CN100483888C - 静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网电压无功自动控制技术领域，其特征在于在根据给定的电力***网络参数和各母线节点的电压、电流、有功和无功功率实测值形成Jacobian矩阵，求出实际的总有功损耗值；再以总有功损耗最小为目标构建由状态变量和控制变量组成的优化目标函数，得到***总有功损耗最小值；然后以***的实际的总有功损耗值和优化的最小总有功损耗值形成离散的逻辑事件，在实际总有功损耗值大于优化的最小总有功损耗值W倍时，把此时的求解优化目标函数得到的各发电机节点的电压值、无功补偿器节点的电压值和有载调压变压器的变比值作为控制指令输出，以调整上述节点的参数。本发明在确保电压质量的同时提高运行的经济性。

Description

静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法

技术领域

本技术发明属于电力***的大型区域电网、省级电网和地区电网中的电压无功自动控制方法。

背景技术

电力***的发展促使人们不断努力改善电力***的安全性和稳定性，尤其是电力市场的出现对电力***的稳定性提出了更高的要求，并使电力***的安全稳定运行问题带有新的特点。一般发电厂站远离负荷中心，但由于经济以及环境保护等的因素，一方面，某些电力网络的发展跟不上电力负荷快速增长的需要，使得一些传输线路处于重载或超载运行状态；另一方面，电力市场的实施将会使负荷的起落量以及变化的无序性加大。因此维持***电压水平，提高电压质量和保持***的电压稳定性成为一个极具挑战性的问题。

正是在这样的背景下，本发明将混成自动控制***的理念引入电压控制，以离散事件为驱动，提出了静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法，实现对电压的经济性控制，确保网络损耗的优化。

发明内容

本发明的目的在于提供了在电力***的静态混成自动电压控制最高层的经济性调控方法。本发明引入混成控制的理念和技术，在控制中以离散事件作为驱动，在静态混成自动电压控制最高层可以实现对***电压的经济性协调优化控制，并且可以通过计算机进行自动计算与调控，在确保电压质量的同时提高电力***的运行经济性。该发明的应用适用于静态混成自动电压控制的经济性调控。

本发明的特征在于，该方法在静态混成自动电压控制最高层经济性调控计算机依次按照以下步骤实现的：

步骤(1)：初始化

设定：①电力***的网络参数，其中包括输电线路的串联电阻、串联电抗、并联电导和并联电纳；变压器的变比和阻抗；并联在输电线路上的电容器和电抗器的阻抗；电力***的母线节点的名称；

②给定的发电机节点个数α_G和母线名，无功补偿器节点个数α_S和母线名，除了发电机节点和无功补偿器节点以外的母线节点的个数α_D和母线名，以及有载调压变压器个数α_F和母线名；

③电力***的静态电压经济性指标W，5≥W≥1，

给定：电力***的实时量测数据，其中包括各母线节点的电压、电流、有功功率和无功功率，以及有载调压变压器的变比值；

步骤(2)：在第k个采样间隔后的当前时刻，根据步骤(1)中所述的实时数据，以及电力***的网络参数，形成电力***当前潮流计算使用的Jacobian矩阵，并按照下式计算当前时刻电力***的实时网络有功功率损耗值S_loss[k]，

$S_{\mathrm{loss}}\left[k\right]=\mathrm{Re}\{\stackrel{\·}{V}{\left[k\right]}^T\·(Y\·\stackrel{\·}{V}\left[k\right])\}$

其中Y为以地为参考节点建立的节点导纳矩阵，

符号“T”为矩阵的转置操作符号，

$\begin{array}{cccccc}\stackrel{\·}{V}\left[k\right]=[V_{G1}\left[k\right]e^{{\mathrm{j\θ}}_{G1}\left[k\right]}& \·\·\·& V_{{\mathrm{G\α}}_G}\left[k\right]e^{{\mathrm{j\θ}}_{{\mathrm{G\α}}_G}\left[k\right]}& V_{s1}\left[k\right]e^{{\mathrm{j\θ}}_{s1}\left[k\right]}& \·\·\·& V_{{\mathrm{S\α}}_s}\left[k\right]e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{S\αS}}\left[k\right]}\end{array}$

$\begin{array}{ccc}{V}_{D1}\left[k\right]e^{{\mathrm{j\θ}}_{D1}\left[k\right]}& \·\·\·& V_{{\mathrm{D\α}}_D}\left[k\right]e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{D\αD}}\left[k\right]}{]}^T\end{array}$

其中

为第m个发电机节点电压量测值，幅值为V_Gm[k]，相角为θ_Gm[k]，m为发电机节点的序号，m＝1，…，α_G，

为第n个无功补偿器节点的电压量测值，幅值为V_Sn[k]，相角为θ_Sn[k]，n为无功补偿器节点的序号，n＝1，…，α_S，

为第r个除了发电机节点和无功补偿器节点以外的母线节点的电压量测值，幅值为V_Dr[k]，相角为θ_Dr[k]，r为除了发电机节点和无功补偿器节点以外的母线节点的序号，r＝1，…，α_D，

[k]为***所有母线节点电压量测值组成的列向量；

步骤(3)：根据步骤(1)得到的当前时刻电力***的实时数据，根据下式计算最优化潮流条件下电力***总的线路有功功率损耗的最小值S_eco[k]，

S_eco[k]＝J(x[k]，u[k])

$\left\{\begin{array}{cc}\underset{u}{\min }& J(x\left[k\right],u\left[k\right])\\ s.t.& f(x\left[k\right],u\left[k\right])=0\\ & h(x\left[k\right],u\left[k\right])\≤0\end{array}\right.$

其中 $u\left[k\right]={\left[\begin{array}{ccccccccc}{V}_{G1}& \·\·\·& V_{{\mathrm{G\α}}_G}\left[k\right]& V_{S1}\left[k\right]& \·\·\·& V_{{\mathrm{S\α}}_s}\left[k\right]& t_1\left[k\right]& \·\·\·& t_{{\mathrm{\α}}_F}\left[k\right]\end{array}\right]}^T$

u[k]代表控制变量，包括各发电机节点的电压参考值、各无功补偿器节点的电压参考值和有载调压变压器的变比参考值，

x[k]代表状态变量，包括***中除了控制变量以外各母线节点的电压、电流、有功功率和无功功率值，

J(x[k]，u[k])为描述***运行经济性的目标函数，即总的线路损耗最小的优化目标函数

f(x[k]，u[k])＝0为***潮流方程，

h(x[k]，u[k])≤0为***运行时的不等式约束，

步骤(4)：根据步骤(3)所述的基于总的线路损耗最小的优化目标函数求出：各发电机节点的电压参考值m为发电机节点的序号，m＝1，…，α_G，各无功补偿器节点的电压参考值

n为无功补偿器节点的序号，n＝1，…，α_S，和有载调压变压器的变比参考值

其中l为有载调压变压器F的序号，l＝1，…，α_F；

步骤(5)：设定如下的逻辑条件来构成“事件”E_eco[k]来形成离散事件

$E_{\mathrm{eco}}\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{P}_{\mathrm{econ}},& \mathrm{if}& S_{\mathrm{loss}}\left[k\right]>W\×S_{\mathrm{eco}}\left[k\right],\\ P_{\mathrm{enon}},& \mathrm{if}& S_{\mathrm{loss}}\left[k\right]\≤W\×S_{\mathrm{eco}}\left[k\right],\end{array}\right.$

其中P_econ代表当前需要进行电压经济控制，

P_enon代表当前不需要进行电压经济控制，

当事件为P_enon时，则经济性调控环节输出的控制指令为0，

当事件为P_econ时，则经济性调控环节把步骤(4)得到的各控制节点的控制参考量作为控制指令输出。

本发明根据电力***中连续运行的动态过程与离散控制指令、离散操作相互作用的特点，将混成控制***引入电力***的静态电压控制，提出了静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法。本发明以离散事件作为驱动，逻辑指令与连续动态过程相交互，可以实现对***电压经济性的自动协调优化控制，在确保电压质量的同时提高电力***的运行经济性。

本发明的优点有：

1)本发明提出的静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法是事件(Events)驱动的，控制指令直接响应于事件并达到消除这一事件的目的，而现有其它的电压控制方案都是以设定时间来启动的；

2)本发明提出的静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法在***的任何时刻都确保电力***实时网络有功损耗值S_loss[k]在***的任何时刻都确保电力***网络有功损耗值S_loss[k]都小于当时最优潮流下的最小网络有功损耗值S_eco[k]的W倍。这意味着电力***在任何时刻都满足电力***的静态电压经济性指标。

本发明提出的静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法可以实用于我国各大区域和省级以及地区电力***的静态混成自动电压控制***之中，并产生重大的经济和社会效益。

附图说明

图1.本发明所述方法的硬件平台。

图2.本发明所述方法的程序流程框图。

图3.6机22母线***接线图。

具体实施方式

本发明以离散事件作为驱动，在静态混成自动电压控制最高层可以实现对***电压的经济性协调优化控制(如图1所示)

该发明包含以下的步骤(流程参见图2)：

本发明提出的静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法的实现方式如图1所示，并且可以通过计算机进行自动计算与调控。。

该发明包含以下的步骤(流程参见图2)：

步骤1：在离线状态下，给出电力***有关有关电压经济性等方面的指标以及***的参数，具体包括：(a)电力***的静态电压经济性指标W；(b)给定的电力***中控制节点信息，包括发电机节点、无功补偿器节点和有载调压器节点的各自数量和母线名；(c)***网络参数；

步骤2：给定电力***各母线节点的电压电压、电流、有功功率和无功功率的实时数值；

步骤3：根据给定的电力***各母线节点的电压电压、电流、有功功率和无功功率的数值，以及电力***网络参数，形成当前电力***潮流计算使用的Jacobian矩阵；

步骤4：然后计算得到当前时刻电力***的实时网络有功损耗值S_loss[k]；

步骤5：根据当前时刻电力***的实时数据，以及给定的电力***中各控制节点信息，计算得到当前时刻电力***最优潮流下的最小网络有功损耗值S_eco[k]，以及各控制节点的控制参考值；

步骤6：根据定义的“事件”触发机制来形成输出事件，P_econ和P_enon分别代表当前需要和不需要进行电压经济控制；

步骤7：如果形成的事件为P_enon，则静态混成自动电压控制最高层经济性控制环节输出的控制指令为0；

步骤8：如果形成的事件为P_econ，则静态混成自动电压控制最高层经济性调控环节将步骤(5)中得到的各控制节点的控制参考量作为控制指令输出；

为了验证所提出的静态混成自动电压控制方法的效果，我们进行计算机仿真研究，仿真测试***采用6机22母线***(如图3所示)。

设定：在k＝0时刻，(a)仿真测试***网络参数见表1，(b)电力***的静态电压经济性指标W＝1.1；(c)给定的电力***中发电机控制节点有5个，分别为1号、2号、3号、4号、5号节点，无功补偿器控制节点1个，为6号节点；

给定：该***各母线节点的电压电压、电流和有功功率和无功功率的实时数值见表2；

***进入静态混成自动电压控制最高层经济性调控环节。该环节采用“静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法”对电压经济性进行判断和处理。(a)经计算得到k＝0时刻电力***的网络有功损耗值S_loss[0]＝0.474；(b)同时计算得到当前时刻电力***最优潮流下的最小网络有功损耗值S_eco[0]＝0.389，对应在此损耗下***的各发电机节点的电压参考值 $V_{G-1}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.00000,$ $V_{G-2}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.06375,$ $V_{G-3}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=0.99703,$ $V_{G-4}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.10000,$ $V_{G-5}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.10000,$ 无功补偿器节点的电压参考值 $V_{S-1}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.07302;$ (c)由于S_loss[0]＝0.474>W×S_eco[0]＝0.428，因此静态混成自动电压控制最高层经济性调控环节形成的事件为P_econ；(d)由于事件为P_econ，所以经济性调控环节的输出为各发电机节点的电压参考值 $V_{G-1}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.00000,$ $V_{G-2}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.06375,$ $V_{G-3}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=0.99703,$ $V_{G-4}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.10000,$ $V_{G-5}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.10000,$ 无功补偿器节点的电压参考值 $V_{S-1}^{\mathrm{ref}}\left[0\right]=1.07302.$

控制指令下发后，电力***进行运行调整。在k＝1时刻得到各发电机节点的电压为V_G-1[1]＝0.9914，V_G-2[1]＝1.0435，V_G-3[1]＝0.9787，V_G-4[1]＝1.08955，V_G-5[1]＝1.07967，V_G-6[1]＝1.0356，同时***再次进入静态混成自动电压控制最高层经济性调控环节。(a)经计算得到k＝1时刻电力***的网络有功损耗值S_loss[1]＝0.411；(b)由于S_loss[1]＝0.411<W×S_eco[0]＝0.428，因此静态混成自动电压控制最高层经济性调控环节形成的事件为P_enon；(c)静态混成自动电压控制最高层经济性调控环节输出的控制指令为0；

仿真测试结果表明：静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法使得电力***网络有功损耗值S_loss[k]都小于当时最优潮流下的最小网络有功损耗值S_eco[k]的W倍，这意味着电力***在任何时刻都满足电力***的静态电压经济性指标。

表1.线路参数

 

Bus I	Bus J	R	X	B/N<sup>＊</sup>
					1	7	0.0000	0.0150	1.050<sup>＊</sup>
2	9	0.0000	0.0217	1.075<sup>＊</sup>
					3	22	0.0000	0.0124	1.100<sup>*</sup>
4	19	0.0000	0.0640	1.025<sup>*</sup>
					5	18	0.0000	0.0375	1.050<sup>*</sup>
6	17	0.0000	0.0337	1.000<sup>＊</sup>
					7	8	0.0106	0.0740	0.0000
7	9	0.0147	0.0104	0.0000
					8	9	0.0034	0.0131	0.0000
8	22	0.0537	0.1900	-0.1653
					9	10	0.0000	-0.0020	1.000<sup>*</sup>
9	22	0.0599	0.2180	-0.1954
					10	11	0.0000	0.0180	1.000<sup>＊</sup>
11	11	0.0000	0.7318	0.0000
					11	12	0.0033	0.0343	-1.8797
12	12	0.0000	0.7318	0.0000

 

15	12	0.0000	0.0180	1.000<sup>＊</sup>
					12	13	0.0024	0.0255	-1.3950
17	13	0.0000	0.0100	1.000<sup>*</sup>
					14	15	0.0000	-0.0020	1.000<sup>＊</sup>
14	19	0.0034	0.0200	0.0000
					16	16	0.0000	-1.9930	0.0000
17	16	0.0000	0.0010	1.027<sup>＊</sup>
					16	18	0.0033	0.0333	0.0000
16	19	0.0578	0.2180	-0.1807
					16	20	0.0165	0.0662	-0.2353
16	21	0.0374	0.1780	-0.1640
					19	21	0.0114	0.0370	0.0000
20	22	0.0214	0.0859	-0.3008
					21	22	0.0150	0.0607	-0.2198

表2.潮流数据

 

Bus	P<sub>g</sub>	V<sub>t</sub>/Q<sub>g</sub><sup>＊</sup>	P<sub>load</sub>	Q<sub>load</sub>
					1	6.0	1.0	0.0	0.0
2	6.0	3.2<sup>*</sup>	0.0	0.0
					3	3.1	1.0	0.0	0.0
4	1.6	0.7<sup>*</sup>	0.0	0.0
					5	4.3	3.34<sup>*</sup>	0.0	0.0
6	-0.01	1.0	0.0	0.0
					8	0.0	0.0<sup>*</sup>	2.87	1.44
9	0.0	0.0<sup>*</sup>	3.76	2.21
					16	0.0	0.0<sup>*</sup>	5.0	2.9
18	0.0	0.0<sup>*</sup>	4.3	2.6
					19	0.0	0.0<sup>*</sup>	0.864	0.662
20	0.0	0.0<sup>*</sup>	0.72	0.47
					21	0.0	0.0<sup>*</sup>	0.7	0.5
22	0.0	0.0<sup>*</sup>	2.26	1.59

Claims (1)

1、静态混成自动电压控制最高层经济性调控方法，其特征在于，该方法在静态混成自动电压控制最高层经济性调控计算机中依次按以下步骤实现：

步骤(1)：初始化

设定：①电力***的网络参数，其中包括输电线路的串联电阻、串联电抗、并联电导和并联电纳；变压器的变比和阻抗；并联在输电线路上的电容器和电抗器的阻抗；电力***的母线节点的名称；

②给定的发电机节点个数α_G和母线名，无功补偿器节点个数α_S和母线名，除了发电机节点和无功补偿器节点以外的母线节点的个数α_D和母线名，以及有载调压变压器个数α_F和母线名；

③电力***的静态电压经济性指标W，5≥W≥1，

给定：电力***的实时量测数据，其中包括各母线节点的电压、电流、有功功率和无功功率，以及有载调压变压器的变比值；

步骤(2)：在第k个采样间隔后的当前时刻，根据步骤(1)中所述的实时数据，以及电力***的网络参数，形成电力***当前潮流计算使用的Jacobian矩阵，并按照下式计算当前时刻电力***的实时网络有功功率损耗值S_loss[k]，

$S_{\mathrm{loss}}\left[k\right]=\mathrm{Re}\{\stackrel{\&CenterDot;}{V}{\left[k\right]}^T\&CenterDot;(Y\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{V}\left[k\right])\}$

其中Y为以地为参考节点建立的节点导纳矩阵，

符号“T”为矩阵的转置操作符号，

$\begin{array}{cccccc}\stackrel{\&CenterDot;}{V}{\left[k\right]=V}_{G1}\left[k\right]e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{G1}\left[k\right]}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& V_{{\mathrm{G\&alpha;}}_G}\left[k\right]e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{{\mathrm{G\&alpha;}}_G}\left[k\right]}& V_{s1}\left[k\right]e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{S1}\left[k\right]}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& V_{{\mathrm{S\&alpha;}}_S}\left[k\right]e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{S\&alpha;S}}\left[k\right]}\end{array}$

${\left.\begin{array}{ccc}{V}_{D1}\left[k\right]e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{D1}\left[k\right]}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& V_{{\mathrm{D\&alpha;}}_D}\left[k\right]e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{D\&alpha;D}}\left[k\right]}\end{array}\right]}^T$

其中为第m个发电机节点电压量测值，幅值为V_Gm[k]，相角为θ_Gm[k]，m为发电机节点的序号，m＝1，…，α_G，

为第n个无功补偿器节点的电压量测值，幅值为V_Sn[k]，相角为θ_Sn[k]，n为无功补偿器节点的序号，n＝1，…，α_S，

为第r个除了发电机节点和无功补偿器节点以外的母线节点的电压量测值，幅值为V_Dr[k]，相角为θ_Dr[k]，r为除了发电机节点和无功补偿器节点以外的母线节点的序号，r＝1，…，α_D，

为***所有母线节点电压量测值组成的列向量；

步骤(3)：根据步骤(1)得到的当前时刻电力***的实时数据，根据下式计算最优化潮流条件下电力***总的线路有功功率损耗的最小值S_eco[k]，

S_eco[k]＝J(x[k]，u[k])

$\left\{\begin{array}{c}\underset{u}{\min }J(x\left[k\right],u\left[k\right])\\ s.t.f(x\left[k\right],u\left[k\right])=0\\ h(x\left[k\right],u\left[k\right])\&le;0\end{array}\right.$

其中 $u\left[k\right]={\left[\begin{array}{ccccccccc}{V}_{G1}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& V_{{\mathrm{G\&alpha;}}_G}\left[k\right]& V_{S1}\left[k\right]& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& V_{{\mathrm{S\&alpha;}}_S}\left[k\right]& t_1\left]k\right]& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& t_{{\mathrm{\&alpha;}}_F}\left[k\right]\end{array}\right]}^T$

u[k]代表控制变量，包括各发电机节点的电压参考值、各无功补偿器节点的电压参考值和有载调压变压器的变比参考值，

x[k]代表状态变量，包括***中除了控制变量以外各母线节点的电压、电流、有功功率和无功功率值，

J(x[k]，u[k])为描述***运行经济性的目标函数，即总的线路损耗最小的优化目标函数

f(x[k]，u[k])＝0为***潮流方程，

h(x[k]，u[k])≤0为***运行时的不等式约束，

步骤(4)：根据步骤(3)所述的基于总的线路损耗最小的优化目标函数求出：各发电机节点的电压参考值

m为发电机节点的序号，m＝1，…，α_G，各无功补偿器节点的电压参考值

n为无功补偿器节点的序号，n＝1，…，α_S，和有载调压变压器的变比参考值其中l为有载调压变压器F的序号，l＝1，…，α_F；

步骤(5)：设定如下的逻辑条件来构成“事件”E_eco[k]来形成离散事件

$E_{\mathrm{eco}}\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{P}_{\mathrm{econ}},& \mathrm{if}& S_{\mathrm{loss}}\left[k\right]>W\&times;S_{\mathrm{eco}}\left[k\right],\\ P_{\mathrm{enon}},& \mathrm{if}& S_{\mathrm{loss}}\left[k\right]\&le;W\&times;S_{\mathrm{eco}}\left[k\right],\end{array}\right.$

其中P_econ代表当前需要进行电压经济控制，

P_enon代表当前不需要进行电压经济控制，

当事件为P_enon时，则经济性调控环节输出的控制指令为0，

当事件为P_econ时，则经济性调控环节把步骤(4)得到的各控制节点的控制参考量作为控制指令输出。

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