基于非拓扑法等值的互联电网无功优化计算方法

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201610129860.4 

申 请 日：20160308 

发 明 人：余娟代伟赵霞颜伟刘珏麟 

申 请 人：重庆大学 

申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 

公 开 日：20160504 

公 开 号：CN105550790A 

代 理 人：王翔 

代理机构：重庆大学专利中心 50201 

摘　　要：本发明公开了一种基于非拓扑法等值的互联电网无功优化计算方法，利用计算机，通过程序，先输入边界节点处的电压、功率等数据，根据非拓扑等值法求解外网等值网络参数，然后建立互联电网的无功优化模型，采用内点法进行无功优化计算。本发明方法能够在外网实时同步数据无法获取时，通过考虑元件全面性的外网等值方法，将外网较为全面的信息保留在等值网络，从而提高了无功优化的精度。本发明方法通过构建的元件全面性外网等值网络，保留边界节点之间的功率转移关系以及能精确的反映外网对内网的电压无功支撑能力，从而保证了无功优化计算的精度。 

主 权 项：基于非拓扑法等值的互联电网无功优化计算方法，其特征在于：所述方法具体步骤包括以下内容；1)确定m时刻数依据内外网相连的端口数，通过公式(1)确定求解等值网络参数所需的PMU时刻数；2mn＞n²+6n???????(1)式中，n为内外网相连的端口数，m为待求的PMU采样时刻数；2)输入测量数据输入m个时刻各边界节点处PMU的电压量测值和m个时刻各边界节点向内网注入的等效电流量测值其中i＝1,2,...,n,n为内外网相连的端口数，t＝t₁,t₂,...,t_m,t为PMU采样时刻，m为总的PMU采样时刻数；3)建立等值网络测量方程根据第2)步输入的电压量测量与等效量测量，建立等值网络的量测方程和$\begin{array}{c}{f}_{1i}^t\left(x\right)=\alpha [E_{i,\mathrm{Re}}-U_{i,\mathrm{Re}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)+Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)]\\ -\beta [E_{i,\mathrm{Im}}-U_{i,\mathrm{Im}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)-Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)]\\ -\underset{j=1,j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}[\eta (U_{i,\mathrm{Re}}^t-U_{j,\mathrm{Re}}^t)-\mu (U_{i,\mathrm{Im}}^t-U_{j,\mathrm{Im}}^t)]=0\end{array}---\left(2\right)$$\begin{array}{c}{f}_{2i}^t\left(x\right)=\alpha [E_{i,\mathrm{Im}}-U_{i,\mathrm{Im}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)-Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)]\\ +\beta [E_{i,\mathrm{Re}}-U_{i,\mathrm{Re}}^t-Z_{i,\mathrm{Re}}(I_{i,\mathrm{Re}}-B_i{U}_{i,\mathrm{Im}}^t)+Z_{i,\mathrm{Im}}(I_{i,\mathrm{Im}}+B_i{U}_{i,\mathrm{Re}}^t)]\\ -\underset{j=1,j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}[\eta (U_{i,\mathrm{Im}}^t-U_{j,\mathrm{Im}}^t)+\mu (U_{i,\mathrm{Re}}^t-U_{j,\mathrm{Re}}^t)]=0\end{array}---\left(3\right)$与分别表示t时刻第i个边界节点处量测方程的实部与虚部，x＝[E_i,Re,E_i,Im,Z_i,Re,Z_i,Im,Z_ij,Re,Z_ij,Im,S_Li,Re,S_Li,Im,B_i]^T,i＝1,2,...,n，j＝1,2,…,n,j≠i，x为待求的等值网络参数矩阵，i代表第i个边界节点，j代表第j个边界节点，n为内外网相连的端口数；其中E_i,Re和E_i,Im分别为第i个边界节点处所对应等值虚拟发电机节点电压实部与虚部；Z_i,Re和Z_i,Im分别为第i个边界节点处所对应等值支路的电阻和电抗；Z_ij,Re和Z_ij,Im分别为第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电阻和电抗；S_Li,Re和S_Li,Im分别为第i个边界节点处的负荷对应的等值电流的实部和虚部；B_i为第i个边界节点处对应的对地支路；和分别为第i个边界节点的电压实部和虚部；和分别为第j个边界节点的电压实部和虚部，t表示第t个时刻；I_i,Re和I_i,Im分别为第i个边界节点处负荷等值电流与边界节点向内网注入的等效电流之和的实部和虚部；α和β分别代表了的实部和虚部，η和μ分别代表了的实部和虚部，其中Z_ij为边界节点i与边界节点j之间的等值阻抗，Z_ik为边界节点i与边界节点k之间的等值阻抗，k＝1,2,…,n，k≠i,j；4)建立等值参数约束方程公式(4)表示为输入的最大运行方式下等值网络的等值参数向量x_maxo；x_maxo＝[E_i,maxo,R_i,maxo,X_i,maxo,R_ij,maxo,X_ij,maxo,P_Li,maxo,Q_Li,maxo,B_i,maxo]^T???(4)公式(5)表示为输入的最小运行方式下的等值网络的等值参数向量x_mino；x_mino＝[E_i,mino,R_i,mino,X_i,mino,R_ij,mino,X_ij,mino,P_Li,mino,Q_Li,mino,B_i,mino]^T??????(5)依据最大最小运行方式等值参数建立公式(6)?(13)的等值参数约束方程；B_i,mino≤B_i'≤B_i,maxo????????????????(6)R_i,maxo≤Z_i,Re'≤R_i,mino?????????????(7)X_i,maxo≤Z_i,Im'≤X_i,mino?????????????(8)R_ij,maxo≤Z_ij,Re'≤R_ij,mino??????????(9)X_ij,maxo≤Z_ij,Im'≤X_ij,mino??????????(10)P_Li,mino≤S_Li,Re'≤P_Li,maxo??????????(11)Q_Li,mino≤S_Li,Im'≤Q_Li,maxo??????????(12)$E_{i,min}\le \sqrt{{E_{i,\mathrm{Re}}}^{\prime 2}+{E_{i,\mathrm{Im}}}^{\prime 2}}\le E_{i,\max }---\left(13\right)$其中B_i,mino和B_i,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点所对应的等值对地支路；B_i'为当前待求的第i个边界节点处对应的对地支路；R_i,mino和R_i,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点所对应等值支路的电阻；Z_i,Re'为当前待求的第i个边界节点处对应等值支路的电阻；X_i,mino和X_i,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点所对应等值支路的电抗；Z_i,Im'为当前待求的第i个边界节点处对应等值支路的电抗；R_ij,mino和R_ij,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电阻；Z_ij,Re'为当前待求的第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电阻；X_ij,mino和X_ij,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电抗；Z_ij,Im'为当前待求的第i个边界节点与第j个边界节点之间等值支路的电抗；E_i,min和E_i,max分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点处所对应等值虚拟发电机节点电压；E_i,Re'和E_i,Im'分别为待求的第i个边界节点处所对应等值虚拟发电机节点电压实部和虚部；P_Li,mino和P_Li,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点处的负荷有功功率；Q_Li,mino和Q_Li,maxo分别为最小运行方式下和最大运行方式下第i个边界节点处的负荷无功功率；S_Li,Re'和S_Li,Im'分别为待求的第i个边界节点处的负荷对应的等值负荷的有功功率和无功功率；5)建立等值网络的优化模型利用公式(14)建立等值网络优化模型的目标函数；$min\left(\underset{t=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\right[{\left(f_{1i}^t\right(x\left)\right)}^2+{\left(f_{2i}^t\right(x\left)\right)}^2\left]\right)---\left(14\right)$式中m为PMU采样时刻数，n为内外网相连的端口数；与分别表示t时刻第i个边界节点处量测方程的实部与虚部；6)求解外网等值参数通过内点法直接求得外网等值参数x；7)建立无功优化的目标函数基于步骤6)中求取的外网等值参数建立全网网损最少的无功优化目标函数；min?f_I(Q_CI,Q_GI,K_I,U_GI,U_Geq,Q_Ceq,U_LI,U_Leq)?????(15)式(15)中f_I(*)为全网无功优化的目标函数；Q_CI和Q_GI分别为内网无功补偿装置补偿的无功功率向量与内网发电机发出的无功功率向量；K_I为内网变压器变比向量；U_GI和U_Geq分别为内网发电机机端电压向量和外网等值发电机机端电压向量；Q_Geq和Q_Ceq分别为等值外网发电机无功功率向量和等值外网等值对地支路的无功功率向量；U_LI和U_Leq分别为内网与等值外网非发电机节点电压向量；8)建立无功优化的等式约束根据潮流功率平衡方程分别建立有功功率与无功功率的等式约束；$P_a-U_a\underset{b=1}{\overset{N_A}{\Sigma }}{U}_b(G_{a,b}{\mathrm{cos\delta }}_{a,b}+B_{a,b}{\mathrm{sin\delta }}_{a,b})=0---\left(16\right)$$Q_a-U_a\underset{b=1}{\overset{N_A}{\Sigma }}{U}_b(G_{a,b}{\mathrm{sin\delta }}_{a,b}-B_{a,b}{\mathrm{cos\delta }}_{a,b})=0---\left(17\right)$式(16)与(17)中，a、b为内网与等值外网节点，a＝1,2,...,N_A，b＝1,2,...,N_A，N_A为内网与等值外网的所有节点总数，P_a和Q_a分别为节点a的注入有功功率与无功功率，U_a、δ_a分别为节点a处的电压幅值和相角，U_b、δ_b分别为节点b处的电压幅值和相角，式中δ_a,b＝δ_a?δ_b；G_a,b、B_a,b分别为节点导纳矩阵的第a行、第b列项元素的实部和虚部，sin与cos分别表示正弦函数与余弦函数；9)建立无功优化的不等式约束根据各控制变量与状态变量的上下限建立无功优化的不等式约束：$\begin{array}{cc}{Q}_{{\mathrm{CI}}_c}^{\min }\le Q_{{\mathrm{CI}}_c}\le Q_{{\mathrm{CI}}_c}^{\max }& c=1,2,...,N_{CI}\end{array}---\left(18\right)$$\begin{array}{cc}{Q}_{{\mathrm{GI}}_d}^{\min }\le Q_{{\mathrm{GI}}_d}\le Q_{{\mathrm{GI}}_d}^{\max }& d=1,2,...,N_{GI}\end{array}---\left(19\right)$$\begin{array}{cc}{K}_{I_e}^{\min }\le K_{I_e}\le K_{I_e}^{\max }& e=1,2,...,N_{KI}\end{array}---\left(20\right)$$\begin{array}{cc}{U}_{{\mathrm{GI}}_d}^{\min }\le U_{{\mathrm{GI}}_d}\le U_{{\mathrm{GI}}_d}^{\max }& d=1,2,...,N_{GI}\end{array}---\left(21\right)$$\begin{array}{cc}{U}_{{\mathrm{Geq}}_g}^{\min }\le U_{{\mathrm{Geq}}_g}\le U_{{\mathrm{Geq}}_g}^{\max }& g=1,2,...,N_B\end{array}---\left(22\right)$$\begin{array}{cc}{Q}_{{\mathrm{Geq}}_g}^{\min }\le Q_{{\mathrm{Geq}}_g}\le Q_{{\mathrm{Geq}}_g}^{\max }& g=1,2,...,N_B\end{array}---\left(23\right)$$\begin{array}{cc}{Q}_{{\mathrm{Ceq}}_g}^{\min }\le Q_{{\mathrm{Ceq}}_g}\le Q_{{\mathrm{ceq}}_g}^{\max }& g=1,2,...,N_B\end{array}---\left(24\right)$$\begin{array}{cc}{U}_{{\mathrm{LI}}_l}^{\min }\le U_{{\mathrm{LI}}_l}\le U_{{\mathrm{LI}}_l}^{\max }& l=1,2,...,N_{LI}\end{array}---\left(25\right)$$\begin{array}{cc}{U}_{{\mathrm{Leq}}_g}^{\min }\le U_{{\mathrm{Leq}}_g}\le U_{{\mathrm{Leq}}_g}^{\max }& g=1,2,\mathrm{...},N_B\end{array}---\left(26\right)$式(18)?(26)中N_CI,N_GI,N_KI,N_LI和N_B分别对应内网无功补偿装置节点数，内网发电机节点数，内网变压器支路数，内网非发电机节点数以及边界节点数；为内网节点c处的无功补偿装置补偿的无功功率，Q_CI为内网无功补偿装置补偿的无功功率向量，和分别为内网节点c处的无功补偿装置无功功率的上下界；为节点d处的内网发电机发出的无功功率，Q_GI为内网发电机发出的无功功率向量，和分别为内网节点d处发电机发出的无功功率的上下界；为内网第e个变压器变比，K_I为内网变压器变比向量，与分别为内网第e个变压器变比上下限；为内网节点d处发电机端电压幅值，U_GI为内网发电机机端电压向量，和分别为内网节点d处发电机端电压幅值上下限；为外网节点g处的等值发电机机端电压幅值，为外网等值发电机机端电压向量，和分别为等值外网发电机端电压幅值上下限；为外网节点g处的等值发电机发出的无功功率，Q_Geq为等值外网发电机无功功率向量，和分别为等值外网发电机发出的无功功率上下界；为等值外网节点g处等值对地支路的无功功率，Q_Ceq为等值外网等值对地支路的无功功率向量，和分别为等值外网节点g处等值对地支路的无功功率上下界；为内网节点l处非发电机节点电压幅值，U_LI为内网非发电机节点电压向量，和分别为内网节点l处非发电机节点电压幅值上下限；为节点g处等值外网非发电机节点电压幅值，U_Leq为等值外网非发电机节点电压向量，和分别为节点g处等值外网非发电机节点电压幅值上下限；10)无功优化计算结合式(15)?(26)建立互联电网的无功优化计算模型，通过内点法求解该无功优化模型计算出无功优化结果。 

关 键 词： 

法律状态：公开 

IPC专利分类号：G06Q10/04(2012.01)I;G06Q50/06(2012.01)I