本發(fā)明涉及輸電網(wǎng)規(guī)劃運行技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著中國輸電網(wǎng)架的不斷發(fā)展，城市互聯(lián)電網(wǎng)在有效緩解輸電壓力、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性和抵抗小擾動能力的同時，也不可避免的會遇到新的挑戰(zhàn)。其中，500/220kv高低壓電磁環(huán)網(wǎng)的出現(xiàn)和220kv系統(tǒng)短路電流水平升高即是兩個顯著問題。為打開高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，需調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，限制由系統(tǒng)互聯(lián)和容量增大引起的短路電流水平升高問題，不能簡單地采取更換斷路器的方法，因此，需要調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對電網(wǎng)進行分層分區(qū)。

當前對電網(wǎng)分區(qū)與互聯(lián)支援能力的研究主要針對具體省市或地區(qū)級電網(wǎng)，分析其分區(qū)供電的可行性和合理性，以及事故情況下的負荷轉(zhuǎn)移能力。目前的研究大多考慮簡化的尋優(yōu)判據(jù)確定較優(yōu)可行方案集，然后綜合潮流、設(shè)備容量約束等多方面影響，憑借工程經(jīng)驗做出定性判斷。而對電力系統(tǒng)決策者來講，需要一種既包含工程經(jīng)驗又含有定量計算、可將定性的判斷量化的供電分區(qū)與互聯(lián)支援決策方法?，F(xiàn)有可見的理論研究成果中，一般是在其中某一方面做出一定探索，具體的電網(wǎng)區(qū)域劃分方法在諸多相關(guān)文獻中也鮮有提及。因此，盡管廣大學術(shù)機構(gòu)及電力相關(guān)部門對電網(wǎng)的分區(qū)運行與互聯(lián)支援問題備加關(guān)注，均列為攻關(guān)課題，并做了許多卓有成效的研究及開發(fā)工作，但現(xiàn)有的方法及策略在理論的完善性，工程的科學性與實用性上均存在問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種科學高效、提高效率、提高準確率、設(shè)立指標的考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法，用以獲取分區(qū)之間聯(lián)絡(luò)通道的開關(guān)狀態(tài)和分區(qū)模式，包括以下步驟：

1)獲取220kv電網(wǎng)內(nèi)各聯(lián)絡(luò)通道的所有可行的開關(guān)狀態(tài)，具體包括以下步驟：

11)隨機生成一組聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的0/1數(shù)據(jù)，并將生成的0/1數(shù)據(jù)帶入220kv電網(wǎng)；

12)判斷該聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)是否滿足分區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)安排要求，若滿足，則將該聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)作為一種可行的開關(guān)狀態(tài)，若不滿足，返回步驟11)；

2)各聯(lián)絡(luò)通道的各種開關(guān)狀態(tài)采用改進遺傳算法進行自由組合計算，獲取最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)的組合形式，具體包括以下步驟：

21)根據(jù)220kv電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)的初始開合數(shù)據(jù)，獲取初始負荷均衡性d0；

22)根據(jù)所有可行的開關(guān)狀態(tài)構(gòu)建分區(qū)優(yōu)化模型；

23)通過輪盤賭形式，采用改進遺傳算法的交叉和變異操作，對分區(qū)優(yōu)化模型求解得到適應(yīng)度最高的開關(guān)狀態(tài)以及對應(yīng)的分區(qū)模式。

所述的步驟12)中分區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)安排要求須同時滿足以下條件：

a、線路潮流滿足n-1準則；

b、不能出現(xiàn)分區(qū)合環(huán)的情況；

c、分區(qū)內(nèi)短路電流不能超標。

所述的步驟22)中，分區(qū)優(yōu)化模型的目標函數(shù)為：

maxdk＝min(dk,n，max-dk,n)n＝1,2......n

其中，dk為第k種分區(qū)模式優(yōu)化后分區(qū)的負荷均衡性，dk,n為第k種分區(qū)模式優(yōu)化后第n個分區(qū)的負荷，dk,n,max為第k種分區(qū)模式優(yōu)化后第n個分區(qū)的極限可供，n為分區(qū)總數(shù)目；

約束條件為：

式中，pgi為節(jié)點i的輸出功率，pdi為該節(jié)點i的負荷需求功率，bij為節(jié)點電納矩陣，θij為節(jié)點i與節(jié)點j之間的角度差，sn為第n個獨立分區(qū)的節(jié)點集合，k為系統(tǒng)中獨立分區(qū)的總數(shù)，pij是節(jié)點i與節(jié)點j之間的聯(lián)絡(luò)線潮流，pij和分別是是聯(lián)絡(luò)線潮流下限值和上限值，ii為第i個獨立分區(qū)的短路電流，ic為短路電流的限值，為在n-1情況下節(jié)點i的輸出功率，為在n-1情況下該節(jié)點i的負荷需求功率，為節(jié)點電納矩陣，為節(jié)點i與節(jié)點j之間的角度差，是n-1情況下節(jié)點i與節(jié)點j之間的聯(lián)絡(luò)線潮流，和分別是n-1情況下聯(lián)絡(luò)線潮流下限值和上限值，dn,max為第n個獨立分區(qū)的極限可供，dn為第n個獨立分區(qū)的負荷。

所述的步驟23)中，開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的適應(yīng)度f的計算式為：f＝di-d0。

該方法還包括以下步驟：

3)設(shè)計220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化指標，用以對優(yōu)化后的分區(qū)模式進行評價，包括：

(1)聯(lián)絡(luò)通道的通道極限pm：

其中，p1為正常情況下該聯(lián)絡(luò)通道的潮流，p2為該聯(lián)絡(luò)通道n-1情況下的潮流，pmax為線路的斷面潮流限額；

(2)聯(lián)絡(luò)通道負載率ηl：

其中，pl為正常情況下第l條聯(lián)絡(luò)通道的潮流，pmax為第l條聯(lián)絡(luò)通道的最大負載；

(3)聯(lián)絡(luò)通道數(shù)量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

一、科學高效：本發(fā)明在考慮潮流約束，短路電流約束，可靠性約束的基礎(chǔ)上，以“分區(qū)負荷均衡性”為目標函數(shù)建立了數(shù)學模型，能夠更加科學高效地對電網(wǎng)進行分區(qū)優(yōu)化處理；

二、提高效率：對傳統(tǒng)的冗余法進行優(yōu)化改進，將傳統(tǒng)的人工手動研究聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的工作用計算機實現(xiàn)，提高了聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)建立的效率；

三、提高準確率：對傳統(tǒng)的遺傳算法進行優(yōu)化改進，結(jié)合分區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的特點，以聯(lián)絡(luò)通道的開關(guān)狀態(tài)作為主體進行計算，大大提高了算法的效率和準確率，使得計算結(jié)果更加精準有效；

四、設(shè)立指標：在聯(lián)絡(luò)通道的研究過程中，本發(fā)明建立了對電網(wǎng)中分區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的評價指標，對將來聯(lián)絡(luò)通道的規(guī)劃有一定的指導(dǎo)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的數(shù)據(jù)讀取示意圖。

圖2為本發(fā)明的改進冗余法流程示意圖。

圖3為本發(fā)明的改進遺傳算法的交叉操作。

圖4為本發(fā)明的改進遺傳算法的變異操作。

圖5為本發(fā)明的遺傳算法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例

本發(fā)明是一種考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法，通過研究各分區(qū)之間聯(lián)絡(luò)通道的連接關(guān)系和開關(guān)狀態(tài)，得到分區(qū)之間聯(lián)絡(luò)通道的開關(guān)狀態(tài)和分區(qū)模式，建立以“分區(qū)負荷均衡性”為目標的優(yōu)化模型，利用改進遺傳算法求解得到220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化策略，最后對優(yōu)化前后系統(tǒng)指標比對來說明優(yōu)化分區(qū)方案的合理性。具有邏輯結(jié)構(gòu)清晰、實用合理的優(yōu)點。

為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法。通過研究各分區(qū)之間聯(lián)絡(luò)通道的連接關(guān)系和開關(guān)狀態(tài)，得到分區(qū)之間聯(lián)絡(luò)通道的開關(guān)狀態(tài)和分區(qū)模式。其特征在于，包含以下步驟：

s1、建立以“分區(qū)負荷均衡性”為目標的優(yōu)化模型。

s2、利用改進冗余法研究分析220kv電網(wǎng)內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道的各種開關(guān)狀態(tài)。

s3、利用改進遺傳算法求解得到220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化策略。

s4、建立220kv電網(wǎng)分區(qū)聯(lián)絡(luò)通道的評價指標。

上述的考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法，其中，所述的步驟s1中：采用的是分區(qū)內(nèi)的負荷均衡性作為分區(qū)優(yōu)化模型的目標函數(shù)，建立以“分區(qū)負荷均衡性”為目標的優(yōu)化模型。具體如下。

目標函數(shù)：

maxdk＝min(dk,n，max-dk,n)n＝1,2......n

其中，dk為第k種分區(qū)模式優(yōu)化后分區(qū)的負荷均衡性，dk,n為第k種分區(qū)模式優(yōu)化后第n個分區(qū)的負荷，dk,n,max為第k種分區(qū)模式優(yōu)化后第n個分區(qū)的極限可供，n為分區(qū)總數(shù)目；

約束條件為：

式中，pgi為節(jié)點i的輸出功率，pdi為該節(jié)點i的負荷需求功率，bij為節(jié)點電納矩陣，θij為節(jié)點i與節(jié)點j之間的角度差，sn為第n個獨立分區(qū)的節(jié)點集合，k為系統(tǒng)中獨立分區(qū)的總數(shù)，pij是節(jié)點i與節(jié)點j之間的聯(lián)絡(luò)線潮流，pij和分別是是聯(lián)絡(luò)線潮流下限值和上限值，ii為第i個獨立分區(qū)的短路電流，ic為短路電流的限值，為在n-1情況下節(jié)點i的輸出功率，為在n-1情況下該節(jié)點i的負荷需求功率，為節(jié)點電納矩陣，為節(jié)點i與節(jié)點j之間的角度差，是n-1情況下節(jié)點i與節(jié)點j之間的聯(lián)絡(luò)線潮流，和分別是n-1情況下聯(lián)絡(luò)線潮流下限值和上限值，dn,max為第n個獨立分區(qū)的極限可供，dn為第n個獨立分區(qū)的負荷。

上述的考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法，其中，所述的步驟s2中：利用改進冗余法研究分析220kv電網(wǎng)內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道的各種開關(guān)狀態(tài)。其中：

(1)220kv電網(wǎng)數(shù)據(jù)讀取處理

在數(shù)據(jù)的讀入方面，將數(shù)據(jù)分為2種，第一種是節(jié)點，本發(fā)明以各變電站內(nèi)部的母線作為節(jié)點；第二種是線路，本文將線路分為2類，第一類是非聯(lián)絡(luò)通道變電站母線之間的線路，這一類數(shù)據(jù)是已經(jīng)明確該分區(qū)內(nèi)部的線路，第二類是聯(lián)絡(luò)通道上變電站母線之間的線路，這一類數(shù)據(jù)是不固定的，具體框圖如附圖1所示；

(2)分區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)安排原則。

本發(fā)明先對電網(wǎng)各分區(qū)之間每條聯(lián)絡(luò)通道的線路進行分析，并羅列出每條聯(lián)絡(luò)通道的各種開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)狀態(tài)安排的原則如下：

(a)滿足n-1原則(暫不考慮同桿雙回的情況)；

(b)不能出現(xiàn)分區(qū)合環(huán)的情況；

(c)分區(qū)內(nèi)短路電流不能超標。

(3)改進冗余法求解步驟

本發(fā)明的改進冗余法的實現(xiàn)思想是：首先閉合聯(lián)絡(luò)通道正常情況下的開關(guān)狀態(tài)中所有母線開關(guān)，并進行讀取，形成該聯(lián)絡(luò)通道的冗余網(wǎng)絡(luò)，該冗余網(wǎng)絡(luò)是冗余度很高且不滿足原則要求的網(wǎng)絡(luò)，然后對該網(wǎng)絡(luò)進行潮流分析，逐步斷開多條線路和開關(guān)，直到得到符合運行要求的開關(guān)狀態(tài)。

s2.1在聯(lián)絡(luò)通道的所有母線開關(guān)全部閉合的情況下依次斷開數(shù)條聯(lián)絡(luò)通道上的線路，對得到的開關(guān)狀態(tài)依照聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)進行校驗；

s2.2在s2.1所得的開關(guān)狀態(tài)的基礎(chǔ)上一次斷開數(shù)個母線開關(guān)，對得到的開關(guān)狀態(tài)依照聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)進行校驗，若滿足，則記錄該開關(guān)狀態(tài)，否則，重新斷開線路形成開關(guān)狀態(tài)。

基本流程框圖如附圖2所示；

上述的考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法，其中，所述的步驟s3中：利用改進遺傳算法求解得到220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化策略。其中：

本發(fā)明采用的改進的遺傳算法，是在傳統(tǒng)遺傳算法的選擇，交叉，變異的操作基礎(chǔ)上，將各聯(lián)絡(luò)通道的各種開關(guān)狀態(tài)的一套開關(guān)組合方式作為整體，先通過手動羅列出各種聯(lián)絡(luò)通道所有可行的開關(guān)狀態(tài)，然后對各聯(lián)絡(luò)通道的各種開關(guān)狀態(tài)采用遺傳算法進行自由組合計算，求得出最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)的組合形式。

(1)改進遺傳算法的交叉操作。

本發(fā)明的改進遺傳算法的交叉操作采用的是單點交叉，即在一條聯(lián)絡(luò)通道中，以該聯(lián)絡(luò)通道的所有開關(guān)狀態(tài)作為整體進行交叉操作。具體框圖如附圖3所示

(2)改進遺傳算法的變異操作。

本發(fā)明的改進遺傳算法的變異操作，即在一條聯(lián)絡(luò)通道中，隨機選擇一段聯(lián)絡(luò)通道的開關(guān)狀態(tài)，將其開關(guān)狀態(tài)進行隨機變化。具體框圖如附圖4所示

(3)改進遺傳算法的輪盤賭操作。

本發(fā)明的改進遺傳算法的輪盤賭操作，令ppi＝0，其中，ppi為累計概率，pi為個體的選擇概率，其計算公式為：其中，fitness(xi)為個體的適應(yīng)度。共轉(zhuǎn)輪np次(np為種群個體數(shù))，每次轉(zhuǎn)輪時，隨機產(chǎn)生0到1的隨機數(shù)r，當ppi-1≤r＜ppi時選擇個體i。

本發(fā)明采用的適應(yīng)度函數(shù)為f＝di-d0，其中，di是根據(jù)第i條分區(qū)模式優(yōu)化后分區(qū)的負荷均衡度；d0為初始電網(wǎng)分區(qū)模式下的負荷均衡度。

(4)改進遺傳算法的算法總流程

s3.1讀取220kv電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)的初始開合數(shù)據(jù)，并計算初始負荷均衡性d0；

s3.2隨機生成一組聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的“0/1”數(shù)據(jù)，并將生成的數(shù)據(jù)帶入電網(wǎng)；

s3.3校驗是否滿足短路電流的限制和線路潮流是否滿足“n-1"準則，若滿足，則作為一種可行的開關(guān)開合方式記錄，否則，返回步驟二；

s3.4計算第i個分區(qū)模式下的負荷均衡性di，并計算該分區(qū)模式的適應(yīng)值f＝di-d0；

s3.5采取輪盤賭的形式，通過改進遺傳算法的交叉操作和變異操作，求出適應(yīng)度最高的開關(guān)開合方式。

s3.6根據(jù)所得的適應(yīng)度最高的開關(guān)開合方式求出相對應(yīng)的分區(qū)模式。

基本流程框圖如附圖5所示；

上述的考慮聯(lián)絡(luò)通道開關(guān)狀態(tài)的220kv電網(wǎng)分區(qū)優(yōu)化方法，其中，所述的步驟s4中：建立220kv電網(wǎng)分區(qū)聯(lián)絡(luò)通道的評價指標。

(1)聯(lián)絡(luò)通道的通道極限

本發(fā)明介紹的聯(lián)絡(luò)通道的極限，指的是某分區(qū)通過該聯(lián)絡(luò)通道，能夠送入另一個分區(qū)相對應(yīng)的220kv電站的功率。

通道極限計算數(shù)學模型如下，

其中：p1為正常情況下該聯(lián)絡(luò)通道的潮流；p2為該聯(lián)絡(luò)通道n-1情況下的潮流，pmax為線路的斷面潮流限額，pm為該聯(lián)絡(luò)通道的通道極限。

(2)聯(lián)絡(luò)通道負載率

在正常情況下，各分區(qū)解環(huán)運行，當發(fā)生嚴重故障，需要分區(qū)合環(huán)時，正常情況下聯(lián)絡(luò)通道的負載將影響到分區(qū)間彼此支援的能力，第i條聯(lián)絡(luò)通道帶載率計算公式如下：

其中：pi為正常情況下該聯(lián)絡(luò)通道的潮流；pmax為該聯(lián)絡(luò)通道最大負載，n為聯(lián)絡(luò)線數(shù)量。

(3)聯(lián)絡(luò)通道數(shù)量。