[發明專利]基于分布式次梯度算法的電力系統無功功率最優控制方法

有效

• 申請號: 201610219471.0
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105870933B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 肖亦琛;謝俊;岳東;黃崇鑫;翁盛煊;解相鵬;王曉亮
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明屬于電力系統優化調度領域，尤其是一種基于分布式次梯度算法的電力系統無功功率最優控制方法。

背景技術

隨著可再生能源滲透率日益擴大，電力網絡中無功功率設備數量不斷增加，如何改進現有的無功功率控制策略實現無功設備大規模調度成為電力工作者致力研究的方向。

電力系統無功優化是保證電力系統安全、經濟運行的重要手段，是減少系統有功功率損耗、改善電壓分布的有效措施。一方面，無功功率不足將導致系統電壓降低，嚴重的將引發電壓崩潰、系統瓦解等重大事故；另一方面，無功功率過剩會對設備和系統安全造成危害。由此可見，無功功率的合理分布直接影響電力系統的安全性、穩定性，并與經濟效益息息相關。

電力系統無功功率平衡的基本要求是：系統中的無功源可以發出的功率應大于或至少等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗之和。從改善電壓質量和降低網絡功率損耗考慮，應該盡量避免通過電網元件大量的傳送無功功率。因此，無功功率優化就是在電力系統運行期間，調度人員在保證有功功率分配條件下，通過無功功率控制系統無功潮流分布，使電力系統運行在既滿足各項約束，又能實現有功功率損耗最小的狀態。

目前電網中無功控制分為三層控制結構。第一層無功控制為局部控制，用于維持給定節點(常為發電機節點)的電壓水平。第二層無功控制為集中式控制，用于調節注入局部電壓區域的無功功率。兩層控制能夠達到最小化網損和改善電壓分布的目的，但不能在最優條件下調整無功功率的補償值。因此，必須通過第三層控制優化整個電力系統的發電/配電。

早期的無功補償問題一般是通過傳統優化算法例如線性規劃、梯度法、內點法和智能計算算法等進行優化控制，達到了改善電網性能的目的。然而，大多數無功控制都采用集中式方法控制，存在數據處理量龐大、內部通信結構復雜、延時等問題，因此無法實現在線優化。

智能電網概念的提出給最優無功功率控制的研究帶來了新的挑戰。智能電網中分布式發電機的大規模應用增大了最優無功功率控制的復雜程度。只有不斷改進無功功率控制方式，才能提高集成分布式發電機的響應速度。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種基于分布式次梯度算法的電力系統無功功率最優控制方法，利用分布式次梯度算法對電力系統無功功率的分布進行優化求解，并按照最優解執行無功功率的分布控制，能夠在改善電力系統運行狀況的同時降低電力系統的損耗。

實現本發明目的的技術解決方案為：

基于分布式次梯度算法的電力系統無功功率最優控制方法，包括以下步驟：

步驟1：以最小化有功功率損耗和改善電壓分布為目標，建立電力系統無功功率優化模型，并給定電力系統的初始線路參數和初始節點參數；

步驟2：針對電力系統控制變量建立潮流約束；

步驟3：設計控制變量的分布式次梯度算法；

步驟4：基于電力系統的多智能體，利用分布式次梯度算法對電力系統無功功率分布進行優化求解，得到與控制變量相關的目標函數次梯度值；

步驟5：根據次梯度值決策無功功率分布控制策略，無功功率控制器從智能體獲取信息后，無功功率控制器根據次梯度方向調整控制設備。

進一步的，本發明的基于分布式次梯度算法的電力系統無功功率最優控制方法，步驟1中的無功功率優化模型為：

f＝W₁P_L+W₂D_v+W₃C_T

其中，W₁、W₂、W₃分別為P_L、D_v和C_T的權重，P_L為功率損耗，n為節點個數，V_j、V_k分別為節點j、k的電壓值，δ_j、δ_k分別為節點j、k的相角，G_jk為節點j、k之間的電導，D_v為電壓分布，V_i、V_i^*分別為節點i的實際電壓值和理想電壓值，C_T為無功源成本，C₀、C₁分別為固定成本和可變成本，Q_ct為無功線性函數，x為二進制變量，表征無功源是否投入使用。