本發明涉及電力系統經濟調度技術領域，特別涉及一種基于粒計算的線路潮流經濟調度方法。

背景技術：

經濟調度以全網的供電成本或能耗最低為目標函數，按照等微增率法和協調方程式進行調度，是實現電力系統經濟運行的重要工具，是運行環節中的一種科學方法，也是迄今為止世界各個國家所普遍采用的一種調度原則。目前，對于大電網的在線經濟調度研究主要遇到的問題是數據量大，采集運算的時間周期長，難以實時反映電網運行情況從而使實現經濟調度變得困難。電力系統經濟調度是一個高維、非凸、非線性的有約束優化問題，因此對該問題的求解尤其是相互耦合約束條件的處理十分困難。我國電力系統長期堅持集中調度。集中調度將使電力系統經濟調度的求解更加困難，亟需找出一種大電網經濟調度求解的有效方法。所以，對大電網經濟調度的求解問題的研究具有重要意義。

粒計算作為一種新的處理信息的算法，發展迅速，引起了廣泛的研究。用粒計算思想將大電網?；刹煌６鹊牧Ｗ?通過快速選擇合適的粒度來尋找一種較好的潮流優化方案,從而降低問題求解的復雜度。對電網的粒化要結合網絡的拓撲結構，進行等值化簡，這樣能加快計算速度。

技術實現要素：

本發明提供一種基于粒計算的線路潮流經濟調度方法，該方法提高了潮流計算的精度和計算效率。

為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于粒計算的線路潮流經濟調度方法，該方法內容包括如下步驟：

步驟1，建立經濟調度模型，包括其目標函數和約束條件；

步驟2，將電網進行分層粒化；

步驟3，網絡化簡，采用Ward等值法簡化網絡，有效減少網絡節點；

步驟4，采用粒計算方法優化網絡潮流。

進一步的，在步驟1中，所述建立經濟調度模型，其具體過程如下：

a、建立目標函數

在滿足約束條件的情況下，以發電機的總發電成本最低為目標函數，其數學表達式具體如下：

(1)式中，P_G，i是第i臺機組的輸出功率；a_i，b_i，c_i是第i臺機組的成本系數；N是機組的總臺數；

b、設置模型的約束條件，約束條件包括系統功率平衡約束、常規機組出力上下限和線路潮流約束；

具體約束條件為：

1)系統功率平衡約束

(2)式中，P_D為總負荷需求，P_LOSS為網絡損失；

2)常規機組出力上下限

(3)式中，分別為機組i的最小、最大出力；

3)線路潮流約束

(4)式中，是線l的最大極限功率。

進一步的，在步驟2中，所述將電網進行分層粒化的具體過程如下：

通常，在解決復雜問題的時候，可以先忽略一些細節條件，從一個相對抽象的角度著手解決問題，然后逐步細化，不斷深入分析。這種從粗到細分析問題的方法稱為層次分析法。

根據層次分析法，把電力網絡在各個層次上進行?；钌蠈訛橐粋€粗粒子，直到最后一層，粒子逐漸細化，每個粒子包含一部分的網絡結構，粒子之間由連接線連接；然后由上至下計算不同層次上的粒子中的潮流，最終得到所有連接線上的潮流功率。

在對每個粒子經行計算的時候要對粒子所包含的網絡結構經行等值化簡，本發明中采用Ward等值法進行化簡；

網絡等值法可以有效減少網絡節點數量，每片區域中的節點可分為兩種，一種是保留節點，一種是消除節點。在典型的Ward等值法中，保留節點只包含連接線上的邊界節點，但在本發明中，為了提高計算精度，還保留了PV節點。對每一片區域的等值方法都是一樣的，所以只對一個區域進行等值化簡。

進一步的，在步驟3中，所述采用Ward等值法簡化網絡，有效減少網絡節點，其化簡過程如下：

網絡的節點導納矩陣表示如下：

節點導納矩陣只包含通過高斯消去法得到的保留節點；

(7)式中，是保留節點上的注入電流，可以用視在功率和電壓表示如下：

在潮流計算中，等效注入功率通常表示為：

在(8)式和(9)式中，S_B,S_E,和是基本案例的潮流數據，可以通過數據采集獲得；

在潮流計算中，在不考慮網絡結構發生變化的情況下，采用Ward等值法，節點導納矩陣不需要更新；等效注入功率的更新表達式如下：

(10)式中，S_BW是機組組合變化后的新的注入功率。

進一步的，在步驟4中，所述采用粒計算方法優化網絡潮流的具體過程如下：

粒計算的目的是計算出電網絡的線路潮流；牛頓-拉夫遜法用于計算每個粒子中的交流潮流，由于牛頓-拉夫遜法需要平衡節點，所以每個粒子中至少要含有一個PV節點，用于設置平衡節點的電壓幅度；粒計算的步驟具體如下：

1)更新發電機功率

更新的發電機功率必須滿足系統功率平衡約束條件(2)式和常規機組出力上下限條件(3)式；由于網絡損失是未知的，所以初始化更新采用了基本案例中的總發電機功率；(2)式修正為(11)式，總發電機功率在第三步進行修正；

(11)式中，P_B是基本案例中的總發電機功率；

2)計算頂層粒子中的潮流

在頂層粒子中，等效注入功率按照方程(10)式更新，因為初始發電機功率中存在小的數據誤差，在進行潮流計算之后，平衡節點的有功功率會與計算之前產生偏差，產生的功率偏差應該分配到各個發電機上；

3)把平衡節點上的有功功率偏差分配到各發電機

根據費用靈敏度分配有功偏差：

(12)式中，H₀是費用靈敏度；發動機功率改變后，電力潮流需要重新計算；

4)把連接線上的有功功率和無功功率分配到下一層的相關粒子上

粒計算之后，可以得到連接線上的有功功率和無功功率，下一層的粒子需要這些數據來計算潮流；

5)計算下一層粒子中的電力潮流

得到上一層連接線上的有功功率和無功功率后，就能計算本層粒子中的潮流了，如果這是最后一層中的粒子，那么粒計算過程結束，否則回到步驟(4)；

當粒計算過程全部完成時，可以得到所有線路上的潮流。

由于采用上述技術方案，本發明提供的一種基于粒計算的線路潮流經濟調度方法，與現有技術相比具有這樣的有益效果：

1、考慮因素全面，提高了計算精度；

2、提出分層?；蠼獾牟呗裕芙档颓蠼鈺r間，提高求解效率；

3、對于大規模電力網絡，如果采用合理的分層粒計算方法，可以解決收斂困難的問題，還能提高計算速度。

附圖說明

圖1是本發明方法的模擬電網圖；

圖2是本發明方法的模擬電網的三層分層圖；

圖3是本發明方法的互聯電力系統網絡圖；

圖4是本發明方法的第一層網絡的化簡圖；

圖5是本發明方法的粒計算流程圖；

圖6是本發明方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

本發明的一種基于粒計算的線路潮流經濟調度方法，該方法的流程圖如圖6所示，該方法內容包括如下步驟：

步驟1，建立經濟調度模型，包括其目標函數和約束條件；

步驟1中，建立經濟調度模型的具體過程如下：

a、建立目標函數

在滿足約束條件的情況下，以發電機的總發電成本最低為目標函數，其數學表達式具體如下：

(1)式中，P_G，i是第i臺機組的輸出功率；a_i，b_i，c_i是第i臺機組的成本系數；N是機組的總臺數；

b、設置模型的約束條件，約束條件包括系統功率平衡約束、機組出力上下限、線路潮流約束；

具體約束條件為：

1)系統功率平衡約束

(2)式中，P_D為總負荷需求，P_Loss為網絡損失；

2)常規機組出力上下限

(3)式中，分別為機組i的最小、最大出力；

3)線路潮流約束

(4)式中，是線l的最大極限功率。

步驟2，將電網進行分層粒化；

將電網進行分層?；木唧w過程如下：

通常，在解決復雜問題的時候，可以先忽略一些細節條件，從一個相對抽象的角度著手解決問題，然后逐步細化，不斷深入分析。這種從粗到細分析問題的方法稱為層次分析法。為了更好的理解分層方法，下面用一個具體例子來進行闡述，如圖1、2所示。

圖1是一個模擬電網圖，G₀，G₁，G₂，G₃為發電機。假設這片電網能被分成四個區域，如圖1中所示的四個圓圈包含的區域，分別計算這四個區域的線路潮流；每個區域包含一到兩條聯絡線，層次化分析法的目的就是獲得所有聯絡線上的潮流?？梢詫⑦@片模擬電網絡分成三層，如圖2所示。每一層的特點具體如下：

1)第一層：第一層只包含一個粒子V₀，負責粗粒度計算，計算前要簡化其拓撲結構，簡化后的網絡結構只包含四個發電機節點、聯絡線節點(節點a和b)和相關線路，如圖4所示。通過粒計算能夠獲得聯絡線a-b上的潮流，然后將其分配到第二層的粒子中；

2)第二層：第二層包含兩個粒子V₁和V₂，同樣，兩個粒子中的拓撲結構被簡化了，通過粒計算得到了聯絡線c-g，d-h，e-j和f-k上的潮流，然后分配到下一層的相關粒子中；

3)第三層：第三層包含四個粒子，分別為V₃，V₄，V₅和V₆；這一層的粒子負責細粒度計算，在這一層經過粒計算后，能夠得到所有線路上的潮流分布。

根據層次分析法，把電力網絡在各個層次上進行?；钌蠈訛橐粋€粗粒子，直到最后一層，粒子逐漸細化，每個粒子包含一部分的網絡結構，粒子之間由連絡線連接；然后由上至下計算不同層次上的粒子中的潮流，最終得到所有連絡線上的潮流功率。

在對每個粒子經行計算的時候要對粒子所包含的網絡結構經行等值化簡，本發明中采用Ward等值法進行化簡。

步驟3，網絡化簡，采用Ward等值法簡化網絡，有效減少網絡節點；

采用Ward等值法簡化網絡，有效減少網絡節點的具體過程如下：

網絡等值法可以有效減少網絡節點數量，每片區域中的節點可分為兩種，一種是保留節點(B)，一種是消除節點(E)，如圖3所示。在典型的Ward等值法中，保留節點只包含連接線上的邊界節點，但在本發明中，為了提高計算精度，還保留了PV節點。對每一片區域的等值方法都是一樣的，以下只對第一層的粒子進行化簡，其化簡后的拓撲結構如圖4所示。其化簡過程如下：

網絡的節點導納矩陣表示如下：

節點導納矩陣只包含通過高斯消去法得到的保留節點；

(7)式中，是保留節點上的注入電流，可以用視在功率和電壓表示如下：

在潮流計算中，等效注入功率通常表示為：

在(8)式和(9)式中，S_B,S_E,和是基本案例的潮流數據，可以通過數據采集獲得；

在潮流計算中，在不考慮網絡結構發生變化的情況下，采用Ward等值法，節點導納矩陣不需要更新；等效注入功率的更新表達式如下：

(10)式中，S_BW是機組組合變化后的新的注入功率。

步驟4，采用粒計算方法優化網絡潮流，粒計算過程如圖5所示，

其具體過程如下：

粒計算的目的是計算出電網絡的線路潮流。牛頓-拉夫遜法用于計算每個粒子中的交流潮流；由于牛頓-拉夫遜法需要平衡節點，所以每個粒子中至少要含有一個PV節點，用于設置平衡節點的電壓幅度；粒計算的步驟具體如下：

1)更新發電機功率

更新的發電機功率必須滿足系統功率平衡約束條件，(2)式和常規機組出力上下限條件(3)式；由于網絡損失是未知的，所以初始化更新采用了基本案例中的總發電機功率；(2)式修正為(11)式，總發電機功率在第三步進行修正；

(11)式中，P_B是基本案例中的總發電機功率；

2)計算頂層粒子中的潮流

在頂層粒子中，等效注入功率按照方程(10)式更新，因為初始發電機功率中存在小的數據誤差，在進行潮流計算之后，平衡節點的有功功率會與計算之前產生偏差，產生的功率偏差應該分配到各個發電機上；

3)把平衡節點上的有功功率偏差分配到各發電機

根據費用靈敏度分配有功偏差：

(12)式中，H₀是費用靈敏度；發動機功率改變后，電力潮流需要重新計算；

4)把連接線上的有功和無功分配到下一層的相關粒子上

粒計算之后，可以得到連接線上的有功和無功，下一層的粒子需要這些數據來計算潮流；

5)計算下一層粒子中的電力潮流

得到上一層連接線上的有功和無功后，就能計算本層粒子中的潮流了，如果這是最后一層中的粒子，那么粒計算過程結束，否則回到步驟(4)；

當粒計算過程全部完成時，可以得到所有線路上的潮流。

為了更加全面的驗證本發明的有效性，本發明的案例仿真采用IEEE 118節點19機組系統，并根據粒計算的粒子劃分方法的不同分化出兩個層數不同的案例。在案例1.1中，系統被分為兩層；在案例1.2中，系統被分為三層。再將兩個案例的結果同時與傳統的潮流計算結果進行對比驗證，其結果如表1。

表1案例中的潮流計算時間比較

Table.1 Thepower flow computing time comparison for cases

很明顯，采用分層粒計算的方法要比傳統的潮流算法的時間少很多，而且分為三層的案例1.2比分為兩層的案例1.1更省時，隨著網絡規模的擴大，粒計算的優越性會越明顯。以上結果驗證了本發明的優越性。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。