基于线性规划算法的电网负荷切除方法及系统

技术领域

本公开属于电网安全分析技术领域，具体涉及一种基于线性规划算法的电网负荷切除方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着经济的快速发展，电能给人们的生活生产带来极大便利，已经成为了人们生活和生产中不可或缺的二次能源。因此，保障电网的安全可靠运行，是电力系统的重大任务之一。

当电力系统中出现发电机停机、输电线路断线、电力系统运行方式发生较大变化的情况时，电网中就会出现节点电压过低或输电线路功率越限等紧急状况，此时需要通过进行负荷切除操作才能使得电网重新回到安全的稳定运行状态。

负荷切除，即在电网事故情况时为维持电力系统的功率平衡和稳定性，将部分负荷从电网上断开。因负荷切除所导致的停电对人们的生产生活将造成较大影响。因此，需要寻找一种在电网紧急情况下的最优的负荷切除方案，在电力系统的各种安全约束范围内充分考虑各类负荷的价值，最大可能减小负荷切除对人们的生产生活所造成的影响。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提出了一种基于线性规划算法的电网负荷切除方法及系统，将描述停电影响程度的停电损失函数与系统供电不足时的负荷切除问题相结合，提出了在满足系统安全性和经济性约束下，寻找紧急情况下全网停电损失最小、且同时保证负荷切除后的系统总发电成本最优的负荷切除模型，进一步为电网的负荷切除控制提供重要参考。

根据一些实施例，本公开的第一方面提供了基于线性规划算法的电网负荷切除方法，采用了如下的技术方案：

一种基于线性规划算法的电网负荷切除方法，包括以下步骤：

构造负荷节点停电损失函数；

基于所构造的负荷节点停电损失函数建立基于负荷切除损失目标函数最小的负荷切除模型；

通过线性规划算法对所建立的负荷切除模型求取最优解；

根据得到的最优解进行电网负荷切除操作；

所述负荷切除损失目标函数包括负荷节点停电损失函数和负荷节点发电成本函数；

所述线性规划算法采用迭代线性规划法。

根据一些实施例，本公开的第二方面提供了基于线性规划算法的电网负荷切除系统，采用了如下的技术方案：

一种基于线性规划算法的电网负荷切除系统，采用了第一方面所述的基于线性规划算法的电网负荷切除方法，包括：

构造函数模块，被配置为：构造切除负荷的有功负荷与其停电比例乘积之和构成的负荷节点停电损失函数；

建模模块，被配置为：基于所构造的负荷节点停电损失函数建立基于负荷切除损失目标函数最小的负荷切除模型；

数据分析求解模块，被配置为：通过线性规划算法对建模模块中所建立的负荷切除模型进行分析求解；

操作模块，被配置为：基于数据分析求解模块得到的最优解进行电网负荷的切除。

根据一些实施例，本公开的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，采用了如下的技术方案：

一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的基于线性规划算法的电网负荷切除方法中的步骤。

根据一些实施例，本公开的第三方面提供了一种电子设备，采用了如下的技术方案：

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的基于线性规划算法的电网负荷切除方法中的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开将切除负荷引起的停电损失与系统供电不足时负荷切除的优化问题相结合，提出了电网紧急情况下，综合考虑电网运行经济性和安全性，寻求停电损失最小的切负荷模型与算法；以系统停电损失最小为目标，通过调整发电机出力及负荷切除量，电网重新回到安全运行的状态，且保证了负荷切除后系统的总发电成本最小。为降低模型求解的复杂度，本公开采用了一种改进的线性规划算法，借助于雅可比矩阵将系统的目标函数和约束条件进行线性化处理，通过限制控制变量的变化范围，提高线性化的近似程度和求解效率，通过多次迭代线性规划得到稳定的最优解，实现了停电损失最小、总发电成本最优的负荷切除。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例一中的基于线性规划算法的电网负荷切除方法的流程图；

图2是本公开实施例二中的基于线性规划算法的电网负荷切除系统的结构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本公开实施例一提供了一种基于线性规划算法的电网负荷切除方法。

如图1所示的一种基于线性规划算法的电网负荷切除方法，包括以下步骤：

S01：构造负荷节点停电损失函数；

S02：建立基于负荷切除损失目标函数最小的负荷切除模型；

S03：通过线性规划算法对所建立的负荷切除模型求取最优解，并进行电网负荷切除操作。

在步骤S01中，根据负荷重要程度的不同，将负荷分为柔性负荷、三级负荷、二级负荷和一级负荷，并设定单位功率的停电成本分别为p

设定节点i的有功负荷为P

由此可得，到负荷节点停电损失函数F

式中c

通过关系式

①函数过零点，不停电时无损失。

②函数是增函数，停电容量越大，损失越大。

③函数是凹函数，停电容量越大时，单位容量的缺电损失越大。

在步骤S02中，对于具有n

负荷切除损失目标函数为：

式中，F(α

由于负荷切除带来的停电损失，远大于该部分负荷对应的发电成本，因此最终的优化结果是在系统停电损失最小的基础上，使得系统的总发电成本最优。

负荷切除损失目标函数的约束条件为：

1.负荷节点功率平衡约束

式中，ΔP

2.负荷支路功率约束

|P

所述负荷支路包括输电线路和变压器支路。考虑到电网中无功功率大多采用就地补偿的措施，输电网络上无功流通比较小，为简化计算，使用负荷支路有功功率限制代替负荷支路功率限制。

3.负荷节点停电比例约束

0≤α

4.负荷节点电压幅值约束

V

式中，V

5.发电机有功出力约束

6.发电机无功出力约束

在满足以上6个约束条件的情况下，对负荷切除损失目标函数W进行计算，可以得到满足电网各类安全约束情况下，系统停电损失最小的负荷切除方案，同时保证了负荷切除后系统的总发电成本最小。

在步骤S03中，基于负荷切除损失目标函数最小的负荷切除模型本质上为最优潮流模型。在本模型中，系统的控制变量为节点停电比例、发电机出力及机端电压，状态变量为节点电压幅值和相角、支路有功功率。在本实施例中采用迭代线性规划方法对该模型进行求解，首先将非线性模型进行线性化处理，得到初始运行的线性负荷切除损失目标函数及线性约束条件；然后进行线性规划计算，根据规划结果修改系统的控制变量和状态变量进而得到系统新的运行点；最后反复上述步骤，直至负荷切除损失目标函数达到稳定的最优解；具体求解过程如下：

在线性规划前，需要求得一组满足所有约束的潮流初始值P

再借助于系统雅可比矩阵将节点功率平衡约束进行线性化处理：

式中，

为了使该算法能够正常工作，需设定平衡节点的相角为常数，即：

对于支路传输有功功率、负荷节点停电比例、节点电压幅值、发电机出力还应满足以下约束：

|P

V

其中，ΔP

支路l∈(i-j)的有功功率P

为了使得线性化的准确度更高，需要将控制变量的变化范围限制为：

-s

-s

-s

式中s

在上述约束下，进行线性规划计算，在控制变量的变化范围内寻找此次迭代的最优解，根据计算结果调整系统的控制变量和状态变量，从而得到新的运行点，反复求解以上步骤，直至目标函数达到稳定最优解，稳定最优解判据为：

|W

式中k为迭代循环次数。

实施例二

本公开实施例二提供了一种基于线性规划算法的电网负荷切除系统，基于实施例一中所提供的基于线性规划算法的电网负荷切除方法来实现。

如图2所示的一种基于线性规划算法的电网负荷切除系统，包括：

构造函数模块，被配置为：构造切除负荷的有功负荷与其停电比例乘积之和构成的负荷节点停电损失函数；

建模模块，被配置为：基于所构造的负荷节点停电损失函数建立基于负荷切除损失目标函数最小的负荷切除模型；

数据分析求解模块，被配置为：通过迭代线性规划法对建模模块中所建立的负荷切除模型进行分析求解，具体包括：

将非线性模型进行线性化处理，得到初始运行的线性负荷切除损失目标函数及线性约束条件；

进行线性规划计算，根据规划结果修改系统的控制变量和状态变量进而得到系统新的运行点；

反复上述步骤，直至负荷切除损失目标函数达到稳定的最优解；

操作模块，被配置为：基于数据分析求解模块得到的最优解进行电网负荷的切除。

实施例三

本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的基于线性规划算法的电网负荷切除方法中的步骤。

详细步骤与实施例一提供的基于线性规划算法的电网负荷切除方法相同，在此不再赘述。

实施例四

本公开实施例四提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的基于线性规划算法的电网负荷切除方法中的步骤。

详细步骤与实施例一提供的基于线性规划算法的电网负荷切除方法相同，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。