CN111598718A - 一种statcom的配置规划方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种STATCOM的配置规划方法，通过扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集，从而建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型。通过针对所述混合整数规划模型的每一预设安装节点引入相应的决策替代变量，并对所述混合整数规划模型进行凸化，然后将所述决策替代变量松弛到连续取值区间，最终得到连续优化模型。通过求解所述连续优化模型，当所有决策替代变量满足二进制条件时，输出STATCOM的配置规划结果。本发明还公开了相应的规划装置和设备，采用本发明实施例的技术手段，能够统一考虑STATCOM的安装节点和安装容量的规划，得到STATCOM的安装节点和安装容量整体最优的配置规划结果，有效地节省了配置STATCOM的经济成本，并提高配置规划的效率。

Description

一种STATCOM的配置规划方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种STATCOM的配置规划方法、装置和设备。

背景技术

随着电力技术的迅猛发展和用户生活水平的提高，许多新型用电器出现在千家万户，对供电安全和供电质量都提出了较高的要求。在电力系统运行过程中，若发生较为严重的三相短路故障，需要快速切除故障并恢复正常电压水平的供电，以保证用户的用电需求。通过负荷侧安装一定数量和容量的STATCOM，可以在故障清除以后，提供充足的无功功率并恢复电网电压的稳定，提高电网供电的质量，并且避免无功功率的远距离输送，降低电网的整体电能损耗。因此，目前一些经济条件允许的电网，已经逐渐在负荷端配置STATCOM。但是STATCOM作为一种新兴的电力电子无功补偿装置，其造价比较高，在电网中配置STATCOM必须精打细算，避免电网投资的浪费。

在考虑STATCOM的规划时，需要考虑STATCOM的安装地点以及安装容量，即对应定点和定容的规划。传统的做法是先计算每个预设安装节点安装STATCOM的轨迹灵敏度，然后选取灵敏度比较大的预设安装节点直接指定为STATCOM的目标安装节点，最后再通过二次规划求解STATCOM的规划容量。然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：STATCOM的定点和定容规划是混合整数规划问题，现有技术的配置规划方法将STATCOM的定点和定容规划完全割裂开来，不能从整体上统一考虑定点和定容的规划，配置STATCOM的方案效果不佳。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种STATCOM的配置规划方法、装置和设备，其能统一考虑STATCOM的安装地点和安装容量的规划，提供更优化的规划方案，极大地节省了配置STATCOM的经济成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种STATCOM的配置规划方法，包括：

扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集；

根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件；

获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM；

整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加；

松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型；

采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果；

判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

作为上述方案的改进，所述STATCOM的配置规划方法还包括：

当任一所述决策替代变量不满足所述二进制条件时，在所述连续优化模型的目标函数上叠加预设的罚函数；并重新求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

作为上述方案的改进，所述混合整数规划模型目标函数为：

min J(·)＝v^T[c₁e+c₂·(Q_Cmax-Q_Lmax)]；

其中，J(·)为所述混合整数规划模型的目标函数；v为所述预设安装节点的二进制决策变量；e为单位列向量，Q_Cmax为STATCOM的容性容量；Q_Lmax为STATCOM的感性容量上限；c₁为预设安装节点的固定安装费用单价；c₂为STATCOM安装容量的容量费用单价；T为矩阵转置运算。

作为上述方案的改进，所述混合整数规划模型的约束条件包括网络动态、电网潮流方程、变量上下限和短期电压安全约束、二进制约束和边界约束。

作为上述方案的改进，所述混合整数规划模型的约束条件满足：

网络动态的约束条件：

电网潮流方程：0＝g^k(x^k(t),y^k(t),u,v)；

变量上下限和短期电压安全约束：0≤h^k(x^k(t),y^k(t),u)；

二进制约束：v∈{0,1}；

边界约束：t∈[t₀,t_f]；

其中，上标k代表所述短期电压失稳故障集中的故障编号；x^k(t)、y^k(t)和u分别代表网络状态变量、代数变量以及连续决策变量；t₀和t_f分别代表暂态起始时刻和结束时刻；v为所述预设安装节点的二进制决策变量，v中元素0表示所述预设安装节点不安装STATCOM；v中元素1表示所述预设安装节点安装STATCOM。

作为上述方案的改进，所述组合二进制决策变量满足的约束条件为：

α^w∈{0,1}；

其中，α^w为所述组合二进制决策变量，N_w为所述预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合的个数，w＝1，2，…，N_w；α^w＝0表示不选择对应的决策组合；α^w＝1表示选择对应的决策组合。

作为上述方案的改进，所述预设的罚函数满足：

其中，

为所述预设的罚函数；λ为惩罚因子；

为预设安装节点j的第i个决策替代变量；N_C为所述预设安装节点的个数；j＝1，2，…，N_C。

本发明实施例还提供了一种STATCOM的配置规划装置，包括：

电压失稳故障集获取模块，用于扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集；

混合整数规划模型建立模块，用于根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件；

决策变量组合获取模块，获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM；

混合整数规划模型凸化模块，用于整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加；

连续优化模型转换模块，用于松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型；

配置规划结果计算模块，用于采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果；

配置规划结果输出模块，用于判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

作为上述方案的改进，所述STATCOM的配置规划装置还包括：

罚函数叠加模块，用于当任一所述决策替代变量不满足所述二进制条件时，在所述连续优化模型的目标函数上叠加预设的罚函数；并重新求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

本发明实施例还提供了一种STATCOM的配置规划设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的一种STATCOM的配置规划方法。

与现有技术相比，本发明公开的一种STATCOM的配置规划方法、装置和设备，通过扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集，从而建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型。通过针对所述混合整数规划模型的每一预设安装节点引入相应的决策替代变量，并对所述混合整数规划模型进行凸化，然后将所述决策替代变量松弛到连续取值区间，最终得到连续优化模型。通过求解所述连续优化模型，当所述决策替代变量满足二进制条件时，输出STATCOM的配置规划结果。采用本发明实施例的技术手段，能够统一考虑STATCOM的安装节点和安装容量的规划，得到STATCOM的安装节点和安装容量整体最优的配置规划结果，有效地节省了配置STATCOM的经济成本。同时，本发明实施例提供的STATCOM的配置规划方法的计算简洁，能够有效节省计算时间，提高配置规划的效率。

附图说明

图1是本发明实施例一中一种STATCOM的配置规划方法的步骤流程示意图；

图2是本发明实施例二中一种优化的STATCOM的配置规划方法的步骤流程示意图；

图3是本发明实施例三中一种STATCOM的配置规划装置的结构示意图；

图4是本发明实施例四中一种STATCOM的配置规划设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例一提供的一种STATCOM的配置规划方法的步骤流程示意图。本发明实施例一所述的STATCOM的配置规划方法，通过步骤S11至S17执行：

S11、扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集。

在电力系统运行过程中，通过负荷侧安装一定数量和容量的STATCOM，可以在电网发生三相短路故障的情况下，在故障清除后为电网提供充足的无功功率并恢复电网电压的稳定，提高电网供电的质量。STATCOM的定点和定容安装需要一定的规划，以使配置规划结果达到最优。具体地，三相接地短路故障N-2扫描电网薄弱区域，获得电网在配置STATCOM前的短期电压失稳的故障集，以进一步完成后续的规划操作。

S12、根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件。

具体地，通过建立以STATCOM的安装费用最小为目标函数、以电网的电压安全为约束条件的混合整数规划模型，用于计算所述电网的STATCOM定点及定容的配置规划方案。

所述混合整数规划模型的目标函数是所述STATCOM的安装费用。其中，安装费用主要包括两个部分，一部分为固定安装费用，与STATCOM的安装地点相关，也即安装所述STATCOM必然会产生的费用；另一部分为变量安装费用，与所述STATCOM的安装容量相关。将固定安装费用和变量安装费用的和，作为所述混合整数规划模型的目标函数。

作为优选的实施方式，所述混合整数规划模型满足：

min J(·)＝v^T[c₁e+c₂·(Q_Cmax-Q_Lmax)]；

其中，J(·)为所述混合整数规划模型的目标函数；v为所述预设安装节点的二进制决策变量；e为单位列向量，Q_Cmax为STATCOM的容性容量；Q_Lmax为STATCOM的感性容量上限；c₁为预设安装节点的固定安装费用单价；c₂为STATCOM安装容量的容量费用单价；T为矩阵转置运算。

由上述混合整数规划模型可知，c₁e表示所述固定安装费用；c₂·(Q_Cmax-Q_Lmax)表示所述变量安装费用。v为所述预设安装节点的二进制决策变量，用于表示所述预设安装节点的安装决策，具体包括安装STATCOM和不安装STATCOM两种情况。

进一步地，所述混合整数规划模型的约束条件包括网络动态、电网潮流方程、变量上下限和短期电压安全约束、二进制约束和边界约束。

具体地，网络动态的约束条件为：

电网潮流方程为：0＝g^k(x^k(t),y^k(t),u,v)；

变量上下限和短期电压安全约束为：0≤h^k(x^k(t),y^k(t),u)；

二进制约束为：v∈{0,1}；

边界约束为：t∈[t₀,t_f]；

其中，上标k代表所述短期电压失稳故障集中的故障编号；x^k(t)、y^k(t)和u分别代表网络状态变量、代数变量以及连续决策变量；t₀和t_f分别代表暂态起始时刻和结束时刻；v为所述预设安装节点的二进制决策变量；v中元素取0或1，v中元素0表示所述预设安装节点不安装STATCOM；v中元素1表示所述预设安装节点安装STATCOM。

所述网络动态的约束条件为微分方程，包括了发电机及其励磁系统、感应电机和STATCOM的快速动态。电网潮流方程为代数方程，变量上下限和短期电压安全约束为不等式，短期电压安全约束表示清除故障1s内电压恢复至0.75标幺值以上；短期电压安全包括单一故障和多元故障集的稳定计算。

S13、获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM。

在构建所混合整数规划模型后，枚举所有预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合，并采用固定的列向量v^w表示每一种组合情况。其中，上标w代表每一种组合的编号，w＝1，2，…，N_w，N_w为所述预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合的个数。

作为举例，以虚拟4节点网络为例，假设节点1-3为负荷节点，被选为STATCOM的预设安装节点，节点4为平衡节点。针对N_C＝3个预设安装节点，每一预设安装节点都有安装(v＝1)或不安装(v＝0)两种情况。因此，所有预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合共为

种组合。参见表1，枚举所述预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合情况。

表1二进制决策变量v的所有组合情况

针对每一列向量v^w，引进一个新的二进制决策变量，记为组合二进制决策变量α^w。

所述组合二进制决策变量α^w满足的约束条件为：

α^w∈{0,1}；

其中，α^w为所述组合二进制决策变量，N_w为所述预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合的个数，w＝1，2，…，N_w；α^w＝0表示不选取对应的安装策略组合；α^w＝1选取对应的安装策略组合。

作为举例，针对上述虚拟4节点网络的例子，针对列向量v¹～v⁸，都引入一个新的组合二进制决策变量，得到8个组合二进制决策变量α¹～α⁸。

S14、整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加。

关于二进制决策变量v，对所述混合整数规划模型进行整体凸化，使之成为关于二进制决策变量的线性叠加。根据所述混合整数规划模型可以看出，目标函数和电网潮流方程与所述二进制决策变量v相关，因此，对目标函数和电网潮流方程进行凸化。

作为举例，针对上述虚拟4节点网络的例子，在得到预设安装节点1-3的二进制决策变量v的每一种组合情况，并引入相应的组合二进制决策变量α^w后，对预设安装节点1-3的电网潮流方程进行凸化，可以得到：

节点1：

节点2：

节点3：

其中，

为所述预设安装节点l的电网潮流方程。

对所述混合整数规划模型的目标函数进行凸化，可以得到：

其中，

为凸化后的混合整数规划模型的目标函数，

为预设安装节点l安装STATCOM的安装费用。

进一步地，针对每一预设安装节点引入决策替代变量

用于替换所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加，从而简化凸化过程。

为预设安装节点j的第i个决策替代变量。

作为举例，针对上述虚拟4节点网络的例子，在对每一预设安装节点的电网潮流方程进行凸化后，对预设安装节点1的电网潮流方程，引入决策替代变量

对预设安装节点2的电网潮流方程，引入决策替代变量

对预设安装节点3的电网潮流方程，引入决策替代变量

由此得到预设安装节点1-3凸化后的电网潮流方程为：

引入决策替代变量

后，凸化后的混合整数规划模型的目标函数为：

从而最终得到凸化后的混合整数规划模型。

S15、松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型。

具体地，预先设置一个连续取值区间，以将所述决策替代变量松弛到该连续取值区间上，从而将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型。作为优选的实施方式，所述连续取值区间设置为[0,1]。

S16、采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

具体地，通过求解经过凸松弛处理后的连续优化模型，可以计算得到所述STATCOM的配置规划结果。作为优选的实施方式，所述预设的求解器为在GAMS软件上调用的CONOPT求解器。

S17、判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

判断每一所述决策替代变量

是否满足二进制条件。若已满足，则结束计算，并输出所述STATCOM的配置规划结果。所述STATCOM的配置规划结果包括所述STATCOM的目标安装节点、安装容量和安装费用的规划方案。

本发明实施例一提供了一种STATCOM的配置规划方法，通过扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集，从而建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型。通过针对所述混合整数规划模型的每一预设安装节点引入相应的决策替代变量，并对所述混合整数规划模型进行凸化，然后将所述决策替代变量松弛到连续取值区间，最终得到连续优化模型。通过求解所述连续优化模型，当所述决策替代变量满足二进制条件时，输出STATCOM的配置规划结果。采用本发明实施例的技术手段，能够统一考虑STATCOM的安装节点和安装容量的规划，得到STATCOM的安装节点和安装容量整体最优的配置规划结果，有效地节省了配置STATCOM的经济成本。同时，本发明实施例提供的STATCOM的配置规划方法的计算简洁，能够有效节省计算时间，提高配置规划的效率。

参见图2，是本发明实施例二中一种优化的STATCOM的配置规划方法的步骤流程示意图。本发明实施例二在实施例一的基础上实施，包括步骤S21至S28：

S21、扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集。

S22、根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件。

S23、获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM。

S24、整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加。

S25、松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型。

S26、采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

S27、判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

可以理解地，本发明实施例二的步骤S21至S27与上述实施例一的步骤S11至S17的执行过程相同，并具有相同的有益效果，在此不再赘述。

S28、当任一所述决策替代变量不满足所述二进制条件时，在所述连续优化模型的目标函数上叠加预设的罚函数；并重新求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

具体地，所述预设的罚函数满足：

其中，

为所述预设的罚函数；λ为惩罚因子；

为预设安装节点j的第i个决策替代变量；N_C为所述预设安装节点的个数；j＝1，2，…，N_C。

在本发明实施例中，通过在凸松弛处理后的混合整数规划模型的目标函数

上叠加罚函数并且实施迭代计算。在叠加罚函数后，重新在所述GAMS软件上调用CONOPT求解器求解连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。直到每一所述决策替代变量

均已满足二进制条件，则输出相应的STATCOM的配置规划结果，得到所述STATCOM的定点及定容的规划方案。

进一步地，本发明实施例采用IEEE标准测试系统来实施本发明实施例所述的STATCOM的配置规划方法，同时在所述IEEE标准测试系统上实施传统STATCOM配置规划方法，以验证本发明实施例的有益效果。其中，所述传统STATCOM配置规划方法为先确定STATCOM的安装地点再确定安装容量的规划方法。

所述IEEE标准测试系统包括10个发电机、39个节点以及17个异步电机。参见表2-3，表2为采用本发明实施例的STATCOM的配置规划方法后计算得到的STATCOM的配置规划结果，表3为采用传统STATCOM配置规划方法后得到的STATCOM的配置规划结果。

表2本发明实施例的STATCOM的配置规划方法

表3传统STATCOM配置规划方法

由表2-3可知，采用本发明实施例的STATCOM的配置规划方法，计算得到的STATCOM的配置规划结果为安装6台STATCOM，总的配置容量为286.52Mvar，而采用传统STATCOM配置规划方法得到的STATCOM的配置规划结果同样为安装6台STATCOM，但是总的配置容量为338.68Mvar。可以看出，采用本发明实施例的STATCOM的配置规划方法，在STATCOM的安装节点和安装容量的整体规划方案上比传统方法所需的安装费用更小，更加经济。

进一步地，在一种实施方式下，采用在数学优化上比较成熟的混合整数规划软件SBB，验证本发明实施例所提供的STATCOM的配置规划方法的正确性。分别在所述IEEE标准测试系统和广东省级电网系统上求解STATCOM的配置规划结果。所述广东省级电网系统包括181个发电机、1009个节点以及361个异步电机。参见表4，是采用本发明实施例所提供的STATCOM的配置规划方法以及采用混合整数规划软件SBB进行计算得到的STATCOM安装费用对比。

表4本专利规划方法和SBB求解器的比较：整体规划费用

由表4可知，在规模比较小的IEEE标准测试系统的算例中，本发明实施例提供的STATCOM的配置规划方法与SBB求解器计算得到的安装费用非常接近，验证了本发明实施例所提供的STATCOM的配置规划方法的正确性。随着计算规模的增大，例如广东省级电网系统的规划，由于优化规模过于庞大，即便花费了大量的时间，SBB求解器也难以给出最优的配置规划结果；而本发明实施例所提供的STATCOM的配置规划方法仍然可以给出最优的配置规划结果。由此表明，本发明实施例所提供的STATCOM的配置规划方法提供的计算方法更加简洁，有效地提高了配置规划的效率，适合实际电网使用，方便运行人员实施决策。

本发明实施例二提供了一种STATCOM的配置规划方法，通过扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集，从而建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型。通过针对所述混合整数规划模型的每一预设安装节点引入相应的决策替代变量，并对所述混合整数规划模型进行凸化，然后将所述决策替代变量松弛到连续取值区间，最终得到连续优化模型。通过求解所述连续优化模型，并判断所述决策替代变量是否满足二进制条件，当所述决策替代变量不满足二进制条件时，通过叠加预设的罚函数并重新求解连续优化模型，直到所述决策替代变量满足二进制条件时，输出STATCOM的配置规划结果。采用本发明实施例的技术手段，能够统一考虑STATCOM的安装节点和安装容量的规划，得到STATCOM的安装节点和安装容量整体最优的配置规划结果，有效地节省了配置STATCOM的经济成本。同时，本发明实施例提供的STATCOM的配置规划方法的计算简洁，能够有效节省计算时间，提高配置规划的效率。

参见图3，是本发明实施例三中一种STATCOM的配置规划装置的结构示意图。本发明实施例三提供了一种STATCOM的配置规划装置30，包括：

电压失稳故障集获取模块31，用于扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集；

混合整数规划模型建立模块32，用于根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件；

决策变量组合获取模块33，获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM；

混合整数规划模型凸化模块34，用于整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加；

连续优化模型转换模块35，用于松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型；

配置规划结果计算模块36，用于采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果；

配置规划结果输出模块37，用于判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

作为优选的实施方式所述STATCOM的配置规划装置30还包括：

罚函数叠加模块38，用于当任一所述决策替代变量不满足所述二进制条件时，在所述连续优化模型的目标函数上叠加预设的罚函数；并重新求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种STATCOM的配置规划装置用于执行上述实施例一或实施例二任一项所提供的一种STATCOM的配置规划方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。

本发明实施例三提供了一种STATCOM的配置规划装置，通过扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集，从而建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型。通过针对所述混合整数规划模型的每一预设安装节点引入相应的决策替代变量，并对所述混合整数规划模型进行凸化，然后将所述决策替代变量松弛到连续取值区间，最终得到连续优化模型，进而求解所述连续优化模型。判断所述决策替代变量是否满足二进制条件，当所述决策替代变量不满足二进制条件时，通过叠加预设的罚函数并重新求解连续优化模型，直到所述决策替代变量满足二进制条件时，输出STATCOM的配置规划结果。采用本发明实施例的技术手段，能够统一考虑STATCOM的安装节点和安装容量的规划，得到STATCOM的安装节点和安装容量整体最优的配置规划结果，有效地节省了配置STATCOM的经济成本。同时，本发明实施例提供的STATCOM的配置规划方法的计算简洁，能够有效节省计算时间，提高配置规划的效率。

参见图4，是本发明实施例四中一种STATCOM的配置规划设备的结构示意图。本发明实施例提供的STATCOM的配置规划设备40，包括处理器41、存储器42以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一或实施例二任意一项所述的一种STATCOM的配置规划方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种STATCOM的配置规划方法，其特征在于，包括：

扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集；

根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件；

获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM；

整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加；

松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型；

采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果；

判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

2.如权利要求1所述的STATCOM的配置规划方法，其特征在于，所述STATCOM的配置规划方法还包括：

当任一所述决策替代变量不满足所述二进制条件时，在所述连续优化模型的目标函数上叠加预设的罚函数；并重新求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

3.如权利要求1所述的STATCOM的配置规划方法，其特征在于，所述混合整数规划模型满足：

min J(·)＝v^T[c₁e+c₂·(Q_Cmax-Q_Lmax)]；

其中，J(·)为所述混合整数规划模型的目标函数；v为所述预设安装节点的二进制决策变量；e为单位列向量，Q_Cmax为STATCOM的容性容量；Q_Lmax为STATCOM的感性容量上限；c₁为预设安装节点的固定安装费用单价；c₂为STATCOM安装容量的容量费用单价；T为矩阵转置运算。

4.如权利要求3所述的STATCOM的配置规划方法，其特征在于，所述混合整数规划模型的约束条件包括网络动态、电网潮流方程、变量上下限和短期电压安全约束、二进制约束和边界约束。

5.如权利要求4所述的STATCOM的配置规划方法，其特征在于，所述混合整数规划模型的约束条件满足：

网络动态的约束条件：

电网潮流方程：0＝g^k(x^k(t),y^k(t),u,v)；

变量上下限和短期电压安全约束：0≤h^k(x^k(t),y^k(t),u)；

二进制约束：v∈{0,1}；

边界约束：t∈[t₀,t_f]；

其中，上标k代表所述短期电压失稳故障集中的故障编号；x^k(t)、y^k(t)和u分别代表网络状态变量、代数变量以及连续决策变量；t₀和t_f分别代表暂态起始时刻和结束时刻；v为所述预设安装节点的二进制决策变量，v中元素0表示所述预设安装节点不安装STATCOM；v中元素1表示所述预设安装节点安装STATCOM。

6.如权利要求1所述的STATCOM的配置规划方法，其特征在于，所述组合二进制决策变量满足的约束条件为：

α^w∈{0,1}；

其中，α^w为所述组合二进制决策变量，N_w为所述预设安装节点的二进制决策变量v的所有组合的个数，w＝1，2，…，N_w；α^w＝0表示不选择对应的决策组合；α^w＝1表示选择对应的决策组合。

7.如权利要求2所述的STATCOM的配置规划方法，其特征在于，所述预设的罚函数满足：

其中，

为所述预设的罚函数；λ为惩罚因子；

为预设安装节点j的第i个决策替代变量；N_C为所述预设安装节点的个数；j＝1，2，…，N_C。

8.一种STATCOM的配置规划装置，其特征在于，包括：

电压失稳故障集获取模块，用于扫描电网薄弱区域，以获得所述电网的短期电压失稳故障集；

混合整数规划模型建立模块，用于根据所述电网的短期电压失稳故障集，建立所述电网的STATCOM定点及定容的混合整数规划模型；其中，所述混合整数规划模型以安装费用最小为目标函数，以电网的电压安全为约束条件；

决策变量组合获取模块，获取预设安装节点的二进制决策变量的所有组合；并为每一组合引进新的二进制决策变量，作为组合二进制决策变量；其中，所述二进制决策变量用于表示所述预设安装节点的安装决策；所述安装决策包括安装STATCOM和不安装STATCOM；

混合整数规划模型凸化模块，用于整体凸化所述混合整数规划模型，以将所述混合整数规划模型转换为关于所述二进制决策变量的线性叠加；并针对每一预设安装节点引入决策替代变量，得到凸化后的混合整数规划模型；其中，所述决策替代变量为所述预设安装节点在不同组合下表示同一安装决策的组合二进制决策变量的叠加；

连续优化模型转换模块，用于松弛所述决策替代变量至预设的连续取值区间，以将所述凸化后的混合整数规划模型转换为连续优化模型；

配置规划结果计算模块，用于采用预设的求解器求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果；

配置规划结果输出模块，用于判断每一所述决策替代变量是否满足二进制条件；当每一所述决策替代变量均满足二进制条件时，输出所述STATCOM的配置规划结果。

9.如权利要求8所述的STATCOM的配置规划装置，其特征在于，所述STATCOM的配置规划装置还包括：

罚函数叠加模块，用于当任一所述决策替代变量不满足所述二进制条件时，在所述连续优化模型的目标函数上叠加预设的罚函数；并重新求解所述连续优化模型，计算STATCOM的配置规划结果。

10.一种STATCOM的配置规划设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的一种STATCOM的配置规划方法。

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