CN105470948B - 潮流控制器在直流潮流模型下功率注入模型及选址方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种潮流控制器在直流潮流模型下功率注入模型，在直流潮流中，将潮流控制器对***的作用等效成节点i，j的电压，并进行功率注入等效，得到直流潮流下功率注入模型，则节点i，j的转入功率、分别如下式：、其中，为节点i，j间的阻抗。有益效果为：采用本发明提供的方法进行潮流控制器选址不仅可以提高选址速度，同时也不失准确性，特别适用与大电网的UPFC选址问题。
Description
技术领域
本发明属于电力***运行分析与计算应用技术领域，尤其涉及一种UPFC直流潮流模型下功率注入模型及选址方法。
背景技术
统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)作为功能最强大的柔***流输电***(Flexible AC Transmission System，FACTS)装置，能同时对输电线路的电压、相角和阻抗进行实时调节，达到优化***的作用。理论研究表明，UPFC具有强大的潮流调节能力和动态控制能力，UPFC安装位置的选择关系着UPFC控制作用的发挥，因而显得尤为重要。
UPFC的选址问题是一个非线性的复杂问题，求解起来比较复杂，已有的文献资料普遍使用基于灵敏度或者智能算法进行求解。基于灵敏度的UPFC选址方法，简单直观计算速度快，通常建立有功潮流指标或者以网络负荷率为目标函数，求解其对UPFC控制参量的灵敏度，得到UPFC最优安装位置，缺点没有考虑其他电网运行指标，比如线路网损，发电费用以及母线电压稳定性等。基于智能算法的UPFC选址，可以考虑多个优化目标。已有研究中，在同时采用PSO和GA算法，以线路网损为目标函数的情况下，通过对比发现PSO算法比GA算法速度更快，鲁棒性更好；采用离散粒子群算法DPSO可以解决在装备多台UPFC时所带来的目标函数离散的问题；提出来提高电压稳定性并减少了故障的发生；不足之处在于智能算法不够直观，收敛速度慢，且容易陷入局部收敛。还有部分研究采用其他算法选址，比如拉格朗日乘子法，以UPFC成本和线路网损为目标函数，考虑静态安全约束，提高了***的负荷率，然而不足之处在于权重系数的选择缺少相关依据。
发明内容
本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供潮流控制器UPFC直流潮流模型下功率注入模型及选址方法，具体由以下技术方案实现：
所述功率注入模型，是在直流潮流中，将潮流控制器UPFC对***的作用等效为潮流控制器UPFC所在线路的i、j节点之间的电压Δθ，并在i、j节点进行功率注入等效，得到直流潮流下潮流控制器UPFC对i、j节点的功率注入分别为Pi、Pj，且分别表达为：
其中，xij为UPFC所在线路的节点i、j之间的电抗。
如所述功率注入模型的潮流控制器UPFC选址的优化方法，包括如下步骤：
(1)根据所述UPFC直流潮流模型下功率注入模型，采用基于灵敏度的快速选址算法对网络进行快速有效的初步筛选；
(2)以发电费用和线路网损作为目标函数，应用智能算法对每条备选支路进行UPFC参数优化；
(3)综合比较每条线路对应的UPFC出力、线路网损和发电费用，选出最优支路。
所述UPFC选址的优化方法的进一步设计在于，所述智能算法为粒子群算法或遗传算法。
所述UPFC选址的优化方法的进一步设计在于，所述选出最优支路的包括如下步骤：
3-1)对每条线路UPFC出力大小进行排序，得到各线路UPFC出力由小到大依次排序的序号；
3-2)对每条线路所对应的线路网损和发电费用进行排序，得到各线路网损和发电费用由小到大依次排序的序号；
3-3)取UPFC出力小同时对应网络发电费用和网损也小的支路作为UPFC的安装位置，即将步骤3-1)、3-2)两个排序的序号之和最小的作为UPFC安装支路。
本发明的优点如下：
本发明的方法通过灵敏度法和智能算法相结合，不仅可以提高选址速度，同时也不失准确性，特别适用与大电网的UPFC选址问题。
附图说明
图1是UPFC等效电路图。
图2是UPFC直流潮流下的简化模型。
图3是简化模型中Δθ的物理意义示意图。
图4是直流潮流下UPFC注入功率模型的等效电路示意图。
图5是UPFC选址的优化方法的流程示意图。
图中，Rij、Xij、B均为线路参数，分别表示UPFC所在线路ij的电阻、电抗和对地电纳；Vi、Vj、Vm分别为节点i，j，m的电压幅值；θi、θj、θm分别为节点i，j，m的电压相角。Vs∠θs为UPFC串联侧等效的理想电压源，为UPFC并联侧电流源；Pi、Pj分别是UPFC对节点i、j的注入功率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
本发明根据图1所示的潮流控制器UPFC等效模型，在直流潮流下得出如图2所示的UPFC简化等效电路图。即在直流潮流下，UPFC对电力网络的作用相当于在所接入母线线路的i，j两节点中串入一个电压源Δθ。从图3中可以清楚的看到Δθ的物理意义，Δθ为UPFC串联输出侧电压与母线i电压的相位差角。由于Δθ的存在，母线上两节点i、j之间的相角差发生变化，从而改变着线路的有功潮流。
通过数学变换将等效电源Δθ对线路的影响变为对节点i和节点j的功率注入，这样得到图4所示的潮流控制器UPFC直流潮流下功率注入模型：
其中，xij为潮流控制器UPFC所在线路的i、j节点之间的电抗，Pi、Pj分别是UPFC对节点i、j的注入功率。
在上述直流潮流模型下的功率注入模型中，潮流控制器UPFC选址的优化方法通过如下步骤实现，该步骤主要包括三个步骤，具体分述如下：
第一步，根据所述UPFC直流潮流模型下功率注入模型，采用基于灵敏度的快速选址算法对网络进行快速有效的初步筛选。
定义有功潮流性能指标：
其中N为***支路数，ωm为反映支路重要性的系数，Plm为支路有功功率，为支路功率极限值。
目标函数为Δθ的函数记为θ，则对目标函数PI求导，就可以得到灵敏度，利用灵敏度值绝对值得大小来确定UPFC的安装位置。灵敏度计算的过程如下：
当支路m为安装UPFC的支路时，则目标函数对θ的灵敏度：
由数学知识有下列关系：
因为：
且在直流潮流中：
其中：x(m1,i)，x(m2,i)分别为电抗矩阵X中第m1行，第i列元素和第m2行，第i列元素。同理可以得到通过联立求解公式(1)～(3)就可以解出灵敏度值。
通过以上算法对网络进行初步的筛选，选出灵敏度较高的支路作为UPFC安装的备选支路。
第二步，建立以发电成本和网络损耗为目标函数的潮流优化模型如下式所示，以发电费用和线路网损作为目标函数，应用智能算法对每条备选支路进行UPFC参数优化。
minf(x,u)＝f1+ΔP
g(x,u)＝0
h(x,u)≤0
该模型中，u表示控制变量，x表示状态变量，f1表示***发电成本，ΔP表示网络损耗，g表示潮流方程，h表示不等式约束。其中u除了常规最优潮流种的控制变量之外，还要增加UPFC的控制变量：Vs、θs和Iq。
第三步，综合比较每条线路对应的UPFC出力、线路网损和发电费用，选出最优支路。对每一条备选支路通过最优潮流计算，得到优化后的UPFC控制参数Vs、θs和Iq，计算此时UPFC出力，并记录各条支路优化后的目标函数值，分别对UPFC出力大小和上述目标函数值大小进行排序，序号之和最小的支路作为最后的安装支路。
Claims (1)
1.一种潮流控制器UPFC选址的优化方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据所述潮流控制器UPFC直流潮流模型下功率注入模型，采用基于灵敏度的快速选址算法对网络进行快速有效的初步筛选；
(2)以发电费用和线路网损作为目标函数，应用智能算法对每条备选支路进行潮流控制器UPFC参数优化；设定如下优化模型：
min f(x,u)＝f1+ΔP
g(x,u)＝0
h(x,u)≤0
该优化模型中，u表示控制变量，x表示状态变量，f1表示***发电成本，ΔP表示网络损耗，g表示潮流方程，h表示不等式约束，其中u除了常规最优潮流种的控制变量之外，还要增加UPFC的控制变量：Vs、θs和Iq；
(3)综合比较每条线路对应的UPFC出力、线路网损和发电费用，选出最优支路；对每一条备选支路通过最优潮流计算，得到优化后的UPFC控制参数Vs、θs和Iq，计算UPFC出力，并记录各条支路优化后的目标函数值，分别对UPFC出力大小和所述目标函数值大小进行排序，序号之和最小的支路作为最后的安装支路；
所述智能算法为粒子群算法或遗传算法；
所述选出最优支路具体包括如下步骤：
3-1)对每条线路潮流控制器UPFC出力大小进行排序，得到各线路潮流控制器UPFC出力由小到大依次排序的序号；
3-2)对每条线路所对应的线路网损和发电费用进行排序，得到各线路网损和发电费用由小到大依次排序的序号；
3-3)取UPFC出力小同时对应网络发电费用和网损也小的支路作为潮流控制器UPFC的安装位置，即将步骤3-1)、3-2)两个排序的序号之和最小的作为潮流控制器UPFC安装支路。
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