CN109617092A - 一种交直流混合电网动态无功优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交直流混合电网动态无功优化方法及系统，包括采集电网运行参数；将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。本发明全面考虑了各设备的约束关系，提高了计算结果的精确度，以及计算速率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的调度控制领域，具体涉及一种考虑电压源型换流器(Vehicle Stability Control，VSC)特性和双馈感应电机(Double Fed InductionGenerator，DFIG)无功支撑作用的交直流混合电网动态无功优化方法及系统。
背景技术
大力发展新能源，是各国保障能源供应安全、应对气候变化、治理雾霾、实现未来可持续发展的必由之路。由于新能源资源与消费中心呈逆向分布，因此必须通过特高压直流工程远距离输电以实现新能源在全国范围的配置和消纳。随着一系列特高压直流工程的投运，跨区域互联电网“强直弱交”的特点越发明显。特高压近区网架结构薄弱，直流系统运行方式改变、交流通道潮流变化以及大规模间歇性新能源发电负荷的波动都会引起系统电压的大幅变化，使得系统电压质量恶化，造成交直流外送通道功率震荡、新能源发电大面积脱网、系统失稳等后果，因而特高压大电网背景下交直流系统无功电压控制方法问题受到普遍关注。
现有的电网动态无功控制方法仅考虑考虑变电站有载调压变压器(On Load TapChanger，OLTC)、静止无功补偿装置(Static Var Compensator，SVC)和电容器组(Capacitor Bank，CB)等元素，在满足电网潮流和安全约束下获得最小化系统网损。而实际上，大量的分布式能源(特别是风电)通过逆变器与电网连接，本身具有一定的无功支撑能力。而传统的无功优化中风电有功无功出力仅分别考虑功率上下限范围，并没有考虑设备间复杂的耦合约束关系，因此导致计算结果不精确。同时传统模型是一个多时段非线性混合整数规划问题，求解过程复杂，计算效率低，缺乏快速有效的求解方法。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的约束条件构建不全面和计算效率低的问题，本发明提供一种交直流混合电网动态无功优化方法及系统。本方法首先对交流潮流、直流潮流、OLTC、无功补偿装置、VSC换流站和双馈风机等设备建模，然后将所有模型线性化，利用二阶锥规划(second order cone programming，SOCP)松弛非凸可行域，从而使得模型可靠快速求解。
本发明提供的技术方案是：一种交直流混合电网动态无功优化方法，包括
采集电网运行参数；
将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；
基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；
其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。
优选的，所述交直流动态无功优化模型的构建包括：
以交直流混合系统全天总网损为优化目标构建目标函数；
对交流潮流、直流潮流、电压源换流器、有载调压变压器的分解头、离散与连续无功补偿装置，以及双馈风机采用线性化建模，获得交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型；
将所述交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型作为电网运行约束；
基于电网安全构建电网安全约束；
基于所述目标函数、电网运行约束和电网安全约束，构建交直流动态无功优化模型。
优选的，所述基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理，包括：
当所述交直流动态无功优化模型存在非线性化关系时；
基于二阶锥规划对存在非凸可行域的非线性化约束进行松弛，转化为二阶锥约束；
否则对凸可行域的非线性化约束，通过等效处理转换为线性约束。
优选的，所述双馈风机线性化建模，包括：
基于双馈风机的容量曲线，获得所述双馈风机的有功出力和无功出力；
基于所述双馈风机的有功出力和无功出力利用线性化处理得到双馈风机模型。
优选的，所述电网运行约束，包括：
交流潮流约束、直流潮流约束、电压源换流器约束、变电站有载调压变压器分解头约束、无功补偿约束和双馈风机约束。
优选的，所述交流潮流约束包括：交流有功平衡约束、交流无功平衡约束、交流功率电压约束、交流功率电流约束、交流节点有功注入约束和交流节点无功注入约束；
所述直流潮流约束包括：直流有功平衡约束、直流功率电压约束、直流功率电流约束和直流节点有功注入约束；
所述电压源换流器约束包括：有功功率约束和电压源换流器电压关系约束；
所述有载调压变压器分解头约束包括：变电站有载调压变压器分解头调节次数约束和档位调节约束；
所述无功补偿约束包括：连续型无功补偿约束和离散型电容器组约束；
所述双馈风机约束包括：双馈风机有功出力约束和双馈风机无功出力约束；
其中，所述电压源换流器电压关系约束为不存在非凸可行域的非线性约束；
所述交流功率电流约束和直流功率电流约束为存在非凸可行域的非线性约束。
优选的，所述电网安全约束，包括：
交流节点电压幅值约束、交流支路载流量约束、直流节点电压约束、直流线路载流量约束、换流站载流量约束、换流站无功调节量的约束、变电站有载调压变压器分解头调节范围约束和电容器调节容量约束；
其中，所述换流站载流量约束为存在非凸可行域的非线性约束。
优选的，所述对不存在非凸可行域的非线性化约束，通过等效处理转换为线性约束，包括：
将所述电压源换流器电压关系约束通过等效处理为下式所示的线性约束：
式中：VVSC,i,t：t时刻换流站VSC中节点i的电压；Vdc,i,t：t时刻换流站VSC中节点i输出的直流功率；VSC_B：直流系统中含VSC的节点集合。
优选的，所述基于二阶锥规划对存在非凸可行域的非线性化约束进行松弛，转化为二阶锥约束，包括：
基于二阶锥规划将所述交流功率电流约束、直流功率电流约束和换流站载流量约束进行松弛。
优选的，所述交流功率电流约束如下式所示：
式中：t时刻支路ij上电流的平方；t时刻支路ij的有功注入功率；t时刻支路ij的无功注入功率；t时刻节点i的电压幅值；AC_E：交流系统中的支路集合；
所述直流功率电流约束如下式所示：
式中：t时刻直流支路ij上电流的平方；t时刻直流支路ij的有功注入功率；t时刻直流节点i上电压的平方；DC_E：直流系统中的支路集合；
所述换流站载流量约束如下式所示：
式中：t时刻换流站VSC中支路ij上电流的平方；t时刻换流站VSC中支路ij的有功注入功率；t时刻换流站VSC中支路ij的无功注入功率；t时刻换流站VSC中节点i上电压的平方；VSC_E：换流站VSC中的支路集合。
优选的，所述基于二阶锥规划对所述电网运行约束和电网安全约束中的非凸可行域进行松弛，松弛后如下式所示：
式中：Pij,t：t时刻支路ij的有功注入功率；Qij,t：t时刻支路ij的有功注入功率；
式中：Pdc,ij,t：t时刻直流支路ij的有功注入功率；
式中：PVSC,ij,t：t时刻换流站VSC中支路ij的有功注入功率；QVSC,ij,t：t时刻换流站VSC中支路ij的无功注入功率。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种交直流混合电网动态无功优化系统，包括
采集模块，用于采集电网运行参数；
求解模块，用于将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；
控制模块，用于基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；
其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。
优选的，所述系统还包括构建模块，用于构建交直流动态无功优化模型；所述构建模块包括：
目标函数子模块，用于以交直流混合系统全天总网损为优化目标构建目标函数；
线性化建模子模块，用于对交流潮流、直流潮流、电压源换流器、有载调压变压器的分解头、离散与连续无功补偿装置，以及双馈风机采用线性化建模，获得交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型；
电网运行约束子模块，用于将所述交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型作为电网运行约束；
电网安全约束子模块，用于基于电网安全构建电网安全约束；
构建子模块，用于基于所述目标函数、电网运行约束和电网安全约束，构建交直流动态无功优化模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案，将获取的电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；基于求解结果对电网系统进行无功控制；其中，对所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理，提高了计算计算速率。
本发明提供的技术方案，考虑交直流系统的潮流约束、直流变量的控制约束、离散控制变量动态调节次数约束及节点电压的安全约束，并将非凸的交流潮流方程近似转化为凸的二阶锥约束，同时将难以直接求解的双馈风机容量曲线线性化，全面考虑了各设备的约束关系，提高了计算结果的精确度，以及计算速率。
本发明提供的技术方案，对交流潮流、直流潮流、OLTC、无功补偿装置、VSC换流站和双馈风机等设备建模，充分考虑双馈风机的无功支撑能力和VSC的特点，然后将所有模型线性化，利用二阶锥规划(SOCP)松弛非凸可行域，从而使得模型可靠快速求解。
本发明提供的技术方案，通过线性化技术将原模型转化为能有效求解的二阶锥规划问题，提高了计算效率。
附图说明
图1为本发明的电网动态无功优化方法流程图；
图2为本发明中VSC换流站模型结构示意图；
图3为本发明中含OLTC的支路潮流模型结构示意图；
图4为本发明中双馈风机容量曲线结构示意图；
图5为本发明实施例中修改后的IEEE30节点系统示意图；
图6为本发明实施例中日负荷曲示意图；
图7为本发明实施例中优化前后系统网损比较示意图；
图8为本发明实施例中离散电容器组全天投切情况示意图；
图9为本发明实施例中变压器分接头全天投切情况示意图；
图10为本发明实施例中直流节点电压分布示意图；
图11为本发明实施例中直流支路功率变化示意图；
图12为本发明实施例中VSC无功功率曲线示意图；
图13为本发明实施例中考虑风电无功支撑无功补偿功率的比较示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。交直流混合电网动态无功优化考虑变电站有载调压变压器、静止无功补偿装置和电容器组等元素，获得在满足电网潮流和安全约束下的最小化系统网损。而实际上，大量的分布式能源(特别是风电)通过逆变器与电网连接，本身具有一定的无功支撑能力。传统的无功优化中风电有功无功出力仅分别考虑功率上下限范围，但双馈风电机组有功无功出力间存在复杂的耦合约束关系。该复杂约束在交直流动态无功优化模型中如何进行有效建模并且进行线性化求解，具有非常重要的研究价值。
实施例1：
如图1所示，本发明提供的一种交直流混合电网动态无功优化方法，包括：
步骤S1、采集电网运行参数；
步骤S2、将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；
步骤S3、基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；
其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。
具体的，本发明从下列三个方面进行考虑，提供了一种交直流混合电网动态无功优化方法：
第一、随着风光等清洁能源的迅速发展，双馈风机具有一定的无功支撑能力，同时VSC具有有功无功独立调节、可向无源网络供电、可控性好和运行方式灵活的特点，这些特点对交直流混合电网动态无功优化至为重要。因此，构建了针对VSC-UHVDC的特点，以交直流混合系统全天总网损为优化目标，有载调压变压器的分接头、离散与连续无功补偿装置等设备调节限制为约束条件，同时考虑双馈风机的无功支撑能力的交直流动态无功优化模型；
第二、为了快速有效的求解模型，采用线性化技术将原模型进行处理；
第三、利用二阶锥规划(SOCP)松弛非凸可行域，从而使得模型可靠快速求解。
步骤S2、将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解，具体包括：
1、构建计及VSC和DFIG的交直流系统数学模型，包括：
1.1交流潮流模型
为了后续求解的方便，电网设备模型均采用线性化的方式建模。交直流潮流等式约束均采用类似Distflow支路潮流的方式建模。
对于交流系统任一节点j
式中，t为时刻；AC_B，AC_E分别为交流系统中的节点和支路集合；δ(j)表示以j为首端节点的支路末端节点集合，π(j)表示以j为末端节点的支路首端节点集合；rij和xij分别为支路ij的电阻和电抗值；gj和bj分别为节点j的电导和电纳值；Iij,t为t时刻支路ij上的电流；Vi,t为t时刻节点i的电压幅值；Pj,t和Qj,t分别为t时刻节点j的有功和无功注入功率。和分别为t时刻节点j上发电机有功和无功出力；和分别为节点j的风机t时刻有功和无功出力；和分别为t时刻节点j上负荷有功和无功；表示t时段节点j上连续型无功补偿装置的无功补偿量；表示t时段节点j电容器组的无功补偿量。
式(1)表示有功平衡约束；(2)表示无功平衡约束；(3)是功率电压关系；(4)是功率电流关系；(5)表示节点有功注入；(6)表示节点无功注入。
1.2直流潮流模型
对于直流系统任一节点j
式中，令DC_B，DC_E分别为直流系统中的节点和支路集合；rdc,ij为直流支路ij的电阻；为直流支路ij上的电流的平方；为直流节点i的电压平方。Pdc,j,t，分别为直流网络中节点j的有功注入功率，发电机有功出力，风机有功出力，节点j的负荷有功。
1.3VSC换流站模型
如图2所示，Vi∠θi为第i个换流站与交流系统连接处的电压；VVSC,i∠θVSC,i为输入第i个VSC的电压；RVSC,i为第i个换流站内部损耗的等效电阻；XVSC,i为第i个换流站中滤波器的等效电抗；PVSC,i+jQVSC,i为输入第i个VSC换流桥的复功率；Pdc,i为第i个VSC输出的直流功率；Vdc,i为第i个VSC输出的直流电压。
本实施例中将换流站阻抗RVSC,i+jXVSC,i等效为交流支路，合并入交流系统处理，所以输入VSC的有功功率与VSC输出的直流功率相等，即：
式中，VSC_B为直流系统中含VSC的节点集合；此外，输入第i个VSC的相电压VVSC,i,t∠θVSC,i,t与输出的直流电压Vdc,i,t满足如下关系[16,26]：
式中：μ为直流电压利用率(0≤μ≤1，调整方式为SPWM时，调整方式为SVPWM时，μ＝1)；M为调制度，本文取设定M的取值范围为0≤M≤1。
1.4OLTC模型
OLTC模型的模型如图3所示，引入虚拟节点o,支路mo的等效阻抗为zmo＝rmo+jxmo，可视为常规的交流支路处理。虚拟节点o的电压为：
式中，Boltc为包含OLTC的虚拟节点集合；kmn为支路mn中OLTC的可调变比，其为离散型变量；和分别为节点o和n电压幅值的平方；令则
Ko,t可线性化表达为
式中，K o表示OLTC变比平方的下限；ΔKo,m表示调节步长的平方，为调节的0-1标识，则
式中，和表示OLTC档位调节变化0-1标识，若则OLTC档位值在第t时段比第t-1时段档位大，同理，SRo为档位最大变化范围，为T时段内OLTC档位最大允许调节次数。
1.5无功补偿装置模型
1)连续型无功补偿(static var compensator,SVC)模型
式中，和分别表示连续型无功补偿设备无功补偿量的最小值和最大值，BC表示包含连续型无功补偿设备的节点集合。
2)离散型电容器组模型
式中，BCB为含离散型电容器组的节点集合；为投运组数，其为离散变量；为每组的补偿功率；和是表示投切操作的0-1标识，若则表示在t时段节点j增加一组CB投运，同理；表示在T时段投切次数的最大值；表示每次节点j投切组数的最大值。
1.6双馈风机模型
大规模风电接入后无功电压稳定控制程度将成为影响局部地区功率送出能力的重要因素。传统的优化模型中一般采用恒定功率因数控制方式，将风机无功出力视为定值，无法充分反映风机无功输出特性。本文利用风机的容量曲线，分析其无功支撑能力。风机的有功无功出力特性如图4所示，利用线性化处理方法可得双馈风机的模型为：
式中，和分别为双馈风机在时刻t下的有功和无功出力， 和为双馈风机在图中相应的6个特征点。
2、构建计及VSC-HVDC的电网无功优化模型
2.1目标函数
无功优化以系统网损最小化为优化目标，即
式中，T为总时段数；为t时刻网络的总损耗；E为交直流支路集合。
2.2电网运行约束
计及VSC和DFIG的电网运行方程见式(1)-(6)，(7)-(10)，(11)-(12)，(13)-(20)，(21)-(26)，(27)-(31)。
2.3电网安全约束
考虑的安全约束包括交流节点电压幅值约束以及交流支路载流量约束，直流节点电压约束、直流线路载流量约束，换流站载流量约束、换流站无功调节量的约束，OLTC分解头调节范围约束，电容器调节容量约束。OLTC分解头调节次数约束与离散电容器调节次数约束已经在电网运行约束中考虑，此处不再计及。
以上约束的数学表达式为：
式中，令 V j,t和 V dc,j,t和 V VSC,j,t和 V o,t和分别表示交流节点，直流节点，VSC节点，变压器虚拟节点电压下限和上限；I ij,t和 I dc,ij,t和 I VSC,ij,t和分别表示t时段交流支路，直流支路，VSC支路电流下限和上限。Q VSC,j,t和表示第j个VSC换流站无功调节下限和上限。
3、SOCP松弛的电网无功优化模型
在第1部分中，6种设备模型均采用线性化的方式建模，但仍存在如下非线性关系需要处理：
1)交流网络的潮流约束，即式(4)；
2)直流网络的潮流约束，即式(9)；
3)换流站电压关系约束，即式(12)；
4)交直流混合配电系统中交流支路、换流站的载流量约束，即式(38)。
式(4)，式(9)和式(38)利用SOCP松弛可进一步处理为：
通过对原非线性式松弛转为二阶锥约束，便于快速求解。
式(12)中，由于0≤M≤1及式(12)可以等效为如下的线性约束[26]：
经过上述变形后，原问题的SOCP松弛模型为：
经过SOCP松弛后式(47)为一个含混合整数变量的二阶锥动态无功优化问题，现有的Cplex,Gurobi,Mosek等算法软件包可以通过割平面法或者分支定界法获得原问题的全局最优解，由于该模型是一个凸规划模型，与基于原交直流潮流方程的非凸规划模型相比，具有更好的计算效率和收敛特性。
针对含分布式能源的交直流系统动态无功优化这一复杂的非凸非线性混合整数规划问题，本发明建立了计及VSC和DFIG的交直流动态无功优化模型。该模型考虑交直流系统的潮流约束、直流变量的控制约束、离散控制变量动态调节次数约束及节点电压的安全约束，并将非凸的交流潮流方程近似转化为凸的二阶锥约束，同时将难以直接求解的双馈风机容量曲线线性化。
实施例2：
本实施例以IEEE30节点系统为例，通过仿真计算验证了本发明中所建模型和算法的有效性。
一、优化模型
1)如图5所示，按表1在节点2和6间，节点1和18之间分别新增一条直流支路。
表1直流支路参数
2)负荷数据以IEEE 30节点的负荷量为基准值，将各个时段的负荷预测量折算成基准负荷量的比例，可得到0-24时刻的负荷比例因子如图6所示，考虑负荷的无功和发电机有功同比例增加。
3)将节点5的常规机组改为风电厂，等效的风机特征点为(40MW，-20Mvar)，(60MW，-10Mvar)，(100MW，0Mvar)，(50MW，5Mvar).
4)离散无功补偿，连续无功补偿和有载调压变压器的参数如表2-4所示
表2离散无功补偿设备参数
表3连续无功补偿设备参数
表4有载调压变压器参数
5)安装的4个VSC换流站配置参数相同，RVSC和XVSC折算为标幺值分别为：0.006和0.013.
二、优化结果
1)降损效果分析
表5优化前后系统网损
表5的数据是优化计算结果与原始网损的对比。其中，原始网损为一天24个独立时间断面网络损耗的累加。从中可以看出动态无功优化的降损效果很明显，优化前的总电能损耗率为5.26％，而优化后网损率为3.41％，降损率达到了1.85％。值得指出的是，上述优化后的网损量大小是在固定电容器投切状态和机组无功出力(本文方法优化的结果)后，基于交直流潮流方程进行潮流计算后得到的结果，从而确保了网损计算结果的准确性。
图7给出了优化前后24时段系统网损比较，从图中可以看出，经过动态无功优化，各时段都有不同程度的网损减少，其变化趋势与系统标幺负荷曲线基本一致。
通过本方法的计算，该系统无功潮流分布得到了优化，可以得到更加经济合理的电网运行状态。
2)控制变量结果分析
离散电容器组和变压器分接头在各时段的投切情况如图8和图9所示。从图中可以看出，根据负荷水平的变化，2套电容器组和4台变压器都起到了有效的作用，系统无功分布通过电容器组和变压器分接头的投切和得到了合理调整。同时，所有2套电容器组和4台变压器分接头的动作次数均满足约束条件，计算结果可以在实际系统中执行。
图10和图11给出了系统24个时段的直流节点电压的优化分布策略和交直流并联线路的最优分配功率。从图中可以看出不同时段交直流断面传输的总有功功率不同，直流并联线路分配的功率也不同。
因此，当交直流断面传输有功功率改变时，为了达到网损最小的目标，应调节直流线路的传输功率，而不能采用定功率控制方式维持直流功率不变。相对交流系统中的补偿无功和变压器，直流输电系统为了满足传输功率变化的要求，需要频繁协调控制换流站的调节设备，才能使系统运行在最优状态。
图12给出了换流站并网点注入交流系统的无功功率曲线。从图中可以看出，优化无功曲线则与系统负荷曲线具有较强的相似性，即负荷高峰时向交流系统多注入无功功率，而负荷低谷时向交流系统少注入无功功率，增强电网的电压控制能力，并降低有功损耗。
同时无功功率注入，既有感性无功也有容性无功，这是因为基于电压源的换流站既可以补偿无功也可以消纳无功，可见换流站的无功调节是双向的，这一点与传统的交流电网中的电容器无功补偿有明显不同。
3)双馈风机无功支撑能力的影响
在传统电网优化运行中，对DFIG建模并未考虑其无功支撑能力，而仅仅考虑其有功无功上下限的简单约束。本发明采用容量曲线表征了具有无功支撑能力的DFIG有功无功耦合关联，其优化结果如表6所示。
表6考虑双馈风机容量曲线与否的优化结果对比
从表6可以看出，在考虑双馈风机无功的情况下，系统网损会比忽略其无功的情形小，即系统在考虑双馈风机无功支撑能力后，会得到比以前更好的优化效果。同时图13显示，在考虑双馈风机无功出力时，无功补偿装置所需要补偿的无功会有所下降，特别是在负荷高峰期，双馈风机提供了有力的无功支撑。
实施例3：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种电网动态无功优化系统，包括
采集模块，用于采集电网运行参数；
求解模块，用于将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；
控制模块，用于基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；
其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。
实施例中，所述系统还包括构建模块，用于构建交直流动态无功优化模型；所述构建模块包括：
目标函数子模块，用于以交直流混合系统全天总网损为优化目标构建目标函数；
线性化建模子模块，用于对交流潮流、直流潮流、电压源换流器、有载调压变压器的分解头、离散与连续无功补偿装置，以及双馈风机采用线性化建模，获得交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型；
电网运行约束子模块，用于将所述交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型作为电网运行约束；
电网安全约束子模块，用于基于电网安全构建电网安全约束；
构建子模块，用于基于所述目标函数、电网运行约束和电网安全约束，构建交直流动态无功优化模型。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种交直流混合电网动态无功优化方法，其特征在于，包括
采集电网运行参数；
将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；
基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；
其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交直流动态无功优化模型的构建包括：
以交直流混合系统全天总网损为优化目标构建目标函数；
对交流潮流、直流潮流、电压源换流器、有载调压变压器的分解头、离散与连续无功补偿装置，以及双馈风机采用线性化建模，获得交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型；
将所述交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型作为电网运行约束；
基于电网安全构建电网安全约束；
基于所述目标函数、电网运行约束和电网安全约束，构建交直流动态无功优化模型。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理，包括：
当所述交直流动态无功优化模型存在非线性化关系时；
基于二阶锥规划对存在非凸可行域的非线性化约束进行松弛，转化为二阶锥约束；
否则对凸可行域的非线性化约束，通过等效处理转换为线性约束。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双馈风机线性化建模，包括：
基于双馈风机的容量曲线，获得所述双馈风机的有功出力和无功出力；
基于所述双馈风机的有功出力和无功出力利用线性化处理得到双馈风机模型。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电网运行约束，包括：
交流潮流约束、直流潮流约束、电压源换流器约束、变电站有载调压变压器分解头约束、无功补偿约束和双馈风机约束。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述交流潮流约束包括：交流有功平衡约束、交流无功平衡约束、交流功率电压约束、交流功率电流约束、交流节点有功注入约束和交流节点无功注入约束；
所述直流潮流约束包括：直流有功平衡约束、直流功率电压约束、直流功率电流约束和直流节点有功注入约束；
所述电压源换流器约束包括：有功功率约束和电压源换流器电压关系约束；
所述有载调压变压器分解头约束包括：变电站有载调压变压器分解头调节次数约束和档位调节约束；
所述无功补偿约束包括：连续型无功补偿约束和离散型电容器组约束；
所述双馈风机约束包括：双馈风机有功出力约束和双馈风机无功出力约束；
其中，所述电压源换流器电压关系约束为不存在非凸可行域的非线性约束；
所述交流功率电流约束和直流功率电流约束为存在非凸可行域的非线性约束。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电网安全约束，包括：
交流节点电压幅值约束、交流支路载流量约束、直流节点电压约束、直流线路载流量约束、换流站载流量约束、换流站无功调节量的约束、变电站有载调压变压器分解头调节范围约束和电容器调节容量约束；
其中，所述换流站载流量约束为存在非凸可行域的非线性约束。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对不存在非凸可行域的非线性化约束，通过等效处理转换为线性约束，包括：
将所述电压源换流器电压关系约束通过等效处理为下式所示的线性约束：
式中：VVSC,i,t：t时刻换流站VSC中节点i的电压；Vdc,i,t：t时刻换流站VSC中节点i输出的直流功率；VSC_B：直流系统中含VSC的节点集合。
9.如权利要求6或7任一项所述的方法，其特征在于，所述基于二阶锥规划对存在非凸可行域的非线性化约束进行松弛，转化为二阶锥约束，包括：
基于二阶锥规划将所述交流功率电流约束、直流功率电流约束和换流站载流量约束进行松弛。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述交流功率电流约束如下式所示：
式中：t时刻支路ij上电流的平方；t时刻支路ij的有功注入功率；t时刻支路ij的无功注入功率；t时刻节点i的电压幅值；AC_E：交流系统中的支路集合；
所述直流功率电流约束如下式所示：
式中：t时刻直流支路ij上电流的平方；t时刻直流支路ij的有功注入功率；t时刻直流节点i上电压的平方；DC_E：直流系统中的支路集合；
所述换流站载流量约束如下式所示：
式中：t时刻换流站VSC中支路ij上电流的平方；t时刻换流站VSC中支路ij的有功注入功率；t时刻换流站VSC中支路ij的无功注入功率；t时刻换流站VSC中节点i上电压的平方；VSC_E：换流站VSC中的支路集合。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基于二阶锥规划对所述电网运行约束和电网安全约束中的非凸可行域进行松弛，松弛后如下式所示：
式中：Pij,t：t时刻支路ij的有功注入功率；Qij,t：t时刻支路ij的有功注入功率；
式中：Pdc,ij,t：t时刻直流支路ij的有功注入功率；
式中：PVSC,ij,t：t时刻换流站VSC中支路ij的有功注入功率；QVSC,ij,t：t时刻换流站VSC中支路ij的无功注入功率。
12.一种交直流混合电网动态无功优化系统，其特征在于，包括
采集模块，用于采集电网运行参数；
求解模块，用于将所述电网运行参数带入预先构建并进行处理的交直流动态无功优化模型求解；
控制模块，用于基于求解结果对交直流混合电网系统进行无功控制；
其中，所述交直流动态无功优化模型的处理包括，基于二阶锥规划对所述交直流动态无功优化模型进行松弛和线性化处理。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括构建模块，用于构建交直流动态无功优化模型；所述构建模块包括：
目标函数子模块，用于以交直流混合系统全天总网损为优化目标构建目标函数；
线性化建模子模块，用于对交流潮流、直流潮流、电压源换流器、有载调压变压器的分解头、离散与连续无功补偿装置，以及双馈风机采用线性化建模，获得交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型；
电网运行约束子模块，用于将所述交流潮流模型、直流潮流模型、电压源换流器模型、有载调压变压器模型、无功补偿装置模型和双馈风机模型作为电网运行约束；
电网安全约束子模块，用于基于电网安全构建电网安全约束；
构建子模块，用于基于所述目标函数、电网运行约束和电网安全约束，构建交直流动态无功优化模型。
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|---|---|
| CN (1) | CN109617092A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110137970A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-16 | 华中科技大学 | 一种基于棱锥近似的无松弛潮流获取方法 |
| CN111080177A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-04-28 | 华北电力大学 | 一种基于泰勒展开的直流无功功率线性化处理方法及系统 |
| CN111340386A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-26 | 国网上海市电力公司 | 一种交直流混合配电网调度方法 |
| CN112421622A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-02-26 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无功电压实时控制方法及相关装置 |
| CN112529253A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-19 | 国网青海省电力公司 | 基于内点解耦法与线性混合整数规划法的区域电网动态无功优化方法 |
| CN114187133A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-15 | 重庆大学 | 基于admm解耦算法的特高压直流近区电网动态无功优化方法 |
| CN115422786A (zh) * | 2022-11-04 | 2022-12-02 | 清华大学 | 基于支路潮流方程的柔直牵引供电系统凸优化建模方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020123953A1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-09-05 | Donald Goldfarb | Systems and methods for providing robust investment portfolios |
| CN105740973A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-07-06 | 天津大学 | 基于混合整数锥规划的智能配电网综合电压无功优化方法 |
| CN105870968A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-17 | 河海大学 | 一种计及系统负序电压的三相不平衡无功电压控制方法 |
| CN106972539A (zh) * | 2017-05-13 | 2017-07-21 | 天津大学 | 一种基于锥规划的分布式电源就地电压控制策略整定方法 |
-
2018
- 2018-12-19 CN CN201811553006.6A patent/CN109617092A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020123953A1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-09-05 | Donald Goldfarb | Systems and methods for providing robust investment portfolios |
| CN105740973A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-07-06 | 天津大学 | 基于混合整数锥规划的智能配电网综合电压无功优化方法 |
| CN105870968A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-17 | 河海大学 | 一种计及系统负序电压的三相不平衡无功电压控制方法 |
| CN106972539A (zh) * | 2017-05-13 | 2017-07-21 | 天津大学 | 一种基于锥规划的分布式电源就地电压控制策略整定方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 曹益奇: "计及分布式电源随机出力的三相配电网可调鲁棒无功优化", 《电网技术》 * |
| 马鑫: "基于二阶锥规划的交直流主动配电网日前调度模型", 《电力系统自动化》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110137970A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-16 | 华中科技大学 | 一种基于棱锥近似的无松弛潮流获取方法 |
| CN111080177A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-04-28 | 华北电力大学 | 一种基于泰勒展开的直流无功功率线性化处理方法及系统 |
| CN111080177B (zh) * | 2020-01-17 | 2022-04-26 | 华北电力大学 | 一种基于泰勒展开的直流无功功率线性化处理方法及系统 |
| CN111340386A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-26 | 国网上海市电力公司 | 一种交直流混合配电网调度方法 |
| CN111340386B (zh) * | 2020-03-11 | 2024-02-02 | 国网上海市电力公司 | 一种交直流混合配电网调度方法 |
| CN112421622A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-02-26 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无功电压实时控制方法及相关装置 |
| CN112421622B (zh) * | 2020-11-12 | 2023-02-24 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种无功电压实时控制方法及相关装置 |
| CN112529253A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-19 | 国网青海省电力公司 | 基于内点解耦法与线性混合整数规划法的区域电网动态无功优化方法 |
| CN112529253B (zh) * | 2020-11-18 | 2024-04-12 | 国网青海省电力公司 | 基于内点解耦法与线性混合整数规划法的区域电网动态无功优化方法 |
| CN114187133A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-15 | 重庆大学 | 基于admm解耦算法的特高压直流近区电网动态无功优化方法 |
| CN114187133B (zh) * | 2021-11-12 | 2024-04-23 | 重庆大学 | 基于admm解耦算法的特高压直流近区电网动态无功优化方法 |
| CN115422786A (zh) * | 2022-11-04 | 2022-12-02 | 清华大学 | 基于支路潮流方程的柔直牵引供电系统凸优化建模方法 |
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