本发明属于电力系统控制，尤其涉及一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法和系统。
背景技术：
1、混合型潮流控制器(hybrid power flow controller,hpfc)作为一种新型facts设备，为提高电网灵活调控能力提供了一种新方案。
2、现有的含hpfc装置的电网潮流优化研究在进行含hpfc装置的电网潮流计算时大多采用的是定功率控制模式。该控制模式下，受控线路的有功和无功潮流在不同运行工况下均被设定为相同的有功和无功目标值。然而在不同运行工况下，系统的潮流分布情况不同，将线路潮流简单地控制在同一目标值可能会导致在部分工况下hpfc装置出现调节过度的现象，造成装置控制能力浪费的问题，影响电网的安全经济运行。现有的计及facts设备控制模式的潮流优化研究通常先设置facts设备为某一种控制模式，再进行不同运行工况的计算，其本质上在不同运行工况下依旧是采用相同的控制模式，忽略了不同控制模式对于不同运行工况的适应性，无法充分发挥facts设备的控制能力。此外，现有研究大多并未同时考虑大规模新能源接入场景和facts设备控制模式的影响，缺少配套的含facts设备的电力系统的优化调度方法。
3、因此，如何设计一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法和系统，充分挖掘facts装置的灵活调控能力，优化电网的潮流分布，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法和系统。
2、本发明可以通过以下技术方案实现：
3、一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，所述方法包括：
4、获取相关于电网典型运行场景与运行工况的若干种场景工况组合；
5、构建以hpfc装置对应不同控制模式下的控制目标值为决策变量的电网潮流优化模型，所述电网潮流优化模型的目标函数包括电网有功网损最小和线路风险指标最小，约束条件包括计及控制模式切换的hpfc装置运行约束和计及n-1故障的电网运行约束；所述hpfc装置运行约束包括控制目标约束、有功平衡约束、状态变量不等式约束；
6、在每一场景工况组合下，求解电网潮流优化模型，以最优解对应的控制模式作为每一场景工况组合下的hpfc装置的最优控制模式，并以所述hpfc装置在不同场景工况组合下最优控制模式对应的控制目标值作为电网潮流优化方案。
7、进一步地，所述电网典型运行场景通过对电网历史运行数据进行聚类形成，具体方法包括：
8、获取历史风电、光伏出力样本数据和历史负荷样本数据，并分别建立风电出力样本数据矩阵、光伏出力样本数据矩阵和负荷样本数据矩阵；
9、采用模糊c均值聚类算法分别对所述风电出力样本数据矩阵、光伏出力样本数据矩阵和负荷样本数据矩阵进行聚类，生成典型运行场景；其中，模糊c均值聚类算法的具体步骤包括：
10、初始化聚类中心和隶属度矩阵，并按下式更新聚类中心和隶属度；
11、
12、式中，μp为第p个聚类中心；nx为样本总数；xq为第q个样本；upq为第q个样本对第p个聚类的隶属度；||·||表示取欧式范数；δ为模糊系数；
13、重复以上步骤直至迭代收敛，迭代收敛的具体标准为：
14、
15、其中，为第t次迭代的目标函数；为第t+1次迭代的目标函数；ε为收敛误差；np为聚类数目；
16、依据得到的聚类结果，计算不同聚类数目对应的综合聚类有效性指标，综合聚类有效性指标最大的聚类数目即为最佳聚类数目。
17、进一步地，所述电网有功网损的计算公式如下：
18、
19、其中，f1为考虑多场景的综合电网有功网损；nξ为计算时考虑的场景的数量；ηξ为场景ξ的出现概率；fξ1为场景ξ下的系统有功网损；nl为电网的总线路数量；为场景ξ下线路l首端流向末端的有功潮流；为场景ξ下线路l末端流向首端的有功潮流；
20、所述线路风险指标的计算公式如下：
21、
22、其中，f2为考虑多场景的综合线路风险指标；ac为预想n-1故障线路集合；nc为n-1故障线路数量；plmax为线路l有功潮流极限；(·)(c)表示电网发生n-1故障后的参数变量；
23、所述hpfc装置运行约束中的控制目标约束的计算公式如下：
24、
25、所述hpfc装置运行约束中的有功平衡约束的计算公式如下：
26、
27、所述hpfc装置运行约束中的状态变量不等式约束包括hpfc装置的电压约束、hpfc装置的电流约束和hpfc装置的容量约束，计算公式分别如下：
28、
29、
30、其中，ph、qh为hpfc装置的第h条控制线路上的有功和无功潮流；vh、θh为hpfc装置的第h条控制线路的送端电压幅值和相角；vshu、θshu为hpfc装置的并联侧节点电压幅值和相角；为流经hpfc的电流相量；phref、qhref为hpfc装置在定功率控制模型下的第h个有功和无功潮流目标值；vhref为hpfc装置在电压调节控制模型下的第h个电压幅值目标值；θhref为hpfc装置在相角调节控制模型下的第h个电压相角差目标值；rhref、xhref为hpfc装置在阻抗补偿控制模型下的第h个阻抗补偿目标值；
31、vsh、θsh为hpfc并联侧等效输出电压幅值和相角；vseh、θseh为hpfc中upfc的第h个串联侧的等效输出电压幅值和相角；vcrh、θcrh为hpfc中st的第h个串联侧的等效输出电压幅值和相角；
32、vsehmax为hpfc中upfc的第h个串联侧等效输出电压幅值最大值；vcrhmax为hpfc中st的第h个串联侧等效输出电压幅值最大值；vshmax为hpfc的并联侧等效输出电压幅值最大值；iseh、isehmax为流经hpfc中upfc的第h个串联侧电流幅值及其最大值；icrh、icrhmax为流经hpfc中st的第h个串联侧电流幅值及其最大值；ish、ishmax为流经hpfc的并联侧电流幅值及其最大值；sseh、ssehmax为hpfc中upfc的第h个串联侧容量及其最大值；scrh、scrhmax为hpfc中st的第h个串联侧容量及其最大值；ssh、sshmax为hpfc的并联侧容量及其最大值。
33、所述计及n-1故障的电网运行约束包括等式约束和不等式约束；
34、所述等式约束为含新能源电网的节点功率平衡约束，计算公式如下：
35、
36、所述不等式约束为含新能源电网在正常运行和n-1故障运行下的线路潮流约束和节点电压幅值约束，计算公式分别如下：
37、
38、其中，pξga、qξga为场景ξ下接入节点a的发电机有功和无功出力；pξda、qξda为场景ξ下接入节点a的有功和无功负荷；pξta、qξta为场景ξ下接入节点a的hpfc有功和无功注入功率，如节点a并非hpfc的接入节点，则pξta＝qξta＝0；vξa、为场景ξ下节点a和b的电压幅值；为场景ξ下节点a和b的电压相角差，即gab、bab为线路ab的等效电导和电纳；qgamax、qgamin为接入节点a的发电机无功出力上下限；vmax、vmin为节点电压幅值上下限。
39、进一步地，所述在每一场景工况组合下，求解电网潮流优化模型的具体步骤包括：
40、确定hpfc装置在电网中的装机位置与状态变量最大值，采用momvo算法对所述潮流优化模型进行迭代求解；
41、初始化momvo算法中每个宇宙位置，每个宇宙为由hpfc装置的决策变量组成的相量；
42、采用不同的宇宙对应的hpfc装置的决策变量，在不同典型运行场景和运行工况下进行含hpfc装置的电网的潮流计算，根据hpfc装置在不同控制模式下的约束满足情况，选择合适的hpfc装置的控制模式，记录各线路上的潮流，再计算得到电网有功网损和线路风险指标，即为该宇宙对应的目标函数；若hpfc装置在所有控制模式下均存在不满足约束的情况，则取hpfc装置为定功率控制模式，并对线路风险指标增加一个极大值；
43、根据目标函数计算结果筛选不互相支配的解作为折衷解，并建立折衷解存储档案；存储档案中设置有容量上限，当折衷解数量超过上限时，删去与其他折衷解的目标函数相近的解；
44、若算法未达到目标迭代次数，则更新每个宇宙的位置，重新计算目标函数；若算法达到目标迭代次数，则输出折衷解存储档案；
45、根据每个折衷解的模糊满意度指标确定最优解，并获取最优解对应的hpfc装置在不同场景工况组合下最优控制模式以及对应的控制目标值。
46、进一步地，所述选择合适的hpfc装置的控制模式的具体步骤为：
47、对于正常运行工况以及n-1故障运行工况的hpfc装置的初始控制模式确定为定功率控制模式下；再对hpfc装置的状态变量不等式约束进行校验，根据约束满足情况切换合适的控制模式，具体方法为：
48、若hpfc装置在定功率控制模式下不满足电压约束或容量约束，则切换至电压/相角调节控制模式，并选择二者中线路负载率情况更好的控制模式，即二者中对应所述电网潮流优化模型较优目标函数值的控制模式；
49、若hpfc装置在定功率控制模式下不满足电流约束，则切换至阻抗补偿控制模式；
50、若hpfc装置在定功率控制模式下为其他情况，则优先切换至电压/相角调节控制模式；
51、若hpfc装置在切换至电压/相角调节控制模式后不满足电流约束，则切换至阻抗补偿控制模式；
52、若hpfc装置在切换至电压/相角调节控制模式后仍不满足电压约束或容量约束，则以定功率控制模式为合适的控制模式；
53、若hpfc装置在切换至阻抗补偿控制模式后不满足电压约束或容量约束，则切换至电压/相角调节控制模式；
54、若hpfc装置在切换至阻抗补偿控制模式后仍不满足电流约束，则以定功率控制模式为合适的控制模式。
55、进一步地，所述宇宙位置的更新方法如下：
56、
57、
58、其中，z为第ρ个宇宙的第λ个参数；niρ为第ρ个宇宙的标准化目标函数；r1、r2、r3、r4为[0,1]范围内的随机数；z为通过轮盘赌产生的第σ个宇宙的第λ个参数；z′为更新后的第σ个宇宙的第λ个参数；yλ(t)为第t次迭代时的最优宇宙的第λ个参数；ubλ、lbλ为第λ个参数的位置上下限；h为阈值；wep、wepmax、wepmin分别为虫洞存在率及其上下限；t为当前迭代次数；nt为最大迭代次数；tdr为旅行距离率；χ为探测速度。
59、进一步地，所述折衷解的模糊满意度指标的计算方法为：
60、
61、其中，τδ为折衷解的第δ个目标函数的模糊满意度指标；fδ为折衷解的第δ个目标函数；fδmax、fδmin分别为折衷解存储档案中第δ个目标函数的最大、最小值
62、一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化系统，包括场景工况组合获取模块、模型构建模块和模型求解模块；
63、所述场景工况组合获取模块，用于获取相关于电网典型运行场景与运行工况的若干种场景工况组合；
64、所述模型构建模块，用于构建以hpfc装置对应不同控制模式下的控制目标值为决策变量的电网潮流优化模型，所述电网潮流优化模型的目标函数包括电网有功网损最小和线路风险指标最小，约束条件包括计及控制模式切换的hpfc装置运行约束和计及n-1故障的电网运行约束；所述hpfc装置运行约束包括控制目标约束、有功平衡约束、状态变量不等式约束；
65、所述模型求解模块，用于在每一场景工况组合下，求解电网潮流优化模型，以最优解对应的控制模式作为每一场景工况组合下的hpfc装置的最优控制模式，并以所述hpfc装置在不同场景工况组合下最优控制模式对应的控制目标值作为电网潮流优化方案。
66、一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序执行如上任一项所述的方法。
67、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述方法的步骤。
68、相比于现有技术本发明具有如下有益效果：
69、本发明提出一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，该方法构建了以hpfc装置对应不同控制模式下的控制目标值为决策变量的电网潮流优化模型，并在若干种场景工况组合下对电网潮流优化模型进行求解，以最优解对应的控制模式作为每一场景工况组合下的hpfc装置的最优控制模式，并以hpfc装置在不同场景工况组合下最优控制模式对应的控制目标值作为电网潮流优化方案。本发明方法所构建的电网潮流优化模型同时考虑电网经济性与安全性，在进行含hpfc装置的潮流计算时计及了hpfc装置的不同控制模式对于电网潮流分布的影响，在不同的场景工况组合下，根据hpfc装置的状态变量越限情况，切换合适的hpfc装置的控制模式，确定hpfc装置在不同场景工况组合下的最佳控制模式，优化不同场景工况组合下的系统潮流分布，更进一步发挥hpfc装置的控制潜力，有效提升系统运行经济性和安全性。
70、本发明方法通过聚类形成电网典型运行场景，该方法以新能源出力与负荷时序特征为基础，以量值标准化的方式结合3种目前常用的聚类有效性函数，得到基于多角度数据特征的聚类有效性判据，并采用模糊c均值聚类对电网的风电、光伏出力和负荷进行特征提取与分类，将具有相似特征的风电、光伏出力和负荷用其所在分类的聚类中心所代替，形成了典型运行场景，有效减少计算所需数据量，提高了考虑新能源不确定性电网的潮流计算效率。
1.一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述电网典型运行场景通过对电网历史运行数据进行聚类形成，具体方法包括：
3.根据权利要求1所述的计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述电网有功网损的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述在每一场景工况组合下，求解电网潮流优化模型的具体步骤包括：
5.根据权利要求4所述的计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述选择合适的hpfc装置的控制模式的具体步骤为：
6.根据权利要求4所述的计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述宇宙位置的更新方法如下：
7.根据权利要求4所述的计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化方法，其特征在于，所述折衷解的模糊满意度指标的计算方法为：
8.一种计及hpfc装置控制模式切换的电网潮流优化系统，其特征在于，包括场景工况组合获取模块、模型构建模块和模型求解模块；
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
