[發(fā)明專利]一種超高壓電網(wǎng)故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的計(jì)算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710347998.6
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107423478A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉民偉;錢紋;郭洪芹;胡凱;趙爽;張秀釗;劉娟;趙慶麗;陳瑾;錢衛(wèi)華;吳政聲;彭俊春
• 申請（專利權(quán)）人: 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司;中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 昆明大百科專利事務(wù)所53106
• 代理人: 何健

1.一種超高壓電網(wǎng)故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1：對目標(biāo)電網(wǎng)進(jìn)行短路電流計(jì)算，篩選出短路電流超標(biāo)的超高壓節(jié)點(diǎn)集合；

步驟2：建立故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型，對建立的數(shù)學(xué)模型采用內(nèi)點(diǎn)法求解，得出優(yōu)化布點(diǎn)結(jié)果；

步驟3：對執(zhí)行故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)后的電網(wǎng)短路電流和安全穩(wěn)定分析；

步驟4：判別故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)個(gè)數(shù)的滿意度，若滿意，則輸出故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)結(jié)果，否則增加故障電流限制器布點(diǎn)數(shù)目限制，并引入開斷線路降低短路電流措施，繼續(xù)優(yōu)化求解，輸出增加故障電流限制器數(shù)目約束的優(yōu)化布點(diǎn)結(jié)果及開斷線路結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種超高壓電網(wǎng)故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1中對目標(biāo)電網(wǎng)進(jìn)行短路電流計(jì)算，篩選出短路電流超標(biāo)的超高壓節(jié)點(diǎn)集合，通過采用成熟的電力系統(tǒng)分析軟件PSD-BPA進(jìn)行短路電流計(jì)算，并篩選出短路電流超標(biāo)的超高壓節(jié)點(diǎn)集合，超高壓節(jié)點(diǎn)一般指500kV及以上交流節(jié)點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種超高壓電網(wǎng)故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2建立故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型，對建立的數(shù)學(xué)模型采用內(nèi)點(diǎn)法求解，得出優(yōu)化布點(diǎn)結(jié)果，具體步驟包括：

步驟2-1：建立故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式如下：

MIN F=Σk=1NFXF,k+wFCL×Σk=1NFXF,k/(XF,k+10-6)---(1)]]>

ST:1zff0+Σk=1NF(d3,kXF,k-d0,k+d4,k-1zff0)≤I‾f,f∈TF,k∈SF---(2)]]>

(X_F，k-X_F，1)(X_F，k-X_F，2)...(X_F，k-X_F，i)＝0 (3)

其中變量為X_F，k，表示第k條支路安裝的故障電流限制器阻值；

目標(biāo)函數(shù)(1)是表達(dá)安裝故障電流限制器的總費(fèi)用最小，其中表達(dá)了電網(wǎng)安裝故障電流限制器的總數(shù)目，分母中加10^-6是為了阻抗為0時(shí)該式有意義，且不統(tǒng)計(jì)阻抗值為0的個(gè)數(shù)而設(shè)置；w_FCL為限流器總量的權(quán)重系數(shù)，表示新安裝1個(gè)故障電流限制器投資與電抗器單位投資的比例；

約束條件(2)是表達(dá)節(jié)點(diǎn)短路電流應(yīng)不超過對應(yīng)變電站的斷路器遮斷電流水平，表示變電站的斷路器遮斷電流水平，f∈TF，TF表示短路電流超標(biāo)節(jié)點(diǎn)集合，k∈SF，SF表示故障電流限制器安裝支路集合,NF為集合SF中支路總數(shù)目；zff0表示加裝故障電流限制器之前f節(jié)點(diǎn)的自阻抗；d0，k、d3，k、d4，k為與第k條支路相對應(yīng)的常數(shù)參數(shù)，d0,k=zff0(zL,k0)zzff0(D1,k-zL,k0)+Dz,k,d3,k=-Dz,k(zL,k0)2(zff0(D1,k-zL,k0)+Dz,k)2,d4,k=D1,k-zL,k0zff0(D1,k-zL,k0)+Dz,k,]]>分別為加裝故障電流限制器前節(jié)點(diǎn)i和j的系統(tǒng)等值阻抗，為加裝故障電流限制器前系統(tǒng)的互阻抗；

步驟2-2：采用靈敏度法，形成安裝故障電流限制器的候選支路集合，具體如下：

對于實(shí)際大電網(wǎng)，若所有支路均作為安裝故障電流限制器的候選支路，式(2)作為約束方程，則系數(shù)矩陣稀疏性差，優(yōu)化效率低，因此候選支路可根據(jù)靈敏度進(jìn)行篩選，縮小安裝故障電流限制器的候選支路集合范圍，提高優(yōu)化效率。對于短路點(diǎn)f，將支路阻抗的變化對故障點(diǎn)f的三相短路電流影響由大到小排序，即靈敏度因子由大到小排序，將前N_S個(gè)安裝故障電流限制器的候選支路序號存入集合S_f，N_F為每個(gè)集合S_f的個(gè)數(shù)，N_F取節(jié)點(diǎn)f對應(yīng)電壓等級總的出線回?cái)?shù)；

對于f點(diǎn)，要選出在哪些支路安裝故障電流限制器對I_f影響較大，則需比較各個(gè)k＝1,…,N_F,取負(fù)數(shù)的ΔI′_fk，比較絕對值最大的前N_F個(gè)(N_F<N),將候選支路的序號k計(jì)入集合S_f中，應(yīng)用于約束條件(2)；

步驟2-3：設(shè)置故障電流限制器阻值序列，具體如下：

約束條件(3)是表達(dá)故障電流限制器阻抗值約束；500kV故障電流限制器1歐姆阻值相當(dāng)于長度為3.4千米的4×400mm²500kV線路，6歐姆對應(yīng)的線路長度為20.4km，20歐姆對應(yīng)的線路長度為68km，由于設(shè)備造價(jià)、設(shè)備絕緣要求、場地限制等，故障電流限制器阻值不宜太大，太小則限流效果不明顯，為具有工程實(shí)用性，故障電流限制器的電抗值不是任意值，采用具有實(shí)用意義的序列化值更合理，如采用X_F＝[0,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]，用Z_F，i表示故障電流限制器第i個(gè)待選阻抗值，i＝1，...，N_FCL，N_FCL為阻抗值序列中待選阻抗值個(gè)數(shù)，當(dāng)X_F，i為0時(shí)，表示該支路不安裝故障電流限制器。采用工程實(shí)用序列化阻值后，故障電流限制器阻值約束表達(dá)為式(3)；

步驟2-4：對步驟2-1建立的故障電流限制器優(yōu)化布點(diǎn)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解；由式(3)可以看出，故障電流限制器電抗值是與序列值個(gè)數(shù)相同的階數(shù)的多項(xiàng)式，直接求解非常復(fù)雜且困難，因此預(yù)處理十分實(shí)用。采用含互補(bǔ)約束的非線性規(guī)劃目前是最優(yōu)化問題的研究熱點(diǎn)，因此需構(gòu)造故障電流限制器阻值離散變量的互補(bǔ)約束條件是求解的關(guān)鍵；

為了尋求離散變量的兩界，構(gòu)造互補(bǔ)約束條件，可將離散變量當(dāng)連續(xù)變量，連續(xù)化進(jìn)行預(yù)計(jì)算；數(shù)學(xué)模型如下：

MIN F=Σk=1NFXF,k+wFCL×Σk=1NFXF,k/(XF,k+10-6)]]>

ST:1zff0+Σk=1NF(d3,kXF,k-d0,k+d4,k-1zff0)≤I‾f,]]>

XFmin≤XF,k≤XFmax---(13)]]>

現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)法目前已比較成熟，其計(jì)算速度快、收斂性好、魯棒性強(qiáng)、對初值選取不敏感、處理不等式約束強(qiáng)等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)優(yōu)化問題中顯示出強(qiáng)大的生命力；

如果問題存在最優(yōu)解，則計(jì)算得出的離散量連續(xù)化的最優(yōu)解，一般而言，該解雖然為可行解，但與工程化序列值有出入，而簡單的四舍五入取值較為粗糙，因此構(gòu)造故障電流限制器阻值的互補(bǔ)約束條件如下：

(X_F，k-X_F，i)(X_F，k-X_F，i+1)＝0 (14)

以預(yù)計(jì)算得出的解作為初始值，加入離散變量的互補(bǔ)約束條件，構(gòu)造模型如下：

MIN F=Σk=1NFXF,k+wFCL×Σk=1NFXF,k/(XF,k+10-6)]]>

ST:1zff0+Σk=1NF(d3,kXF,k-d0,k+d4,k-1zff0)≤I‾f,]]>

(X_F，k-X_F，i)(X_F，k-X_F，i+1)＝0 (15)

采用現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)法求解模型(15)，得出最優(yōu)解；

為了保證算法的收斂性，選擇松弛法，(15)可轉(zhuǎn)化為(16)，如下：

MIN F=Σk=1NFXF,k+wFCL×Σk=1NFXF,k/(XF,k+10-6)]]>

ST:1zff0+Σk=1NF(d3,kXF,k-d0,k+d4,k-1zff0)≤I‾f,]]>

ε≤(X_F，k-X_F，i)(X_F，k-X_F，i+1)≤ε (16)

引入松弛參數(shù)ε，在每次迭代后更新，隨(X_F，k-X_F，i)(X_F，k-X_F，i+1)變小而逐漸趨于0，ε更新按照變量約束上下限的緊縮，即在計(jì)算的過程中按整形變量連續(xù)化，當(dāng)其接近整數(shù)解時(shí)按照給定的策略將約束的上下限以靠近的整數(shù)解為中心緊縮，使其加速逼近整數(shù)解。