CN114884072A - 用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法和装置 - Google Patents

用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法和装置 Download PDF

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沈政委
孙华东
汤涌
仲悟之
王安斯
侯硕楠
赵兵
徐式蕴
易俊
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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Abstract

本发明公开了一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法，包括：获取线路k‑m开断后系统的有功网损变化量；根据有功网损变化量确定初级线路开断方案；确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据第一性能指标，获取第一线路开断方案；确定线路k‑m开断后系统的第二性能指标，根据第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案；根据第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。解决了现有技术中计算效率与计算精度无法兼顾的难题。

Description

用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法和装置
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，具体涉及一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法、装置和电子设备。
背景技术
网损是电力部分衡量系统运行经济性的重要指标之一。当前主流的网损优化策略包括以发电机出力调整再调度、无功补偿为主的节点注入功率法以及通过重构配电网、输电侧安装FACTS等为主的电网拓扑重构法两大类。通过调整节点注入功率来主动调节网络中的潮流分布的求解过程中需调整的控制量较多，求解效率较为低下。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法，包括：
获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量；将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案；
确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案；
确定用于线路k-m开断后系统的第二性能指标，根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案；
根据所述第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。
优选的，获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量，包括：
确定线路k-m开断后，线路i-j上的有功损耗值变化量为ΔPij-loss，
ΔPij-loss＝P'ij-loss-Pij-loss
其中，Pij-loss是系统正常运行时线路i-j上的有功功率损耗；P'ij-loss是线路k-m开断后线路i-j上的有功损耗P'ij-loss；
根据所述有功损耗值变化量ΔPij-loss和系统正常运行时线路k-m上的有功功率损耗Pkm-loss，确定线路k-m开断后系统的有功网损变化量ΔPloss-km，
Figure BDA0003349525830000021
式中Pkm-loss是系统正常运行时线路k-m上的有功功率损耗。
优选的，P'ij-loss和P'ij-loss通过下式求得，
Figure BDA0003349525830000022
式中，Gij、Bij分别为线路i-j导纳的实部与虚部；Vi、Vj分别是系统正常运行时节点i、j的电压；θij是线路i-j的电压相角差；ΔVi、ΔVj分别是线路k-m开断后节点i、j上的电压变化量；Δθij是线路k-m开断后i-j的电压相角差变化量。
优选的，将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案，包括：
定义预设阈值
Figure BDA0003349525830000023
为实数；
将所述有功网损变化量中
Figure BDA0003349525830000024
的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案。
优选的，确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标，包括：
确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标β，
β＝κ1(Ploss-base-Ploss-post)χ1-κ2mχ2
式中，Ploss-post是线路k-m开断后系统有功网损值；Ploss-base是线路k-m开断前系统有功网损值；χ1为单位有功网损成本；χ2为单次线路开断操作成本；m是线路开断数量；κ1、κ2是权重系数，且有κ1+κ2＝1。
优选的，确定用于线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后系统的第二性能指标，包括：
确定用于线路k-m开断后系统的第二性能指标δ，
δ＝κ1(Ploss-1-Ploss-2)χ1-κ2mχ2
式中，Ploss-1是线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后的有功网损值；Ploss-2是线路k-m开断后系统的原有功网损值。
本申请同时提供一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的装置，包括：
初级线路开断方案确定单元，用于获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量；将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案；
第一线路开断方案确定单元，用于确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案；
第二线路开断方案确定单元，用于确定用于线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后系统的第二性能指标，根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案。
优化单元，用于根据所述第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。
本申请同时提供一种电子设备，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述任一所述的方法。
附图说明
图1是本申请提供的一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法的流程示意图；
图2是本申请涉及的线路开断方案求解流程图；
图3是本申请涉及的单条线路方案应用后当前系统有功网损降低效果对比图；
图4是本申请涉及的多条线路方案应用后当前系统有功网损降低效果对比图；
图5是本申请提供的一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的装置示意图；
图6是本申请涉及的一种电子设备。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
图1是本申请提供的一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法的流程示意图，下面结合图1对本申请提供的方法进行详细说明。
步骤S101，获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量；将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案。
针对高比例新能源电力系统运行中的有功网损问题，综合考虑响应速度、操作便捷性、经济性等因素，本发明通过将线性方法与非线性方法相结合提出一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法。
其特征在于：将线性方法与非线性方法相结合，主要包括筛选、详细分析、方案质量评估三个阶段。筛选阶段定义了线路k-m开断后造成系统总有功网损变化量指标，并设定非零实数阈值以提升筛选速度、提高筛选质量，评定出初级线路开断方案；详细分析阶段定义了用于降低系统有功网损的第一性能指标，并基于该指标评定出第一线路开断方案；方案质量评估阶段定义了第二性能指标，并将满足第二性能指标的第一线路开断方案作为第二线路开断方案。
具体的在筛选阶段，确定线路k-m开断后，线路i-j上的有功损耗值变化量为ΔPij-loss，
ΔPij-loss＝P'ij-loss-Pij-loss
其中，Pij-loss是系统正常运行时线路i-j上的有功功率损耗；P'ij-loss是线路k-m开断后线路i-j上的有功损耗P'ij-loss；
根据所述有功损耗值变化量ΔPij-loss和系统正常运行时线路k-m上的有功功率损耗Pkm-loss，确定线路k-m开断后系统的有功网损变化量ΔPloss-km，
Figure BDA0003349525830000051
式中Pkm-loss是系统正常运行时线路k-m上的有功功率损耗。
P'ij-loss和P'ij-loss通过下式求得，
Figure BDA0003349525830000052
式中，Gij、Bij分别为线路i-j导纳的实部与虚部；Vi、Vj分别是系统正常运行时节点i、j的电压；θij是线路i-j的电压相角差；ΔVi、ΔVj分别是线路k-m开断后节点i、j上的电压变化量；Δθij是线路k-m开断后i-j的电压相角差变化量。
为提升筛选速度、提高筛选质量，定义预设阈值
Figure BDA0003349525830000053
为实数；
将所述有功网损变化量中
Figure BDA0003349525830000054
的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案。
步骤S102，确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案。
详细分析阶段，确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标β，
β＝κ1(Ploss-base-Ploss-post)χ1-κ2mχ2
式中，Ploss-post是线路k-m开断后系统有功网损值；Ploss-base是线路k-m开断前系统有功网损值；χ1为单位有功网损成本；χ2为单次线路开断操作成本；m是线路开断数量；κ1、κ2是权重系数，且有κ1+κ2＝1。
根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案。
步骤S103，确定用于线路k-m开断预设时间后系统的第二性能指标，根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案。
方案质量评估阶段，在获取第一线路开断方案后，基于牛顿-拉夫逊法评估第一线路开断方案应用后系统运行60分钟时的运行工况及有功网损状况，确定用于线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后系统的第二性能指标δ，δ为线路k-m开断的情况下系统运行60分钟时的性能指标，可描述为
δ＝κ1(Ploss-1-Ploss-2)χ1-κ2mχ2
式中，Ploss-1是线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后的有功网损值；Ploss-2是线路k-m开断后的原有功网损值。
根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案，
步骤S104，根据所述第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。
基于δ评定出一组高质量线路开断方案即第二线路开断方案，优化电网拓扑结构达到降低系统有功网损的目的。解决了现有相关技术中计算效率与计算精度无法兼顾的难题。该方法计算量小、精度高、适用性强，可广泛应用于实际电网以解决相关问题。
具体应用的实施例如下：
以IEEE 300节点系统为例，该系统共有69台发电机、300个节点及411条支路，总负荷有功为23525.8MW，发电机总有功出力32678.4MW。基于牛顿-拉夫逊法计算当前系统的运行状态后可知基态系统的有功网损为408.31MW。为便于分析，将变量设定为：χ1＝20$、χ2＝5$，κ1＝0.8、κ2＝0.2，实际操作中可按真实价格及实际需求计算、分析。
(1)应用场景一：单条线路开断降低系统有功网损
基于本申请提供的用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法，按照图2所示求解流程给定了一组可有效降低系统有功网损的单条线路开断方案。各阶段计算结果如表1、2及图3所示。
表1单条线路开断降低系统有功网损筛选结果
Figure BDA0003349525830000061
Figure BDA0003349525830000071
表2单条线路开断降低系统有功网损详细分析与方案质量评估结果
Figure BDA0003349525830000072
由表1、2及图3可以看出，本申请的方法提供了一组可有效降低当前系统有功网损的单条线路开断方案，即第一线路开断方案，待将该第一线路开断方案应用后系统运行60分钟时发现线路8-14的开断会再次造成网损过高，故在第二线路开断方案中舍弃了线路8-14这一开断方案，避免了后续反复调控，提升了解决方案的质量。
(2)应用场景二：多条线路开断降低系统有功网损
设定线路开断数目m＝2。基于本申请提供的用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法按照图2所示求解流程给定了一组可有效降低系统有功网损的多条线路同时开断的方案。各阶段计算结果如表3及图4所示。
表3多条线路开断降低系统有功网损分析与评估结果
Figure BDA0003349525830000073
Figure BDA0003349525830000081
由表3及图4可以看出，本申请的方法提供了一组可有效降低当前系统有功网损的单条线路开断方案，即第一线路开断方案，待将该第一线路开断方案应用后系统运行60分钟时发现线路14-15与57-58、线路14-15与58-59开断后均大幅加重了方案应用后系统在新负荷水平下的原有功网损值，故需将该两种方案舍弃，并最终依据式(6)的第二性能指标评定出第二线路开断方案。
基于同一发明构思，本申请提供一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的装置500，如图5所示，包括：
初级线路开断方案确定单元510，用于获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量；将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案；
第一线路开断方案确定单元520，用于确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案；
第二线路开断方案确定单元530，用于确定用于线路k-m开断预设时间后系统的第二性能指标，根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案。
优化单元540，用于根据所述第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。
图6示出了根据本公开实施例的电子设备的框图。如图6所示，电子设备包括一个或多个处理器61和存储器62。
处理器61可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
存储器62可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器81可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本公开的各个实施例的软件程序的对历史变更记录进行信息挖掘的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置83和输出装置84，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
此外，该输入装置63还可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置64可以向外部输出各种信息。该输出设备64可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的方法，其特征在于，包括：
获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量；将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案；
确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案；
确定用于线路k-m开断后系统的第二性能指标，根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案；
根据所述第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量，包括：
确定线路k-m开断后，线路i-j上的有功损耗值变化量为ΔPij-loss，
ΔPij-loss＝P'ij-loss-Pij-loss
其中，Pij-loss是系统正常运行时线路i-j上的有功功率损耗；P'ij-loss是线路k-m开断后线路i-j上的有功损耗P'ij-loss；
根据所述有功损耗值变化量ΔPij-loss和系统正常运行时线路k-m上的有功功率损耗Pkm-loss，确定线路k-m开断后系统的有功网损变化量ΔPloss-km，
Figure FDA0003349525820000011
式中Pkm-loss是系统正常运行时线路k-m上的有功功率损耗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，P'ij-loss和P'ij-loss通过下式求得，
Figure FDA0003349525820000012
式中，Gij、Bij分别为线路i-j导纳的实部与虚部；Vi、Vj分别是系统正常运行时节点i、j的电压；θij是线路i-j的电压相角差；ΔVi、ΔVj分别是线路k-m开断后节点i、j上的电压变化量；Δθij是线路k-m开断后i-j的电压相角差变化量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案，包括：
定义预设阈值
Figure FDA0003349525820000021
为实数；
将所述有功网损变化量中
Figure FDA0003349525820000022
的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标，包括：
确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标β，
β＝κ1(Ploss-base-Ploss-post)χ1-κ2mχ2
式中，Ploss-post是线路k-m开断后系统有功网损值；Ploss-base是线路k-m开断前系统有功网损值；χ1为单位有功网损成本；χ2为单次线路开断操作成本；m是线路开断数量；κ1、κ2是权重系数，且有κ1+κ2＝1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定用于线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后系统的第二性能指标，包括：
确定用于线路k-m开断后系统的第二性能指标δ，
δ＝κ1(Ploss-1-Ploss-2)χ1-κ2mχ2
式中，Ploss-1是线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后的有功网损值；Ploss-2是线路k-m开断后系统的原有功网损值。
7.一种用于降低高比例新能源电力系统有功网损的装置，其特征在于，包括：
初级线路开断方案确定单元，用于获取线路k-m开断后系统的有功网损变化量；将所述有功网损变化量中小于预设阈值的有功网损变化量对应的开断线路作为初级线路开断方案；
第一线路开断方案确定单元，用于确定用于降低系统有功网损的线路开断方案质量的第一性能指标；根据所述第一性能指标，获取所述初级线路开断方案中满足所述第一性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第一线路开断方案；
第二线路开断方案确定单元，用于确定用于线路k-m开断的情况下系统运行预设时间后系统的第二性能指标，根据所述第二性能指标，获取所述第一线路开断方案中满足所述第二性能指标的线路开断方案，将所述线路开断方案作为第二线路开断方案。
优化单元，用于根据所述第二线路开断方案，通过优化电网拓扑结构降低高比例新能源电力系统有功网损。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-6任一所述的方法。
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