CN113659561B

CN113659561B - 可控移相器参数优化配置方法、系统、介质及计算设备

Info

Publication number: CN113659561B
Application number: CN202110750699.3A
Authority: CN
Inventors: 李群; 张宁宇; 陈静; 刘建坤; 陈兵; 朱鑫要; 王旭
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2041-07-01
Also published as: CN113659561A

Abstract

本发明公开了一种可控移相器参数优化配置方法、系统、介质及计算设备，本发明通过可控移相器参数优化模型获取不同参数对应的目标函数值，构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线，利用拟合曲线获取可控移相器参数的最优解，为可控移相器在电网中合理有效地运行提供技术支撑。

Description

可控移相器参数优化配置方法、系统、介质及计算设备

技术领域

本发明涉及一种可控移相器参数优化配置方法、系统、介质及计算设备，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

近年来，随着各地区供电负荷的增加，现有电网常出现潮流不均衡现象，部分线路重载而其他线路的利用率却明显不足。由此带来的诸多相关问题，例如电能质量下降、稳定裕度紧张等，促使电力系统亟需优化潮流分布。

可控移相器作为一种交流潮流控制装备，通过向输电线路注入幅值、相角均可控的电压增量，等效改变电网潮流分布，进而提高供电质量和系统稳定性。本质上讲，可控移相器的优化效果可等效为向线路注入有功和无功功率，然而此等效注入的有功和无功功率相互约束，并非任意选择，均与可控移相器的内部参数有关，因此电子急需一种可控移相器参数优化配置方法。

发明内容

本发明提供了一种可控移相器参数优化配置方法、系统、介质及计算设备，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

可控移相器参数优化配置方法，包括：

将不同的可控移相器参数输入预设的可控移相器参数优化模型，获得各可控移相器参数对应的目标函数值；

构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线；

根据拟合曲线，获取可控移相器参数的最优解。

可控移相器参数优化模型为考虑电能质量和电压稳定性的可控移相器参数优化模型，可控移相器参数优化模型约束条件包括电网运行约束条件和可控移相器设备约束条件。

可控移相器参数优化模型的目标函数为：

其中，S(K)为目标函数，α、β分别为不同性能指标在整个目标函数中的权重，α+β＝1，n为电力系统中负荷节点数，α_L为所有负荷节点的集合，V_i(K)为安装参数为K的可控移相器后负荷节点i的电压，V_r为负荷节点的额定运行电压，L_i(K)为安装参数为K的可控移相器后负荷节点i 的电压稳定指标；

其中，

为系统对负荷节点i的等值功率，Y_ii为负荷节点i的自导纳， Y_ii ^*为负荷节点i自导纳的共轭，V_i为负荷节点i的电压。

电网运行约束条件包括：

节点功率平衡：

其中，P_is、Q_is、P_js、Q_js分别为负荷节点i的有功功率、负荷节点i的无功功率、负荷节点j的有功功率、负荷节点j的无功功率，△P_i、△Q_i、△P_j、△Q_j分别为可控移相器注入负荷节点i的等效有功功率、负荷节点i的等效无功功率、负荷节点j的等效有功功率、负荷节点j的等效无功功率，N为可控移相器的参与系数，V_i为负荷节点i的电压，V_m为负荷节点m的电压，B_im、G_im为负荷节点i和负荷节点m之间线路上的电纳和电导，B_jm、G_jm为负荷节点j和负荷节点m之间线路上的电纳和电导，θ_im为负荷节点i和负荷节点m之间线路两端的相角差，θ_jm为负荷节点j和负荷节点m之间线路两端的相角差；

线路有功约束：

PL_ij,min≤PL_ij≤PL_ij,max

其中，PL_ij,min为负荷节点i和负荷节点j之间线路输送有功功率允许的最小值，PL_ij,max为负荷节点i和负荷节点j之间线路输送有功功率允许的最大值，PL_ij为负荷节点i和负荷节点j之间线路上输送的实际有功功率；

节点电压约束：

V_{i min}≤V_i(K)≤V_{i max}

其中，V_{i min}为负荷节点i电压允许的最小值，V_{i max}为负荷节点i电压允许的最大值，V_i(K)为负荷节点i实际的运行电压，K为可控移相器参数；

发电机有功、无功出力约束：

P_{G min}≤P_G≤P_{G max}

Q_{G min}≤Q_G≤Q_{G max}

其中，P_G、Q_G分别为发电机的有功功率和无功功率，P_{G min}、P_{G max}分别为发电机的有功功率下限和上限，Q_{G min}、Q_{G max}分别为发电机的无功功率下限和上限。

可控移相器设备约束条件包括：

可控移相器参数值约束

0<K<1

其中，K为可控移相器参数。

将可控移相器参数作为横坐标，将目标函数值作为纵坐标，构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线。

根据拟合曲线，获取可控移相器参数的最优解，具体过程为：

从拟合曲线中查找目标函数值最小的点，该点对应的可控移相器参数为最优解。

可控移相器参数优化配置系统，包括：

参数优化模块：将不同的可控移相器参数输入预设的可控移相器参数优化模型，获得各可控移相器参数对应的目标函数值；

拟合曲线模块：构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线；

最优解获取模块：根据拟合曲线，获取可控移相器参数的最优解。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行可控移相器参数优化配置方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行可控移相器参数优化配置方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明通过可控移相器参数优化模型获取不同参数对应的目标函数值，构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线，利用拟合曲线获取可控移相器参数的最优解，为可控移相器在电网中合理有效地运行提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为3机9节点电力系统结构图；

图3为参数和目标函数值的曲线拟合图；

图4为安装可控移相器前的电压图；

图5为安装可控移相器后的电压图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，可控移相器参数优化配置方法，包括以下步骤：

步骤1，将不同的可控移相器参数输入预设的可控移相器参数优化模型，获得各可控移相器参数对应的目标函数值；

步骤2，构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线；

步骤3，根据拟合曲线，获取可控移相器参数的最优解。

上述方法通过可控移相器参数优化模型获取不同参数对应的目标函数值，构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线，利用拟合曲线获取可控移相器参数的最优解，为可控移相器在电网中合理有效地运行提供技术支撑。

上述可控移相器参数优化模型为预先构建的模型，考虑了电能质量和电压稳定性，包括目标函数和约束条件；其中目标函数具体如下：

其中，S(K)为目标函数，由电压质量和电压稳定指标两部分组成，α、β分别为不同性能指标在整个目标函数中的权重，α+β＝1，n为电力系统中负荷节点数，α_L为所有负荷节点的集合，V_i(K)为安装参数为K的可控移相器后负荷节点i的电压，V_r为负荷节点的额定运行电压，L_i(K)为安装参数为K的可控移相器后负荷节点i的电压稳定指标。

L_i(K)反应了负荷节点的电压稳定性，其值要越大，稳定性越差，具体计算公式为：

其中，

可控移相器参数优化模型约束条件包括电网运行约束条件和可控移相器设备约束条件；

电网运行约束条件包括：

1)节点功率平衡

特别的，当采用正交型可控移相器时，利用功率等效注入原理可计算出可控移相器向节点i和节点j注入的等效功率为：

其中，K表示正交型可控移相器的等效比例系数，即可控移相器的参数，B和G为线路上的电纳和电导，θ_ij为负荷节点i和负荷节点j之间线路两端的相角差，B_c表示负荷节点i和负荷节点j之间线路的对地电纳；

2)线路有功约束

PL_ij,min≤PL_ij≤PL_ij,max

3)节点电压约束

V_{i min}≤V_i(K)≤V_{i max}

其中，V_{i min}为负荷节点i电压允许的最小值，V_{i max}为负荷节点i电压允许的最大值，V_i(K)为负荷节点i实际的运行电压；

4)发电机有功、无功出力约束：

P_{G min}≤P_G≤P_{G max}

Q_{G min}≤Q_G≤Q_{G max}

5)可控移相器设备约束条件为可控移相器参数值约束：

0<K<1

其中，K为可控移相器参数。

不同的可控移相器参数输入上述的可控移相器参数优化模型，可获得不同的目标函数值，一个可控移相器参数对应一个目标函数值，即可获得可控移相器参数关于目标函数值的散点图，将可控移相器参数作为横坐标，将目标函数值作为纵坐标，构建可控移相器参数和目标函数值的拟合曲线，从拟合曲线中查找目标函数值最小的点，该点对应的可控移相器参数为最优解。

以图2中的3机9节点电力系统为例，图中G1～G3为发电机节点，B1～B9 为线路，PL1～PL6为负荷节点，在线路3-5(B3-B5)中串联正交型可控移相器来改善线路潮流分布、提高电力系统电压性能。

分别计算各可控移相器参数对应的目标函数值，具体如表1所示：

表1不同参数下的目标函数值

从表1可以看出，当在线路中加入内部参数为0.003、0.005或0.008的正交型可控移相器时，目标函数值将会下降，即系统的整体电压性能水平将会有所上升。

为了进一步确定正交型可控移相器参数的最优配置，以参数为横坐标，以目标函数值为纵坐标，将表1的数据绘于坐标轴上，并进行曲线拟合，通过拟合出的曲线进而估计出正交型可控移相器内部参数的最优解，拟合曲线如图3所示。

从图3可以看出，拟合出的曲线在内部参数取值为0.0043时，目标函数值将会取得最小值0.02584，因此输出可控移相器最优的参数为0.0043。

为了验证参数合理性，分别对比安装可控移相器前后电压稳定性和电能质量的变化情况。电压稳定性采用电力系统在遭受扰动后，恢复到稳态值2％范围内的调节时间长短进行评估。在5号节点处加入三相短路故障后(2s时发生故障，2.5s故障切除)，其电压有效值波形如图4所示。

从图4和5可以看出，安装可控移相器前系统的调节时间为2.87秒，而安装后缩短为2.49秒，减少了0.38秒。由此可见，在所设计的可控移相器投入后，整个系统抗干扰能力显著上升，电网电压的稳定性得到明显的改善.

当电压质量采用系统中各个负荷节点和额定运行电压之间偏移量的平方和进行评估时，系统安装可控移相器前的各个节点电压偏移量平方和为 0.0501；而安装了内部参数为0.0043的可控移相器后，该值变为0.0495，下降了1.2％。节点电压偏移量平方和的下降说明了安装可控移相器后，各个节点电压不断靠近额定运行电压，这同时也表明所设定可控移相器参数也有利于电力系统电压质量的提升。

基于上述实验可以看出，上述方法可靠有效，为可控移相器在电网中合理有效地运行提供技术支撑。

上述方法现有的软件系统，即可控移相器参数优化配置系统，包括：

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。