[發明專利]一種多級電網嵌套分解協調有功無功聯合調度方法

有效

• 申請號: 202010236368.3
• 申請日: 2020-03-30
• 公開（公告）號: CN111416395B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 吳文傳;孫宏斌;藺晨暉;王彬;郭慶來
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/50;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 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

1.一種多級電網嵌套分解協調有功無功聯合調度方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)建立一個多級電網協同的有功無功聯合調度優化模型：

(1.1)設定一個多級電網中共有M個層級電網，層級電網m中共有N(m)個區域電網，建立多級電網協同的有功無功聯合調度優化模型的優化目標函數，該優化目標函數為各層級各區域電網的發電成本的總和的最小化，對于層級m中編號n的區域電網，發電成本的表達式為：

上式中，G為電網中發電機組的編號集合，P_i^G為發電機組i的發電有功功率，C_i(P_i^G)為發電機組i的發電成本函數，將該發電成本函數表示成如下的二次函數：

C_i(P_i^G)＝a_0,i+a_1,iP_i^G+a_2,i(P_i^G)²

上式中，a_0,i、a_1,i、a_2,i分別為發電機組i的發電成本常數項、一次項和二次項系數，從電網調度中心獲取；

(1.2)建立多級電網協同的有功無功聯合調度優化模型的約束條件如下：對于層級m中編號n的區域電網，區分以下兩種情況：

(1.2.1)若層級m中編號n的區域電網是環狀電網，則約束條件包括：

(1.2.1.1)支路潮流方程約束：

上式中，P_ij與Q_ij分別為電網中節點i流向節點j的有功功率潮流與無功功率潮流，為待求變量，P_ji與Q_ji分別為節點j流向節點i的有功功率潮流與無功功率潮流，為待求變量，τ_ij為節點i與節點j之間的支路ij的變壓器變比，由變壓器出廠銘牌獲取，與分別為支路ij的電導與電納，從電網調度中心獲取，為支路ij的充電電納，從電網調度中心獲取，V_i與V_j分別為節點i與節點j的電壓幅值，為待求變量，θ_i與θ_j分別為節點i與節點j的電壓相角，為待求變量，φ_ij為支路ij的變壓器移相相角，由變壓器出廠銘牌獲取，L為電網中支路的編號集合；

(1.2.1.2)節點注入平衡約束：

上式中，G_i與D_i分別為與節點i連接的發電機組與負荷的編號集合，與分別為發電機組y的發電有功功率與無功功率，為待求變量，與分別為負荷z的有功功率需求與無功功率需求，從電網調度中心獲取，與分別為節點i的并聯電導與并聯電納，從電網調度中心獲取，B為系統中節點的編號集合；

(1.2.1.3)電壓安全約束：

上式中，與V_i分別為節點i的電壓安全幅值上限與電壓安全幅值下限，從電網調度中心獲取；

(1.2.1.4)機組出力約束：

上式中，與P_i^G分別為發電機組i的發電有功功率上限與發電有功功率下限，從電網調度中心獲取，與Q_i^G分別為發電機組i的發電無功功率上限與發電無功功率下限，從電網調度中心獲取；

(1.2.1.5)線路容量約束：

上式中，為支路ij的視在功率容量，從電網調度中心獲取；

(1.2.2)若層級m中編號n的區域電網是輻射狀電網，則約束條件包括：

(1.2.2.1)松弛的支路潮流方程約束：

上式中，P_ij與Q_ij分別為節點i流向節點j的有功功率潮流與無功功率潮流，為待求變量，v_i為節點i的電壓幅值的平方，為待求變量，l_ij為支路ij的電流幅值的平方，為待求變量，L為系統中支路的編號集合；

(1.2.2.2)節點注入平衡約束：

上式中，G_i與D_i分別為與節點i連接的發電機組與負荷的編號集合，與分別為發電機組y的發電有功功率與無功功率，為待求變量，P_ji與Q_ji分別為節點j流向節點i的有功功率潮流與無功功率潮流，為待求變量，l_ji為支路ji的電流幅值的平方，為待求變量，與分別為負荷z的有功功率與無功功率需求，從電網調度中心獲取，與分別為節點i的并聯電導與并聯電納，從電網調度中心獲取，r_ji與x_ji分別為支路ji的電阻與電抗，從電網調度中心獲取，B為系統中節點的編號集合；

(1.2.2.3)支路電壓降落約束：

上式中，v_j為節點j的電壓幅值的平方，為待求變量，r_ij與x_ij分別為支路ij的電阻與電抗，從電網調度中心獲取；

(1.2.2.4)電壓安全約束：

上式中，與v_i分別為節點i的電壓安全幅值的平方的上限與下限，從電網調度中心獲取；

(1.2.2.5)機組出力約束：

上式中，與P_i^G分別為發電機組i的發電有功功率上限與發電有功功率下限，從電網調度中心獲取，與分別為發電機組i的發電無功功率上限與發電無功功率下限，從電網調度中心獲取；

(1.2.2.6)線路容量約束：

上式中，為支路ij的電流幅值的平方的上限，從電網調度中心獲取；

(1.3)將步驟(1.1)的優化目標函數和步驟(1.2)的約束條件組成一個多級電網協同的有功無功聯合調度優化模型，表達如下：

滿足：

上式中，m為多級電網中的層級編號，n為同一層級中的區域電網的編號，x_m,n為層級m中編號n的區域電網的內部優化變量，若該區域電網是環狀電網，則x_m,n包括P_ij、Q_ij、P_ji、Q_ji、V_i、V_j、θ_i、θ_j、P_i^G和Q_i^G，如果該區域電網是輻射狀電網，則x_m,n包括P_ij、Q_ij、v_i、l_ij、P_i^G和Q_i^G；u_m,n為層級m中編號n的區域電網與上級電網耦合的優化變量，如果該區域電網是環狀電網，則u_m，n包括V_i²、P_i^G和Q_i^G，如果該區域電網是輻射狀電網，則u_m,n包括v_i、P_i^G和Q_i^G；l_m,n為層級m中編號n的區域電網與下級電網耦合的優化變量，如果該區域電網是環狀電網，則l_m,n包括V_i²、-P_i^G和-Q_i^G，如果該區域電網是輻射狀電網，則l_m,n包括v_i、-P_i^G和f_m,n(x_m,n)為層級m中區域電網n的有功無功聯合調度優化目標，與步驟(1.1)中的相對應，G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0為層級m中區域電網n的有功無功聯合調度的約束條件，若層級m中區域電網n為環狀電網，則G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0為步驟(1.2.1.1)-步驟(1.2.1.5)的約束條件，若層級m中區域電網n為輻射狀電網，則G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0為步驟(1.2.2.1)-步驟(1.2.2.6)的約束條件，M為多級電網的總級數，N(m)為層級m中的電網區域總數，U(m,n)為與層級m中區域電網n相連接的上一級區域電網所在的層級m-1中的編號，約束u_m,n＝I_m,nl_m-1,U(m,n)表示相連接的上層級電網和下層級電網的邊界耦合約束，I_m,n為層級m中區域電網n與上級電網的邊界耦合約束的映射矩陣，映射矩陣I_m,n的各行中，向量u_m,n中的每個元素在l_m-1,U(m,n)中對應的行在I_m,n中為單位矩陣，在I_m,n中沒有對應的其他行為0；

(2)各級電網之間采用嵌套分解協調的方法，求解步驟(1)的多級電網協同的有功無功聯合調度優化模型，得到多級電網嵌套分解協調有功無功聯合調度的調度方法，包括以下步驟：

(2.1)取電網中層級編號m＝1，區域電網編號n＝1；

(2.2)采用分解協調方法，計算層級m中編號為n的區域電網與該區域電網下屬的各區域電網協同的有功無功聯合調度最優解，過程如下：

初始化層級m中編號為n的區域電網與相鄰下級區域電網的迭代次數k_m,n＝1，層級m中編號為n的區域電網求解內部有功無功聯合調度模型，對m進行判斷：

(2.2.1)如果m＝1，則內部有功無功聯合調度模型為：

s.t.G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0

求解該模型，得到最優解，將最優解記作和并將最優解處約束G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0的對偶乘子記作

(2.2.2)如果m≠1，則內部有功無功聯合調度模型為：

s.t.G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0

求解該模型，得到最優解，將該最優解記作和并將最優解處約束G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0的對偶乘子記作

(2.3)對m進行判斷：如果m≠M，取n為L(m,n)中的第一項，其中L(m,n)為層級m中編號為n的區域電網在層級電網m+1中所連接的區域電網的編號集合，取m等于m+1，返回到步驟(2.2)；如果m＝M，進行步驟(2.4)；

(2.4)計算層級m中編號為n的區域電網的最優割平面和近似投影函數，包括以下步驟：

(2.4.1)對m進行判斷：

如果m＝M，則定義為x_m,n，定義為f_m,n(x_m,n)，定義為G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)，定義為

如果m≠M，則定義為定義為定義為定義為

(2.4.2)根據步驟(2.4.1)，得到層級m中編號為n的區域電網的最優割平面為：

近似投影函數為：

上式中，項可通過下式計算：

上式中，diag()為對角矩陣構造函數；

(2.5)對n進行判斷：如果n不是L(m-1,U(m,n))中的最后一項，則取n為L(m-1,U(m,n))中n的下一項，返回步驟(2.2)；如果n是L(m-1,U(m,n))中的最后一項，取n為U(m,n)，m為m-1，進行步驟(2.6)；

(2.6)求解層級m中編號為n的區域電網內部考慮下級投影函數的有功無功聯合調度模型，包括以下步驟：

對m進行判斷：

(2.6.1)如果m＝1，內部考慮下級投影函數的有功無功聯合調度模型為：

s.t.G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0

上式中，為輔助變量，物理含義為層級m+1中編號為n^*的區域電網的目標，將層級m中編號為n的電網的迭代次數k_m，n增加1，上式計算出的最優解記作最優解處約束G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0的對偶乘子記作約束的對偶乘子記作約束的對偶乘子記作

(2.6.2)如果m≠1，內部考慮下級投影函數的有功無功聯合調度模型為：

s.t.G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0

上式中，為輔助變量，物理含義為層級m+1中編號為n^*的區域電網的目標，將層級m中編號為n的電網的迭代次數k_m,n增加1，上式計算出的最優解記作與最優解處約束G_m,n(x_m,n,u_m,n,l_m,n)≤0的對偶乘子記作約束的對偶乘子記作約束的對偶乘子記作

(2.7)對層級m中編號為n的區域電網的計算進行收斂判斷，設定收斂條件為如果不滿足收斂條件，則返回到步驟(2.3)；如果滿足收斂條件，且m≠1，則返回步驟(2.4)；如果滿足收斂條件，且m＝1，則進行步驟(3)；

(3)根據步驟(2.2.2)、(2.6.1)和(2.6.2)中計算得到的最優解中所包含的每臺發電機的有功功率P_i^G與無功功率Q_i^G，對多級電網進行調度，實現多級電網嵌套分解協調有功無功聯合調度。