專利名稱：一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法，具體包括改進的短路電流水平計算方法、基于自適應神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(Adaptive Neural FuzzyInference System,簡稱ANFIS)的安全域最優(yōu)潮流分析以及基于改進遺傳算法的無功補償優(yōu)化方法，屬于特高壓輸電電網(wǎng)安全領域。
背景技術：
到2013年，我國計劃特高壓同步電網(wǎng)典型運行方式為“兩縱一環(huán)”結(jié)構(gòu)，其中“西縱”為特高壓蒙西站至長沙站，“東縱”為錫盟至上海，華東電網(wǎng)形成特高壓環(huán)網(wǎng)。國內(nèi)的特高壓電網(wǎng)已進入了快速發(fā)展的階段，骨干網(wǎng)架將逐步變?yōu)樘馗邏弘娋W(wǎng)與1000/500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)運行的格局。但特高壓引入后，電網(wǎng)運行特性將發(fā)生較大改變，也將對受端電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行、電壓無功控制、短路電流控制等方面將帶來一系列新的問題，如系統(tǒng)發(fā)生故障時功率大范圍轉(zhuǎn)移引發(fā)的電壓失穩(wěn)將成為受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定的主要問題之一，尤其在特高壓骨干網(wǎng)基本建成后，必將增大系統(tǒng)短路電流水平?！峨娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定導則》(DL755-2001，以下簡稱《導則》)中明確規(guī)定隨著高一級電壓電網(wǎng)的建設，下級電壓電網(wǎng)應逐步實現(xiàn)分區(qū)運行，相鄰分區(qū)之間互為備用，以避免和消除嚴重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的不同電壓等級的電磁環(huán)網(wǎng)，并有效限制短路電流和簡化繼電保護配置。由此可見，分層分區(qū)運行是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，從系統(tǒng)潮流分析、短路電流水平以及無功優(yōu)化等方面分析特高壓分層分區(qū)接入受端電網(wǎng)后帶來的影響，不僅可以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，還可創(chuàng)造可觀的技術經(jīng)濟效益和社會效益。電網(wǎng)輸電容量不斷增加，系統(tǒng)故障后潮流大范圍轉(zhuǎn)移引發(fā)的電壓失穩(wěn)將成為受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定的主要問題之一。尤其在特高壓骨干網(wǎng)基本建成后，由于500kV分區(qū)電網(wǎng)的重要性，它將不可避免地以環(huán)網(wǎng)的形式存在，這就削弱了分層分區(qū)所能帶來的短路電流降低的好處。因而，需要從多個層面共同尋找限制電網(wǎng)短路電流的綜合解決方案。另外，為提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，一般會建議加裝SVC或STATC0M等動態(tài)無功設備。然而，這些動態(tài)無功設備的投入將大大增加主網(wǎng)中的短路容量。而在電網(wǎng)末梢的電壓薄弱點安裝，其效果就會事半功倍。造成目前電網(wǎng)動態(tài)無功缺乏的根源在于高電壓等級電網(wǎng)承擔了大量的低壓電網(wǎng)的無功平衡任務。為了提高電壓穩(wěn)定水平，降低網(wǎng)損，并制定有效短路電流抑制措施，有必要對系統(tǒng)潮流、短路電流水平以及無功補償進行計算分析，為特高壓接入受端電網(wǎng)穩(wěn)定性研究提供依據(jù)。結(jié)合特高壓電網(wǎng)以及電網(wǎng)分層分區(qū)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，針對制約電網(wǎng)發(fā)展和安全穩(wěn)定運行的難點問題進行分析研究，將有利于國家“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會建設戰(zhàn)略，更有利于未來國家電網(wǎng)的規(guī)劃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法，具體研究適用于分層分區(qū)的短路電流水平計算方法，并從潮流優(yōu)化以及無功補償優(yōu)化著手，改進電網(wǎng)運行效益，在一定程度上提高系統(tǒng)的供電可靠性。本發(fā)明涉及一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法，其中包括改進的短路電流水平計算方法、基于ANFIS的安全域最優(yōu)潮流分析以及基于改進遺傳算法的無功補償優(yōu)化方法。一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析方法，該方法含有步驟1.改進的短路電流水平計算方法改進的短路電流水平計算方法旨在研究如何拓寬短路計算對特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的適應性。在某些特殊情況下，受端電網(wǎng)中的線路將以單相或兩相輸電運行，此時系統(tǒng)若發(fā)生短路現(xiàn)象，傳統(tǒng)的對稱分量法是無法計算的。為彌補傳統(tǒng)算法在非對稱輸電計算的不足，引入一種補全虛擬阻抗，將電路特性補充成三相電路的短路電流計算方法。該方法具體步驟如下(I)獲取節(jié)點阻抗矩陣，并根據(jù)阻抗矩陣自動分析求解方式；(2)虛擬阻抗取已知節(jié)點阻抗的平均值，虛擬線路的相間阻抗為零；(3)計算三相線阻矩陣，線路阻抗是由故障點位置占線路長度百分比除以基礎線路阻抗再乘以節(jié)點阻抗矩陣得到的；(4)由三個不對稱相量與三組對稱相量之間的關系，求出三序線阻矩陣；(5)由三序線路阻抗矩陣求短路電流。2.基于ANFIS的安全域最優(yōu)潮流分析最優(yōu)潮流分析旨在研究如何分配系統(tǒng)潮流，使電網(wǎng)在保證電網(wǎng)安全性的條件下，系統(tǒng)運行經(jīng)濟性最優(yōu)。在實現(xiàn)受端電網(wǎng)分層分區(qū)優(yōu)化方案的前提下，結(jié)合特征值分析、連續(xù)潮流以及暫態(tài)穩(wěn)定性研究，形成可靠的系統(tǒng)安全域，并結(jié)合ANFIS及動態(tài)安全域最優(yōu)潮流模型，對系統(tǒng)潮流進行分析。該方法具體步驟如下(I)對目標電網(wǎng)構(gòu)建系統(tǒng)安全域；(2)通過ANFIS擬合電力系統(tǒng)安全域，生成安全域表達式；(3)構(gòu)建安全域約束的最優(yōu)潮流模型；(4)采用牛頓法或內(nèi)點法計算求取最優(yōu)潮流分布。本發(fā)明還提供一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性優(yōu)化方法。該方法是一種基于改進遺傳算法的無功補償優(yōu)化方法。無功補償優(yōu)化旨在研究如何對特高壓接入點及分層分區(qū)后受端電網(wǎng)進行無功補償。結(jié)合改進的遺傳算法，通過劃分同層區(qū)進行層間的無功調(diào)節(jié)，對解環(huán)后的同層區(qū)電網(wǎng)進行多區(qū)域的無功優(yōu)化。經(jīng)過兩次的無功優(yōu)化，使特高壓接入后受端電網(wǎng)在分層分區(qū)條件下達到無功平衡，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。該方法含有步驟(I)構(gòu)建基于分層分區(qū)策略的無功優(yōu)化模型；(2)采用改進的遺傳算法，進行編碼及種群初始化，確認適應度函數(shù)；(3)結(jié)合啟發(fā)式規(guī)則的變異策略，進行個體交叉、變異操作；(4)若滿足以下三個條件之一，停止迭代計算最優(yōu)個體的適應度達到給定的閾值；最優(yōu)個體的適應度和群體適應度不再上升；迭代次數(shù)達到預設的代數(shù)。由計算結(jié)果獲取最優(yōu)無功補償策略。
本發(fā)明的有益效果是根據(jù)特高壓接入的受端電網(wǎng)實際情況，結(jié)合理論研究，提出一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法。研究特高壓電網(wǎng)接入后受端電網(wǎng)分層分區(qū)特性，并從系統(tǒng)潮流分析、短路電流水平以及無功優(yōu)化分析特高壓分層分區(qū)接入受端電網(wǎng)后帶來的影響，不僅可以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，還可創(chuàng)造可觀的技術經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1為改進的短路電流方法流程圖；圖2為短路電流計算方法自動選擇流程圖；圖3為自適應神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明本發(fā)明涉及一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法，具體包括改進的短路電流水平計算方法、基于ANFIS的安全域最優(yōu)潮流分析以及基于改進遺傳算法的無功補償優(yōu)化方法。一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析方法，該方法含有步驟1.改進的短路電流水平計算方法在某些特殊情況下，受端電網(wǎng)中的線路將以單相或兩相輸電運行，此時系統(tǒng)若發(fā)生短路現(xiàn)象，傳統(tǒng)的對稱分量法是無法計算的。為彌補傳統(tǒng)算法在非對稱輸電計算的不足，引入一種補全虛擬阻抗，將電路特性補充成三相電路的短路電流計算方法。該方法具體步驟為首先通過系統(tǒng)拓撲獲取節(jié)點阻抗矩陣，并根據(jù)阻抗矩陣自動分析求解方式；設定虛擬阻抗值；計算三相線路阻抗矩陣；求取三序線路阻抗矩陣；最后由三序線路阻抗矩陣求短路電流。所述方法計算流程如圖1所示，該方法含有步驟(I)獲取節(jié)點阻抗矩陣，并根據(jù)阻抗矩陣自動分析求解方式，自動選擇流程如圖2所示，詳細原理如下通過對輸入的阻抗矩陣進行分析，如果是單相輸電，即只有存在一條輸電線路，輸入的節(jié)點阻抗矩陣是一維的，而雙相輸電則為二維阻抗矩陣；因此，可以基于輸入矩陣維數(shù)對輸電方式進行推測分析并加以補全。(2)虛擬阻抗取已知節(jié)點阻抗的平均值，虛擬線路的相間阻抗為零；對單相或雙相線路添加虛擬節(jié)點和虛擬線路，使其成為完整的三相輸電線路；由于虛擬節(jié)點之間并沒有實際的電壓和電流存在，故虛擬阻抗取得任意值都可滿足歐姆定律，且虛擬線路并不存在相間阻抗；因此，將新的節(jié)點矩陣視為一個相間阻抗為零，虛擬相阻抗為任意值的新阻抗矩陣，并由對稱分量法進行短路電流的計算和分析；(3)計算三相線阻矩陣，線路阻抗是由故障點位置占線路長度百分比除以基礎線
路阻抗再乘以節(jié)點阻抗矩陣得到的；
權(quán)利要求
1.一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，該方法含有步驟(O改進的短路電流水平計算方法；(1.1)獲取節(jié)點阻抗矩陣，并根據(jù)阻抗矩陣自動分析求解方式；(1. 2)虛擬阻抗取已知節(jié)點阻抗的平均值，虛擬線路的相間阻抗為零；(1. 3)計算三相線阻矩陣，線路阻抗是由故障點位置占線路長度百分比除以基礎線路阻抗再乘以節(jié)點阻抗矩陣得到的；(1. 4)由三個不對稱相量與三組對稱相量之間的關系，求出三序線阻矩陣；(1. 5)由三序線路阻抗矩陣求短路電流；(2)基于ANFIS的安全域最優(yōu)潮流分析 (2.1)對目標電網(wǎng)構(gòu)建系統(tǒng)安全域；(2.2)通過ANFIS擬合電力系統(tǒng)安全域，生成安全域表達式；(2.3)構(gòu)建安全域約束的最優(yōu)潮流模型；(2. 4)采用牛頓法或內(nèi)點法計算求取最優(yōu)潮流分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析方法，該方法含有步驟(O改進的短路電流水平計算方法(1. O獲取節(jié)點阻抗矩陣，并根據(jù)阻抗矩陣自動分析求解方式；通過對輸入的阻抗矩陣進行分析，如果是單相輸電，即只有存在一條輸電線路，輸入的節(jié)點阻抗矩陣是一維的，而雙相輸電則為二維阻抗矩陣；因此，可以基于輸入矩陣維數(shù)對輸電方式進行推測分析并加以補全；(1. 2)虛擬阻抗取已知節(jié)點阻抗的平均值，虛擬線路的相間阻抗為零；對單相或雙相線路添加虛擬節(jié)點和虛擬線路，使其成為完整的三相輸電線路；由于虛擬節(jié)點之間并沒有實際的電壓和電流存在，故虛擬阻抗取得任意值都可滿足歐姆定律，且虛擬線路并不存在相間阻抗；因此，將新的節(jié)點矩陣視為一個相間阻抗為零，虛擬相阻抗為任意值的新阻抗矩陣，并由對稱分量法進行短路電流的計算和分析；(1. 3)計算三相線阻矩陣，線路阻抗是由故障點位置占線路長度百分比除以基礎線路阻抗再乘以節(jié)點阻抗矩陣得到的；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性優(yōu)化方法，其特征在于，所述系統(tǒng)狀態(tài)變量X為發(fā)電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角；所述代數(shù)變量I為負荷端電壓；所述系統(tǒng)可控變量P為發(fā)電機端電壓等級；所述λ為負荷有功以及無功功率。
4.一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性優(yōu)化方法，其特征在于，該方法是一種基于改進遺傳算法的無功補償優(yōu)化方法，該方法步驟如下(O構(gòu)建基于分層分區(qū)策略的無功優(yōu)化模型；(2)采用改進的遺傳算法，進行編碼及種群初始化，確認適應度函數(shù)；(3)結(jié)合啟發(fā)式規(guī)則的變異策略，進行個體交叉、變異操作；(4)若滿足以下三個條件之一，停止迭代計算最優(yōu)個體的適應度達到給定的閾值 ’最優(yōu)個體的適應度和群體適應度不再上升；迭代次數(shù)達到預設的代數(shù)；由計算結(jié)果獲取最優(yōu)無功補償策略。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性優(yōu)化方法，其特征在于，該方法含有步驟(1)以網(wǎng)損最小和電壓質(zhì)量最好的無功優(yōu)化問題為目標，建立無功優(yōu)化模型如下目標函數(shù)min F (u, x) =min Lf1 (u, χ), f2 (u, χ) ]τ (26)其中
全文摘要
一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法，屬于特高壓輸電網(wǎng)安全領域。穩(wěn)定性分析方法包括改進的短路電流水平計算方法；基于ANFIS的安全域最優(yōu)潮流分析。本發(fā)明還提供一種適用于特高壓電網(wǎng)分層分區(qū)的穩(wěn)定性優(yōu)化方法。構(gòu)建基于分層分區(qū)策略的無功優(yōu)化模型；采用改進的遺傳算法，等。本發(fā)明采用改進的短路電流水平計算方法、基于自適應神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的安全域最優(yōu)潮流分析以及基于改進遺傳算法的無功補償優(yōu)化方法對受端電網(wǎng)進行穩(wěn)定性分析及優(yōu)化；可以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，為電力公司在制定特高壓接入的受端系統(tǒng)分層分區(qū)規(guī)劃時提供量化支撐與決策依據(jù)，是一種可靠的分析及決策方法，可以創(chuàng)造可觀的技術經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號H02J3/18GK103050970SQ20131001480
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者許剛, 馬爽, 王紫雷, 劉坤, 史巍 申請人:華北電力大學