一種220kV電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電網(wǎng)無(wú)功控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于供電能力提高的220kV 電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)城市電網(wǎng)負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，北、上、廣、深等一線(xiàn)城市、外加佛山、東競(jìng)、蘇州 和天津等多座城市的最高供電負(fù)荷超過(guò)1000萬(wàn)kW，220kV電網(wǎng)作為我國(guó)的多數(shù)城市特別是 大城市的主干網(wǎng)架，如何提高其網(wǎng)架的負(fù)荷承載能力及其對(duì)于負(fù)荷增長(zhǎng)的適應(yīng)性，是相關(guān) 供電部口必須要重視的一個(gè)問(wèn)題。近年來(lái)，有部分學(xué)者提出了基于非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的電網(wǎng)供電 能力模型，從電網(wǎng)規(guī)劃W及變電站負(fù)荷分配的角度對(duì)城市電網(wǎng)的供電能力問(wèn)題進(jìn)行了較為 深入的研究，指出了如何進(jìn)行合理的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)于不同的電網(wǎng)接線(xiàn)形式或片區(qū)網(wǎng)架 結(jié)構(gòu)與變電站/輸電線(xiàn)路的規(guī)劃選型如何協(xié)調(diào)匹配，W便能夠在最大程度上提升城市電網(wǎng) 的供電能力。但對(duì)于大多數(shù)已經(jīng)發(fā)展成一定的規(guī)模的城市電網(wǎng)而言，其各條220kV輸電線(xiàn) 路、各個(gè)220kV變電站W(wǎng)及上級(jí)的500kV變電站在短期內(nèi)是難W進(jìn)行擴(kuò)建或改造的，因此，在 當(dāng)前情況下，220kV輸電電路、220kV變電站及500kV變電站的物理設(shè)備容量均只能視為給定 參數(shù)或已知條件。若要在運(yùn)個(gè)階段考慮220kV電網(wǎng)的供電能力問(wèn)題，無(wú)疑應(yīng)當(dāng)采取另一個(gè)角 度的輔助措施。從電網(wǎng)運(yùn)行的角度來(lái)看，220kV電網(wǎng)的各個(gè)變電站的無(wú)功補(bǔ)償量的分布，也 是影響電網(wǎng)最大供電能力的重要因素之一。在現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和設(shè)備參數(shù)均不變的情況 下，整個(gè)220kV電網(wǎng)的最大供電能力將隨著220kV無(wú)功補(bǔ)償量在各個(gè)220kV節(jié)點(diǎn)上的分布的 變化而變化。當(dāng)前，對(duì)于如何對(duì)220kV無(wú)功補(bǔ)償量運(yùn)一供電能力問(wèn)題的參變量進(jìn)行優(yōu)化，W 便盡量發(fā)揮電網(wǎng)現(xiàn)階段的最大供電能力，還沒(méi)有形成有效的分析方法。運(yùn)樣的局面顯然不 利于城市電網(wǎng)調(diào)度部口提高220kV網(wǎng)絡(luò)的供電能力，W適應(yīng)負(fù)荷在短期內(nèi)快速增長(zhǎng)和大幅 波動(dòng)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供了一種基于供電能力提高的 220kV電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法，該方法將協(xié)方差進(jìn)化算法和內(nèi)點(diǎn)法相融合，相互取長(zhǎng)補(bǔ) 短，保持了各自算法的優(yōu)點(diǎn)，總體達(dá)到了穩(wěn)定性好、全局捜索能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)加快了計(jì) 算速度。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種220kV電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置 方法，包括W下步驟：
[000引1)提取220kV接線(xiàn)單元或供電片區(qū)，獲取其中各個(gè)220kV變電站的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投 運(yùn)信息，確定能夠參與無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置的站點(diǎn)；
[0006] 2)對(duì)各參與優(yōu)化的站點(diǎn)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化變量化1，建立基于供電能力提高的無(wú)功 補(bǔ)償優(yōu)化配置雙層禪合優(yōu)化模型，其中內(nèi)層優(yōu)化為網(wǎng)絡(luò)供電能力優(yōu)化，外層優(yōu)化為無(wú)功補(bǔ) 償配置優(yōu)化；
[0007] 3)通過(guò)外層循環(huán)對(duì)內(nèi)層循環(huán)輸入?yún)⒆兞?，通過(guò)內(nèi)層循環(huán)為外層循環(huán)提供fitness 函數(shù)，引導(dǎo)外層優(yōu)化的進(jìn)化選擇；
[0008] 4)通過(guò)內(nèi)外兩層優(yōu)化之間的禪合與交互，交替迭代、聯(lián)合優(yōu)化，最終獲得能夠發(fā)揮 電網(wǎng)最大供電能力的220kV無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)配置方案。
[0009] 在步驟1)中，要確定能參與無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置的站點(diǎn)，包括W下步驟：
[0010] 1.1)從完整電網(wǎng)模型中選擇所要分析的電網(wǎng)接線(xiàn)單元或供電片區(qū)范圍，確定其節(jié) 點(diǎn)數(shù)η和支路數(shù)b，對(duì)節(jié)點(diǎn)和支路進(jìn)行編號(hào)，構(gòu)建適用于優(yōu)化分析的簡(jiǎn)化模型；
[0011] 1.2)提取分析范圍內(nèi)所有220kV輸電線(xiàn)路的參數(shù)，包括線(xiàn)路回?cái)?shù)、電阻、電抗、電納 和熱穩(wěn)電流，W及220kV變電站主變的參數(shù)，包括主變型號(hào)、主變?nèi)萘?、主變臺(tái)數(shù)和過(guò)載系 數(shù)；
[0012] 1.3)對(duì)于上級(jí)500kV變電站，提取其有功、無(wú)功出力W及電壓幅值、相角，對(duì)于下級(jí) llOkV變電站，提取其有功、無(wú)功負(fù)荷信息，把llOkV供電負(fù)荷等值到所要分析的電壓等級(jí) 中，成為220kV等值負(fù)荷；
[001引1.4)建立向量E，讀取各220kV變電站的無(wú)功補(bǔ)償最大容量終,"，若化" = 0，則Ei = 0;若盛則 Ei=l。
[0014 ]所述雙層禪合優(yōu)化模型中的外層優(yōu)化包括W下步驟：
[001引 2.1)遍歷向量E，查找Ei = l的所有下標(biāo)i，設(shè)置對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量舶1，并記錄其數(shù)量 q;
[001 6 ] 2.2 )初始化自適應(yīng)協(xié)方差進(jìn)化算法，設(shè)置Qg = [ QgI，Qg2，Qg3 ]為外層控制變量，對(duì)原 始個(gè)體進(jìn)行擴(kuò)群操作，得到初始負(fù)荷種群坤，咕…，為其中P為擴(kuò)群系數(shù)；
[0017] 2.3)對(duì)種群實(shí)施rand/1型變異，產(chǎn)生變異向量：
，式中 媒、培、X;;表示種群中隨機(jī)選擇的3個(gè)不同的個(gè)體，F(xiàn)為變異行為的變異因子；
[0018] 2.4)按適應(yīng)度大小排序選擇當(dāng)代種群中前ω . P個(gè)個(gè)體，ω為采樣概率，計(jì)算其q 維協(xié)方差矩陣C，其中（i，j)位置的元素計(jì)算如下：
[0019]
[0020] 2.5)將方陣C按其特征值進(jìn)行分解，得C =抓2βΤ，其中矩陣B由方陣C的特征向量正 交基組成，B^i = bT;D為由方陣C的特征值的平方根為對(duì)角元素組成的對(duì)角矩陣；
[0021] 2.6)求取原始個(gè)體X巧日變異個(gè)體在協(xié)方差矩陣C的特征向量正交基生成的特 征空間中的坐標(biāo)：
[0022] 2.7)在特征空間中對(duì)原始個(gè)體X;和變異個(gè)體堿1,進(jìn)行交叉操作，生成交叉?zhèn)€體 [002引2.8)將交叉?zhèn)€化起二,,從特征空間中利用護(hù)的逆矩陣變換回原坐標(biāo)系，得到其原坐 標(biāo)為：
[0024] 2.9)將種群Xt與種群;送入內(nèi)層優(yōu)化，等待內(nèi)層優(yōu)化的適應(yīng)度值返回，優(yōu)選適應(yīng) 度大的種群返回步驟33進(jìn)行下一代進(jìn)化，直至算法收斂。
[0025] 所述雙層禪合優(yōu)化模型中的內(nèi)層優(yōu)化包括W下步驟：
[0026] 2.1)建立考慮電網(wǎng)運(yùn)行約束、設(shè)備容量約束W及N-1原則的供電能力優(yōu)化數(shù)學(xué)模
型 其中，目標(biāo)函數(shù)為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率之和最 大，g(Xc，Xs)為節(jié)點(diǎn)潮流平衡方程，表征電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律，h(Xc，Xs)為不等式約束條件，表征電 網(wǎng)運(yùn)行中節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷或發(fā)電功率波動(dòng)的范圍W及線(xiàn)路潮流的允許范圍；
[0027] 2.2)從外層優(yōu)化中讀入當(dāng)前代目的外層控制變量
作為內(nèi) 點(diǎn)法的輸入?yún)⒆兞?，再讀取電源節(jié)點(diǎn)的有功出力化1、無(wú)功出力化1、所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的視在功 率Sli、功率因數(shù)角巧、所有節(jié)點(diǎn)的電壓幅值Vi、相角θι的初始值及其各自的上、下限值、所有 輸電線(xiàn)路的并聯(lián)回?cái)?shù)、電阻Ri、電抗XI、對(duì)地電納Bi和熱穩(wěn)有功Pi;
[0028] 2.3)執(zhí)行內(nèi)點(diǎn)法，計(jì)算正常無(wú)支路開(kāi)斷情況下的網(wǎng)絡(luò)供電能力W及每一條支路開(kāi) 斷其中一回線(xiàn)路情況下的供電能力，共得到(b+1)種運(yùn)行方式下的供電能力；
[0029] 2.4)取(b+1)種運(yùn)行方式中供電能力最小值者作為該組參變量按的適應(yīng)度函數(shù) 值，結(jié)束內(nèi)層優(yōu)化，將此適應(yīng)度值輸出至外層優(yōu)化。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0031] 本發(fā)明所采用的220kV電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法將協(xié)方差進(jìn)化算法和內(nèi)點(diǎn)法相 融合，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，保持了各自算法的優(yōu)點(diǎn)，總體達(dá)到了穩(wěn)定性好、全局捜索能力強(qiáng)、尋優(yōu) 結(jié)果精確的特點(diǎn)，同時(shí)加快了計(jì)算速度?？傊?，本發(fā)明提供了一種在電網(wǎng)規(guī)劃改造 W外對(duì) 220kV網(wǎng)絡(luò)供電能力進(jìn)行挖掘和提高的輔助手段，應(yīng)用起來(lái)十分方便，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度部口而言 是十分有益的參考。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明的220kV電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法的流程示意圖。
[0033] 圖2為某個(gè)典型的220kV供電片區(qū)網(wǎng)絡(luò)無(wú)功補(bǔ)償分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[003引如圖1所示，本實(shí)施例所述的220kV電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法，包括如下步驟：
[0036] S11、提取220kV接線(xiàn)單元或供電片區(qū)，確定可參與無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置的站點(diǎn)；
[0037] S12、建立外層220kV無(wú)功補(bǔ)償配置優(yōu)化模型；
[0038] S13、采用自適應(yīng)協(xié)方差進(jìn)化算法進(jìn)行外層優(yōu)化變量的進(jìn)化選擇；
[0039] S14