[發明專利]電力系統中輸電網與配電網的分解協調最優潮流控制方法

有效

• 申請號: 201911152448.4
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110880758B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 吳文傳;藺晨暉;孫宏斌;郭慶來;王彬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種電力系統中輸電網與配電網的分解協調最優潮流控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)設定電力系統中含有一個輸電網和多個配電網，建立一個輸電網與多個配電網協同控制的最優潮流控制模型，該最優潮流控制模型的目標函數為輸電網和配電網的總發電成本為最小：

上式中，IG_T為輸電網中發電機組集合，下標T表示輸電網，a_Ti、b_Ti、c_Ti分別為輸電網中發電機組i的發電成本二次項系數、一次項系數、常數項系數，由相應發電機組說明書獲取，為輸電網中發電機組i的發電有功功率，為待求解變量，ID為配電網集合，為配電網k中發電機組集合，下標D表示配電網，分別為配電網k中的發電機組i的發電成本二次項系數、一次項系數、常數項系數，由相應發電機組說明書獲取，為配電網k中發電機組i的發電有功功率，為待求解變量；

輸電網與配電網協同的最優潮流控制的約束條件包括：

(1-1)輸電網最優潮流控制約束條件，包括：

(1-1-1)輸電網中支路潮流約束：

其中，P_Tij為輸電網中節點i流向節點j的有功功率，為待求解變量，τ_Tij為輸電網中支路ij的變壓器變比，由變壓器說明書獲取，為輸電網中支路ij的電導，由輸電網線路參數手冊獲取，V_Ti為輸電網中節點i的電壓幅值，為待求解變量，V_Tj為輸電網中節點j的電壓幅值，為待求解變量，θ_Ti為輸電網中節點i的電壓相角，為待求解變量，θ_Tj為輸電網中節點j的電壓相角，為待求解變量，φ_Tij為輸電網中支路ij的變壓器移相相角，由相應變壓器說明書獲取，為輸電網中支路ij的電納，由線路參數手冊獲取，ij為表示節點i到節點j的支路編號，IL_T為輸電網支路集合，P_Tji為輸電網中節點j流向節點i的有功功率，為待求解變量，Q_Tij為輸電網中節點i流向節點j的無功功率，為待求解變量，為輸電網中支路ij的充電電納，由輸電網線路參數手冊獲取，Q_Tji為輸電網中節點j流向節點i的無功功率，為待求解變量；

(1-1-2)輸電網中節點注入約束：

其中，IG_Ti為輸電網中與節點i連接的發電機組集合，為輸電網中發電機組j的發電有功功率，為待求解變量，為輸電網中節點i的有功負荷，由電力系統中的負荷預測系統獲取，為輸電網中節點i的并聯電導，由輸電網線路參數手冊獲取，IB_T為輸電網節點集合，為輸電網中發電機組j的發電無功功率，為待求解變量，為輸電網中節點i的無功負荷，由電力系統中的負荷預測系統獲取，為輸電網中節點i的并聯電納，由輸電網線路參數手冊獲取；

(1-1-3)輸電網中電壓安全約束：

上式中，V_Ti為輸電網中節點i的電壓幅值下界，由輸電網線路參數手冊獲取，為輸電網中節點i的電壓幅值上界，由輸電網線路參數手冊獲取；

(1-1-4)輸電網中發電機發電功率約束：

上式中，為輸電網中發電機組i的發電有功功率下界，由相應發電機組說明書獲取，為輸電網中發電機組i的發電有功功率上界，由發電機組說明書獲取，為輸電網中發電機組i的發電無功功率下界，由相應發電機組說明書獲取，為輸電網中發電機組i的發電無功功率，為待求解變量，為輸電網中發電機組i的發電無功功率上界，由相應發電機組說明書獲取；

(1-1-5)輸電網中線路容量約束：

上式中，為輸電網中支路ij的視在功率容量，由線路參數手冊獲取；

(1-2)配電網最優潮流控制約束條件，包括：

(1-2-1)配電網支路潮流約束：

上式中，為配電網k中節點i流向節點j的有功功率，為待求解變量，為配電網k中節點i流向節點j的無功功率，為待求解變量，為配電網k中節點i的電壓幅值平方，為待求解變量，為配電網k中支路ij的電流幅值平方，為待求解變量，為配電網k支路集合；

(1-2-2)配電網節點注入約束：

上式中，為配電網k中節點i連接的發電機組集合，為配電網k中發電機組j的發電有功功率，為待求解變量，為配電網k中節點j流向節點i的有功功率，為待求解變量，為配電網k中支路ji的電流幅值平方，為待求解變量，為配電網k中支路ji的電阻，由配電網線路參數手冊獲取，為配電網k中節點i的有功負荷，由電力系統負荷預測系統獲取，為配電網k節點集合，為配電網k中發電機組j的發電無功功率，為待求解變量，為配電網k中節點j流向節點i的無功功率，為待求解變量，為配電網k中支路ji的電抗，由配電網線路參數手冊獲取，為配電網k中節點i的無功負荷，由電力系統負荷預測系統獲取；

(1-2-3)配電網支路電壓降落約束：

上式中，為配電網k中節點j的電壓幅值平方，為待求解變量，為配電網k中支路ij的電阻，由線路參數手冊獲取，為配電網k中支路ij的電抗，由線路參數手冊獲取；

(1-2-4)配電網電壓安全約束：

上式中，為配電網k中節點i的電壓幅值平方下界，由配電網線路參數手冊獲取，為配電網k中節點i的電壓幅值平方上界，由配電網線路參數手冊獲取；

(1-2-5)配電網發電機發電功率約束：

上式中，為配電網k中發電機組i的發電有功功率下界，由發電機組說明書獲取，為配電網k中發電機組i的發電有功功率上界，由發電機組說明書獲取，為配電網k中發電機組i的發電無功功率下界，由發電機組說明書獲取，為配電網k中發電機組i的發電無功功率上界，由發電機組說明書獲取；

(1-2-6)配電網線路容量約束：

上式中，為配電網k中支路ij的電流幅值平方上限，由配電網線路參數手冊獲取；

(1-3)輸電網與配電網邊界耦合約束條件，包括：

(1-3-1)輸電網與配電網邊界有功功率匹配約束：

上式中，為配電網k向輸電網傳輸的有功功率，為待求解變量，為輸電網向配電網k傳輸的有功功率，為待求解變量；

(1-3-2)輸電網與配電網邊界無功功率匹配約束：

上式中，為配電網k向輸電網傳輸的無功功率，為待求解變量，為輸電網向配電網k傳輸的無功功率，為待求解變量；

(1-3-3)輸電網與配電網邊界電壓幅值匹配約束：

上式中，為輸電網中連接配電網k的節點的電壓幅值，為待求解變量，為配電網k中連接輸電網的節點的電壓幅值平方，為待求解變量；

(2)對步驟(1-2-1)的配電網中支路潮流約束進行凸松弛處理，得到配電網中支路潮流約束的表達式為：

(3)將上述步驟(1)和步驟(2)得到的凸松弛后的輸電網與配電網協同的最優潮流控制模型以標準的抽象形式表達，得到輸電網與配電網協同的最優潮流控制模型如下：

上式中，x_T為所有輸電網的變量組成的列向量，包括P_Tij、Q_Tij、V_Ti和θ_Ti，為所有配電網k的變量組成的列向量，包括和C_T(x_T)為輸電網的總發電成本函數，即步驟(1)中式(1)中的項為配電網k的總發電成本函數，即步驟(1)式(1)中的項F_T(x_T)≤0為輸電網的約束條件，包括步驟(1-1)中式(2)-(10)，為配電網k的約束條件，包括步驟(1-2)中式(11)-(17)，為輸電網與配電網k的邊界耦合約束條件，包括步驟(1-3)中式(18)-(20)；

(4)對步驟(3)建立的抽象形式的凸松弛后的輸電網與配電網協同的最優潮流控制模型進行求解，具體過程如下：

(4-1)設定輸電網初始化迭代次數m為1，輸電網對以下最優潮流控制問題進行計算：

計算得到(23)的最優解，將最優解處變量x_T的取值記作x_T^(m)，計算G_k(x_T^(m))并將結果記作g_k^(m)，將g_k^(m)傳遞到配電網k，g_k^(m)的含義是在迭代次數m時輸電網向配電網k傳遞的參數；

(4-2)根據步驟(4-1)計算得到的g_k^(m)，配電網k對以下最優潮流控制問題進行計算，具體步驟如下：

(4-2-1)利用下式，計算配電網的給定邊界的最優潮流控制問題：

上式中，β_k、γ_k為配電網k的邊界松弛輔助變量，為待求解變量，k_PEN為邊界松弛懲罰項，k_PEN的取值為100，上標T表示向量的轉置；

求解上式，得到配電網的最優潮流控制最優解，記作為β_k^(m)和γ_k^(m)，最優解處約束的拉格朗日乘子為λ_k^(m)；

(4-2-2)利用下式，計算配電網k的最優成本下界函數

其中，上標T表示向量的轉置；

(4-2-3)計算配電網k的近似成本函數具體計算步驟如下：

將步驟(1-2)中的配電網最優潮流控制問題以標準二次規劃的形式表示：

上式中，是由β_k、γ_k組成的列向量，是式(24)中的目標函數的二次項矩陣，是式(24)中的目標函數的一次項系數，為全部線性等式約束，包括(12)-(14)、(18)-(20)，為全部線性不等式約束，包括式(15)-(17)，為全部二階錐約束，即式(21)；

將式(26)的最優解記為最優解處約束的拉格朗日乘子記為約束的拉格朗日乘子記為約束的拉格朗日乘子記為

使輸電網在迭代次數m時向配電網k傳遞的參數由g_k^(m)變為g_k^(m)+dg_k，對應的最優解與拉格朗日乘子由變為其中dg_k、是下列方程中假設的未知變量，列寫如下方程組：

通過矩陣除法，求解方程組(27)-(30)，計算得到滿足：

則配電網k的近似成本函數為：

(4-2-4)將步驟(4-2-2)的最優成本下界函數和步驟(4-2-3)的近似成本函數傳給輸電網；

(4-3)遍歷電力系統中的所有配電網，重復步驟(4-2)，輸電網得到所有配電網的最優成本下界函數和近似成本函數

(4-4)輸電網計算考慮每個配電網成本的最優潮流控制問題：

上式中，α_k為配電網k的最優發電成本，求解上式，得到考慮每個配電網成本的最優潮流控制最優解，記為x_T^(m+1)；

通過下式，計算迭代次數m時電力系統中輸電網與多個配電網全局最優潮流控制的成本下界LB^(m)：

通過下式，計算迭代次數m時，電力系統中輸電網與多個配電網全局最優潮流控制的成本上界UB^(m)：

對成本上界UB^(m)進行判斷，若UB^(m)-LB^(m)＜1×10^-4，則將x_T^(m)與作為最優控制策略，對應為輸電網與配電網k的控制量，若UB^(m)-LB^(m)≥1×10^-4，則將迭代次數m增加1，并將G_k(x_T^(m))記作g_k^(m)，將g_k^(m)傳遞到配電網k，返回步驟(4-2)。