一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法、装置、终端设备及存储介质与流程

本发明涉及无功优化，尤其涉及一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法、装置、终端设备及存储介质。

背景技术：

1、随着海上风电向深远海、超大规模化方向发展，高压直流输电已成为远海风电送出的主要技术方式。为兼顾海上换流平台紧凑化、轻量化与系统运行可靠性的需求，基于二极管整流器单元（dru）与模块化多电平换流器（mmc）混合组网的多端异构直流输电系统受到广泛关注。在该系统中，dru作为主送端换流器承担大部分有功功率的整流送出，但其自身不具备无功调节能力，换相过程所需的大量无功功率需由交流集电系统侧的风电机组、辅助mmc及交流滤波器等多种无功补偿设备协同提供。

2、现有的无功协同优化方法通常采用完整的非线性交流潮流约束，构建集电系统潮流模型，对于包含上百个节点的千万千瓦级海上风电集电系统，非线性潮流约束使得优化问题呈现高度非凸特性，因此在优化求解过程中，目标函数与约束条件的每一次计算均需调用一次非线性潮流迭代计算，使得计算开销巨大、计算效率低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法、装置、终端设备及存储介质，能解决现有技术采用完整的非线性交流潮流约束，构建集电系统潮流模型实现无功优化，存在计算开销巨大、计算效率低的问题。

2、本发明一实施例提供一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法，包括：

3、获取远海的风电集电系统的母线数据、支路数据、发电机数据以及交流滤波器的若干候选投入组合，并根据所述母线数据和支路数据，构建导纳矩阵；

4、针对每一候选投入组合，根据当前候选投入组合、发电机数据和导纳矩阵，重复执行无功优化求解操作，得到对应最优无功优化参数和目标函数值，并根据最小的目标函数值所对应候选投入组合和最优无功优化参数，进行无功优化调节；

5、其中，所述无功优化求解操作包括：

6、获取当前风机无功出力和当前并网点电压幅值；其中，初始时的风电机组无功出力基于预设初始功率因数计算得到，初始时的并网点电压幅值基于预设并网点边界电压计算得到；

7、基于导纳矩阵构建当前交流潮流线性方程组的系数矩阵，基于发电机数据中的风机有功出力、当前风机无功出力和当前并网点电压幅值构建当前交流潮流线性方程组的右端向量，对当前交流潮流线性方程组进行矩阵求解，得到非并网点的当前近似电压相量；

8、根据所述风机有功出力、当前风机无功出力、当前并网点电压幅值、导纳矩阵、当前候选投入组合和当前近似电压相量，计算确定当前无功优化参数、当前目标函数值、当前约束违反量和当前求解收敛状态；

9、若当前求解收敛状态为收敛，将当前无功优化参数和当前目标函数值，作为当前候选投入组合所对应的最优无功优化参数和目标函数值；否则，基于当前目标函数值和当前约束违反量，计算得到更新后的风机无功出力和并网点电压幅值。

10、进一步的，根据所述风机有功出力、当前风机无功出力、当前并网点电压幅值、导纳矩阵、当前候选投入组合和当前近似电压相量，计算确定当前无功优化参数、当前目标函数值、当前约束违反量和当前求解收敛状态，包括：

11、获取辅助mmc无功惩罚权重和风电机组无功惩罚权重；

12、基于辅助mmc的预设额定无功容量、辅助mmc无功惩罚权重和风电机组无功惩罚权重，构建得到以集电系统网损最小化和辅助mmc动态无功裕度最大化为目标的多源无功协同优化模型的目标函数；

13、基于预设节点电压幅值极限值、辅助mmc的预设额定无功容量、预设支路视在功率额定容量以及预设风机无功出力极限值，构建得到多源无功协同优化模型的约束条件；

14、根据所述目标函数、约束条件、风机有功出力、当前风机无功出力、当前并网点电压幅值、导纳矩阵、当前候选投入组合和当前近似电压相量，计算确定当前无功优化参数、当前目标函数值和当前约束违反量；

15、根据当前无功优化参数、当前目标函数值和当前约束违反量，计算得到当前优化参数变化幅度值、当前目标函数变化幅度值；

16、若当前优化参数变化幅度值、当前目标函数变化幅度值和当前约束违反量均不超过对应的预设阈值，则当前求解收敛状态为收敛；否则，当前求解收敛状态为不收敛。

17、进一步的，根据所述目标函数、约束条件、风机有功出力、当前风机无功出力、当前并网点电压幅值、导纳矩阵、当前候选投入组合和当前近似电压相量，计算确定当前无功优化参数、当前目标函数值和当前约束违反量，包括：

18、根据当前近似电压相量、导纳矩阵和当前候选投入组合，计算得到当前节点精确复注入功率、当前总有功网损、当前支路视在功率和当前并网点原始边界功率；

19、根据所述风机有功出力、当前风机无功出力和当前节点精确复注入功率对应当前并网点原始边界功率进行修正，得到修正后的当前并网点边界功率和送入dru的当前并网点有功功率；

20、基于送入dru的当前并网点有功功率和当前并网点电压幅值，计算得到当前直流电压裕度和当前dru并网点无功需求；

21、基于当前dru并网点无功需求、修正后的当前并网点边界功率以及当前候选投入组合，计算得到当前辅助mmc所需无功出力；

22、根据当前辅助mmc所需无功出力、当前候选投入组合、当前总有功网损、当前风机无功出力、所述母线数据中的非并网点电压幅值、当前并网点电压幅值、当前支路视在功率、当前直流电压裕度、所述目标函数和约束条件，计算得到当前目标函数值和当前约束违反量；

23、将当前风机无功出力、当前并网点电压幅值和当前辅助mmc所需无功出力，作为当前无功优化参数。

24、进一步的，根据当前近似电压相量、导纳矩阵和当前候选投入组合，计算得到当前节点精确复注入功率、当前总有功网损、当前支路视在功率和当前并网点原始边界功率，包括：

25、根据当前近似电压相量和基于导纳矩阵构建的预设精确节点功率方程，计算得到当前节点精确复注入功率；

26、根据当前近似电压相量和导纳矩阵，计算得到当前支路首端复功率和当前支路末端复功率；

27、取当前支路首端复功率和当前支路末端复功率之和的实部，得到当前支路有功网损；

28、基于所有支路的当前支路有功网损之和的非负值，得到当前总有功网损；

29、根据当前支路首端复功率和当前支路末端复功率，计算得到当前支路视在功率；

30、从当前节点精确复注入功率中提取得到当前并网点精确复注入功率；

31、以当前并网点精确复注入功率的实部为当前并网点原始边界有功功率，以当前并网点精确复注入功率的虚部为当前并网点原始边界无功功率，继而得到当前并网点原始边界功率。

32、进一步的，根据所述风机有功出力、当前风机无功出力和当前节点精确复注入功率对应当前并网点原始边界功率进行修正，得到修正后的当前并网点边界功率和送入dru的当前并网点有功功率，包括：

33、根据当前节点精确复注入功率、所述风机有功出力和当前风机无功出力，计算得到当前非并网点的精确注入有功偏差和当前非并网点的精确注入无功偏差；

34、对所有当前非并网点的精确注入有功偏差和精确注入无功偏差分别求和，得到当前全网有功功率偏差和当前全网无功功率偏差；

35、将当前全网有功功率偏差叠加至当前并网点原始边界有功功率，得到修正后的当前并网点边界有功功率；

36、将当前全网无功功率偏差叠加至当前并网点原始边界无功功率，得到修正后的当前并网点边界无功功率；

37、基于修正后的当前并网点边界有功功率和修正后的当前并网点边界无功功率，得到修正后的当前并网点边界功率；

38、取修正后的当前并网点边界有功功率的相反数，得到送入dru的当前并网点有功功率。

39、进一步的，基于送入dru的当前并网点有功功率和当前并网点电压幅值，计算得到当前直流电压裕度和当前dru并网点无功需求，包括：

40、获取当前阀侧交流线电压和换相电抗；

41、以送入dru的当前并网点有功功率和当前并网点电压幅值为输入，以直流电流为未知变量，构建dru换流器的稳态接口模型；

42、对dru换流器的稳态接口模型进行求解，得到当前直流电流；

43、根据当前直流电流、当前阀侧交流线电压和换相电抗，计算得到当前直流电压裕度；

44、基于修正后的当前并网点边界有功功率，计算得到当前并网点侧三相复功率；

45、取当前并网点侧三相复功率的虚部，得到当前dru并网点无功需求。

46、在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；

47、本发明提供了一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化装置，包括：

48、数据获取模块和无功优化调节模块；

49、所述数据获取模块，用于获取远海的风电集电系统的母线数据、支路数据、发电机数据以及交流滤波器的若干候选投入组合，并根据所述母线数据和支路数据，构建导纳矩阵；

50、所述无功优化调节模块，用于针对每一候选投入组合，根据当前候选投入组合、发电机数据和导纳矩阵，重复执行无功优化求解操作，得到对应最优无功优化参数和目标函数值，并根据最小的目标函数值所对应候选投入组合和最优无功优化参数，进行无功优化调节；

51、其中，所述无功优化求解操作包括：

52、获取当前风机无功出力和当前并网点电压幅值；其中，初始时的风电机组无功出力基于预设初始功率因数计算得到，初始时的并网点电压幅值基于预设并网点边界电压计算得到；

53、基于导纳矩阵构建当前交流潮流线性方程组的系数矩阵，基于发电机数据中的风机有功出力、当前风机无功出力和当前并网点电压幅值构建当前交流潮流线性方程组的右端向量，对当前交流潮流线性方程组进行矩阵求解，得到非并网点的当前近似电压相量；

54、根据所述风机有功出力、当前风机无功出力、当前并网点电压幅值、导纳矩阵、当前候选投入组合和当前近似电压相量，计算确定当前无功优化参数、当前目标函数值、当前约束违反量和当前求解收敛状态；

55、若当前求解收敛状态为收敛，将当前无功优化参数和当前目标函数值，作为当前候选投入组合所对应的最优无功优化参数和目标函数值；否则，基于当前目标函数值和当前约束违反量，计算得到更新后的风机无功出力和并网点电压幅值。

56、进一步的，所述无功优化调节模块，包括：

57、权重获取单元、目标函数构建单元、约束条件构建单元、数据计算单元、幅度计算单元以及收敛性判断单元；

58、所述权重获取单元，用于获取辅助mmc无功惩罚权重和风电机组无功惩罚权重；

59、所述目标函数构建单元，用于基于辅助mmc的预设额定无功容量、辅助mmc无功惩罚权重和风电机组无功惩罚权重，构建得到以集电系统网损最小化和辅助mmc动态无功裕度最大化为目标的多源无功协同优化模型的目标函数；

60、所述约束条件构建单元，用于基于预设节点电压幅值极限值、辅助mmc的预设额定无功容量、预设支路视在功率额定容量以及预设风机无功出力极限值，构建得到多源无功协同优化模型的约束条件；

61、所述数据计算单元，用于根据所述目标函数、约束条件、风机有功出力、当前风机无功出力、当前并网点电压幅值、导纳矩阵、当前候选投入组合和当前近似电压相量，计算确定当前无功优化参数、当前目标函数值和当前约束违反量；

62、所述幅度计算单元，用于根据当前无功优化参数、当前目标函数值和当前约束违反量，计算得到当前优化参数变化幅度值、当前目标函数变化幅度值；

63、所述收敛性判断单元，用于若当前优化参数变化幅度值、当前目标函数变化幅度值和当前约束违反量均不超过对应的预设阈值，则当前求解收敛状态为收敛；否则，当前求解收敛状态为不收敛。

64、在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了一终端设备项实施例；

65、本发明提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在上述存储器中且被配置为由上述处理器执行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现本发明任意一实施例上述的一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法。

66、在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了一存储介质项实施例；

67、本发明提供了一种存储介质，包括处理器、存储器以及存储在上述存储器中且被配置为由上述处理器执行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现本发明任意一实施例上述的一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法。

68、本发明的实施例，具有如下有益效果：

69、本发明提供了一种远海风电多端异构集电系统无功协同优化方法、装置、终端设备及存储介质，上述方法通过获取远海的风电集电系统的母线数据、支路数据、发电机数据以及交流滤波器的若干候选投入组合等基础数据，并根据所述母线数据和支路数据，构建导纳矩阵；随后针对每一候选投入组合，根据当前候选投入组合、发电机数据和导纳矩阵，重复执行无功优化求解操作，得到对应最优无功优化参数和目标函数值，并根据最小的目标函数值所对应候选投入组合和最优无功优化参数，进行无功优化调节，实现对所述海上风电集电系统的无功优化调节。在重复执行无功优化求解操作过程中，首先获取当前风机无功出力和当前并网点电压幅值，并基于导纳矩阵构建当前交流潮流线性方程组的系数矩阵，基于发电机数据中的风机有功出力、当前风机无功出力和当前并网点电压幅值构建当前交流潮流线性方程组的右端向量，对当前交流潮流线性方程组进行矩阵求解，得到非并网点的当前近似电压相量，最后基于当前近似电压相量确定当前候选投入组合所对应的最优无功优化参数和目标函数值，使得本发明摒弃了现有技术中每次计算需调用非线性潮流迭代的方案，而是将非线性潮流计算改造为线性方程组形式，仅通过单次矩阵直接求解即可得到近似电压相量，全程不需要潮流迭代循环。同时，本发明以交流潮流线性方程组这一线性化的潮流模型替代了现有技术中的非线性潮流约束，基于此线性映射关系弱化了优化问题的非凸程度，总体显著降低单次目标函数和无功优化参数计算的运算量，缩减了计算开销。