CN113363988B - 基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质 - Google Patents

基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质 Download PDF

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CN113363988B CN202110640872.4A CN202110640872A CN113363988B CN 113363988 B CN113363988 B CN 113363988B CN 202110640872 A CN202110640872 A CN 202110640872A CN 113363988 B CN113363988 B CN 113363988B
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Abstract

本发明公开了一种基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质，包括：将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；对所述电路模型进行分析，获得变压器两端电压、相角之间的关系以及流过变压器的有功功率和无功功率；获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。本发明能够减少求解运行优化方案的计算量并缩短其计算时间，为电网运行优化提供参考依据，降低网络损耗。

Description

基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及电力系统的电网运行和控制技术领域，尤其涉及一种基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质。
背景技术
电网运行中，发电、输电、配电、用电几乎同时发生。为了确保电网稳定运行，电源与负荷必须保证实时的动态平衡。然而，负荷是时刻变化的，与时间、气温、政策等因素相关。除了调整电源发电功率以外，还需要时刻监测并调整无功补偿、节点电压等变量，使电网运行在相对较优的状态。
有载调压变压器(On-Load Tap Changer,OLTC)，是电力系统运行过程中调节潮流和电压的重要元件。与普通的变压器不同，OLTC一般在高压侧配备分抽头，即便在系统带负载运行过程中，也能通过调整分抽头位置的方式，改变自身的变比，从而实现电网潮流和电压的调整。
分析OLTC分抽头的调整对电网的影响，从而制定合理的运行方式使电网运行在相对较好的状态，对电网调度运行是十分有意义的。然而，由于OLTC本身存在的只能离散调节和调节次数存在限制这两个特性，使得建立的OLTC模型存在离散变量和绝对值约束，这往往需要付出较大的计算代价(计算量、计算时间)才能得到电网的运行优化方案，尤其是不能准确得到OLTC分抽头的调节次数限制，使得电网运行时会频繁调节OLTC分抽头，这会对电网造成冲击，威胁电网的安全运行。
发明内容
本发明提供一种基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质，以解决现有技术计算量大及计算时间长的问题，本发明能够方便快捷地分析有载调压变压器的最优运行方式，为电网运行优化提供参考依据，降低网络损耗，保证电网的安全运行。
本发明实施例提供一种基于有载调压变压器的电网运行优化方法，包括：
将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；
对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；
根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；
根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。
进一步地，所述将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，包括：
在有载调压变压器支路ij上增加虚拟节点m，将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，所述理想变压器和所述恒阻抗通过所述虚拟节点m连接。
进一步地，所述对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，包括：
所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系如下式：
Vi(t)＝Vm(t)·Tij(t) (1)
Tij(t)＝Tijmin+nij(t)·αstep (2)
δm(t)＝δi(t) (3)
其中，Vi(t)和δi(t)分别为节点i的电压幅值和相角；Vm(t)和δm(t)为虚拟节点m的电压幅值和相角；Tij(t)和Tijmin分别为支路ij上的理想变压器的变比及其最小值；nij(t)＝0，1，2，...，NT是一个整数变量，代表有载调压变压器分抽头位置的数值，其最大值为NT；αstep是分抽头的调整步长。
进一步地，所述根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，包括：
根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系、有载调压变压器支路的潮流关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率包括为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率、从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率、从节点j流向节点i的有功功率和无功功率及从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率如下式：
Figure BDA0003106355730000031
Figure BDA0003106355730000032
Figure BDA0003106355730000033
Figure BDA0003106355730000034
其中，Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Pmj(t)和Qmj(t)分别为从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率；Pji(t)和Qji(t)分别为从节点j流向节点i的有功功率和无功功率；Pjm(t)和Qjm(t)分别为从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；Vm(t)和δm(t)分别为虚拟节点m的电压幅值和相角；Vj(t)和δj(t)分别为节点j的电压幅值和相角；bij和gij分别为支路ij的电导和电纳。
进一步地，所述根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，包括：
将所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率代入极坐标形式的节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程如下式：
Figure BDA0003106355730000041
Figure BDA0003106355730000042
其中，PSi(t)和QSi(t)分别为平衡节点注入的有功功率和无功功率；PGi(t)和QGi(t)分别为节点i的发电机注入的有功功率和无功功率；PLi(t)和QLi(t)分别为节点i的负荷吸收的有功功率和无功功率；QCi(t)为节点i的无功补偿装置注入的无功功率；Vi(t)为节点i的电压幅值；Vj(t)为节点j的电压幅值；δij(t)为支路ij的相角；Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；NB为电网节点数量；ST为有载调压变压器支路集合；Gij和Bij分别为不考虑有载调压变压器支路情况下，节点导纳矩阵第i行第j列的电导和电纳值。
进一步地，所述基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程，包括：
采用绝对值形式，列写绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程：
Figure BDA0003106355730000043
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；αstep是分抽头的调整步长；ΔT为调度周期内，有载调压变压器最大允许的调节次数；
根据预设约束条件，引入中间变量yij(tp)；其中，所述中间变量yij(tp)同时满足如下式的预设约束条件：
yij(tp)≥Tij(tp)-Tij(tp-1) (11)
yij(tp)≥-(Tij(tp)-Tij(tp-1)) (12)
其中，Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；
根据所述绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程和所述中间变量yij(tp)，获取线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；其中，所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程如下式：
Figure BDA0003106355730000051
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；αstep是分抽头的调整步长，ΔT为调度周期内，有载调压变压器最大允许的调节次数。
相应地，本发明实施例提供一种基于有载调压变压器的电网运行优化装置，包括：
分解模块，用于将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；
分析模块，用于对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；
计算模块，用于根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
第一获取模块，用于根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
第二获取模块，用于基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；
调节模块，用于根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。
本发明实施例提供一种基于有载调压变压器的电网运行优化装置，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上述任意一项所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法。
本发明实施例提供的基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质，通过将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，使得电网各节点的有功功率方程和无功功率方程不包含有载调压变压器的变比，在求解复杂的潮流方程的时候无需处理离散变量；基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程，使得有载调压变压器的调节次数约束不再是传统的绝对值约束，而变成了线性不等式约束，极大简化了运行优化计算的困难。通过根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。本发明能够使得在运行优化过程中不需要处理离散变量和绝对值约束，减少了求解运行优化方案的计算量并缩短了其计算时间，为电网运行优化提供参考依据，降低网络损耗，保证电网的安全运行。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的基于有载调压变压器的电网运行优化方法流程示意图；
图2是本发明实施例中有载调压变压器电路模型图；
图3是本发明实施例二提供的基于有载调压变压器的电网运行优化装置示意图；
图4是本发明实施例三提供的基于有载调压变压器的电网运行优化装置示意图。
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基于有载调压变压器的电网运行优化方法流程示意图，所述方法包括：
S11，将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；
S12，对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；
S13，根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
S14，根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
S15，基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；
S16，根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。
在本发明实施例中，结合图2进行详细说明。图2是本发明实施例中有载调压变压器电路模型图，将有载调压变压器虚拟为由理想变压器和恒阻抗串联组成的电路模型，所述理想变压器和所述恒阻抗由一个虚拟节点m连接。如图2所示，有载调压变压器支路ij，其包括：理想变压器(变比为Tij(t))支路im与恒阻抗(gij+jbij)支路mj。其中，i、m和j分别是有载调压变压器的高压侧节点、虚拟节点和低压侧节点。
在本发明实施例中，进一步地，所述将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，包括：
在有载调压变压器支路ij上增加虚拟节点m，将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，所述理想变压器和所述恒阻抗通过所述虚拟节点m连接。
在本发明实施例中，进一步地，所述对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，包括：
所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系如下式：
Vi(t)＝Vm(t)·Tij(t) (1)
Tij(t)＝Tijmin+nij(t)·αstep (2)
δm(t)＝δi(t) (3)
其中，Vi(t)和δi(t)分别为节点i的电压幅值和相角；Vm(t)和δm(t)为虚拟节点m的电压幅值和相角；Tij(t)和Tijmin分别为支路ij上的理想变压器的变比及其最小值；nij(t)＝0，1，2，...，NT是一个整数变量，代表有载调压变压器分抽头位置的数值，其最大值为NT；αstep是分抽头的调整步长。
可以理解的，所述理想变压器和所述恒阻抗由一个虚拟节点m连接，在引入虚拟节点后，可以方便描述理想变压器两端、恒阻抗两端的电压和功率关系。由于理想变压器是无损耗的，理想变压器两端电压的比值为变比，其两端相角相同，即存在如式(1)-(3)的关系。
在本发明实施例中，进一步地，所述根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，包括：
根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系、有载调压变压器支路的潮流关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；具体的，采用极坐标形式，根据式(1)-(3)及有载调压变压器支路功率和节点电压幅值、节点电压相角的关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率。
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率包括为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率、从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率、从节点j流向节点i的有功功率和无功功率及从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率如下式：
Figure BDA0003106355730000091
Figure BDA0003106355730000092
Figure BDA0003106355730000093
Figure BDA0003106355730000094
其中，Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Pmj(t)和Qmj(t)分别为从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率；Pji(t)和Qji(t)分别为从节点j流向节点i的有功功率和无功功率；Pjm(t)和Qjm(t)分别为从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；Vm(t)和δm(t)分别为虚拟节点m的电压幅值和相角；Vj(t)和δj(t)分别为节点j的电压幅值和相角；bij和gij分别为支路ij的电导和电纳。
在本发明实施例中，进一步地，所述根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，包括：
将所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率代入极坐标形式的节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；具体的，将流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率即式(4)-(7)代入极坐标形式的节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；可以理解的，所述节点潮流方程即描述电网各节点有功功率、无功功率、节点电压幅值、节点电压相角之间关系的等式方程。
所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程如下式：
Figure BDA0003106355730000101
Figure BDA0003106355730000102
其中，PSi(t)和QSi(t)分别为平衡节点注入的有功功率和无功功率；PGi(t)和QGi(t)分别为节点i的发电机注入的有功功率和无功功率；PLi(t)和QLi(t)分别为节点i的负荷吸收的有功功率和无功功率；QCi(t)为节点i的无功补偿装置注入的无功功率；Vi(t)为节点i的电压幅值；Vj(t)为节点j的电压幅值；δij(t)为支路ij的相角；Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；NB为电网节点数量；ST为有载调压变压器支路集合；Gij和Bij分别为不考虑有载调压变压器支路情况下，节点导纳矩阵第i行第j列的电导和电纳值。
可以理解的，式(8)-(9)的含义是，先不考虑(即断开)所有有载调压变压器支路，计算Jacobi矩阵并列写节点潮流方程，然后再将流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率即式(4)-(7)添加到上述节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，即可考虑电网中的有载调压变压器支路。
由式(8)-(9)可知，所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程中不包含变比Tij(t)，因此在计算分析该方程时，不需要处理离散变量，大大方便了节点潮流方程的运行优化计算，降低了求解运行优化方式的难度和计算量，从而缩短了计算时间。
在本发明实施例中，进一步地，所述基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程，包括：
采用绝对值形式，列写绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程：
Figure BDA0003106355730000111
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；αstep是分抽头的调整步长；ΔT为调度周期内，OLTC最大允许的调节次数；例如，若调度周期为1天，且每1h实施调度一次，Np则为24；ΔT为调度周期1天内，OLTC最大允许的调节次数；则式(10)的含义是把每个时间区间内OLTC的调节次数叠加，得到一天24小时的调节次数，并约束其小于最大调节次数ΔT。
需要说明的是，尽管式(10)的物理含义是比较明确的，然而，式(10)包含有绝对值运算，这是非常难以参与调度优化计算的(因为存在转折点，在转折点处不可导)。因此，需要修改式(10)，得到更方便调度优化计算的调节次数约束。
根据预设约束条件，引入中间变量yij(tp)；其中，所述中间变量yij(tp)同时满足如下式的预设约束条件：
yij(tp)≥Tij(tp)-Tij(tp-1) (11)
yij(tp)≥-(Tij(tp)-Tij(tp-1)) (12)
其中，Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比。
根据所述绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程和所述中间变量yij(tp)，获取线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；其中，所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程如下式：
Figure BDA0003106355730000121
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；αstep是分抽头的调整步长，ΔT为调度周期内，OLTC最大允许的调节次数。
可以理解的是，因为变量的绝对值总是等于它本身或者它的相反数，所以式(11)-(12)确保了中间变量yij(tp)总是不小于这两个数值。因此可将中间变量yij(tp)直接替换式(10)的绝对值得到式(13)，则式(13)满足式(11)-(12)的约束。采用式(11)-(13)限制了OLTC的调节次数，即可不需要处理绝对值约束，大大方便了运行优化求解的过程。
在一具体实施例中，上式(1)-(9)及式(11)-(13)构成了有载调压变压器的数学模型，本发明实施例提供的基于有载调压变压器的电网运行优化方法可用于电网潮流计算、动态最优潮流、动态无功优化和动态经济调度等问题，方便快捷地分析有载调压变压器的最优运行方式，从而实现降低网络损耗和控制节点电压等目的。
参见图3，是本发明实施例二提供的基于有载调压变压器的电网运行优化装置示意图，所述装置包括：
分解模块21，用于将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；
分析模块22，用于对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；
计算模块23，用于根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
第一获取模块24，用于根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
第二获取模块25，用于基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；
调节模块26，用于根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。
进一步，所述分解模块包括：
用于在有载调压变压器支路ij上增加虚拟节点m，将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，所述理想变压器和所述恒阻抗通过所述虚拟节点m连接。
进一步的，所述分析模块包括：
所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系如下式：
Vi(t)＝Vm(t)·Tij(t) (1)
Tij(t)＝Tijmin+nij(t)·αstep (2)
δm(t)＝δi(t) (3)
其中，Vi(t)和δi(t)分别为节点i的电压幅值和相角；Vm(t)和δm(t)为虚拟节点m的电压幅值和相角；Tij(t)和Tijmin分别为支路ij上的理想变压器的变比及其最小值；nij(t)＝0，1，2，...，NT是一个整数变量，代表有载调压变压器分抽头位置的数值，其最大值为NT；αstep是分抽头的调整步长。
进一步的，所述计算模块包括：
用于根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系、有载调压变压器支路的潮流关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率包括为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率、从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率、从节点j流向节点i的有功功率和无功功率及从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率如下式：
Figure BDA0003106355730000141
Figure BDA0003106355730000142
Figure BDA0003106355730000143
Figure BDA0003106355730000144
其中，Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Pmj(t)和Qmj(t)分别为从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率；Pji(t)和Qji(t)分别为从节点j流向节点i的有功功率和无功功率；Pjm(t)和Qjm(t)分别为从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；Vm(t)和δm(t)分别为虚拟节点m的电压幅值和相角；Vj(t)和δj(t)分别为节点j的电压幅值和相角；bij和gij分别为支路ij的电导和电纳。
进一步的，第一获取模块包括：
用于将所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率代入极坐标形式的节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程如下式：
Figure BDA0003106355730000145
Figure BDA0003106355730000151
其中，PSi(t)和QSi(t)分别为平衡节点注入的有功功率和无功功率；PGi(t)和QGi(t)分别为节点i的发电机注入的有功功率和无功功率；PLi(t)和QLi(t)分别为节点i的负荷吸收的有功功率和无功功率；QCi(t)为节点i的无功补偿装置注入的无功功率；Vi(t)为节点i的电压幅值；Vj(t)为节点j的电压幅值；δij(t)为支路ij的相角；Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；NB为电网节点数量；ST为有载调压变压器支路集合；Gij和Bij分别为不考虑有载调压变压器支路情况下，节点导纳矩阵第i行第j列的电导和电纳值。
进一步的，第二获取模块包括：
列写单元，用于采用绝对值形式，列写绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程：
Figure BDA0003106355730000152
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；αstep是分抽头的调整步长；ΔT为调度周期内，有载调压变压器最大允许的调节次数；
引入单元，用于根据预设约束条件，引入中间变量yij(tp)；其中，所述中间变量yij(tp)同时满足如下式的预设约束条件：
yij(tp)≥Tij(tp)-Tij(tp-1) (11)
yij(tp)≥-(Tij(tp)-Tij(tp-1)) (12)
其中，Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；
获取方程单元，用于根据所述绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程和所述中间变量yij(tp)，获取线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；其中，所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程如下式：
Figure BDA0003106355730000161
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；αstep是分抽头的调整步长，ΔT为调度周期内，有载调压变压器最大允许的调节次数。
需要说明的是，本发明实施例二提供的基于有载调压变压器的电网运行优化装置用于执行上述实施例一的一种基于有载调压变压器的电网运行优化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。
参见图4，是本发明实施例三提供的基于有载调压变压器的电网运行优化装置示意图。本发明实施例三提供的一种基于有载调压变压器的电网运行优化装置30，包括处理器31、存储器32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所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如实施例一所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法。
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-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
本发明实施例提供的基于有载调压变压器的电网运行优化方法、装置及介质，通过将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，使得电网各节点的有功功率方程和无功功率方程不包含有载调压变压器的变比，在求解复杂的潮流方程的时候无需处理离散变量；基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程，使得有载调压变压器的调节次数约束不再是传统的绝对值约束，而变成了线性不等式约束，极大简化了运行优化计算的困难。通过根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。本发明能够使得在运行优化过程中不需要处理离散变量和绝对值约束，减少了求解运行优化方案的计算量并缩短了其计算时间，为电网运行优化提供参考依据，降低网络损耗，保证电网的安全运行。
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 (8)

1.一种基于有载调压变压器的电网运行优化方法，其特征在于，包括：
将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；
对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；
根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；
根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整。
其中，所述根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，包括：
将所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率代入极坐标形式的节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程如下式：
Figure FDA0003641779410000011
Figure FDA0003641779410000012
其中，PSi(t)和QSi(t)分别为平衡节点注入的有功功率和无功功率；PGi(t)和QGi(t)分别为节点i的发电机注入的有功功率和无功功率；PLi(t)和QLi(t)分别为节点i的负荷吸收的有功功率和无功功率；QCi(t)为节点i的无功补偿装置注入的无功功率；Vi(t)为节点i的电压幅值；Vj(t)为节点j的电压幅值；δij(t)为有载调压变压器支路ij的相角；Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；NB为电网节点数量；ST为有载调压变压器支路集合；Gij和Bij分别为不考虑有载调压变压器支路情况下，节点导纳矩阵第i行第j列的电导和电纳值。
2.如权利要求1所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法，其特征在于，所述将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，包括：
在有载调压变压器支路上增加虚拟节点，将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型，所述理想变压器和所述恒阻抗通过所述虚拟节点连接。
3.如权利要求2所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法，其特征在于，所述对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，包括：
所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系如下式：
Vi(t)＝Vm(t)·Tij(t) (1)
Tij(t)＝Tijmin+nij(t)·αstep (2)
δm(t)＝δi(t) (3)
其中，Vi(t)和δi(t)分别为节点i的电压幅值和相角；Vm(t)和δm(t)为虚拟节点m的电压幅值和相角；Tij(t)和Tijmin分别为支路ij上的理想变压器的变比及其最小值；nij(t)＝0，1，2，...，NT是一个整数变量，代表有载调压变压器分抽头位置的数值，其最大值为NT；αstep是分抽头的调整步长。
4.如权利要求2所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法，其特征在于，所述根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，包括：
根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系、有载调压变压器支路的潮流关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率包括为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率、从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率、从节点j流向节点i的有功功率和无功功率及从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；
所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率如下式：
Figure FDA0003641779410000031
Figure FDA0003641779410000032
Figure FDA0003641779410000033
Figure FDA0003641779410000034
其中，Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；Pmj(t)和Qmj(t)分别为从虚拟节点m流向节点j的有功功率和无功功率；Pji(t)和Qji(t)分别为从节点j流向节点i的有功功率和无功功率；Pjm(t)和Qjm(t)分别为从节点j流向虚拟节点m的有功功率和无功功率；Vm(t)和δm(t)分别为虚拟节点m的电压幅值和相角；Vj(t)和δj(t)分别为节点j的电压幅值和相角；bij和gij分别为支路ij的电导和电纳。
5.如权利要求1所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法，其特征在于，所述基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程，包括：
采用绝对值形式，列写绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程：
Figure FDA0003641779410000041
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；αstep是分抽头的调整步长；ΔT为调度周期内，有载调压变压器最大允许的调节次数；
根据预设约束条件，引入中间变量yij(tp)；其中，所述中间变量yij(tp)同时满足如下式的预设约束条件：
yij(tp)≥Tij(tp)-Tij(tp-1) (11)
yij(tp)≥-(Tij(tp)-Tij(tp-1)) (12)
其中，Tij(tp)和Tij(tp-1)分别为支路ij上的理想变压器在需要考虑调度的时间区间p及前一时间区间p-1的变比；
根据所述绝对值形式的有载调压变压器的调节次数限制方程和所述中间变量yij(tp)，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程；其中，所述线性形式的有载调压变压器的调节次数限制方程如下式：
Figure FDA0003641779410000042
其中，Np为需要考虑调度的时间区间的数量；αstep是分抽头的调整步长，ΔT为调度周期内，有载调压变压器最大允许的调节次数。
6.一种基于有载调压变压器的电网运行优化装置，其特征在于，包括：
分解模块，用于将有载调压变压器分解为由理想变压器和恒阻抗组成的电路模型；
分析模块，用于对所述电路模型进行分析，以获取所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系；
计算模块，用于根据所述理想变压器两端的电压幅值和相角关系，计算流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率；
第一获取模块，用于根据所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
第二获取模块，用于基于所述电路模型，根据预设约束条件，得到线性形式的有载调压变压器的调节次数的限制方程；
调节模块，用于根据所述线性形式的有载调压变压器的调节次数的限制方程、所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程，调节有载调压变压器的分抽头，以实现电网潮流和电压的调整；
其中，第一获取模块包括：
用于将所述流过有载调压变压器支路的有功功率和无功功率代入极坐标形式的节点潮流方程，获取电网各节点的有功功率方程和无功功率方程；
所述电网各节点的有功功率方程和无功功率方程如下式：
Figure FDA0003641779410000051
Figure FDA0003641779410000052
其中，PSi(t)和QSi(t)分别为平衡节点注入的有功功率和无功功率；PGi(t)和QGi(t)分别为节点i的发电机注入的有功功率和无功功率；PLi(t)和QLi(t)分别为节点i的负荷吸收的有功功率和无功功率；QCi(t)为节点i的无功补偿装置注入的无功功率；Vi(t)为节点i的电压幅值；Vj(t)为节点j的电压幅值；δij(t)为支路ij的相角；Pij(t)和Qij(t)分别为从节点i流向节点j的有功功率和无功功率；NB为电网节点数量；ST为有载调压变压器支路集合；Gij和Bij分别为不考虑有载调压变压器支路情况下，节点导纳矩阵第i行第j列的电导和电纳值。
7.一种基于有载调压变压器的电网运行优化装置，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5中任意一项所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的基于有载调压变压器的电网运行优化方法。
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