[发明专利]一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法

说明书

本发明公开了一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，首先明确电力系统无功优化问题的控制变量、目标函数和约束条件；然后将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，建立实时无功优化模型；其次引入中间变量并增加对中间变量的约束，从而消去目标函数中操作次数部分的绝对值符号；接着将整数变量松弛成连续变量，得到一组下界解；最后将得到的下界解中的整数变量向下取整，引入0‑1变量对模型进行修正，重新求解从而得到无功优化的最优解。本发明可有效避免变压器等元件的频繁调整，有效提高无功优化问题的求解效率。

技术领域

本发明涉及一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，属于电力系统相关技术领域。

背景技术

电力系统无功优化通过调整有载变压器抽头，无功补偿装置和发电机出力，达到提高电压质量和降低网损的目的，是保证电网安全、经济运行和优质供电的重要手段。

通常无功优化只针对某时刻的负荷水平(如实时或短期预测的负荷数据)来编制的，即所谓静态无功优化，一般以有功损耗最小为目标，并考虑电压等约束。然而，随着系统负荷水平的波动，这种静态无功优化将导致变压器抽头和补偿设备频繁调整和投切，大大减少了这些设备的使用寿命，从而造成经济损失。

而动态无功优化则在数学模型中引入了变压器抽头调整和补偿设备投切允许动作次数的约束，从而避免控制设备随负荷水平波动而频繁调整。由于动态无功优化一般将一天的负荷预测数据划分为若干个时段，然后以整天的网络损耗最小为目标，并对控制变量的动作次数进行直接约束，因此极大增加了无功优化问题求解的复杂度，且在实际运行过程中会收到负荷预测结果精度的影响。实际上，变压器可调抽头和无功补偿装置投切开关的允许操作次数表征的是设备的使用寿命，本质上依旧是经济性的考虑。

发明内容

针对背景技术中所涉及到的缺陷，本发明提供一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中。该方法不仅不依赖于负荷预测结果精度，可避免设备的频繁调整，且在时段间没有耦合关系，极大地降低了无功优化问题的求解难度，具有一定的实用价值。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于两阶段优化的电力系统实时无功优化方法，包括步骤：

步骤1)，根据电力系统无功优化问题的基本诉求，明确其控制变量、目标函数和约束条件；

步骤2)，将网损转换成运行费用，并将允许操作次数的限制转换成调整代价引入目标函数中，对目标函数进行修正，从而建立实时无功优化模型；

步骤3)，在目标函数中引入中间变量，并增加对中间变量的约束；

步骤4)，对步骤3)得到的实时无功优化模型，将控制变量中的整数变量松弛成连续变量，采用原-对偶内点法进行求解，得到无功优化问题的下界解；

步骤5)，以步骤4)所得下界解为基础，将其中的整数变量向下取整；引入0-1变量对步骤3)得到的实时无功优化模型中的整数变量进行等价代换，采用Benders分解法进行求解，得到无功优化问题的最优解，完成电力系统的实时无功优化。

作为本发明的进一步技术方案，所述步骤1)中：

电力系统无功优化问题的控制变量为发电机无功出力、变压器变比和电容电抗器无功补偿容量；

电力系统无功优化问题的目标函数为：

式中，f表示目标函数；P_Gk为第k台发电机的有功出力；P_Di为节点i的有功负荷；

电力系统无功优化问题的约束条件应包括功率平衡约束、设备容量约束和安全运行约束，具体为：

功率平衡约束：