一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型制造技术

本发明专利技术公布了一种含统一潮流控制器UPFC的线性化最优潮流LOPF模型。直流最优潮流DCOPF是目前最热门的OPF线性化方法，其求解速度快，但是计算精度相对较低，且无法求解节点电压幅值和线路无功功率两个电气量。UPFC可以提升地区电网的供电能力，将其引入DCOPF模型则增加了问题复杂度，还将线性化的DCOPF转化成了非线性模型。基于此，本发明专利技术提出了一种精度更高的且更加完善的新型LOPF模型，该模型可以求解电压和无功功率；并对UPFC的电流源型稳态模型进行处理，使其等效嵌入到线路中，从而适用于本发明专利技术所提LOPF模型。算例仿真结果表明，本发明专利技术保留了线性化模型的高效性，计算结果具有较高的精度，且能够求解出比DCOPF模型更加完备的潮流信息。

A linearized optimal power flow model with unified power flow controller

The present invention discloses a linearized optimal power flow LOPF model with a unified power flow controller UPFC. DC optimal power flow (DCOPF) is the most popular OPF linearization method at present. It has fast solving speed, but the calculation accuracy is relatively low, and it can not solve the two electrical quantities of node voltage amplitude and reactive power. UPFC can improve the power supply capability of regional power grid, and introducing it into the DCOPF model increases the complexity of the problem, and transforms the linearized DCOPF into a nonlinear model. Based on this, the present invention provides a more accurate and more perfect model LOPF model, the model can solve the voltage and reactive power; and a current source of steady state model of UPFC processing, which is embedded into the equivalent circuit, which is suitable for the LOPF model. The simulation results show that the proposed method preserves the efficiency of the linearized model, the calculation results have higher accuracy, and it can solve the flow information which is more complete than the DCOPF model.

【技术实现步骤摘要】
一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型
专利技术涉及一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型，属于电力系统优化运行领域。
技术介绍
统一潮流控制器(Unifiedpowerflowcontroller,UPFC)作为第三代柔性交流输电装置(FlexibleACTransmissionSystem,FACTS)，其综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，能够控制节点电压、相角和线路阻抗，可以在不改变现有网架结构的基础上快速灵活地控制、调节线路的有功、无功潮流，并对系统潮流进行合理分配，从而提升地区电网的供电能力。此外，UPFC还对限制短路电流、降低系统网损等方面具有积极作用。电力系统最优潮流(optimalpowerflow,OPF)，可以在满足特定的电网运行和安全约束条件下，通过调整系统中可利用的控制手段实现预定目标最优的系统稳定运行状态。OPF能够在保证电力系统安全性的同时尽可能地提高其经济性，这对于实际电力系统的调度、运行和控制有着重要的意义。但是随着电力系统规模的扩大和复杂度的提高，传统的交流最优潮流(Activecurrentoptimalpowerflow,ACOPF)模型因其复杂的非线性计算，在实时性和适用性等方面已无法满足电力系统优化调度领域的要求，若研究计及UPFC的ACOPF，则其计算效率将进一步降低。直流最优潮流(directcurrentoptimalpowerflow,DCOPF)是一种把非线性ACOPF问题转化为线性问题的方法，以其线性特性所带来的求解方便、无收敛性问题等优势，在静态安全分析中过载设备初步筛选等诸多方面得到广泛应用，但是该模型的计算结果准确性较差，且无法计算系统的节点电压幅值和线路无功功率两个电气量，而两者又对于电力系统的稳定与控制具有重要意义。此外，若将UPFC引入DCOPF模型，将破坏模型的线性特征，增加计算负担的同时可能进一步扩大计算误差。因此基于DCOPF模型的优化调度以其固有的不足而在工程上应用较少。基于此，本专利技术提出了一种含UPFC的线性化最优潮流(Linearoptimalpowerflow,LOPF)模型。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对含统一潮流控制器的交流最优潮流在电力系统优化调度领域实时性和适用性较差的情况，提供一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术为一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型，其特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现：(1)读取电网数据，主要包括：母线编号、名称、有功负荷、无功负荷、并联补偿电容，输电线路的支路号、首端节点和末端节点编号、串联阻抗、并联导纳、变压器变比和阻抗，有功电源出力、无功电源出力上下限，发电机燃煤经济参数等。(2)将节点功率方程解耦成线路功率流和损耗流两部分，公式为：其中：PGi、PDi为节点i的有功电源、有功负荷；QGi、QDi为节点i的无功电源、无功负荷；Pil、Qil为线路l首端的有功、无功功率流；Plloss、为线路的有功、无功损耗；Ail为线路功率流关联矩阵，阶数为N×Nl，N为系统的节点数，Nl为系统中的线路数，若节点i为线路首节点，则对应元素为1，节点i为线路末节点，则对应元素为-1，否则为0；Ailoss为线路损耗关联矩阵，节点i为线路末节点，则对应元素为1，否则为0；l∈i表示与节点i相连的线路。(3)通过简化和等价代换，将损耗流带入到功率流公式中，公式为：其中：Vi为节点i的电压幅值；Vj为节点j的电压幅值；gij、bij为线路l的电导、电纳；θij＝θi-θj为线路两端的相角差。(4)读取当前调度潮流数据，包括节点电压幅值和线路的有功、无功功率，在热启动环境下，将OPF问题中非线性的节点功率方程线性化处理，公式为：其中：m1～m16、为进行变换处理后的系数。(5)建立UPFC等效电流源模型，将等效模型处理成嵌入式模型，UPFC对系统的影响可处理成线路首末段的负荷PiE、为UPFC并联侧对节点i侧(即并联侧安装处)有功、无功潮流影响，PiB、为UPFC串联侧对节点i侧有功、无功潮流影响，为UPFC串联侧对节点j侧有功、无功潮流影响。(6)建立计及UPFC的新型LOPF模型，模型分为以下三部分目标函数：或者等式约束：其中：Ng为系统中的发电机数；a2i、a1i、a0i分为第i台机组的耗费特性参数；为UPFC串联侧的有功功率，为UPFC并联侧的有功功率。不等式约束包括有功、无功电源出力约束，节点电压幅值、相角约束，线路功率约束，UPFC串、并联侧电压幅值、相角约束。(7)采用简化原-对偶内点法对上述模型进行求解。(8)输出最优解，得出电网最优运行状态。本专利技术首先经过潮流解耦、等价代换和热启动环境线性化处理3个环节，形成新型LOPF模型；然后研究UPFC装置的等效电流源模型，并将其处理成嵌入式稳态模型，使其适用于本专利技术所提的新型LOPF；最后建立了一种基于热启动环境的含UPFC的新型LOPF模型。附图说明图1：本专利技术方法流程图。图2：UPFC等效电流源模型图。图3：UPFC嵌入式模型原理图。图4：本专利技术模型与标准模型电压幅值偏差图。图5：本专利技术模型与标准模型电压相角偏差图。具体实施方式OPF是典型的非线性规划问题，而其非线性主要体现在等式约束中的节点功率平衡方程。其中：PGi、PDi为节点i的有功电源、有功负荷；QGi、QDi为节点i的无功电源、无功负荷；Vi为节点i的电压幅值；Gij、Bij为节点导纳矩阵第i行、第j列元素；θij＝θi-θj为线路两端的相角θi、θj的相角差；N为系统的节点数。一、新型LOPF模型本专利技术主要经过潮流解耦、等价代换和热启动环境线性化处理3个环节将公式(1)线性化。1)潮流解耦：首先将公式(1)中的线路潮流部分解耦成线路功率流和线路损耗两部分其中：Pil、Qil为线路l首端的有功、无功功率流；Plloss、为线路的有功、无功损耗；Ail为线路功率流关联矩阵，阶数为N×Nl，Nl为系统中的线路数，若节点i为线路首节点，则对应元素为1，节点i为线路末节点，则对应元素为-1，否则为0；Ailoss为线路损耗关联矩阵，节点i为线路末节点，则对应元素为1，否则为0；l∈i表示与节点i相连的线路。2)等价代换：将线路损耗带入到线路功率流公式中其中：gij、bij为线路l的电导、电纳，与导纳矩阵的关系为gij＝-Gij、bij＝-Bij。但是仍然存在Vi2和Plloss、这些非线性项。Plloss、的计算公式为其中：rij、xij为线路l的电阻、电抗。3)热启动环境线性化处理：利用已知的调度潮流数据将上述非线性因素进行线性化本专利技术定义电力系统优化调度的热启动环境是指采用电力系统日内调度的前一断面的历史数据或者现行断面的潮流数据作为初值。基于热启动环境，可以获取当前系统的电压值Vi0和线路功率流值Pil0、Qil0。采用泰勒级数展开的方法，然后取其一阶项，并忽略截断误差，进而可将2)中残存的非线性项进行如下线性化。其中：为根据公式(4)由当前潮流数据计算出的线路有功、无功损耗初值。最后将公式(5)-(7)分别带入公式(3)，并将等式右侧涉及Pil、Qil的项移到左侧，合并，然后单位化，可得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型，其特征在于，按以下步骤建立模型：(1)读取电网数据；(2)将节点功率方程解耦成线路功率流和损耗流两部分，公式为：

【技术特征摘要】
1.一种含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型，其特征在于，按以下步骤建立模型：(1)读取电网数据；(2)将节点功率方程解耦成线路功率流和损耗流两部分，公式为：其中：PGi、PDi为节点i的有功电源、有功负荷；QGi、QDi为节点i的无功电源、无功负荷；Pil、Qil为线路l首端的有功、无功功率流；为线路的有功、无功损耗；Ail为线路功率流关联矩阵，阶数为N×Nl，N为系统的节点数，Nl为系统中的线路数，若节点i为线路首节点，则对应元素为1，节点i为线路末节点，则对应元素为-1，否则为0；Ailoss为线路损耗关联矩阵，节点i为线路末节点，则对应元素为1，否则为0；l∈i表示与节点i相连的线路；(3)通过简化和等价代换，将损耗流带入到线路功率流公式中，得到：其中：Vi为节点i的电压幅值；Vj为节点j的电压幅值；gij、bij为线路l的电导、电纳；θij＝θi-θj为线路两端的相角θi、θj的相角差；(4)读取当前调度潮流数据，包括节点电压幅值和线路的有功、无功功率，在热启动环境下，将电力系统最优潮流OPF问题中非线性的节点功率方程线性化处理，公式为：其中：m1～m16、为进行变换处理后得到的系数；(5)建立统一潮流控制器UPFC等效电流源模型，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建坤，陈静，李群，卫志农，孙国强，臧海祥，何天雨，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32