CN110994621A - 基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法及装置。该方法，包括：在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路；根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值。该方法使得电网内有功功率分布更合理，从而在潮流不收敛时实现潮流恢复，及使得电网潮流计算收敛电网潮流计算收敛。

Description

基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统工程技术领域，尤其涉及基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法及装置。

背景技术

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本计算。它的任务是根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压、网络中有功功率和无功功率的分布等。电力系统的潮流计算结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础，也是电力系统规划和运行的基础。

随着我国经济的发展，电网的规模和负荷水平不断增加，潮流计算不收敛的现象时常发生。目前，潮流计算不收敛时，调整系统运行方式的工作通常由计算人员根据经验进行，调整工作强度大而效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法及装置，以改善现有技术中潮流计算不收敛时，调整潮流工作强度大而效率低的问题。

第一方面，本发明提供一种基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，包括：

在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；

通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，其中，在确定电力网络中是否存在功率越限支路时，使用考虑网损的改进直流潮流算法计算电力网络的有功潮流；

根据预设的局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；

以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定所述至少一个待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，所述至少一个待调整的发电机组调整后，所述待分析电网的潮流趋于收敛。

进一步地，所述调整前的电力网络为第一轮次的待分析电力网络；

所述通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，包括：

步骤S110：基于考虑网损的改进直流潮流算法，确定当前轮次的待分析电力网络中各支路的有功功率；

步骤S120：根据各支路的有功功率和各支路的传输能力值，确定当前轮次的待分析电力网络中存在功率越限支路时，针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道；将配置功率穿越通道后的电力网络作为最新轮次的待分析电力网络，返回步骤S110；

在当前轮次的待分析电力网络中不存在功率越限支路时，确定当前轮次的待分析电力网络为调整后的电力网络。

进一步地，在确定各支路的传输能力值时，

取待分析电网中交流线路的额定容量作为对应的电力网络中线路支路的传输能力值；

取待分析电网中变压器的额定容量作为对应的电力网络中变压器支路的传输能力值；或

根据待分析电网中交流线路的线路静稳极限和预先设定的比例值K_cap，根据下式计算对应的电力网络中线路支路的传输能力值：

其中，P_ij,max为线路支路ij的传输能力值；

z_ij为线路支路ij的阻抗；

K_cap为线路传输能力值与线路静稳极限的比值。

进一步地，所述针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道，包括：

针对单条功率越限支路，使用功率穿越通道连接其始端和末端；

针对包括多条依次连接的功率越限支路的越限树，逐一地使用功率穿越通道分别连接所述越限树的根节点和叶节点；

其中，所述功率穿越通道为线路支路，其阻抗为零。

进一步地，所述根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组，包括：

根据预先确定的与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*，其中，1≤i≤M，M为待分析电网中的发电机组的总数；

利用下式，分别计算各区域节点集合S_i ^*在调整前的电力网络中对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i，和

各区域节点集合S_i ^*在调整后的电力网络中对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i：

其中，P_G,j为节点j处设置的发电机组的有功功率，P_L,j为节点j处设置的负荷的有功功率，ω_j为节点j的权重因子，节点j为区域节点集合S_i ^*中的任一节点，其中，1≤j≤B，B为各区域节点集合S_i ^*中的节点总数；

若调整前的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i与调整后的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i的比值大于预先设定的阈值，则确定与所述区域节点集合S_i ^*对应的发电机组为待调整出力的发电机组。

进一步地，还包括：

确定与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*的步骤：

将待分析电网中的各发电机组i分别作为中心节点，进行N_max次扩展，得到M个区域节点集合S_i ^*：

在第一次扩展中，新建过程区域节点集合S_i，其中，新建的过程区域节点集合S_i中，只有作为中心节点的发电机组节点i；

在后续的(N_max-1)次扩展中，将通过任意支路与过程区域节点集合S_i中的已有节点直接相连的其他节点加入到过程区域节点集合S_i中，并记录各节点加入到过程区域节点集合S_i中时当前的扩展次数；

记经过N_max次扩展后，形成的过程区域节点集合S_i为区域节点集合S_i ^*，根据下式，确定节点j的权重因子ω_j：

其中，N_ji为节点j加入过程区域节点集合S_i时当前的扩展次数；

N_max为最大扩展次数；

k_A为权重因子ω_j的调节系数。

进一步地，在计算调整后的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i时，针对功率穿越通道，

在功率穿越通道的始端节点，将功率穿越通道视为与其有功功率值相同数值的负荷；

在功率穿越通道的末端节点，将功率穿越通道视为与其有功功率值相同数值的发电机组。

进一步地，所述以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，包括：

根据下式，计算待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值：

P_loss,ij＝|I_ij'|²r_ij

其中，r_ij为支路ij的电阻；

I_ij'为流过支路ij的电流；或

根据下式，计算待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值：

P_loss,ij＝(α_ijP_ij')²r_ij

其中，α_ij预先设定的比例因子；

P_ij’为根据考虑网损的改进直流潮流法得到的在调整前的电力网络中支路ij流过的有功功率；

根据待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值，确定全网网损APL，所述全网网损APL为全网有功安排的量化指标：

以全网网损APL最小为优化目标函数，使用智能优化算法或强化学习算法，确定各待调整的发电机组的开关机状态或有功功率设定值。

进一步地，所述智能优化算法为遗传算法；

所述强化学习算法为深度确定性策略梯度算法或分布式近端策略优化算法。

第二方面，本发明提供一种基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整装置，包括：

调整前的电力网络等效模块，用于在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；

功率越限支路消除模块，用于通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，其中，在确定电力网络中是否存在功率越限支路时，使用考虑网损的改进直流潮流算法计算电力网络的有功潮流；

待调整发电机组确定模块，用于根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；

发电机组出力调整模块，用于以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，所述至少一个待调整的发电机组调整后，所述待分析电网的潮流趋于收敛。

与现有技术相比，本发明提供的基于改进直流潮流算法的有功潮流调整方法及装置，针对局部有功不平衡的情况，使用智能优化算法或强化学习算法调整区域发电机的出力，使得电网内有功功率分布更合理，从而在潮流不收敛时实现潮流恢复，及使得电网潮流计算收敛。

本发明提供的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法及装置可以与现有技术中无功潮流调整的方法结合使用，通过调整区域发电机的出力及调整无功补偿设备的投切状态，在潮流不收敛时实现潮流恢复，及电网潮流计算收敛，从而提高在电力系统运行方式校核时计算潮流收敛及潮流恢复调整的自动化水平。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明优选实施方式的方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施方式的装置的组成示意图；

图3为基于考虑网损的改进直流潮流算法的潮流收敛调整方法流程图；

图4为迭代生成功率穿越通道的示意图；

图5为IEEE 118节点系统算例中各发电机作为PV节点的局部有功平衡指标APB；

图6为某地区的电力系统的算例分别使用DDPG和DPPO进行发电机有功出力调整时奖励值随着优化回合的变化曲线。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

需要说明的是，以下涉及到的电力系统中的各物理量，除另有说明外，其量纲均为标幺值(p.u.)；应该理解为，针对任一电力系统，其标幺值均有对应的基准值。

通常，在交流电力系统中包括：变压器、发电机、无功补偿设备、负荷等电力设备，这些电力设备通过交流线路连接。任一交流电力系统，可以等效为电力网络，等效后的电力网络中，包括支路和节点。节点包括：发电机节点、无功补偿设备节点、负荷节点和用作连接支路的连接节点。支路包括：交流线路支路、变压器支路。需要说明的是，电力系统中的发电机包括燃气发电机组、水力发电机组和核电发电机组等。

考虑网损等值负荷模型的改进直流潮流算法可以在常规的交流潮流算法求解不收敛时求解交流电力系统的有功潮流。根据该改进直流潮流算法确定的有功潮流，可以初步调整电力系统中的有功潮流，使得有功潮流分布更合理，有助于使得潮流求解收敛。

本发明实施例提供一种使得电网的潮流计算收敛的电力系统运行方式的调整方法，以提升电力系统运行方式计算中针对不收敛潮流进行收敛工作时调整潮流的自动化水平，从而节约人力并提高工作效率。

如图1所示，本发明实施例的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，包括：

步骤S100：在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；

步骤S200：通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，其中，在确定电力网络中是否存在功率越限支路时，使用考虑网损的改进直流潮流算法计算电力网络的有功潮流；

步骤S300：根据预设的局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；

步骤S400：以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定所述至少一个待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，所述至少一个待调整的发电机组调整后，所述待分析电网的潮流趋于收敛。

具体地，调整前的电力网络具有与待分析电网对应的、由支路和节点连接构成的拓扑结构，其中，待分析电网中的线路被等效为支路，变压器被等效为支路，发电机被等效为发电机节点，负荷被等效为负荷节点，联络点被等效为联络节点。

进一步地，所述调整前的电力网络为第一轮次的待分析电力网络；

所述通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，包括：

步骤S110：基于考虑网损的改进直流潮流算法，确定当前轮次的待分析电力网络中各支路的有功功率；

步骤S120：根据各支路的有功功率和各支路的传输能力值，确定当前轮次的待分析电力网络中存在功率越限支路时，针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道；将配置功率穿越通道后的电力网络作为最新轮次的待分析电力网络，返回步骤S110；

在当前轮次的待分析电力网络中不存在功率越限支路时，确定当前轮次的待分析电力网络为调整后的电力网络。

或，所述通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，包括：

记所述调整前的电力网络为第一轮次的待分析电力网络；

步骤S110：基于考虑网损的改进直流潮流算法，确定当前轮次的待分析电力网络中各支路的有功功率；

步骤S120：根据各支路的有功功率和各支路的传输能力值，确定当前轮次的待分析电力网络中是否存在功率越限支路；

在当前轮次的待分析电力网络中存在功率越限支路时，执行步骤S130；

在当前轮次的待分析电力网络中不存在功率越限支路时，执行步骤S140；

步骤S130：针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道；

将配置功率穿越通道后的电力网络作为最新轮次的待分析电力网络，执行步骤S110至步骤S120；

步骤S140：确定当前轮次的待分析电力网络为调整后的电力网络。

需要说明的是，在步骤S120中，在确定当前轮次的待分析电力网络中是否存在功率越限支路时，不判断在前一轮次中增加的功率穿越通道。

进一步地，在确定各支路的传输能力值时，

取待分析电网中交流线路的额定容量作为对应的电力网络中线路支路的传输能力值；

取待分析电网中变压器的额定容量作为对应的电力网络中变压器支路的传输能力值；或

根据取待分析电网中交流线路的线路静稳极限和预先设定的比例值K_cap，根据下式计算对应的电力网络中线路支路的传输能力值：

其中，P_ij,max为线路支路ij的传输能力值；

z_ij为线路支路ij的阻抗；

K_cap为线路传输能力值与线路静稳极限的比值。

进一步地，所述针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道，包括：

针对单条功率越限支路，使用功率穿越通道连接其始端和末端；

针对包括多条依次连接的功率越限支路的越限树，逐一地使用功率穿越通道分别连接所述越限树的根节点和叶节点；

其中，所述功率穿越通道为线路支路，其阻抗为零。

需要说明的是，在当前轮次中，将在上一轮次中增加、且与当前轮次的功率越限支路具有连接关系的功率穿越通道也视为功率越限支路。逐一地使用功率穿越通道分别连接所述越限树的根节点和叶节点后，上一轮次的功率穿越通道可能已经被移除，仅保留本轮次新生成的功率穿越通道。

需要说明的是，调整后的电力网络中，功率穿越通道的数量和连接关系不再发生变化。

进一步地，所述根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组，包括：

根据预先确定的与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*，利用下式，分别计算各区域节点集合S_i ^*在调整前的电力网络中对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i，和

各区域节点集合S_i ^*在调整后的电力网络中对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i：

其中，P_G,j为节点j处设置的发电机组的有功功率，P_L,j为节点j处设置的负荷的有功功率，ω_j为节点j的权重因子，节点j为区域节点集合S_i ^*中的任一节点，其中，1≤j≤B，B为各区域节点集合S_i ^*中的节点总数；

若调整前的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i与调整后的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i的比值大于预先设定的阈值，则确定与所述区域节点集合S_i ^*对应的发电机组为待调整出力的发电机组。

应该理解为，上式j节点可能连接有发电机组，也可能连接有负载，也可能没有连接任何电力设备。j节点没有连接发电机组时，P_G,j的值为0；j节点没有连接负载时，P_L,j的值是0。

应该理解为，确定的待调整出力的发电机组可能位于不同的地理位置。但均位于某一条功率穿越通道的始端或末端节点附近。

进一步地，还包括：

确定与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*的步骤：

将待分析电网中的各发电机组i分别作为中心节点，进行N_max次扩展，得到M个区域节点集合S_i ^*，其中，1≤i≤M，M为待分析电网中的发电机组的总数：

在第一次扩展中，新建过程区域节点集合S_i，其中，新建的过程区域节点集合S_i中，只有作为中心节点的发电机组节点i；

在后续的(N_max-1)次扩展中，将通过任意支路与过程区域节点集合S_i中的已有节点直接相连的其他节点加入到过程区域节点集合S_i中，并记录各节点加入到过程区域节点集合S_i中时当前的扩展次数；

记经过N_max次扩展后，形成的过程区域节点集合S_i为区域节点集合S_i ^*，根据下式，确定节点j的权重因子ω_j：

其中，N_ji为节点j加入过程区域节点集合S_i时当前的扩展次数；

N_max为最大扩展次数；

k_A为权重因子ω_j的调节系数。应该理解为，在确定与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*的步骤中，所述“任意支路”不涉及功率穿越通道。

进一步地，在计算调整后的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i时，针对功率穿越通道，

在功率穿越通道的始端节点，将功率穿越通道视为与其有功功率值相同数值的负荷；

在功率穿越通道的末端节点，将功率穿越通道视为与其有功功率值相同数值的发电机组。

进一步地，所述以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，包括：

根据下式，计算待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值：

P_loss,ij＝|I_ij'|²r_ij

其中，r_ij为支路ij的电阻；

I_ij'为流过支路ij的电流；或

根据线路支路或变压器支路的损耗值，计算待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值：

P_loss,ij＝(α_ijP_ij')²r_ij

其中，α_ij预先设定的比例因子，大于0且小于1；

P_ij’为根据考虑网损的改进直流潮流法得到的在调整前的电力网络中支路ij流过的有功功率；

根据下式，确定全网网损APL，所述全网网损APL为全网有功安排的量化指标：

以全网网损APL最小为优化目标函数，使用智能优化算法或强化学习算法，确定各待调整的发电机组的开关机状态或有功功率设定值。

应该理解为，利用基于考虑网损的改进直流潮流算法得到的有功计算结果，根据支路ij流过的有功功率P_ij’估算流过支路ij的电流I_ij’的幅值，更方便。

进一步地，所述智能优化算法为遗传算法；

所述强化学习算法为深度确定性策略梯度算法或分布式近端策略优化算法。

如图2所示，本发明实施例的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整装置，包括：

调整前的电力网络等效模块100，用于在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；

功率越限支路消除模块200，通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，其中，在确定电力网络中是否存在功率越限支路时，使用考虑网损的改进直流潮流算法计算电力网络的有功潮流；

待调整发电机组确定模块300，用于根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；

发电机组出力调整模块400，用于以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值。

该基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整装置为与该基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法对应的装置，具有与该基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法相同的技术方案和技术效果，这里不再赘述。

具体地，针对潮流不收敛的电力系统，应用本发明实施例的基于考虑网损的改进直流潮流算法的电网潮流收敛调整方法使得不收敛的潮流收敛的过程，包括如下步骤：

S1、检查获取的电力系统潮流计算用原始数据；如果检查到某项原始数据偏离预定范围，则调整该原始数据使其合理。

S2、调整潮流有功功率：

结合生成的功率穿越通道、局部有功平衡的量化指标APB和预先设定的准则选取至少一个待调整的发电机组。

预先设定的准则包括：

每个发电厂至少保留一台发电机组开机；并且

优先保留大容量的发电机组；并且

核电机组不能关机；

或其他具体的工程要求等。

应该理解为，这里的“保留”是指不关机。在调整潮流过程中，针对发电机出力的调节，通常使用开关机的方式进行，而并不采用调节发电功率的方式。

S3、以全网有功安排的量化指标APL最小为目标函数确定各待调整的发电机组的出力。

具体地，所述调整潮流有功功率，具体包括：

S21、使用考虑网损的改进直流潮流算法计算潮流，确定各支路的有功潮流，并根据功率越限支路，迭代地生成功率穿越通道。

具体地，在判断支路是否为功率越限支路时，各支路的传输能力值可以取为潮流计算原始数据中交流线路或变压器的额定容量。

若没有额定容量的数据，可以选择线路静稳极限的某一比例值作为该支路的传输能力值，计算公式如下：

其中，P_ij,max为支路ij的传输能力值；z_ij为支路ij的阻抗；K_cap为线路传输能力与线路静稳极限的比值，优选地，取为0.25。

支路的传输能力值用于判断是否是功率越限支路。根据有功潮流结果，可以确定网络中的功率越限支路。

S22、对于步骤S21中使用考虑网损的改进直流潮流计算得到的有功潮流结果，若存在功率超出其传输能力的支路，则对于网络中存在的任一由功率越限支路组成的树，逐一地使用零阻抗的支路分别连接该树的根节点和叶节点作为功率穿越通道；

然后，返回到步骤S21，再次使用考虑网损的改进直流潮流法计算网络的有功潮流。

在任一轮次中新出现的功率越限支路，使用零阻抗的支路分别连接由功率穿越通道和功率越限支路组成的树的根节点和叶节点。

反复进行迭代，直到功率穿越通道的数量和连接关系不再发生变化。

对于网络中仍存在的单条功率越限线路，使用功率穿越通道连接其两端。

以上步骤中生成的功率穿越通道能够反映网络中有功安排不均衡情况。具体地，针对功率穿越通道的始端附近有功出力过多，应减少有功出力；针对功率穿越通道的末端附近有功出力不足，应增加有功出力。

S25、为了量化网络中有功出力安排的合理情况，可以定义局部有功功率平衡的量化指标。

以节点i为中心来统计局部有功功率的平衡情况：区域节点集合S_i中的初始元素为节点i。对区域节点集合S_i进行N_max次扩展，每次扩展中，将通过支路与S_i中的节点直接相连的节点加入到集合S_i中，最终得到N_max次扩展后的区域节点集合S_i ^*。

定义局部有功功率平衡的量化指标(fractional active power balanceindicator，APB)如下：

其中，P_G,j为节点j的发电机有功功率、P_L,j为节点j的负荷有功功率、ω_j为节点j的权重因子；S_i ^*为以节点i为中心进行N_max次扩展后得到的区域节点集合，N_max为最大扩展次数；节点i选取自网络中的发电机节点；

N_ji为从节点i开始，到节点j加入Si时的扩展次数，N_ji小于N_max。；k_A为权重因子ω_j的调节系数。

S26、对于添加功率穿越通道前后的网络，分别计算网络中各发电机节点的APB指标并比较添加功率穿越通道前后的APB指标的值，将添加功率穿越通道前后APB指标变化大于预先设定的阈值的节点附近的发电机确定为待调整的发电机；

在计算添加功率穿越通道后的各APB时，根据功率穿越通道中的有功功率值，在功率穿越通道的始端节点，将其视为相同数值的的负荷来进行计算；在其末端节点，将其视为相同数值的的发电机来进行计算。

具体地，步骤S3所述的调整发电机出力，具体包括：

S31、使用由考虑网损的改进直流潮流法得到的全网网损(active power loss，APL)作为全网有功安排的量化指标，此网损值越小，则认为全网的有功安排越合理。

根据下式，计算每条支路的损耗值：P_loss,ij＝|I_ij'|²r_ij＝(α_ijP_ij')²r_ij

上式中，r_ij，I_ij’分别为支路ij的电阻和流过的电流；

α_ij为根据支路ij流过的有功功率P_ij’估算流过支路ij的电流I_ij’的幅值的比例因子，可取为1.0。

全网网损为各支路损耗之和。

S32、以APL最小为优化目标函数，使用智能优化算法或强化学习，确定各待调整的发电机的的开关机状态或有功功率值。

可选地，所述智能优化算法为遗传算法(genetic algorithm，GA)。

可选地，所述强化学习算法为深度确定性策略梯度算法(deep deterministicpolicy gradient，DDPG)或分布式近端策略优化算法(distributed proximal policyoptimization，DPPO)。

如图3所示，本发明实施例提供的一种基于考虑网损的改进直流潮流算法的电网潮流调整方法，具体包括如下步骤：

S101，进行潮流计算原始数据的检查，具体包括：

1)各参数中明显的离群值，例如发电机出力或负荷功率填写过大、线路或变压器的阻抗填写过大、无功补偿设备容量填写过大等；

2)各线路的x/r是否在合理范围内；其中，x是线路的电抗，r是线路的电阻，通常x/r大于1.0。

而各线路的x/r合理范围大致相同。

3)各负荷作为PQ节点，其功率因数是否在合理范围内；

4)各发电机作为PV节点，其预先设定的机端电压值是否在1.0p.u.附近；

5)以通常的网损率，估计平衡机(为特殊的发电机节点)的出力应大于0且不超过其出力上限值。

经过检查和调整后，原始数据中不合理的部分得到了修改。至此，已经具备可以进行潮流计算的数据基础。

具体实施时，可以根据预先设置的各参数的范围，通过电力系统规划人员与设计系统之间进行人机交互完成各原始数据的准确性检查及调整。

S102，根据生成的功率穿越通道、局部有功平衡的量化指标APB对局部有功功率不平衡的情况进行量化，具体包括：

1)针对存在功率越限支路的电力网络，迭代生成功率穿越通道，直到调整后的电力网络中不再存在功率越限支路。

图4为迭代生成功率穿越通道时，两个相邻迭代轮次中，分别生成的功率穿越通道的示意图。

2)分别计算增加功率穿越通道之前的电力网络和增加功率穿越通道之后的电力网络中各发电机节点的APB指标。

以IEEE 118节点系统算例，将10号节点发电机的有功出力从4.5p.u.改为25p.u.；将103号节点发电机的有功出力从0.4p.u.改为20p.u.，作为潮流不收敛的算例。各发电机作为PV节点，其局部有功平衡指标APB如图5所示，其中APB_ori为添加功率穿越通道之前的APB计算值，APB_tra为添加功率穿越通道之后的APB计算值。

图5的两条曲线中，下方的曲线的局部有功是平衡的；上方的曲线则展示了在两处节点附近的区域存在有局部有功不平衡。从图5中可以直观看到，修改了有功功率之后，节点10以及节点103到节点112所在的局部区域的有功出力过大。也即，APB指标用于衡量局部有功平衡是敏感的，是有效的。

S103，根据生成的功率穿越通道和局部有功平衡的量化指标APB选取待调整发电机。

具体地，确定增加功率穿越通道前后APB指标变化大于预先设定阈值的发电机节点为待调整的发电机。

应该理解为，这里的发电机节点不包括作为平衡机的发电机节点，在确定区域节点集合时，也将作为平衡机的发电机节点除外。

实际系统中，发电机的调整通常有若干人为具体要求和限制；在此种情况下，待调整发电机的选择，可结合预先设定的人为规则和上述步骤中确定的待调整的发电机综合衡量后确定。

S104，以全网有功安排的量化指标APL最小为目标函数进行发电机出力的调整，包括：

1)实际电网中发电机出力的可调范围较小，通常采用开关发电机的方式来调整区域的有功出力。

2)使用强化学习算法DDPG或DPPO求解全网有功安排的量化指标APL最小时各待调整的发电机的出路。

具体地，包括：将DDPG或DPPO输出的连续量离散化为开关发电机的动作，如，DDPG或DPPO的输出大于0.5则为离散为1，小于0.5则离散为为0。而0代表关机动作，1代表开机动作。

每次动作同时调整所选取的所有待调整的发电机，在此算例中，每回合的调整动作为10次，共训练3000回合，累计在30000次发电机的动作组合中进行优选。

DDPG或DPPO所使用的神经网络均为单隐层的BP神经网络，隐层神经元的个数为500，激活函数为tanh函数和relu函数。DDPG或DPPO的奖励函数为全网有功安排量化指标APL的相反数，也即，改变全网有功安排量化指标APL的正负号(即，全网有功安排量化指标APL为正数时，DDPG或DPPO的奖励函数为绝对值相等的负数)，并作为强化学习算法DDPG或DPPO的奖励函数。DPPO的并行线程数为4。

采用以上方法，某地区电网算例经过发电机出力调整，潮流恢复了收敛，其中，各发电机开关机的调整结果如表1所示，优化过程中奖励值的变化曲线如图6所示。如图6所示，随着优化过程推进，奖励值逐渐变化，优化过程的收敛效果在持续优化。

表1某地区电网的算例各发电机开关机的调整结果

图3中的S105为现有技术中通过改变无功补偿装置的投切状态调整无功潮流的方法。

步骤S106：对于调整后收敛的潮流结果，可以通过进一步进行电压越限检查、热稳越限检查、N-1静态安全校验、N-1暂态稳定校验、严重故障安全校验等潮流方式的校验。

若不满足以上潮流的限制，则可以再次重复步骤S101，利用优化算法的随机性，对发电机组出力及无功补偿装置的投切状态进行再次调整。

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。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，包括：

在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；

通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，其中，在确定电力网络中是否存在功率越限支路时，使用考虑网损的改进直流潮流算法计算电力网络的有功潮流；

根据预设的局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；

以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定所述至少一个待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，所述至少一个待调整的发电机组调整后，所述待分析电网的潮流趋于收敛。

2.根据权利要求1中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

所述调整前的电力网络为第一轮次的待分析电力网络；

所述通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，包括：

步骤S110：基于考虑网损的改进直流潮流算法，确定当前轮次的待分析电力网络中各支路的有功功率；

步骤S120：根据各支路的有功功率和各支路的传输能力值，确定当前轮次的待分析电力网络中存在功率越限支路时，针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道；将配置功率穿越通道后的电力网络作为最新轮次的待分析电力网络，返回步骤S110；

在当前轮次的待分析电力网络中不存在功率越限支路时，确定当前轮次的待分析电力网络为调整后的电力网络。

3.根据权利要求2中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

在确定各支路的传输能力值时，

取待分析电网中交流线路的额定容量作为对应的电力网络中线路支路的传输能力值；

取待分析电网中变压器的额定容量作为对应的电力网络中变压器支路的传输能力值；或

根据待分析电网中交流线路的线路静稳极限和预先设定的比例值K_cap，根据下式计算对应的电力网络中线路支路的传输能力值：

其中，P_ij,max为线路支路ij的传输能力值；

zij为线路支路ij的阻抗；

K_cap为线路传输能力值与线路静稳极限的比值。

4.根据权利要求2中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

所述针对电力网络中存在的各功率越限支路分别对应地配置功率穿越通道，包括：

针对单条功率越限支路，使用功率穿越通道连接其始端和末端；

针对包括多条依次连接的功率越限支路的越限树，逐一地使用功率穿越通道分别连接所述越限树的根节点和叶节点；

其中，所述功率穿越通道为线路支路，其阻抗为零。

5.根据权利要求1中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

所述根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组，包括：

根据预先确定的与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*，其中，1≤i≤M，M为待分析电网中的发电机组的总数；

利用下式，分别计算各区域节点集合S_i ^*在调整前的电力网络中对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i，和

各区域节点集合S_i ^*在调整后的电力网络中对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i：

其中，P_G,j为节点j处设置的发电机组的有功功率，P_L,j为节点j处设置的负荷的有功功率，ω_j为节点j的权重因子，节点j为区域节点集合S_i ^*中的任一节点，其中，1≤j≤B，B为各区域节点集合S_i ^*中的节点总数；

若调整前的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i与调整后的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i的比值大于预先设定的阈值，则确定与所述区域节点集合S_i ^*对应的发电机组为待调整出力的发电机组。

6.根据权利要求5中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，还包括：

确定与各发电机组对应的区域节点集合S_i ^*的步骤：

将待分析电网中的各发电机组i分别作为中心节点，进行N_max次扩展，得到M个区域节点集合S_i ^*：

在第一次扩展中，新建过程区域节点集合S_i，其中，新建的过程区域节点集合S_i中，只有作为中心节点的发电机组节点i；

在后续的(N_max-1)次扩展中，将通过任意支路与过程区域节点集合S_i中的已有节点直接相连的其他节点加入到过程区域节点集合S_i中，并记录各节点加入到过程区域节点集合S_i中时当前的扩展次数；

记经过N_max次扩展后，形成的过程区域节点集合S_i为区域节点集合S_i ^*，根据下式，确定节点j的权重因子ω_j：

其中，N_ji为节点j加入过程区域节点集合S_i时当前的扩展次数；

N_max为最大扩展次数；

k_A为权重因子ω_j的调节系数。

7.根据权利要求5中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

在计算调整后的电力网络中各区域节点集合S_i ^*对应的局部有功功率平衡的量化指标APB_i时，针对功率穿越通道，

在功率穿越通道的始端节点，将功率穿越通道视为与其有功功率值相同数值的负荷；

在功率穿越通道的末端节点，将功率穿越通道视为与其有功功率值相同数值的发电机组。

8.根据权利要求1中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

所述以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，包括：

根据下式，计算待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值：

P_loss,ij＝|I_ij'|²r_ij

其中，r_ij为支路ij的电阻；

I_ij'为流过支路ij的电流；或

根据下式，计算待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值：

P_loss,ij＝(α_ijP_ij')²r_ij

其中，α_ij预先设定的比例因子；

P_ij’为根据考虑网损的改进直流潮流法得到的在调整前的电力网络中支路ij流过的有功功率；

根据待分析电网中各线路支路或变压器支路的损耗值确定全网网损APL，所述全网网损APL为全网有功安排的量化指标：

以全网网损APL最小为优化目标函数，使用智能优化算法或强化学习算法，确定各待调整的发电机组的开关机状态或有功功率设定值。

9.根据权利要求8中所述的基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整方法，其特征在于，

所述智能优化算法为遗传算法；

所述强化学习算法为深度确定性策略梯度算法或分布式近端策略优化算法。

10.一种基于改进直流潮流算法的电网有功潮流调整装置，其特征在于，包括：

调整前的电力网络等效模块，用于在根据交流潮流算法判断待分析电网的潮流不收敛时，将所述待分析电网等效为调整前的电力网络；

功率越限支路消除模块，用于通过向电力网络中增加功率穿越通道的方法，使得调整后的电力网络中不存在功率越限支路，其中，在确定电力网络中是否存在功率越限支路时，使用考虑网损的改进直流潮流算法计算电力网络的有功潮流；

待调整发电机组确定模块，用于根据局部有功平衡的量化指标、调整前的电力网络、及调整后的电力网络，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的发电机组；

发电机组出力调整模块，用于以全网有功安排的量化指标最小为目标函数，确定各所述待调整的发电机组的开关机状态或发电机组的有功功率设定值，所述至少一个待调整的发电机组调整后，所述待分析电网的潮流趋于收敛。

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