CN111030119B - 基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整方法及装置。该方法包括：以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态；根据局部无功平衡的量化指标，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点；以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态。该方法使得电网内无功功率分布更合理，从而在潮流不收敛时实现潮流恢复，使得电网潮流计算收敛。

Description

基于改进直流潮流算法的电网无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无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无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无功潮流调整方法，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，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置投入的无功补偿功率，并记为待分析电网无功补偿初始投切状态；
以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态；
根据预设的局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点；
以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，在所述待分析电网为无功补偿优化投切状态时，所述待分析电网的潮流趋于收敛。
第二方面，本发明提供一种基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整装置，包括：
初始投切状态确定模块，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，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置投入的无功补偿功率，并记为待分析电网无功补偿初始投切状态；
合理投切状态确定模块，用于以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态；
待调整无功补偿设备节点确定模块，用于根据局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点；
优化投切状态确定模块，用于以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，在所述待分析电网为无功补偿优化投切状态时，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无功潮流调整方法，针对局部无功不平衡的情况，使用智能优化算法或强化学习算法，调整无功补偿设备的投切状态，使得电网内无功功率分布更合理，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无功潮流调整方法可以与现有技术中有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为虚拟直流无功网络模型中传输线路及变压器的等效支路模型；
图5为虚拟直流无功网络模型中支路上的及变压器的等效支路模型；
图6为某地区的电力系统的算例使用GA进行无功补偿配置时VRL跟随迭代次数的收敛曲线。
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。
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、负荷节点和仅仅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，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。
应该理解为，设置有无功补偿设备的节点不设置发电机组；设置有发电机组的节点不设置无功补偿设备。
应该理解为，装设有无功补偿设备的节点通常装设有多个无功补偿设备。节点内的多个无功补偿设备的投切状态，可以一致，也可以不一致。优化时，将每个无功补偿设备的投切状态等效为0或1的变量值。其中，“0”表示不投入；“1”表示投入。
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无功潮流调整方法，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，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置投入的无功补偿功率，并记为待分析电网无功补偿初始投切状态；
步骤S200：以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态；
步骤S300：根据预设的局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点；
步骤S400：以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，在所述待分析电网为无功补偿优化投切状态时，所述待分析电网的潮流趋于收敛。
该方法将潮流不收敛时无功补偿装置的投入状态作为初始状态，进行第一轮优化；随后，通过比较第一轮优化前与第一轮优化后，以各无功补偿设备节点为中心节点的各节点区域内的局部无功功率平衡的量化指标，确定待调整的多个无功补偿设备节点；并针对确定的待调整的多个无功补偿设备节点，以无功网损最小作为优化目标，进行第二轮优化，得到优化后的各无功补偿装置的投切状态。在无功补偿优化投切状态时，该待分析电网的潮流趋于收敛。
进一步地，以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态，包括：
根据下式确定全网虚拟无功网损VRL作为全网无功平衡的量化指标：
VRL＝∑(βijQij')2|zij|
其中，βij为虚拟无功网损估计因子，为正数，如1.0；
Qij'为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时支路ij的虚拟无功功率流；
|zij|为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模；
以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，使用智能优化算法或强化学习算法，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态。
应该理解为，在求解全网虚拟无功网损VRL时，是针对待分析电网中全部的支路的虚拟无功功率流进行求和的。
进一步地，还包括：
基于改进直流潮流算法构造所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络模型，所述虚拟直流无功网络模型的方程如下式：
Figure BDA0002291382220000061
其中，Qcomp为除平衡机节点外，所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿节点投入的无功功率向量；
Qnet为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时网架吸收的无功功率向量；
Qnet,ij为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时线路支路ij吸收的无功功率Qnet,ij C或变压器支路ij吸收的无功功率Qnet,ij T；
Qload为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时负荷吸收的无功功率向量；
kL为负载无功功率的补偿比例系数；
Q为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时向节点注入的无功功率向量；
T为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时节点虚拟相角向量；
Y为节点导纳矩阵，其矩阵元素分别为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模|zij|的倒数；
使用稀疏矩阵技术，求解线性方程Q＝YT，得到所述节点虚拟相角向量T；
根据下式，确定所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各支路ij的虚拟无功功率流Qij'：
Figure BDA0002291382220000071
其中，Ti、Tj分别为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时支路两端节点i和j的虚拟相角。
需要说明的是，负载无功功率的补偿比例系数kL的设计思想是负荷的无功功率减去发电机组的无功功率后，作为等效负荷无功功率，并由负载的无功功率乘以补偿比例系数kL来估计。
进一步地，根据预设的局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点，包括：
根据预先确定的待分析电网中与各无功补偿设备节点k对应的区域节点集合Sk*，其中，1≤k≤N，N为待分析电网中的无功补偿节点的总数，
待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，分别计算所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各区域节点集合Sk*对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk，和
所述待分析电网无功补偿合理投切状态时各区域节点集合Si *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk：
Figure BDA0002291382220000081
其中，Qcomp,j为无功补偿初始投切状态时或无功补偿合理投切状态时节点j提供的无功补偿功率；
ωj为节点j的无功补偿设备权重因子；
节点j为区域节点集合Sk *中的任一节点，其中，1≤j≤B，B为各区域节点集合Sk *中的节点总数；
若所述待分析电网无功补偿初始投切状态时区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk与所述待分析电网无功补偿合理投切状态时区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBi的比值大于预先设定的阈值，则确定与所述区域节点集合Sk *对应的无功补偿设备节点k为待调整的无功补偿设备节点。
进一步地，还包括：
将待分析电网中的各无功补偿设备节点k分别作为中心节点，进行Nmax次扩展，得到N个区域节点集合Sk *：
在第一次扩展中，新建过程区域节点集合Sk，其中，新建的过程区域节点集合Sk中，只有作为中心节点的无功补偿设备节点k；
在后续的(Nmax-1)次扩展中，将通过任意支路与过程区域节点集合Sk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Sk中，并记录各节点加入到过程区域节点集合Sk中时当前的扩展次数；
记经过Nmax次扩展后，形成的过程区域节点集合Sk为区域节点集合Sk *，并根据下式，确定节点j的权重因子ωj：
Figure BDA0002291382220000082
其中，Njk为节点j加入过程区域节点集合Sk时当前的扩展次数；
Nmax为最大扩展次数；
kA为权重因子ωj的调节系数。
应该理解为，区域节点集合Sk*以无功补偿装置节点为中心节点，还包括负荷节点、发电机节点等。但是，在待分析电网对应的虚拟直流无功网络中，发电机不参与计算无功功率流，可认为等效为断开。
进一步地，所述以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，包括：
根据下式确定全网虚拟无功网损VRL作为全网无功平衡的量化指标：
VRL＝∑(βijQij')2|zij|
其中，βij为虚拟无功网损估计因子；
Qij'为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时支路ij的虚拟无功功率流；
|zij|为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模；
以所述至少一个待调整的无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，使用智能优化算法或强化学习算法，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态。
应该理解为，待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路的阻抗与各无功补偿装置的投切状态无关。
进一步地，还包括：
基于改进直流潮流算法构造所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络模型，所述虚拟直流无功网络模型的方程如下式：
Figure BDA0002291382220000091
其中，Qcomp为除平衡机节点外，所述待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿节点投入的无功功率向量；
Qnet为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时网架吸收的无功功率向量；
Qnet,ij为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时线路支路ij吸收的无功功率Qnet,ij C或变压器支路ij吸收的无功功率Qnet,ij T；
Qload为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时负荷吸收的无功功率向量；
kL为负载无功功率的补偿比例系数；
Q为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时向节点注入的无功功率向量；
T为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时节点虚拟相角向量；
Y为节点导纳矩阵，其矩阵元素分别为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模|zij|的倒数；
使用稀疏矩阵技术，求解线性方程Q＝YT，得到所述节点虚拟相角向量T；
根据下式，确定所述待分析电网无功补偿合理投切状态时各支路ij的虚拟无功功率流Qij'：
Figure BDA0002291382220000101
其中，Ti、Tj分别为所述待分析电网无功补偿合理投切状态时支路两端节点i和j的虚拟相角。
进一步地，还包括：
根据下式分别估算网架中的线路支路吸收的无功功率Qnet,ij C和变压器支路吸收的无功功率Qnet,ij T：
Figure BDA0002291382220000102
Figure BDA0002291382220000103
其中，xij为线路支路ij的电抗；
bC,ij为线路支路ij的对地电纳；
xTij为变压器支路ij的电抗；
bT,ij为变压器支路ij的激磁支路的电纳，其中，激磁支路是变压器支路的对地支路；
Pij'为基于改进直流潮流算法确定的所述待分析电网的变压器支路或线路支路流过的有功功率，与各无功补偿装置的投切状态无关；
Figure BDA0002291382220000111
为变压器支路ij或线路支路ij传输功率的功率因数估计值。
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。
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无功潮流调整装置，包括：
初始投切状态确定模块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，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置投入的无功补偿功率，并记为待分析电网无功补偿初始投切状态；
合理投切状态确定模块200，以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态；
待调整无功补偿设备节点确定模块300，用于根据局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点；
优化投切状态确定模块400，用于以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，在所述待分析电网为无功补偿优化投切状态时，所述待分析电网的潮流趋于收敛。
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：
仿照用于计算有功功率的考虑网损的改进直流潮流模型，构造虚拟直流无功网络模型，确定该虚拟直流无功网络模型中的虚拟无功功率流动Q。
在如图4所示的该虚拟直流无功网络模型中，无功电源为各无功补偿设备，为无功电源节点；无功负载包括网架(包括线路和变压器)吸收的无功功率和负荷吸收的等效负载无功功率；具体地，交流线路吸收的无功功率以等值负荷的形式附加在线路支路的两端节点；变压器吸收的无功功率以等值负荷的形式附加在电压器支路的两端节点；负荷吸收的等效负荷无功功率是考虑了发电机组提供的无功功率后，由负载的无功功率乘以补偿比例系数kL得到，kL通常取为0.1。
该虚拟直流无功网络模型中，各支路的电抗为待分析电力系统中各支路阻抗的模。
记各节点电压均为1.0p.u.，则根据下式分别估算网架中的线路支路吸收的无功功率Qnet,ij C和变压器支路吸收的无功功率Qnet,ij T：
Figure BDA0002291382220000121
Figure BDA0002291382220000122
上式中：Qnet,ij为支路ij吸收的无功功率；
xij为线路支路ij的电抗；
bC,ij为线路支路ij的对地电纳；
xTij为变压器支路ij的电抗；
bT,ij为变压器激磁支路的电纳；
Pij'为使用改进直流潮流法计算得到的变压器支路或线路支路流过的有功功率；
Figure BDA0002291382220000123
为支路ij传输功率的功率因数估计值，可取为0.9。
则虚拟直流无功网络模型的方程如下：
Figure BDA0002291382220000131
其中，Qcomp为除平衡节点(为作为平衡机的发电机)外其他所有节点设置的各无功补偿设备提供的无功功率的向量；
如图5所示，Qnet为网架吸收的无功功率向量，包括线路支路吸收的无功功率Qnet,ij C和变压器支路吸收的无功功率Qnet,ij T；
Qload为负荷吸收的无功功率向量；
Q为向各节点注入的无功功率向量；
T为节点虚拟相角向量；
kL为负载无功功率的补偿比例系数，该系数的数值过大可能会导致无功补偿量偏大从而导致全网电压偏高，通常取为0.1；
Ti、Tj分别为节点i和j的虚拟相角；
Qij'为支路ij的虚拟无功功率流；
zij为待分析电力系统中各支路阻抗的模；
Y为节点导纳阵，其各元素为待分析电力系统中各支路阻抗的模|zij|的倒数。
使用稀疏矩阵技术求解线性方程Q＝YT，可以得到该虚拟直流无功网络模型中的虚拟无功功率流动Q。
随后，以虚拟无功网损最小为目标对全网所有无功补偿设备进行优化调整，得到初始无功补偿设备安排结果。
这时，“全网”是指装设有无功补偿设备的全部节点装设的全部无功补偿装置均按照其初始投入状态参与优化。
具体地，根据下式确定全网虚拟无功网损(virtual reactive power loss，VRL)作为全网无功安排的量化指标：
VRL＝∑(βijQij')2|zij|
其中，βij为虚拟无功网损估计因子，可取为1.0；
Qij'为支路ij的虚拟无功功率流；
应该理解为，全网无功安排的量化指标VRL的大小反映了虚拟直流无功网络中无功功率流的大小。
无功功率流越大，VRL的值越大，则全网无功补偿的安排越不合理；无功功率流越小，VRL的值越小，则全网无功补偿的安排越合理。
具体地，以VRL最小为目标函数使用智能优化算法或强化学习进行无功补偿设备的调整，确定无功补偿设备分组投切的方案。
优化后，装设有无功补偿设备的全部节点装设的全部无功补偿设备的投切状态的变量值为1或为0。
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)。
按照优化结果，对无功补偿设备投切状态调整后，再次计算待分析电力系统的有功功率和虚拟无功功率流。
针对无功潮流调整后，电压越限的节点，基于以下规则继续调整各无功补偿设备的投切状态：
在电压超过预先设定电压阈值的节点附近，投入电抗器，并且切除电容器；
在电压低于预先设定电压阈值的节点附近，投入电容器，并且切除电抗器。
应该理解为，电压越限的节点指的是：例如电压下限为0.95，某节点电压为0.92，则其为电压越限的节点；电压是否越限与节点的设备类型没有关系。如，发电机节点的电压是设置好的，通常不会越限，其他的节点电压均有可能越限。
为了量化网络中无功补偿设备配置的合理情况，定义局部无功功率平衡指标(fractional reactive power balance indicator，RPB)为：
Figure BDA0002291382220000151
其中，Qcomp,j为节点j的无功补偿设备提供的无功功率；
ωj为节点j的无功补偿设备的权重因子；
节点i为待分析电力系统中各设置有无功补偿设备的节点；
Si *为以节点i为中心进行Nmax次扩展后得到的区域节点集合，Nmax为最大扩展次数；
Nji为从节点i开始，到节点j加入Si时的扩展次数，Nji小于Nmax。；
kB为节点j的权重因子的调节系数。
以上，首先将全网的无功补偿设备按预设投入(指初始潮流数据中的无功补偿设备投入情况)并进行初始优化得到初始无功补偿设备安排结果；
随后，比较待分析电力系统与初始无功补偿设备安排结果分别对应的RPB，确定需要进一步优化的待调整的无功补偿装置；
具体地，对于原网络和全网无功补偿设备配置后的网络，分别计算设有无功补偿设备的各节点的RPB指标并进行对比，并确定变化较大的节点附近的无功补偿设备为待调整的无功补偿设备节点。
最后，以VRL最小为目标函数使用智能优化算法或强化学习对待调整的无功补偿装置的投切状态进行优化。
如图3所示，本发明一个实施例的基于考虑网损的改进直流潮流算法的无功潮流调整方法，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。
图3中的步骤S102、S103、S104为采用现有技术中调整有功潮流的方法，包括：局部有功不平衡的量化、待调整发动机的选择、发电机出力的调整等
S105，使用改进直流潮流法计算得到的变压器支路或线路支路流过的有功功率Pij'；
将全网的无功补偿设备按预设投入；
使用稀疏矩阵技术求解线性方程Q＝YT，得到待分析电力系统对应的虚拟直流无功网络模型中的虚拟无功功率流动Q；
根据全网虚拟无功网损(virtual reactive power loss，VRL)对待分析电力系统中全网的无功补偿设备的投切状态进行优化：
对比全网无功补偿设备投切状态优化后的电力系统的局部无功平衡的量化指标RPB和原始的电力系统的局部无功平衡的量化指标RPB，选取待调整的无功补偿设备。
具体地，对于原网络和进行了全网无功补偿设备配置后的网络，分别计算网络中装设无功补偿设备节点的RPB指标并进行对比，并确定RPB指标变化较大的节点附近的无功补偿设备应进行投切状态调整。
S106，以全网无功安排的量化指标VRL最小为目标对待调整的无功补偿设备的投切状态进行优化。
对于某地区系统算例，以VRL最小为目标使用GA进行求解，无功补偿配置后潮流取得收敛，得到的部分结果如表1所示，其中，“0”表示不投入；“1”表示投入。优化过程中，VRL的收敛曲线如图6所示。
表1某地区系统算例求解后得到的部分结果
Figure BDA0002291382220000171
其中，并联电纳为无功补偿设备(包括电容器、电抗器)的自身参数，属于潮流计算的原始数据。
步骤S107：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 (5)

1.一种基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整方法，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，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置投入的无功补偿功率，并记为待分析电网无功补偿初始投切状态；
以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态，包括：
根据下式确定全网虚拟无功网损VRL作为全网无功平衡的量化指标：
VRL＝∑(βijQij')2|zij|
其中，βij为虚拟无功网损估计因子；
Qij'为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时支路ij的虚拟无功功率流；
|zij|为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模；
以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，使用智能优化算法或强化学习算法，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态；
基于改进直流潮流算法构造所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络模型，所述虚拟直流无功网络模型的方程如下式：
Figure FDA0003662574880000011
其中，Qcomp为除平衡机节点外，所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿节点投入的无功功率向量；
Qnet为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时网架吸收的无功功率向量；
Qnet,ij为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时线路支路ij吸收的无功功率Qnet,ij C或变压器支路ij吸收的无功功率Qnet,ij T；
Qload为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时负荷吸收的无功功率向量；
kL为负载无功功率的补偿比例系数；
Q为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时向节点注入的无功功率向量；
T为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时节点虚拟相角向量；
Y为节点导纳矩阵，其矩阵元素分别为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模|zij|的倒数；
求解线性方程Q＝YT，得到所述节点虚拟相角向量T；
根据下式，确定所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各支路ij的虚拟无功功率流Qij'：
Figure FDA0003662574880000021
其中，Ti、Tj分别为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时支路两端节点i和j的虚拟相角；
根据预设的局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点，包括：
根据预先确定的待分析电网中与各无功补偿设备节点k对应的区域节点集合Sk *，其中，1≤k≤N，N为待分析电网中的无功补偿节点的总数，
待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，分别计算所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk，和
所述待分析电网无功补偿合理投切状态时各区域节点集合Si *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk：
Figure FDA0003662574880000031
其中，Qcomp,j为无功补偿初始投切状态时或无功补偿合理投切状态时节点j提供的无功补偿功率；
ωj为节点j的无功补偿设备权重因子；
节点j为区域节点集合Sk *中的任一节点，其中，1≤j≤B，B为各区域节点集合Sk *中的节点总数；
若所述待分析电网无功补偿初始投切状态时区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk与所述待分析电网无功补偿合理投切状态时区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBi的比值大于预先设定的阈值，则确定与所述区域节点集合Sk *对应的无功补偿设备节点k为待调整的无功补偿设备节点；
以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，在所述待分析电网为无功补偿优化投切状态时，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无功潮流调整方法，其特征在于，还包括：
将待分析电网中的各无功补偿设备节点k分别作为中心节点，进行Nmax次扩展，得到N个区域节点集合Sk *：
在第一次扩展中，新建过程区域节点集合Sk，其中，新建的过程区域节点集合Sk中，只有作为中心节点的无功补偿设备节点k；
在后续的(Nmax-1)次扩展中，将通过任意支路与过程区域节点集合Sk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Sk中，并记录各节点加入到过程区域节点集合Sk中时当前的扩展次数；
记经过Nmax次扩展后，形成的过程区域节点集合Sk为区域节点集合Sk *，并根据下式，确定节点j的权重因子ωj：
Figure FDA0003662574880000041
其中，Njk为节点j加入过程区域节点集合Sk时当前的扩展次数；
Nmax为最大扩展次数；
kA为权重因子ωj的调节系数。
3.根据权利要求1中所述的基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整方法，其特征在于，还包括：
根据下式分别估算网架中的线路支路吸收的无功功率Qnet,ij C和变压器支路吸收的无功功率Qnet,ij T：
Figure FDA0003662574880000042
Figure FDA0003662574880000043
其中，xij为线路支路ij的电抗；
bC,ij为线路支路ij的对地电纳；
xTij为变压器支路ij的电抗；
bT,ij为变压器支路ij的激磁支路的电纳；
Pij'为基于改进直流潮流算法确定的所述待分析电网的变压器支路或线路支路流过的有功功率；
Figure FDA0003662574880000044
为变压器支路ij或线路支路ij传输功率的功率因数估计值。
4.根据权利要求1所述的基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整方法，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。
5.一种基于改进直流潮流算法的电网无功潮流调整装置，其特征在于，包括：
初始投切状态确定模块，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，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置投入的无功补偿功率，并记为待分析电网无功补偿初始投切状态；
合理投切状态确定模块，用于以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态，包括：
根据下式确定全网虚拟无功网损VRL作为全网无功平衡的量化指标：
VRL＝∑(βijQij')2|zij|
其中，βij为虚拟无功网损估计因子；
Qij'为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时支路ij的虚拟无功功率流；
|zij|为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模；
以所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点为待调整节点，以全网虚拟无功网损最小为优化目标，使用智能优化算法或强化学习算法，确定所述待分析电网中的全部无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿合理投切状态；
基于改进直流潮流算法构造所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络模型，所述虚拟直流无功网络模型的方程如下式：
Figure FDA0003662574880000051
其中，Qcomp为除平衡机节点外，所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿节点投入的无功功率向量；
Qnet为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时网架吸收的无功功率向量；
Qnet,ij为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时线路支路ij吸收的无功功率Qnet,ij C或变压器支路ij吸收的无功功率Qnet,ij T；
Qload为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时负荷吸收的无功功率向量；
kL为负载无功功率的补偿比例系数；
Q为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时向节点注入的无功功率向量；
T为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时节点虚拟相角向量；
Y为节点导纳矩阵，其矩阵元素分别为所述待分析电网对应的虚拟直流无功网络中各支路阻抗的模|zij|的倒数；
求解线性方程Q＝YT，得到所述节点虚拟相角向量T；
根据下式，确定所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各支路ij的虚拟无功功率流Qij'：
Figure FDA0003662574880000061
其中，Ti、Tj分别为所述待分析电网无功补偿初始投切状态时支路两端节点i和j的虚拟相角；
待调整无功补偿设备节点确定模块，用于根据预设的局部无功平衡的量化指标、待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，从所述待分析电网中选取至少一个待调整的无功补偿设备节点，包括：
根据预先确定的待分析电网中与各无功补偿设备节点k对应的区域节点集合Sk *，其中，1≤k≤N，N为待分析电网中的无功补偿节点的总数，
待分析电网无功补偿初始投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量、和待分析电网无功补偿合理投切状态时各无功补偿装置投入的无功补偿量，分别计算所述待分析电网无功补偿初始投切状态时各区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk，和
所述待分析电网无功补偿合理投切状态时各区域节点集合Si *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk：
Figure FDA0003662574880000071
其中，Qcomp,j为无功补偿初始投切状态时或无功补偿合理投切状态时节点j提供的无功补偿功率；
ωj为节点j的无功补偿设备权重因子；
节点j为区域节点集合Sk *中的任一节点，其中，1≤j≤B，B为各区域节点集合Sk *中的节点总数；
若所述待分析电网无功补偿初始投切状态时区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBk与所述待分析电网无功补偿合理投切状态时区域节点集合Sk *对应的局部无功功率平衡的量化指标RPBi的比值大于预先设定的阈值，则确定与所述区域节点集合Sk *对应的无功补偿设备节点k为待调整的无功补偿设备节点；
优化投切状态确定模块，用于以全网虚拟无功网损最小为优化目标，确定所述至少一个待调整的无功补偿设备节点的各无功补偿装置的投切状态，并记为待分析电网无功补偿优化投切状态，在所述待分析电网为无功补偿优化投切状态时，所述待分析电网的潮流趋于收敛。
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