[發明專利]針對高壓輸電網絡的基于互補約束解耦牛頓法的無功優化方法

在審

• 申請號: 201910801687.1
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN110535122A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 石偉釗;邢秉元;黃林存;劉樹勇;劉曉林;于祥濤;陳曉晉;繳麗辰;楊盛楠;葛貝暢;宋洋;李娟
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/48;H02J3/50
• 代理公司: 12108 天津才智專利商標代理有限公司
• 代理人: 張文華<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及針對高壓輸電網絡的基于互補約束解耦牛頓法的無功優化方法，包括如下步驟：S1、構建目標函數及約束條件；S2、根據步驟S1中的目標函數及約束條件，構建無功優化的解耦數學模型：S3、對步驟S2中的解耦數學模型運用解耦牛頓法進行處理；S4、利用光滑牛頓解耦算法對步驟S3中的解耦數學模型進行求解。本發明根據高壓電力系統的有功?無功(PQ)弱耦合特性，引入PQ解耦處理，從而可以大大降低需求解方程組的維度、提高計算速度。

技術領域

本發明屬于電力系統無功優化技術領域，尤其涉及針對高壓輸電網絡的基于互補約束解耦牛頓法的無功優化方法。

背景技術

近年來世界范圍內多次發生的電網重大停電事故中，因電壓崩潰而引發的過負荷“連鎖跳閘”是一個重要原因。如1987年7月23日的東京大停電，由于正處夏季用電高峰期，電網的無功電源無法滿足高負荷的需求造成電壓崩潰，進而形成重大停電事故；而1978年的法國冬季大停電和1983年的瑞典冬季大停電則是由于無功電源配置和無功潮流不合理引起電壓崩潰，進而造成大停電事故的發生。合理的電壓水平除了能降低發生電壓崩潰的危險外，還能提高系統的電能質量和安全性，同時也能夠降低系統的有功功率損耗，提高系統的經濟性。因此，優化配置系統無功電源以達到有效控制電壓的目的，使其運行在盡可能理想的水平顯得尤為重要。

電力系統無功優化問題是指當系統的網絡結構及負荷情況給定時，在滿足約束條件的情況下，通過控制變量的優選，使系統有功功率損耗最小。該問題具有以下特點：

1)離散性：系統控制變量包括發電機機端電壓、可調變壓器分接頭檔位和無功補償設備組數(如電容器、電抗器)等。可調變壓器分接頭檔位和無功補償設備組數是離散變量，發電機機端電壓是連續變量。

2)非線性：無功優化需要滿足基本的潮流方程，應將其作為約束條件加入到優化模型中，而這些約束方程是典型的非線性方程。

3)大規模：隨著電力系統節點、出線、變壓器以及無功補償設備越來越多，電網結構越來越復雜，優化問題的維數越來越大。

綜上所述，電力系統無功優化問題是屬于連續變量與離散變量共存的大規模非線性混合整數規劃(Mixed Integer Non-Linear Programming，MINLP)問題。

無功優化問題從數學角度看是一個有約束的非線性優化問題，其本身屬于NP難問題，因此必須選擇合適的計算方法求解該問題。算法選用不當，或者不能求解，或者陷入局部最優解，不能得到全局最優解。目前，已有多種方法成功用于無功優化問題的求解，可將其分為以下幾類：常規優化方法、隨機優化方法、內點法和互補方法。

常規優化方法：包括非線性規劃方法、線性化方法、啟發式方法。

隨機優化方法：包括遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法、免疫算法

內點法：內點法從位于可行域的初始點出發，沿著可行域內最快下降方向找到最優解。該方法可以方便有效處理不等式約束，并且由于是在可行域內部迭代搜索，隨著系統規模的增大其計算時間和迭代次數不會明顯增加，收斂性好。

互補優化方法：使用光滑NCP函數將優化問題的KKT系統處理成等價的非線性方程，然后使用不同的方法求解方程。

因此，基于這些問題，提供一種根據高壓電力系統的有功-無功(PQ)弱耦合特性，引入PQ解耦處理，從而可以大大降低需求解方程組的維度、提高計算速度的針對高壓輸電網絡的基于互補約束解耦牛頓法的無功優化方法，具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種根據高壓電力系統的有功-無功(PQ)弱耦合特性，引入PQ解耦處理，從而可以大大降低需求解方程組的維度、提高計算速度的針對高壓輸電網絡的基于互補約束解耦牛頓法的無功優化方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：