CN111900767B - 一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法及系统，属于电力系统技术领域。本发明方法，包括：选取相关系数符合预设标准的元素，生成相关矩阵；根据相关矩阵，确定电力系统目标区域的断面的拟合调整量，获取拟合调整量和目标调整的调整误差；确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限；确定电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量；根据实际调整量调整电力系统目标区域的有功潮流。本发明利用区内发电量、负荷与断面有功潮流大小的关系，对多断面有功潮流进行控制，能够对多个断面有功潮流进行精确的控制，实现多断面潮流协同控制，且不存在收敛性问题且计算量小。

Description

一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种用于控制电 力系统多断面有功潮流的方法及系统。

背景技术

随着我国电力需求的快速增加，输电断面功率越限的问题日益突出， 导致电力系统安全裕度降低。如果重载线路跳闸会使潮流大规模转移甚至 会发生大规模停电事故，因此，为了提高系统的安全裕度、提高区域传输 极限和优化系统的运行方式需要对断面潮流进行精确的控制。

目前对断面潮流进行控制的方法主要包括优化控制和灵敏度分析，有 文献基于连续线性规划技术提出了基于灵敏度的线性规划方法，但是该算 法需要调整的设备数目太多且计算量较大，有文献提出了一种基于线性规 划算法的安全约束调度方法，该方法同时考虑了安全约束和经济性，但是 其不能保证调整后所有线路都不越限，有文献基于发电机的转移分布因子， 提出单个输电断面的有功安全校正算法，但该算法只对单断面进行控制没 有考虑对其它断面的影响，有文献基于直流潮流模型提出了直流潮流灵敏 度的断面功率控制算法，该方法能够对断面总潮流和支路潮流进行精确控 制，但是忽略无功的影响易产生较大的误差。

统一潮流控制器能够对断面潮流进行有效的控制，但是由于其价格昂 贵，目前情况下不可能大范围推广使用。

调整多个输电断面功率至指定值对研究区域交换能力、调度计划校核、 自动发电控制、电力市场等问题都有非常重要的意义，有方法提出多断面 潮流校正，但需要求解系统潮流存在收敛性问题，对多断面的协同控制问 题没有较好地解决，安全校正问题的控制目标通常要求控制成本低。

上述方法一般把调整量小作为目标函数，忽视了控制的经济性，很可 能造成控制经济成本过高使算法不实用。

发明内容

针对上述问题本发明提出了一种用于控制电力系统多断面有功潮流的 方法，包括：

根据电力系统分区及电力系统分区调度的特征，获取电力系统目标区 域的断面有功潮流并生成断面有功潮流集合，选取目标区域内发电机出力 及负荷作为自变量，并生成自变量集合，确定断面有功潮流集合中每个元 素和自变量集合中每个元素的相关系数，选取相关系数符合预设标准的元 素，生成相关矩阵；

根据相关矩阵，确定电力系统目标区域的断面的拟合调整量，获取拟 合调整量和目标调整的调整误差；

确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上 下限和断面调整量的上下限；

根据调整误差、电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下 限、负荷上下限和断面调整量的上下限，确定电力系统目标区域发电的调 整量和发电机出力的调整量；

对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量进行潮流计 算，获取电力系统目标区域有功潮流值，确定有功潮流值与电力系统目标 区域当前有功潮流值的差值，确定差值为实际调整量，根据实际调整量调 整电力系统目标区域的有功潮流。

可选的，方法还包括：

确定电力系统目标区域有功潮流的目标调整量，当实际调整量与目标 调整量的差值不满足差值标准时，并以实际调整量与目标调整量的差值作 为迭代计算的迭代调整量，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出 力的调整量进行迭代计算，当实际调整量与目标调整量的差值满足差值标 准后或迭代次数等于最大迭代次数时，结束迭代。

可选的，结束迭代若为迭代次数等于最大迭代次数导致，则重新给定 目标调整量，获取实际调整量。

可选的，预设标准为相关系数的绝对值小于0.2。

可选的，目标调整量根据电力系统的原始数据给定；

原始数据，包括：电力系统目标区域的母线数据，发电机数据和线路 数据。

本发明还提出了一种用于控制电力系统多断面有功潮流的系统，包括：

获取模块，根据电力系统分区及电力系统分区调度的特征，获取电力 系统目标区域的断面有功潮流并生成断面有功潮流集合，选取目标区域内 发电机出力及负荷作为自变量，并生成自变量集合，确定断面有功潮流集 合中每个元素和自变量集合中每个元素的相关系数，选取相关系数符合预 设标准的元素，生成相关矩阵；

第一计算模块，根据相关矩阵，确定电力系统目标区域的断面的拟合 调整量，获取拟合调整量和目标调整的调整误差；

第二计算模块，确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力 上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限；

第三计算模块，根据调整误差、电力系统目标区域的功率平衡状态、 发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限，确定电力系统目 标区域发电的调整量和发电机出力的调整量；

调整模块，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量 进行潮流计算，获取电力系统目标区域有功潮流值，确定有功潮流值与电 力系统目标区域当前有功潮流值的差值，确定差值为实际调整量，根据实 际调整量调整电力系统目标区域的有功潮流。

可选的，调整模块，还用于：

确定电力系统目标区域有功潮流的目标调整量，当实际调整量与目标 调整量的差值不满足差值标准时，并以实际调整量与目标调整量的差值作 为迭代计算的迭代调整量，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出 力的调整量进行迭代计算，当实际调整量与目标调整量的差值满足差值标 准后或迭代次数等于最大迭代次数时，结束迭代。

可选的，结束迭代若为迭代次数等于最大迭代次数导致，则重新给定 目标调整量，获取实际调整量。

可选的，预设标准为相关系数的绝对值小于0.2。

可选的，目标调整量根据电力系统的原始数据给定；

原始数据，包括：电力系统目标区域的母线数据，发电机数据和线路 数据。

本发明利用区内发电量、负荷与断面有功潮流大小的关系，对多断面 有功潮流进行控制，能够对多个断面有功潮流进行精确的控制，实现多断 面潮流协同控制，且不存在收敛性问题且计算量小。

附图说明

图1为本发明一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法流程图；

图2为本发明一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法实施例流 程图；

图3为本发明一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法实施例 IEEE39节点系统结构图；

图4为本发明一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法实施例情 景1下机组出力调整量随迭代次数变化图；

图5为本发明一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法实施例情 景2下机组出力调整量随迭代次数变化图；

图6为本发明一种用于控制电力系统多断面有功潮流的系统结构图。

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。

本发明提出了一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法，如图1 所示，包括：

根据电力系统分区及电力系统分区调度的特征，获取电力系统目标区 域的断面有功潮流并生成断面有功潮流集合，选取目标区域内发电机出力 及负荷作为自变量，并生成自变量集合，确定断面有功潮流集合中每个元 素和自变量集合中每个元素的相关系数，选取相关系数符合预设标准的元 素，生成相关矩阵，具体为：

假设电力系统有m个断面将系统分成了n个区域，用S表示断面集合， A表示区域集合。

断面有功潮流集合为：

其中，

N为样本总数；

发电量、负荷、自变量集合表示如下:

其中，

x_i同

从自变量集合X中选取与断面相关程度较高的自变量，具体筛选步骤 如下：

步骤1:计算相关系数；

采用皮尔逊(Pearson)相关系数表征断面潮流和自变量之间的相关程度；Pearson相关系数可以定量描述两变量x与y之间线性相关程度，计算公式 为：

其中，r_xy为自变量x与y的相关系数且r_xy∈[-1,1]；

相关系数绝对值越大，则相关程度越高，相关系数绝对值越小，则相 关程度越弱，相关系数大于0，则两个变量为正相关，反之为负相关，计 算所有断面和自变量的Pearson相关系数得到相关系数矩阵如下：

式中:r_i,j为第i个断面和第j个自变量的Pearson相关系数，i＝1,2,…,m， j＝1,2,…,2n；

步骤2：形成相关矩阵；

为了能够尽可能精确，如果r_i,j小于0.2则认为第i个断面和第j个自变量 不具有相关性，置

否者置

可以得到逻辑相关矩阵如下：

相关矩阵，可确定i个断面的多元线性回归模型，模型表示为：

式中：β_i,0为常数项；β_i,j为回归系数，当

等于0时，β_i,j等于0；ε_i为 不可观测的随机变量，样本数据可以计算出回归模型中的参数。

根据相关矩阵或多元线性回归模型，定电力系统目标区域的断面的拟 合调整量，获取拟合调整量和目标调整的调整误差；

确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上 下限和断面调整量的上下限；

根据调整误差、电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下 限、负荷上下限和断面调整量的上下限，确定电力系统目标区域发电的调 整量和发电机出力的调整量；

上述步骤，具体包括：

选取区域发电量和负荷量，发电机有功出力，无功出力为控制变量， 选取各个断面有功潮流作为状态变量。

建立调整误差的目标函数，公式如下：

其中，f为调整误差，即关注断面拟合调整量与目标调整量差值绝对 值的和；Ω_Z为关注断面的集合；

为断面S_i的目标调整量。

确定等式约束条件为系统功率平衡约束，不考虑网络损耗变化的情况， 约束条件如下：

确定不等式约束，包括区域机组出力调整上下限，区域负荷调整上下 限，和不关注断面调整量的上下限，公式如下：

其中，p_min,j,p_max,j分别为发电机j有功出力上下限；

为发电机j调整 前的有功出力值；

为区域A_i的发电机集合；L_min,j,L_max,j分别为负荷j有功 需求上下限；

为负荷j调整前的有功出需求值；

为区域A_i的负荷集合。 假设尽量不损失负荷，则负荷调整量Δx_i(i＝n+1,...,2n)等于零。

根据，目标函数(7)和约束条件(8)(9)可生成多断面有功潮流 调整模型。

根据多断面调整模型获取各区域发电调整量，在此基础上还需要计算 出每台发电机出力的调整量。

按照机组备用容量大小进行出力分配，对区域i内的各机组出力按下式 进行调整；

其中，p_j，q_j分别为区域i内第j台发电机调整后的有功、无功出力值；

分别为第j台发电机调整前的有功、无功出力值；p_m,j，q_m,j分别第j台 发电机的有功、无功出力限值，当Δx_i＜0时，取机组最大有功、无功输出 功率，反之取机组最小有功、无功输出功率。

对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量进行潮流计 算，获取电力系统目标区域有功潮流值，确定有功潮流值与电力系统目标 区域当前有功潮流值的差值，确定差值为实际调整量，根据实际调整量调 整电力系统目标区域的有功潮流。

确定电力系统目标区域有功潮流的目标调整量，当实际调整量与目标 调整量的差值不满足差值标准时，并以实际调整量与目标调整量的差值作 为迭代计算的迭代调整量，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出 力的调整量进行迭代计算，当实际调整量与目标调整量的差值满足差值标 准后或迭代次数等于最大迭代次数时，结束迭代。

结束迭代若为迭代次数等于最大迭代次数导致，则重新给定目标调整 量，获取实际调整量。

目标调整量根据电力系统的原始数据给定；

原始数据，包括：电力系统目标区域的母线数据，发电机数据和线路 数据。

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：

如图2所示，本发明方法，包括：

输入数据，输入数据包括：多元回归模型中得到的回归系数矩阵，算 例电力系统的原始数据，包括母线数据，发电机数据，线路数据等；

给定电力系统各断面需要的调整量；

置迭代次数K＝0；

根据最优多断面调整模型计算各区域出力的调整量；

最优多断面调整模型的目标函数不变，约束条件中的各区域调整出力 上下限会随着迭代次数不同而改变，第一次迭代出力调整最大限制为区域 最大出力减去基态潮流下区域的出力，第二次迭代时，调整出力的最大限 制为区域最大出力减去第一次调整后区域出力；

置迭代次数K＝K+1。

累加前K次区域机组出力的调整量。

根据区域出力的调整量和机组的备用容量确定区域内每台机组的调整 量。

根据更新后的算例电力系统数据计算潮流，计算各断面有功潮流大小， 计算实际调整量，计算实际调整量和计划调整量的差值。

判断误差是否小于设定的限值，判断是否大于最大迭代次数Kmax，两 者只要满足一个则结束循环，否则，计算新的调整量，继续迭代；

判断K是否小于等Kmax，如果小于等于，则输出找到可行解和各机组 出力改变量，否则，输出没有找到可行解并输出误差大小和各区域有功出 力调整量。

下面以IEEE39节点系统为例，验证本发明方法的有效性。

将如图3所示的IEEE39节点系统为三个区域，三个区域之间一共有 三个断面，断面之间的联络线数目如表1所示，表1如下：

表1

IEEE39节点系统负荷水平、发电机组出力分别在73％-100％的基准 负荷水平、基准发电机出力水平下，以3％的步长变化，得到10组样本， 对每一组样本的所有负荷和发电机，其出力大小在上下8％随机波动，生 成100种样本，共1000个运行样本数据；

计算样本数据的断面有功潮流与自变量之间的偏相关系数，如表2所 示，表2如下：

表2

根据多元回归模型，进行三个潮流断面的多元回归分析，各个回归系 数及回归效果都进行了显著性检验，形成的回归系数矩阵如下：

由于断面1、3潮流较大，断面2潮流较小，选取断面1、3为关注断 面，2为不关注断面。

为了证明本算法的有效性，设置不同的场景。

情景1:断面1降低40MW，断面2为不关注断面，其断面调整上下限 分别为30MW、-30MW，断面3降低20MW。

计算可得各断面调整误差随迭代次数的变化，及发电机出力改变量， 如表3所示，机组出力调整量随迭代次数变化，如图4所示。

表3

情景2:断面1降低40MW，断面2调整量绝对值上限为25MW，断面 3降低25MW；

随着迭代次数的增加，断面潮流大小越来越接近控制目标，机组出力 的变化量越来越小，改变量如表4所示，机组出力调整量随迭代次数变化 如图5所示。

表4

表2和表3对比，发现表3的控制误差比较大，是因为情景2下断面 2的调节量绝对值大小从30MW减小到了25MW。

本发明还提出了一种用于控制电力系统多断面有功潮流的系统200， 如图6所示，包括：

获取模块201，根据电力系统分区及电力系统分区调度的特征，获取 电力系统目标区域的断面有功潮流并生成断面有功潮流集合，选取目标区 域内发电机出力及负荷作为自变量，并生成自变量集合，确定断面有功潮 流集合中每个元素和自变量集合中每个元素的相关系数，选取相关系数符 合预设标准的元素，生成相关矩阵；

第一计算模块202，根据相关矩阵，确定电力系统目标区域的断面的 拟合调整量，获取拟合调整量和目标调整的调整误差；

第二计算模块203，确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机 出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限；

第三计算模块204，根据调整误差、电力系统目标区域的功率平衡状 态、发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限，确定电力系 统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量；

调整模块205，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调 整量进行潮流计算，获取电力系统目标区域有功潮流值，确定有功潮流值 与电力系统目标区域当前有功潮流值的差值，确定差值为实际调整量，根 据实际调整量调整电力系统目标区域的有功潮流。

调整模块205，还用于：

确定电力系统目标区域有功潮流的目标调整量，当实际调整量与目标 调整量的差值不满足差值标准时，并以实际调整量与目标调整量的差值作 为迭代计算的迭代调整量，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出 力的调整量进行迭代计算，当实际调整量与目标调整量的差值满足差值标 准后或迭代次数等于最大迭代次数时，结束迭代。

结束迭代若为迭代次数等于最大迭代次数导致，则重新给定目标调整 量，获取实际调整量。

预设标准为相关系数的绝对值小于0.2。

目标调整量根据电力系统的原始数据给定；

原始数据，包括：电力系统目标区域的母线数据，发电机数据和线路 数据。

本发明利用区内发电量、负荷与断面有功潮流大小的关系，对多断面 有功潮流进行控制，能够对多个断面有功潮流进行精确的控制，实现多断 面潮流协同控制，且不存在收敛性问题且计算量小。

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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向 对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

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。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知 了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所 附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和 修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离 本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权 利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在 内。

Claims (10)

1.一种用于控制电力系统多断面有功潮流的方法，所述方法包括：

根据电力系统分区及电力系统分区调度的特征，获取电力系统目标区域的断面有功潮流并生成断面有功潮流集合，选取目标区域内发电机出力及负荷作为自变量，并生成自变量集合，确定断面有功潮流集合中每个元素和自变量集合中每个元素的相关系数，选取相关系数符合预设标准的元素，生成相关矩阵；

根据相关矩阵，确定电力系统目标区域的断面的拟合调整量，获取拟合调整量和目标调整的调整误差；

确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限；

根据调整误差、电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限，确定电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量；

对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量进行潮流计算，获取电力系统目标区域有功潮流值，确定有功潮流值与电力系统目标区域当前有功潮流值的差值，确定差值为实际调整量，根据实际调整量调整电力系统目标区域的有功潮流。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

确定电力系统目标区域有功潮流的目标调整量，当实际调整量与目标调整量的差值不满足差值标准时，并以实际调整量与目标调整量的差值作为迭代计算的迭代调整量，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量进行迭代计算，当实际调整量与目标调整量的差值满足差值标准后或迭代次数等于最大迭代次数时，结束迭代。

3.根据权利要求2所述的方法，所述结束迭代若为迭代次数等于最大迭代次数导致，则重新给定目标调整量，获取实际调整量。

4.根据权利要求1所述的方法，所述预设标准为相关系数的绝对值小于0.2。

5.根据权利要求2所述的方法，所述目标调整量根据电力系统的原始数据给定；

所述原始数据，包括：电力系统目标区域的母线数据，发电机数据和线路数据。

6.一种用于控制电力系统多断面有功潮流的系统，所述系统包括：

获取模块，根据电力系统分区及电力系统分区调度的特征，获取电力系统目标区域的断面有功潮流并生成断面有功潮流集合，选取目标区域内发电机出力及负荷作为自变量，并生成自变量集合，确定断面有功潮流集合中每个元素和自变量集合中每个元素的相关系数，选取相关系数符合预设标准的元素，生成相关矩阵；

第一计算模块，根据相关矩阵，确定电力系统目标区域的断面的拟合调整量，获取拟合调整量和目标调整的调整误差；

第二计算模块，确定电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限；

第三计算模块，根据调整误差、电力系统目标区域的功率平衡状态、发电机出力上下限、负荷上下限和断面调整量的上下限，确定电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量；

调整模块，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量进行潮流计算，获取电力系统目标区域有功潮流值，确定有功潮流值与电力系统目标区域当前有功潮流值的差值，确定差值为实际调整量，根据实际调整量调整电力系统目标区域的有功潮流。

7.根据权利要求6所述的系统，所述调整模块，还用于：

确定电力系统目标区域有功潮流的目标调整量，当实际调整量与目标调整量的差值不满足差值标准时，并以实际调整量与目标调整量的差值作为迭代计算的迭代调整量，对电力系统目标区域发电的调整量和发电机出力的调整量进行迭代计算，当实际调整量与目标调整量的差值满足差值标准后或迭代次数等于最大迭代次数时，结束迭代。

8.根据权利要求7所述的系统，所述结束迭代若为迭代次数等于最大迭代次数导致，则重新给定目标调整量，获取实际调整量。

9.根据权利要求6所述的系统，所述预设标准为相关系数的绝对值小于0.2。

10.根据权利要求7所述的系统，所述目标调整量根据电力系统的原始数据给定；

所述原始数据，包括：电力系统目标区域的母线数据，发电机数据和线路数据。

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