

接下来对u的每个元素按下面的带死区标量函数处理以获取相应的ω的元素：

上式中k_i指定死区的范围，m_i是一个简单的标量，是根据d_i的值选择的预定义标量函数：

上式中，d_i＝1时，虚拟发电机的调节成本用分段线性函数描述，d_i＝2时，虚拟发电机的调节成本可以用二次多项式来描述。

Claims (10)

1.一种基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于包括有以下步骤：

1)在上下级电网联络的关口母线处人工定义一台虚拟发电机，该虚拟发电机的初始出力为0，发电机的模型包含有功、无功上下限的属性；

2)通过现有的能量管理系统获取各下级电网实时上送的有功、无功可调节范围；

3)在最优潮流中将各虚拟发电机模型中的有功、无功上下限属性按2)实时上送的有功、无功调节范围进行约束设置；

4)上级电网定义费用曲线来对虚拟发电机的调节成本进行建模；

5)启动最优潮流计算，并将虚拟发电机的优化后出力下发给对应的下级调度；

6)下级电网在建模中也在关口母线处增加一台虚拟发电机；

7)下级电网根据上级电网下发的虚拟发电机优化目标值来设置本电网模型中的虚拟发电机出力；

8)下级电网根据需要来定义费用曲线来对虚拟发电机的调节成本进行建模；

9)下级电网在最优潮流中将虚拟发电机处理成固定出力节点进行最优潮流的计算。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于上述步骤1)在上下级联络的关口母线处设置虚拟发电机的方法是：让用户通过界面工具，在上下级联络的关口母线处连接一台虚拟发电机；虚拟发电机的初始出力为0。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于上级电网用此虚拟发电机对下级电网的有功、无功调节能力进行建模，即将从下级电网中获取的有功无功调节能力，赋值给对应发电机的有功、无功上下限。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于下级电网用此虚拟发电机来对上级电网的优化目标进行建模，即用此虚拟发电机的出力目标属性来接收从上级电网获得到的目标出力。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于步骤2)和步骤3)中，上级电网进行最优潮流计算时将下级电网上送的有功、无功调节能力作为虚拟发电机的出力约束。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于步骤9)中，下级电网进行最优潮流计算时按上级电网下发的有功、无功出力目标将虚拟发电机处理成固定出力节点。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于上述步骤2)中，获取各下级电网实时上送有功、无功可调节范围；

上述步骤3)中，在最优潮流中将各虚拟发电机的有功、无功上下限按之前实时上送的有功、无功调节上下限进行对应的赋值处理，形成虚拟发电机出力的上下限约束。

8.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于上述步骤5)中，启动常规最优潮流计算，并将虚拟发电机的优化后出力下发给对应的下级调度；上述步骤6)中，下级电网在建模中也在关口母线处人工定义一台虚拟发电机。

9.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于上述步骤7)下级电网根据上级电网下发的虚拟发电机出力优化目标值来设置本电网模型中的虚拟发电机出力；上述步骤4)及步骤8)中，用费用曲线对上级电网及下级电网的有功、无功协调的成本进行建模计算，费用曲线采用通用成本函数来描述，支持多项式和分段线性成本。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于虚拟发电机的最优潮流协调优化方法，其特征在于上述步骤9)中，最优潮流中对虚拟发电机的调节成本函数的处理方法如下：

①对最优潮流扩展成如下形式的优化问题:

$\underset{x,z}{\min }f\left(x\right)+f_u(x,z)$

s.t

g(x)＝0

h(x)≤0

x_min≤x≤x_max

$l\≤A\left[\begin{array}{c}x\\ z\end{array}\right]\≤u$

z_min≤z≤z_max

其中，f_u(x,z)为虚拟发电机的费用约束。

$f_u(x,z)=\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}^{T}H\mathrm{\ω}+C^T\mathrm{\ω}$

上面公式中，H是n_ω×n_ω维的对称矩阵，N是n_ω×(n_x+n_z)维的矩阵，其它的参数都是n_ω×1的向量。

②ω可通过N线性变换及偏移获得

$r=N\left[\begin{array}{c}x\\ z\end{array}\right]$

$u=r-\hat{r}$

接下来对u的每个元素按下面的带死区标量函数处理以获取相应的ω的元素：

${\mathrm{\&omega;}}_i=\left\{\begin{array}{c}{m}_i{f}_{d_i}(u_i+k_i),u_i<-k_i\\ 0,-k_i\&le;u_i\&le;k_i\\ m_i{f}_{d_i}(u_i-k_i),u_i>k_i\end{array}\right.$

上式中k_i指定死区的范围，m_i是一个简单的标量，f_di是根据d_i的值选择的预定义标量函数：

$f_{d_i}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&alpha;},(d_i=1)\\ {\mathrm{\&alpha;}}^2,(d_i=2)\end{array}\right.$

上式中，d_i＝1时，虚拟发电机的调节成本用分段线性函数描述，d_i＝2时，虚拟发电机的调节。