基于ipc的潮流控制網(wǎng)損優(yōu)化模型

基于ipc的潮流控制網(wǎng)損優(yōu)化模型

1ipc網(wǎng)損優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性交替功率控制器是加拿大魁斯波夫技術(shù)發(fā)展中心的電力專(zhuān)家提出的一套趨勢(shì)控制設(shè)備。這是一種靈活的通信能力和輸送設(shè)備，可以通過(guò)改造潛水器來(lái)形成。其對(duì)潮流的控制能力很強(qiáng),可以有效控制線路功率,改善網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有一定的影響,本文將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)中進(jìn)行網(wǎng)損優(yōu)化的研究具有一定的意義。對(duì)于一個(gè)完整的IPC裝置,其基本結(jié)構(gòu)是在每一相輸電線中串入并聯(lián)的電感和電容支路,電感和電容分別受控于兩個(gè)移相電壓。對(duì)于不同類(lèi)型的IPC,其兩個(gè)移相電壓角是確定的,電容和電感參數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。目前關(guān)于IPC的研究主要集中在其運(yùn)行特性2種經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)之一是網(wǎng)絡(luò)有功損耗為最小,這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)控制相應(yīng)的控制變量使系統(tǒng)達(dá)到一種經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)損優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中有狀態(tài)變量X和控制變量V,狀態(tài)變量X為節(jié)點(diǎn)電壓模值U和電壓相角θ,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中含有相間功率控制器時(shí),控制變量V除了包含常規(guī)控制變量如發(fā)電機(jī)有功輸出功率、機(jī)端電壓、可調(diào)變比變壓器分接頭等之外,還包含IPC的等效附加電勢(shì)相對(duì)于輸入電壓的相對(duì)幅值(γ2.1約束條件介紹原始網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)損耗的目標(biāo)函數(shù)為:式中,N網(wǎng)損優(yōu)化模型的約束條件包括等式約束條件和不等式約束條件。等式約束為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡方程式中,P不等式約束包括IPC參數(shù)和線路有功功率約束為:式中,γ2.2節(jié)點(diǎn)附加注入功率將IPC加入電力網(wǎng)絡(luò)中,改變了原有網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的參數(shù)及對(duì)稱(chēng)性發(fā)生變化,使計(jì)算復(fù)雜,存儲(chǔ)空間需求大,為解決此類(lèi)問(wèn)題,通過(guò)推導(dǎo)將IPC對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響以等效節(jié)點(diǎn)附加注入功率形式加入到等式約束式(2)和式(3)的P依據(jù)文獻(xiàn)分析繼續(xù)化解,將圖2中IPC對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響轉(zhuǎn)化為其支路兩側(cè)節(jié)點(diǎn)的附加注入功率形式,故在每次計(jì)算中所需考慮的僅僅是將IPC對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響以附加注入功率的形式代入網(wǎng)損優(yōu)化模型中的功率平衡約束條件中故功率平衡式(2)、式(3)中的注入功率分別變?yōu)镻含有IPC線路的無(wú)功功率表達(dá)式為含有IPC線路的無(wú)功功率表達(dá)式為不含有IPC的線路有功功率不等式約束為在快速解耦法特性基礎(chǔ)上,結(jié)合式(2)和式(3)并對(duì)式(8)~式(11)中的狀態(tài)變量求偏導(dǎo)數(shù),選擇節(jié)點(diǎn)附加注入功率作為子迭代,這樣既改善了收斂性能,也加快尋優(yōu)算法的收斂速度。因而可以將含有IPC網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算采用類(lèi)似于不含IPC的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解。3節(jié)點(diǎn)功率平衡方程乘子罰函數(shù)法可以把有約束的非線性問(wèn)題變換為一系列無(wú)約束問(wèn)題來(lái)處理,并能使越界的變量或函數(shù)回到邊界進(jìn)行下一次迭代,基于IPC網(wǎng)損優(yōu)化問(wèn)題的求解可以利用乘子罰函數(shù)法和解耦法相結(jié)合進(jìn)行求解。對(duì)不等式約束(5),可以通過(guò)罰函數(shù)乘子將其加入網(wǎng)損目標(biāo)函數(shù)中形成統(tǒng)一的目標(biāo)函數(shù):函數(shù)h式中,N式中,Δη為目標(biāo)函數(shù)可能變化的最大估計(jì)值;ε為容許越界量。則在選取罰因子時(shí)就可以避免選擇的隨意性,減少迭代次數(shù),達(dá)到較好的收斂性能。乘子μ式中,t為迭代次數(shù)。而對(duì)于控制變量γ式中,g對(duì)式(24)的拉格朗日乘子向量和式(26)、式(27)的節(jié)點(diǎn)功率平衡方程都可以方便地由P-Q解耦法求解,即通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),修正方程式(28)、式(29)和式(30)、式(31)具有相同的解耦結(jié)構(gòu),因此可以進(jìn)行交替迭代求解。通過(guò)解耦法求得狀態(tài)變量X和拉格朗日乘子向量λ式中,ε為收斂因子。4ipc處理環(huán)網(wǎng)潮流控制以IEEE5和IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例,采用本文所建模型進(jìn)行分析。選擇IPC120進(jìn)行潮流調(diào)節(jié),其移相角分別為φ(1)以IEEE5為例分別進(jìn)行了4種方式的計(jì)算分析。(1)網(wǎng)絡(luò)中不加任何IPC的潮流;(2)IPC裝在2-3支路控制功率;(3)IPC裝在2-4支路控制功率;(4)IPC裝在3-4支路控制功率。限于篇幅,省略網(wǎng)絡(luò)中無(wú)IPC進(jìn)行控制時(shí)的潮流解,根據(jù)其結(jié)果,功率的環(huán)網(wǎng)自然分布使得線路2-3處于重載狀態(tài),而線路2-4卻處于輕載狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)潮流分布不合理,容易引起網(wǎng)損增大。為此采用在環(huán)網(wǎng)中的3條支路上分別裝設(shè)IPC進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)控制,采用本文所建模型及算法進(jìn)行網(wǎng)損優(yōu)化求解,降低網(wǎng)損,最優(yōu)解如表1所示。另外,為達(dá)到緩解2-3線路和2-4線路重載和輕載狀態(tài),使系統(tǒng)各條線路負(fù)載功率合理化分布,對(duì)其優(yōu)化后的IPC參數(shù)及潮流分布、網(wǎng)絡(luò)損耗結(jié)果如表2所示。觀察求解結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),方式2可以在控制總網(wǎng)損最小時(shí)兼顧調(diào)節(jié)線路2-3和線路2-4的功率,使無(wú)IPC時(shí)重載的2-3線路減輕負(fù)擔(dān),輕載的2-4線路適當(dāng)增強(qiáng)輸送功率的能力。方式3和方式4在同時(shí)滿足網(wǎng)絡(luò)損耗最小和兼顧調(diào)節(jié)使線路2-3緩解重載及線路2-4增加輸送功率的合理化方面不及方式2效果好。(2)以IEEE14為例分別進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)中無(wú)IPC時(shí)和在不同支路加入IPC進(jìn)行潮流控制的計(jì)算分析。限于篇幅,省略原始潮流求解。通過(guò)原始求解易得線路1-2相對(duì)處于重載狀態(tài),而線路5-6卻處于輕載狀態(tài),將IPC加在系統(tǒng)中的不同線路i-j上,通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)B本文只將能使網(wǎng)損明顯減小的情況列出,即IPC加在線路1-2,1-5,3-4,4-5,6-11,6-12,6-13,7-9和9-10上,而加在1-2,3-4,6-11和7-9上除了保證網(wǎng)損最小之外還能有效起到使重載的線路1-2減輕負(fù)擔(dān)及輕載的線路5-6適當(dāng)增加輸送能力的效果。其中,將IPC加在線路3-4上效果最為可觀。5ipc的模型建立本文在保持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣對(duì)稱(chēng)性的前提下,推導(dǎo)了含有IPC線路的節(jié)點(diǎn)等效附加注入功率和線路功率表達(dá)式,將其分別引入到網(wǎng)損優(yōu)化的等式約束條件和不等式約束條件中,