智能化变电站的概念及架构 .pdf

1、 方 程( 式( ) 可 写 成: B ( V B , B ) P Q P B P B QB Q B f P ( V B , B ) f Q ( V B , B ) f P ( V B , B ) f Q ( V B , B ) ( ) 全 网 潮 流 方 程 的 求 解 等 价 于 式( )、 式( )、 式( ) 的 求 解. 以 潮 流 计 算 为 例, 利 用 分 解 协 调 策 略 的 计 算 过 程 如 图 所 示. SD* 3*V B , B S 1 0 $“ S 2 0 $“ S!?D*3/U D* 3* V B V BV B U B B + B V B , B V B , B

2、 P B ,Q B P B ,Q B 图 基 于 分 解 协 调 策 略 的 潮 流 计 算 过 程 F i g Lo adf l owc a l c u l a t i onp r o c e du r eba s e don d e c ompo s e c o o r d i na t es t r a t e g y从 图 可 以 看 出, S 与 S 和 S 之 间 需 要 交 换 的 数 据 很 少. S 将 边 界 母 线 电 压 幅 值 和 相 角 V B , B 下 发 至 S 和 S ; S 和 S 将 本 区 域 潮 流 计 算 得 到 的 边 界 注 入 功 率 P B

3、 , QB , P B , Q B 上 传 至 S . S 只 需 要 关 注 联 络 线 模 型 和 数 据, 不 需 要 知 道 S 和 S 内 部 模 型 和 数 据 的 细 节; 同 样, S 和 S 只 需 要 关 注 本 区 域 的 模 型 和 数 据, 不 需 要 关 注 联 络 线 的 模 型 和 数 据. 通 过 分 解 协 调 策 略, 系 统 级 分 析 计 算 时 S , S , S 的 模 型 和 数 据 之 间 实 现 了 解 耦, S 和 S 的 模 型 和 数 据 不 再 需 要 全 部 上 传 至 S . 暂 态 稳 定 及 小 干 扰 计 算 对 于 小 干

4、 扰 分 析 和 暂 态 稳 定 仿 真, 由 于 各 个 动 态 元 件 的 动 态 方 程 本 身 相 互 解 耦, 耦 合 依 然 只 存 在 于 潮 流 方 程 中, 因 此, 上 述 分 解 协 调 策 略 对 于 小 干 扰 分 析、 机 电 暂 态 仿 真、 机 电 电 磁 暂 态 混 合 仿 真 等 仍 然 可 以 应 用 . 以 暂 态 稳 定 时 域 仿 真 为 例, 采 用 隐 式 梯 形 法 时 电 力 系 统 微 分 代 数 模 型 离 散 化 为: x k x k h ( f ( x k , yk ) f ( x k , yk ) g ( x k , yk ) (

5、) 式 中: 下 标 k 表 示 第 k 个 离 散 时 间 点; x 为 状 态 向 量, 包 含 发 电 机 转 子 角 度、 角 速 度, 以 及 励 磁 系 统、 调 速 系 统、 直 流 系 统 和 动 态 负 荷 等 的 状 态 变 量; y 为 代 数 向 量, 包 含 各 母 线 电 压、 电 流 及 发 电 机 机 端 d 轴 和 q 轴 电 压、 电 流; h 为 时 域 仿 真 步 长; f ( ) 和 g ( ) 为 描 述 暂 态 过 程 的 微 分 代 数 方 程. 常 乃 超, 等 智 能 电 网 调 度 控 制 系 统 新 型 应 用 架 构 设 计令 y y

6、, V B , B T , z x , y T , 其 中 y 为 除 V B 和 QB 外 y 中 的 分 量, 则 式( ) 实 际 上 变 为 一 个 广 义 潮 流 方 程: F ( z , V B , B ) ( )即 暂 态 稳 定 时 域 仿 真 微 分 代 数 模 型 在 每 个 离 散 时 间 点 上 变 为 一 个 广 义 潮 流 模 型, 对 于 式( ) 所 示 广 义 潮 流 方 程, 节 所 示 分 解 协 调 策 略 同 样 可 以 应 用. 上 述 暂 态 稳 定 时 域 仿 真 分 解 协 调 算 法 已 经 过 大 量 实 际 系 统 的 测 试 . 面 向

7、 多 目 标 趋 优 的 应 用 功 能 重 构 多 目 标 趋 优 的 概 念 对 于 一 个 受 控 微 分 代 数 系 统, 如 式( ) 所 示, 系 统 的 运 行 性 能 可 用 多 个 性 能 指 标 I ( x , y , u ), I ( x , y , u ), , I N ( x , y , u ) 表 示, 多 个 性 能 指 标 之 间 通 常 是 互 相 冲 突 的, 不 可 能 使 多 个 性 能 指 标 同 时 达 到 最 优. x f ( x , y , u ) g ( x , y ) ( ) 式 中: u 为 控 制 量. 多 目 标 趋 优 的 数 学 模

8、 型 可 归 结 为 一 个 多 目 标 优 化 问 题: mi n u I ( x , y , u ), I ( x , y , u ), , I N ( x , y , u ) s t x f ( x , y , u ) g ( x , y ) u ( ) 式 中: 为 可 行 域. 即 通 过 寻 找 合 适 的 控 制 量 u , 较 好 地 平 衡 多 个 性 能 指 标. 求 解 上 述 多 目 标 趋 优 控 制 的 途 径 有 种. 第 种 途 径 是 通 过 效 用 函 数 将 多 目 标 优 化 转 为 单 目 标 优 化, 通 常 将 效 用 函 数 取 为 常 数, 即

9、 将 各 个 性 能 指 标 加 权 形 成 单 目 标 函 数:mi n u N i i I i ( x , y , u ) s t x f ( x , y , u ) g ( x , y ) u ( ) 式 中: i 为 第 i 个 性 能 指 标 的 权 重. 这 种 方 法 的 优 点 是 求 解 简 单 但 权 重 不 易 确 定. 第 种 途 径 是 不 等 式( 等 式) 约 束 法, 保 留 一 个 主 要 指 标 作 为 目 标 函 数, 其 余 指 标 通 过 选 择 适 当 的 常 数 化 为 等 式 约 束 或 不 等 式 约 束: mi n u I ( x , y ,

10、 u ), I ( x , y , u ), , I N ( x , y , u ) s t I ( x , y , u ) c I N ( x , y , u ) c N x f ( x , y , u ) g ( x , y ) u ( ) 式 中: c 至 c N 为 指 标 约 束 值. 这 种 方 法 的 优 点 是 求 解 简 单, 但 常 数 不 易 给 定. 目 前 的 SCUC / SCED 实 际 上 采 用 的 就 是 这 种 途 径, 以 经 济 性 作 为 主 要 指 标, 安 全 作 为 约 束, 最 终 的 优 化 结 果 在 安 全 边 界 上, 没 有 体 现

11、 安 全 第 一 的 原 则. 第 种 途 径 是 真 正 意 义 上 的 多 目 标 优 化 方 法, 即 求 解 Pa r e t o 非 劣 解 集. Pa r e t o 非 劣 解 集 具 有 这 样 的 性 质: 对 于 非 劣 解 集 内 的 任 何 一 点, 偏 离 该 点 将 导 致 至 少 有 一 个 目 标 值 变 大. 可 行 域 内 非 劣 解 集 之 外 其 他 点 构 成 的 集 合 称 为 劣 解 集, 偏 离 劣 解 点 将 使 所 有 目 标 均 变 小, 因 此 这 些 点 上 没 有 一 个 目 标 是 优 化 的, 因 此 要 避 免 运 行 在 这

12、些 点 上. Pa r e t o 解 集 的 求 解 方 法 有 NBI ( no rma lbounda r yi n t e r s e c t i on ) 方 法、 离 散 化 启 发 式 搜 索 等. 求 出 非 劣 解 集 后, 在 此 基 础 上 再 根 据 实 际 需 要 进 行 最 终 决 策, 选 择 能 够 较 好 平 衡 多 个 性 能 指 标 的 Pa r e t o 最 优 解. 多 目 标 趋 优 的 机 组 组 合 和 在 线 调 度 常 规 SCUC / SCED 模 型 的 目 标 函 数 如 式( ) 所 示, 需 满 足 的 约 束 包 括 安 全 约

13、 束、 旋 转 备 用 约 束 和 爬 坡 约 束 等. mi n u C ( u ) ( ) 式 中: C ( u ) 为 运 行 成 本. 假 定 目 标 函 数 是 凸 的, 最 终 得 出 的 优 化 结 果 运 行 在 系 统 安 全 约 束 边 界 上. 因 最 终 得 到 的 优 化 解 在 安 全 边 界 上, 实 际 上 没 有 真 正 体 现 安 全 第 一 的 原 则. 为 了 较 好 地 平 衡 安 全 性、 经 济 性、 新 能 源 消 纳 等 指 标, 构 造 多 目 标 机 组 组 合( MUC ) / 多 目 标 在 线 调 度( MOD ) 模 型 的 目 标

14、 函 数 如 式( ) 所 示, 需 要 满 足 的 约 束 包 括 旋 转 备 用 约 束 和 爬 坡 约 束 等. mi n u C ( u ), ( u ), r ( u ) ( ) 式 中: ( u ) 为 稳 定 裕 度 指 标, 由 节 改 进 的 DSA 给 出; r ( u ) 为 新 能 源 发 电 消 纳 比 例. SCED 的 在 线 电 网 模 型 由 节 带 潮 流 方 程 约 束 的 状 态 估 计 给 出. 对 于 上 述 多 目 标 优 化 问 题, 可 采 用 基 于 NBI 的 方 法 或 基 于 离 散 化 搜 索 的 多 目 标 优 化 方 法 求 出

15、其 Pa r e t o 非 劣 解 集 , 并 在 非 劣 解 集 的 基 础 上 根 据 能 源 政 策 和 调 度 规 程 进 行 最 终 决 , ( ) 智 能 电 网 调 度 控 制 系 统 h t t p : / www a eps i n f o c om 策. 最 终 得 到 的 优 化 解 运 行 在 系 统 安 全 边 界 内, 真 正 体 现 安 全 第 一 的 原 则, 且 能 使 安 全 性、 经 济 性 和 新 能 源 消 纳 比 例 得 到 最 佳 平 衡. 带 潮 流 方 程 约 束 的 状 态 估 计 状 态 估 计 是 各 类 在 线 应 用( 如 DSA

16、, MUC 和 MOD 等) 的 基 础, 为 使 状 态 估 计 结 果 更 贴 近 系 统 真 实 潮 流, 提 出 了 具 有 潮 流 方 程 约 束 和 离 散 形 式 目 标 函 数 的 状 态 估 计 方 法 . 状 态 估 计 一 般 模 型 如 下 : mi n x J ( x ) N i i ( e i ) ( ) 式 中: e i z i h i ( x ), 为 量 测 方 程, 其 中 z i 为 量 测 量, h i ( x ) 为 真 实 量. i ( e i ) 可 取 多 种 函 数 形 式, 不 同 形 式 的 收 敛 性、 抗 差 性 能 相 差 较 大.

17、若 取 平 方 加 权 形 式, 则 构 成 最 小 二 乘 估 计 器( WLS ); 若 取 绝 对 值 形 式, 则 构 成 最 小 绝 对 值 估 计 器( WLAV ); 若 取 分 数 次 幂 形 式, 则 构 成 分 数 次 估 计 器( FP ) 等 等. 特 别 是, 近 期 研 究 发 现 当 i ( e i ) 取 为 图 ( a ) 所 示 离 散 形 式 时, 具 有 很 好 的 抗 差 性 且 可 避 免 设 置 量 测 权 重 . 将 图 ( a ) 进 一 步 用 图 ( b ) 所 示 的 连 续 函 数 拟 合, 即 可 应 用 各 种 连 续 优 化 方

18、法 进 行 求 解. -0.5 0.5 1.0 1.5 -4 4 -2 2 0 0 0.5 1.0 1.5 -8 4 6 8 -2 -4 -6 2 0 0 (a) (b) i (e i ) i (e i ) e i e i 图 离 散 形 式 的 目 标 函 数 及 其 近 似 连 续 拟 合 F i g Di s c r e t eob j e c tf unc t i onandi t sapp r ox ima t e c on t i nuou sf i t t i ng 目 前 广 泛 使 用 的 无 约 束 WLS 状 态 估 计 算 法 实 现 简 单, 收 敛 性 较 好, 但

19、 对 零 注 入 量 测 的 处 理 有 一 定 缺 陷, 最 终 得 到 的 估 计 结 果 一 般 不 能 严 格 满 足 潮 流 方 程, 某 些 情 况 下 导 致 状 态 估 计 结 果 与 系 统 真 实 潮 流 状 态 具 有 一 定 偏 差. 为 使 状 态 估 计 结 果 更 贴 近 系 统 真 实 情 况, 可 把 潮 流 方 程 作 为 状 态 估 计 器 的 约 束 条 件, 并 采 用 上 述 离 散 化 目 标 函 数 形 式, 形 成 如 下 状 态 估 计 模 型: mi n x N i i ( e i ) s t i ( e i ) z ih i ( x )

20、ii , , , N G ( x ) H ( x ) ( ) 式 中: G ( x ) 为 潮 流 方 程 约 束; H ( x ) 为 其 他 运 行 约 束. 上 述 模 型 可 采 用 现 代 内 点 法 进 行 求 解, 该 模 型 的 解 严 格 满 足 潮 流 方 程, 更 接 近 系 统 真 实 潮 流 状 态, 同 时 也 解 决 了 DSA 中 初 始 潮 流 不 收 敛 的 问 题. 具 有 最 小 / 最 大 稳 定 裕 度 计 算 功 能 的 DSA 目 前, 在 线 稳 定 分 析 及 预 警 系 统 的 主 要 功 能 是 在 给 定 的 故 障 及 过 渡 方 案

21、( 即 任 意 系 统 运 行 参 数 的 变 化 方 向, 通 常 是 考 察 负 荷 发 电 增 长 方 向) 下, 逐 步 恶 化 系 统 运 行 方 式, 找 到 系 统 的 稳 定 极 限, 给 出 系 统 的 稳 定 裕 度. 显 然, 这 样 得 到 的 稳 定 裕 度 依 赖 于 选 取 的 过 渡 方 案, 以 负 荷 发 电 增 长 方 向 为 例, 不 同 的 负 荷 发 电 增 长 方 向 下 得 到 的 稳 定 裕 度 相 差 可 能 很 大. 为 了 给 调 度 运 行 人 员 提 供 更 为 全 面 深 入 的 系 统 稳 定 裕 度 信 息, 除 常 规 稳 定 裕 度 外, 新 一 代 DSA 系 统 搀昀栀樀氀渀瀀爀琀瘀砀稀簀縀耀舀萀蘀