基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電源建設(shè)的加快和區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)，電力系統(tǒng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，短路容量隨之 增大，部分變電站母線的短路電流水平已接近甚至超過了斷路器的開斷能力。短路電流超 標(biāo)日益成為威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要問題，控制短路電流水平成了電網(wǎng)運(yùn)行方式安排 的重要任務(wù)。目前常用的限流措施主要有電網(wǎng)分層分區(qū)、變電所母線分段、變壓器中性點(diǎn)加 裝小電抗接地、采用高阻抗變壓器、串聯(lián)電抗器、采用直流背靠背技術(shù)等。其中變壓器中性 點(diǎn)加裝小電抗接地主要針對(duì)單相短路電流過大的情況；直流背靠背技術(shù)需要配套大量的整 流、逆變裝置，投資費(fèi)用高；電網(wǎng)分層分區(qū)、母線分段會(huì)削弱系統(tǒng)的電氣聯(lián)系，降低系統(tǒng)安全 裕度；采用高阻抗變壓器、串聯(lián)電抗器會(huì)增加網(wǎng)損。
[0003] 故障限流器（FCL)在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)阻抗接近于0,不增加網(wǎng)損亦不會(huì)降低系統(tǒng) 可靠性，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)迅速增大阻抗以限制短路電流。隨著FCL制造技術(shù)的不斷發(fā)展， 安裝FCL日益成為一個(gè)控制短路電流水平的現(xiàn)實(shí)可行的有效措施。對(duì)FCL的安裝位置、數(shù) 量及單臺(tái)容量進(jìn)行優(yōu)化配置可以減少成本，在目前FCL造價(jià)仍較昂貴的情況下具有重要的 意義。
[0004] FCL優(yōu)化配置對(duì)應(yīng)的是一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題。傳統(tǒng)配置方法主要依靠人 工經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的試驗(yàn)進(jìn)行，效率低而且當(dāng)電網(wǎng)中有多個(gè)短路電流超標(biāo)站點(diǎn)時(shí)很難得到有效 的FCL配置方案。一些科研人員對(duì)這個(gè)問題展開研宄，并基于粒子群等人工智能算法提出 了一些FCL配置方法。但對(duì)應(yīng)的模型均未能清晰表示加裝FCL后故障點(diǎn)短路電流的變化情 況?，F(xiàn)有文獻(xiàn)均是先根據(jù)一定的啟發(fā)式規(guī)則，找到一個(gè)初始解，然后驗(yàn)證短路電流水平的控 制情況，再借助人工智能算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，本質(zhì)上仍屬于枚舉法。而且人工智能算法應(yīng)用 于大型電力系統(tǒng)時(shí)存在計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)用性差，結(jié)果存在一定的隨機(jī)性等不足。
[0005] 為解決前述FCL優(yōu)化配置中存在的問題，本文基于節(jié)點(diǎn)電壓方程建立的FCL配置 模型能夠有效表示FCL配置變量與節(jié)點(diǎn)短路電流之間的關(guān)系，針對(duì)短路節(jié)點(diǎn)和非短路節(jié)點(diǎn) 分別列寫短路電流限值約束和節(jié)點(diǎn)電流平衡方程，建立了 FCL優(yōu)化配置的混合整數(shù)二次約 束規(guī)劃模型，可采用預(yù)測(cè)校正原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法求解，具有良好的計(jì)算性能。在建模上，本文通 過計(jì)算故障時(shí)支路電流分布確定候選安裝FCL支路，縮小尋優(yōu)范圍，減小了優(yōu)化模型中的 整數(shù)變量個(gè)數(shù)。在優(yōu)化計(jì)算中，本文通過在候選支路引入中間節(jié)點(diǎn)，將原支路等效為兩條新 支路的串聯(lián)，使得變量數(shù)量級(jí)在合理范圍內(nèi)，避免了在小阻抗支路上配置FCL可能出現(xiàn)的 數(shù)值問題。綜上，本文提出了一種計(jì)算快捷的FCL配置全局優(yōu)化模型，基于C++語言開發(fā)了 FCL優(yōu)化配置實(shí)用計(jì)算軟件，并實(shí)際應(yīng)用于浙江電網(wǎng)，取得了良好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī) 劃模型的優(yōu)化方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：這種基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī) 劃模型的優(yōu)化方法，基于節(jié)點(diǎn)電壓方程，以FCL總安裝及運(yùn)行維護(hù)成本最小為目標(biāo)函數(shù)建 立的FCL優(yōu)化配置混合整數(shù)二次約束規(guī)劃模型，采用預(yù)測(cè)校正原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解。
[0008] 作為優(yōu)選，根據(jù)短路故障時(shí)各支路上流過電流大小選取候選安裝FCL支路，以縮 小FCL安裝位置的搜尋范圍。
[0009] 作為優(yōu)選，對(duì)于FCL候選安裝支路，若支路電抗為負(fù)值或小的正數(shù)，通過引入虛擬 的中間節(jié)點(diǎn)，將該支路模擬為兩條支路的串聯(lián)，保證FCL候選支路的電抗大于某一設(shè)定值。 [0010] 發(fā)明有益的效果是：本發(fā)明形成了一種計(jì)算快捷的FCL全局優(yōu)化配置模型，在有 效控制短路電流水平的同時(shí)使得FCL投資成本最低。
【附圖說明】
[0011] 圖1是FCL動(dòng)作后支路等值電路；
[0012] 圖2是支路電抗為負(fù)值的等值電路圖；
[0013] 圖3是支路電抗為小的正值的等值電路圖；
[0014] 圖4是FCL優(yōu)化配置算法流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0016] 實(shí)施例：
[0017] 一、FCL優(yōu)化配置模型概述
[0018] FCL優(yōu)化配置方案需要確定FCL安裝位置、臺(tái)數(shù)及每臺(tái)FCL的電抗值，決策變量包 括決定相應(yīng)支路是否安裝FCL的0-1變量a u及所安裝FCL的電抗值△ Z y -些文獻(xiàn)將 FCL優(yōu)化配置定義為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，目標(biāo)包括FCL安裝臺(tái)數(shù)最少及安裝阻抗值之和 最小，然后基于Pareto最優(yōu)概念進(jìn)行求解，計(jì)算較為復(fù)雜。本文以FCL配置成本最小作為 目標(biāo)函數(shù)。FCL配置成本主要包括FCL的制造成本和安裝費(fèi)用。其中FCL的制造成本隨著 FCL限流電抗的增大成正比增加，記單位電抗的費(fèi)用系數(shù)為，而單臺(tái)FCL的安裝費(fèi)用則相 對(duì)固定，記為Wij。FCL優(yōu)化配置目標(biāo)函數(shù)如下：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型的優(yōu)化方法，其特征在于：基于節(jié)點(diǎn) 電壓方程，以FCL總安裝及運(yùn)行維護(hù)成本最小為目標(biāo)函數(shù)建立的FCL優(yōu)化配置混合整數(shù)二 次約束規(guī)劃模型，采用預(yù)測(cè)校正原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型的優(yōu)化方法，其特 征在于：根據(jù)短路故障時(shí)各支路上流過電流大小選取候選安裝FCL支路，以縮小FCL安裝位 置的搜尋范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型的優(yōu)化方法，其 特征在于：對(duì)于FCL候選安裝支路，若支路電抗為負(fù)值或小的正數(shù)，通過引入虛擬的中間節(jié) 點(diǎn)，將該支路模擬為兩條支路的串聯(lián)，保證FCL候選支路的電抗大于某一設(shè)定值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于混合整數(shù)二次約束的配電網(wǎng)規(guī)劃模型的優(yōu)化方法。本發(fā)明研究了故障限流器FCL的優(yōu)化配置問題，基于節(jié)點(diǎn)電壓方程建立了FCL優(yōu)化配置混合整數(shù)二次約束規(guī)劃模型，并采用預(yù)測(cè)-校正原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解。本發(fā)明首先通過計(jì)算故障時(shí)支路電流，確定候選FCL安裝支路，以縮小尋優(yōu)規(guī)模，提高FCL優(yōu)化配置效率。其次在求解時(shí)考慮了變量數(shù)量級(jí)對(duì)數(shù)值計(jì)算穩(wěn)定性的影響，通過引進(jìn)中間節(jié)點(diǎn)使得變量數(shù)量級(jí)在合理范圍內(nèi)。最后形成了一種計(jì)算快捷的FCL全局優(yōu)化配置模型，在有效控制短路電流水平的同時(shí)使得FCL投資成本最低。通過對(duì)浙江電網(wǎng)2013冬高運(yùn)行方式下FCL優(yōu)化配置的分析，證明了模型的正確性及其在大規(guī)模電網(wǎng)應(yīng)用中的有效性。
【IPC分類】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開號(hào)】CN104732297
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510148143
【發(fā)明人】壽挺, 朱鐵銘, 葉剛進(jìn), 許玲, 陳佳凌, 繆建峰, 張劍
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電公司, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司, 國(guó)網(wǎng)浙江臨安市供電公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日