CN115498647A - 基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法 - Google Patents

基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，利用直流输电系统参与有功调节，通过迭代优化直流输电系统的功率控制参数，将新参数更新入系统优化模型后进行潮流计算，获得满足潮流稳定性和约束条件且目标函数值更优的功率控制参数。直流输电系统具有功率灵活可控，响应速度快的特点，经过直流系统优化后的输电断面，系统输送功率的能力进一步得到提升。本发明通过直流有功参数的优化，让电网断面潮流均匀，实现电网输电断面的承载力最大，进一步提升发电中心和负荷中心不匹配的交流系统内部输电断面的功率输送能力。

Description

基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法
技术领域
本发明属于交直流技术领域，涉及一种基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法。
背景技术
随着经济的快速发展，电力系统的规模在不断的扩大。在电网内部，发电中心和用电中心很难完全匹配，此时系统内部输电断面潮流的压力随着负荷需求的增长不断加重。由于发电中心与用电中心分布不均，电网断面的潮流常常处于重载情况。
由于传统的纯交流系统输电断面为纯交流线路，断面潮流呈现自然分布的状态，当一条线路的潮流达到限值时，整个断面将无法输送更多的有功功率，会制约系统中整个断面对有功功率的输送。为了提升交流断面的承载力，需要能够灵活控制断面潮流分布的手段，实现断面有功功率的最大传输，但目前尚欠缺有效手段。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，通过直流系统有功参数优化提升电网内部输电断面承载力。考虑到直流系统功率灵活可控，且响应速度快，本发明通过对换流站有功参考值进行优化修正，转移线路中重载线路的潮流，实现输电断面功率的最大传输。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，利用直流系统参与有功调节，通过迭代优化直流系统的功率控制参数，更新功率控制参数后进行潮流计算，获得满足潮流收敛性和约束条件且目标函数值更优的功率控制参数。
进一步的，以上方法包括如下步骤：
步骤一，初始化，建立稳定的交直流输电网络潮流数据集；
步骤二：根据线路拓扑和潮流情况，将电网断面中的直流系统有功参数作为优化变量，进行迭代优化，每一轮迭代循环中，对直流有功控制参数进行优化修正；
步骤三：在每一轮迭代循环中，将修正后的新直流有功控制参数的值更新后进行潮流计算；
步骤四：根据潮流计算的结果，对潮流异常情况进行判断，当潮流计算结果不收敛时，对异常潮流的有功参数重新修正优化方向，当不满足约束条件时，对有功参数重新修正优化方向；
步骤五：当潮流计算结果收敛并满足约束条件时，计算目标函数值；
步骤六：对比修正前的目标函数和更新后的目标函数，当修正后的目标函数更优时进入下一步，否则对有功参数重新修正优化方向；
步骤七：对满足潮流稳定性和约束条件和目标函数值更优的优化变量，检查是否满足优化结束条件，若满足则输出优化结果，选定最适合当前系统潮流情况下的直流系统有功控制参数，若不满足则沿着优化方向继续寻优。
进一步的，所述步骤二中，对直流系统有功参数的优化修正采用智能优化算法或解析优化算法。
进一步的，所述步骤四中，潮流计算的结果包括以下三种情况：潮流计算结果收敛且满足约束条件；潮流计算结果收敛且不满足约束条件；线路潮流计算结果不收敛。
进一步的，约束条件为满足稳态运行条件。
进一步的，所述步骤五中，选择以下目标函数中之一作为合适的目标函数进行计算：
（1）线路平均负载率最小：
Figure 672242DEST_PATH_IMAGE001
（2）线路负载率最大值最小：
Figure 767237DEST_PATH_IMAGE002
（3）线路负载率方差最小：
Figure 623197DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 383212DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 742649DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 257813DEST_PATH_IMAGE006
分别为不同的目标函数，
Figure 335490DEST_PATH_IMAGE007
表示第m次直流有功参数优化后，断面线路j电流测量值，
Figure 243403DEST_PATH_IMAGE008
表示线路j的额定电流；
Figure 441035DEST_PATH_IMAGE009
表示输电断面电流的平均负载率；
Figure 346675DEST_PATH_IMAGE010
表示第n条输电断面线路的电流测量值。
进一步的，所述步骤七中，所述优化结束条件包括以下方式中的至少一种：迭代次数或收敛性。
进一步的，参与有功调节的直流系统包括断面的1条直流线路或多条直流线路，所述参与有功调节的直流系统为基于晶闸管的常规直流输电系统或基于全控型器件的柔性直流输电系统。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
直流系统具有功率灵活可控，响应速度快的特点，经过直流系统优化后的输电断面，系统输送功率的能力进一步得到提升。本发明通过直流有功参数的优化，让电网断面潮流均匀，实现电网输电断面的承载力最大，进一步提升发电中心和负荷中心不匹配的交流系统内部输电断面的功率输送能力。
附图说明
图1为本发明提供的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法流程图。
图2为测试系统拓扑图，其中虚线表示节点通过其他交流节点间接相连。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供了一种基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，通过迭代优化直流系统的功率控制参数，将新的参数更新至系统优化模型，提升系统中的输电断面的承载力。本发明利用直流系统参与有功调节，能够充分发挥直流系统功率灵活可控的特点，参与有功调节的直流系统可以包括断面的1条甚至多条，可以是基于晶闸管的常规直流输电系统，也可以是基于全控型器件的柔性直流输电系统。本发明流程如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一：初始化，建立一个稳定的交直流输电网络潮流数据集，所述交直流输电网络包含但不限于各类发电节点、负荷节点、输电线路和直流系统等各类电气设备。
步骤二：根据线路拓扑和潮流情况确认输电断面和潮流，将电网断面中的直流系统有功参数作为优化变量，进行迭代优化。应根据研究系统的规模，合理选择包括但不限于适合大电网的智能优化算法和适用于小规模电网的解析优化算法。应根据系统的大小，考虑计算机算力进行选择，当电网系统较大时，可以考虑智能优化算法，当研究系统不大时，可以考虑解析算法如内点法等。每一轮迭代循环中，需要对直流有功控制参数进行优化修正。
步骤三：在直流系统功率优化的过程中，将新直流有功控制参数的值更新至系统优化模型，并进行潮流计算；更新公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（1）
其中
Figure 301861DEST_PATH_IMAGE012
表示第i条直流有功参数设置；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示第i条直流系统第n+1次有功参数设置。
步骤四：根据潮流计算的结果，对潮流异常情况进行判断，并将异常潮流的有功参数返回修正潮流计算的结果分为以下几种：潮流计算结果收敛且满足约束条件；潮流计算结果收敛，不满足约束条件；线路潮流计算结果不收敛三种情况，将其中后两种判定为异常情况，并对异常潮流的有功参数重新修正优化方向。其中约束条件主要是指满足稳态运行条件。作为改进，设置一些手段规避异常解，包括但不限于不满足不等式约束、引入惩罚函数等手段。当不满足约束条件时，对有功参数重新修正优化方向。
步骤五：在满足潮流收敛和约束条件下，计算目标函数值，目标函数用于改善输电断面的均衡度以提升输电断面的承载力，对断面潮流的优化目标包括但不限于通过使电网断面潮流的平均值、方差最小等潮流均匀的目标，使断面中负载最严重的线路负载率最小的目标等。本发明中采用的目标函数的形式如下：
线路平均负载率最小：
Figure 747886DEST_PATH_IMAGE014
（2）
线路负载率最大值最小：
Figure 534445DEST_PATH_IMAGE002
（3）
线路负载率方差最小：
Figure 610986DEST_PATH_IMAGE003
（4）
可根据需要选择其一作为合适的目标函数。
其中，
Figure 912523DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 631080DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 350774DEST_PATH_IMAGE006
分别为不同的目标函数，
Figure 129375DEST_PATH_IMAGE007
表示第m次直流有功参数优化后，断面线路j电流测量值，
Figure 121470DEST_PATH_IMAGE008
表示线路j的额定电流；
Figure 909298DEST_PATH_IMAGE009
表示输电断面电流的平均负载率；
Figure 670449DEST_PATH_IMAGE010
表示第n条输电断面线路的电流测量值。
步骤六：对比修正前的目标函数
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和更新后的目标函数
Figure 557634DEST_PATH_IMAGE016
，当修正后的目标函数
Figure 568184DEST_PATH_IMAGE016
更优时进入下一步，否则对有功参数重新修正优化方向。
Figure 690861DEST_PATH_IMAGE015
表示第m次直流有功参数优化后目标函数值；
Figure 853989DEST_PATH_IMAGE016
表示第m+1次直流有功参数优化后目标函数值。
步骤七：对满足潮流收敛性和约束条件和目标函数值更优的优化变量，根据优化程序不同，检查是否满足优化结束条件，包括但不限于优化迭代次数或最后的收敛性，若满足则输出优化结果，选定最适合当前系统潮流情况下的直流系统有功控制参数，若不满足则继续沿着优化方向继续寻优。
在交直流系统有功潮流优化中，采用本发明所提出的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法进行如下实验。
测试环境：在BPA环境中搭建了交直流仿真系统，如图2所示。在不改变发电中心出力和负荷中心负载的情况下，对直流输电系统的有功控制参数进行优化，这里选择采用一条柔性直流输电系统，其中直流的容量为（±2400MW）；对比系统中存在直流优化和不做优化情况，验证直流有功参数优化可以提升系统输电断面传输功率的能力。
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表1
由优化前后平均负载率对比可以看出，经过优化后，系统输电断面负载分布更为均匀。在交直流混合系统中，采用本发明提出的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，能够优化交直流系统中输电断面的电网潮流情况，实现交直流系统的有功功率的最大化传输，包括但不限于新能源节点、区外来电节点和传统的系统内部发电厂节点与各类型负荷节点间因为分布不均造成输电断面上的潮流拥塞。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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.基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，利用直流系统参与有功调节，通过迭代优化直流系统的功率控制参数，更新功率控制参数后进行潮流计算，获得满足潮流收敛性和约束条件且目标函数值更优的功率控制参数。
2.根据权利要求1所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，初始化，建立稳定的交直流输电网络潮流数据集；
步骤二：根据线路拓扑和潮流情况，将电网断面中的直流系统有功参数作为优化变量，进行迭代优化，每一轮迭代循环中，对直流有功控制参数进行优化修正；
步骤三：在每一轮迭代循环中，将修正后的新直流有功控制参数的值更新后进行潮流计算；
步骤四：根据潮流计算的结果，对潮流异常情况进行判断，当潮流计算结果不收敛时，对异常潮流的有功参数重新修正优化方向，当不满足约束条件时，对有功参数重新修正优化方向；
步骤五：当潮流计算结果收敛并满足约束条件时，计算目标函数值；
步骤六：对比修正前的目标函数和更新后的目标函数，当修正后的目标函数更优时进入下一步，否则对有功参数重新修正优化方向；
步骤七：对满足潮流稳定性和约束条件和目标函数值更优的优化变量，检查是否满足优化结束条件，若满足则输出优化结果，选定最适合当前系统潮流情况下的直流系统有功控制参数，若不满足则沿着优化方向继续寻优。
3.根据权利要求2所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，所述步骤二中，对直流系统有功参数的优化采用智能优化算法或解析优化算法。
4.根据权利要求2所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，所述步骤四中，潮流计算的结果包括以下三种情况：潮流计算结果收敛且满足约束条件；潮流计算结果收敛且不满足约束条件；线路潮流计算结果不收敛。
5.根据权利要求4所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，约束条件为满足稳态运行条件。
6.根据权利要求2所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，所述步骤五中，选择以下目标函数中之一作为合适的目标函数进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（2）线路负载率最大值最小：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（3）线路负载率方差最小：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
分别为不同的目标函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示第m次直流有功参数优化后，断面线路j电流测量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示线路j的额定电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示输电断面电流的平均负载率；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示第n条输电断面线路的电流测量值。
7.根据权利要求2所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，所述步骤七中，所述优化结束条件包括以下方式中的至少一种：迭代次数或收敛性。
8.根据权利要求1所述的基于直流快速功率控制的电网断面潮流优化方法，其特征在于，参与有功调节的直流系统包括断面的1条直流线路或多条直流线路，所述参与有功调节的直流系统为基于晶闸管的常规直流输电系统或基于全控型器件的柔性直流输电系统。
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