交直流互联电网运行优化模型及算法研究

随着高压直流输电工程和区域电网互联建设的不断推进,交直流互联电网的规模越来越大,拓扑结构也越来越复杂。由于涉及到大容量电能的传输,交直流互联电网运行时对每个环节的优化都能够创造出巨大的社会效益,这使得交直流互联电网运行的优化研究一直是个重要课题。一方面,随着节能减排工作的推进,电网运行中需要兼顾多个效益指标,同时风电的接入使得交直流互联电网运行调度问题变得更为复杂;另一方面,考虑一天内直流调节次数限制的优化调度方案更符合实际要求,而如何生成真实可靠的日前运行方式数据直接影响到交直流输电通道功率分配工作的准确与否。因此,本文从多目标优化、随机优化、动态优化以及交直流并联输电通道有功分配优化这四个方面对交直流互联电网的优化运行展开了比较深入的研究,具体如下:1)提出了求解交直流互联电网多目标无功优化问题帕累托最优解集的分段规格化法平面约束算法。以交直流互联电网有功损耗和所有关键节点电压偏差平方和最小化为目标,建立了交直流互联电网的多目标无功优化模型,并提出了一种求其帕累托最优解的分段规格化法平面约束法。该算法针对帕累托前沿上各点的切线与乌托邦线夹角不同,对规格化法平面约束法进行改进,即将帕累托前沿按照一定规则分割成4段,每段对应1个子乌托邦线,从而将原多目标优化问题分解为4组多目标优化问题。再对每个子乌托邦线进行等距离分割处理,每组多目标优化问题可转化为求解一系列单目标优化问题。算例结果表明,与权重法和法线边界交叉法相比,该算法获得的最优解集在Pareto前沿上分布更均匀,因而为运行人员提供的运行信息更全面。2)应用分段规格化法平面约束算法和极限场景法求解含风电接入的交直流互联电网多目标最优潮流问题。为减小问题的求解难度,以极限误差场景代替随机误差场景来应对风电出力的波动,建立了极限误差场景下含风电接入的交直流互联电网多目标最优潮流模型。借助分段规格化法平面约束法将其转化为一系列大规模单目标非线性规划问题。在应用非线性原对偶内点法求解单目标非线性规划问题过程中,依据场景顺序将修正方程的系数矩阵排列为对角加边形状,然后利用稀疏技术存储和消元,减少运算中的存储需求和非零元计算。算例结果表明,该方法在求解实际交直流互联电网随机优化问题时具有一定的可行性。3)提出了求解考虑直流功率调节次数限制的交直流互联电网动态无功优化方法。为避免一天内直流功率频繁调节,建立了考虑直流调节次数限制的交直流系统动态无功优化模型。应用广义Benders方法分解迭代中,将直流功率变量同整数变量一起划分到上层主问题中,这样下层问题能够分解为多个独立的单个时间段面的交直流优化子问题,同时采用一种紧凑Benders割将子问题的优化信息传递到主问题中。在逐次线性逼近最优直流输电功率中,提出了一种动态调整直流功率变化步长的策略。算例结果验证了该算法在限制直流功率调节次数方面的有效性和正确性。4)提出了交直流并联输电通道有功优化分配方法。为提高日前调度计划中交直流互联电网并联输电通道功率分配工作的精细度和准确度,基于调度员潮流数据和DMIS计划数据,介绍了构建未来一天各时间断面下电网运行方式数据框架,在此基础上对日前安排计划中输电通道功率分配进行优化调整。实际应用结果表明,该方法能够有效降低未来一天输电通道的有功损耗,为实现交直流互联电网的最佳运行提供决策辅助。