评估220kv拉手网最大供电能力的方法
【专利摘要】本发明提供一种评估220KV拉手网最大供电能力的方法，包括：获取220KV拉手网的网架结构，确定所述网架结构的网络节点数和支路数，并对所述网架结构的节点和支路进行编号；对编号后的220KV拉手网的网架结构，读取网架结构参数、负荷参数以及平衡节点的电压幅值和相角；根据预设的节点电压Vi和相角差δij约束，以及所述PQ节点和平衡节点，获得初始化后的牛顿拉夫逊法；获得初始化后的自适应差分进化算法；根据所述牛顿拉夫逊法求解所述220KV拉手网的潮流，通过所述自适应差分进化算法对所述潮流进行处理，获得N-1约束下的所述220KV拉手网的最大供电能力。本发明能以片区为最小单位对最大供电能力进行评估，在满足N-1条件下，快速、准确的获得220KV拉手网的最大供电能力。
【专利说明】评估220KV拉手网最大供电能力的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电网供电能力【技术领域】，特别是涉及一种评估220KV拉手网最大供电 能力的方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展，人民生活水平不断提高，对于电能的需求也随之不断增长。 电力负荷的增长明显加快，导致电能质量、供电能力和供电可靠性满足不了用户的电力需 求，形成了很多供电瓶颈。而目前城市电网基本已经建成，若想从系统的规划与改建中获得 新变电站的站址和新馈线的地下通道是非常困难的。因此，在不建设新电站和馈线的地下 通道的情况下，研究电网的最大供电能力变得十分重要。
[0003] 电网最大供电能力（TotalSupplyingCapacity,TSC)是指一定供电区域内电网 满足N-I安全准则，且考虑到网络实际运行情况下的最大负荷供应能力。求解电网最大供 电能力的常用方法有线性规划法、内点法、尝试法以及最大负荷倍数法等。与最大供电能力 相比，可用输电能力（AvailableTransferCapacity，ATC)是指在现有的输电合同基础上， 实际物理输电网络中剩余的、可用于商业使用的传输容量。TSC强调的是电网在满足一定约 束下能够带的最大负荷，ATC关注的是在输电网中在最大传输能力的基础上减去基本潮流 和适当裕度后，还可传输的最大电能。
[0004] 目前，确定电网最大供电能力的常用方法有线性规划法、尝试法以及最大负荷倍 数法等。
[0005] 线性规划法是基于直流潮流模型的，没有考虑无功与电压的影响，所以会影响结 果的准确性和有效性；尝试法求解过程相当耗时，而且结果的准确性难以保证；最大负荷 倍数法求解速度快，但其假设各节点负荷均以相同比例增长，准确性会有所降低。
【发明内容】
[0006] 基于此，本发明提供一种评估220KV拉手网最大供电能力的方法，能以片区为最 小单位对最大供电能力进行评估，在满足N-I条件下，快速、准确的确定220KV拉手网的最 大供电能力。
[0007] -种评估220KV拉手网最大供电能力的方法，包括如下步骤：
[0008] 获取220KV拉手网的网架结构，确定所述网架结构的网络节点数和支路数，并对 所述网架结构的节点和支路进行编号；其中，220kV拉手网的平衡节点为500kV变电站主变 的220kV侧，PQ节点为220kV拉手网中的负荷节点；
[0009] 对编号后的220KV拉手网的网架结构，读取网架结构参数、负荷参数以及平衡节 点的电压幅值Vn和相角Θn;
[0010] 根据预设的节点电压\和相角差δu约束，以及所述PQ节点和平衡节点，获得初 始化后的牛顿拉夫逊法；
[0011] 根据各节点负荷的初始化、对预设的初始种群进行扩群处理得到的种群X、预设的 差分进化算法最大迭代次数Gm、自适应缩放因子最小值R)min和最大值R) max、自适应交叉概 率因子最小值CRmin和最大值CRmax，获得初始化后的自适应差分进化算法；其中，根据下式， 对节点负荷的初始化取各负荷上下限值的平均值生成初始种群：5^ ，式中瓦、Si 分别为节点i的额定负载的最大值和最小值；
[0012] 根据所述牛顿拉夫逊法求解所述220KV拉手网的潮流，通过所述自适应差分进化 算法对所述潮流进行处理，获得N-I约束下的所述220KV拉手网的最大供电能力。
[0013] 上述评估220KV拉手网最大供电能力的方法，在自适应差分进化方法中内嵌牛顿 拉夫逊法，内嵌的牛顿拉夫逊法的作用是精确求解拉手网的潮流，自适应差分进化算法的 作用是快速的对牛顿拉夫逊法求出的潮流进行处理，以达到在N-I约束下，快速、准确的求 出拉手网的最大供电能力；能在以片区为最小单位对最大供电能力进行计算，该方法具有 稳定性好、精度高、全局搜索能力强等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明评估220KV拉手网最大供电能力的方法在一实施例中的流程示意 图。
[0015] 图2为一种典型的拉手网示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于 此。
[0017] 如图1所示，是本发明一种评估220KV拉手网最大供电能力的方法，包括如下步 骤：
[0018]S11、获取220KV拉手网的网架结构，确定所述网架结构的网络节点数和支路数， 并对所述网架结构的节点和支路进行编号；其中，220kV拉手网的平衡节点为500kV变电站 主变的220kV侧，PQ节点为220kV拉手网中的负荷节点；
[0019]S12、对编号后的220KV拉手网的网架结构，读取网架结构参数、负荷参数以及平 衡节点的电压幅值Vn和相角Θn;
[0020]S13、根据预设的节点电压\和相角差δu约束，以及所述PQ节点和平衡节点，获 得初始化后的牛顿拉夫逊法；
[0021]S14、根据各节点负荷的初始化、对预设的初始种群进行扩群处理得到的种群X、预 设的差分进化算法最大迭代次数Gm、自适应缩放因子最小值R)min和最大值R) _、自适应交 叉概率因子最小值CRmin和最大值CRmax，获得初始化后的自适应差分进化算法；其中，根据 下式，对节点负荷的初始化取各负荷上下限值的平均值生成初始种群：，式中 瓦、I分别为节点i的额定负载的最大值和最小值；
[0022] S15、根据所述牛顿拉夫逊法求解所述220KV拉手网的潮流，通过所述自适应差分 进化算法对所述潮流进行处理，获得N-I约束下的所述220KV拉手网的最大供电能力；
[0023] 最大供电能力，是指一定供电区域内电网满足N-I安全准则，且考虑到网络实际 运行情况下的最大负荷供应能力。本实施例的计算220KV拉手网最大供电能力方法，是内 嵌牛顿拉夫逊法的自适应差分进化方法，内嵌的牛顿拉夫逊法的作用是精确求解拉手网的 潮流，自适应差分进化方法的作用是快速的对牛顿拉夫逊法求出的潮流进行处理，以达到 在N-I约束下，快速、准确的求出拉手网的最大供电能力。
[0024] 具体的：
[0025] -、提炼220kV典型拉手网结构。220kV拉手网中，其上级电网供电点一般为两个， 一般为500kV变电站主变的220kV侧，一般将其视为平衡节点；其他负荷节点一般看作PQ 节点。确定网架中网络节点数和支路数，并且依次从左到右编号；
[0026] 其中，所述拉手网，是指以手拉手的方式形成的电网的一种拓扑结构，如图2所 示，示出了一种典型的拉手网示意图。
[0027] 二、输入简化的网架数据。读取220kV拉手网架结构参数（即各支路电阻Ri、电抗 Xi、对地电纳值&以及最大载流量Imax)、负荷参数（各负荷点的最大负荷值&以及最小负 荷值Mi)以及平衡节点所给定的电压幅值Vn和相角Θn。
[0028] 三、牛顿拉夫逊法初始化。主要步骤包括对节点电压\和相角差δu约束的设置 以及对PQ节点和平衡节点的识别等。
[0029] 在拉手网由于存在两个平衡节点，同时为了保证计算的准确性，采用牛顿拉夫逊 法计算潮流。在计算过程中，3个220KV的负荷迭代10次就可以收敛，而且计算的误差几乎 为零。使用牛顿拉夫逊法计算潮流的步骤如下：
[0030] 步骤21、输入原始数据：如输入两个500KV变电站主变的220kV侧的电压Vn和相 角θn、网架的参数以及电压约束和相角差的约束；
[0031] 步骤22、形成节点导纳矩阵，并且根据N-I故障准则对节点导纳矩阵进行修改； ΔΡ
[0032] 步骤23、计算各节点功率不平衡量Ark (式中ΛΡ、AQ分别指节点的有功功率 LAQ」 偏差和无功功率偏差），判断最大潮流偏差是否满足收敛条件；如满足，则跳转至步骤26， 如不满足，则进行步骤24;其中，潮流偏差的计算公式如下：
[0033](Pis、Qis分别为第i个节点给 j ~ι
【权利要求】
1. 一种评估220KV拉手网最大供电能力的方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取220KV拉手网的网架结构，确定所述网架结构的网络节点数和支路数，并对所述 网架结构的节点和支路进行编号；其中，220kV拉手网的平衡节点为500kV变电站主变的 220kV侧，PQ节点为220kV拉手网中的负荷节点； 对编号后的220KV拉手网的网架结构，读取网架结构参数、负荷参数以及平衡节点的 电压幅值￥"和相角0 n; 根据预设的节点电压\和相角差S^约束，以及所述PQ节点和平衡节点，获得初始化 后的牛顿拉夫逊法； 根据各节点负荷的初始化、对预设的初始种群进行扩群处理得到的种群X、预设的差分 进化算法最大迭代次数Gm、自适应缩放因子最小值即^和最大值R) _、自适应交叉概率因 子最小值CRmin和最大值CRmax，获得初始化后的自适应差分进化算法；其中，根据下式，对节
点负荷的初始化取各负荷上下限值的平均值生成初始种群 式中&分别 为节点i的额定负载的最大值和最小值； 根据所述牛顿拉夫逊法求解所述220KV拉手网的潮流，通过所述自适应差分进化算法 对所述潮流进行处理，获得N-1约束下的所述220KV拉手网的最大供电能力。
2. 根据权利要求1所述评估220KV拉手网最大供电能力的方法，其特征在于，所述根据 所述牛顿拉夫逊法求解所述220KV拉手网的潮流的步骤包括： 步骤21、输入原始数据：两个500KV变电站主变的220kV侧的电压Vn和相角0n、网架 的参数以及电压约束和相角差的约束； 步骤22、形成节点导纳矩阵，并且根据N-1故障对节点导纳矩阵进行修改；
其中，AP、AQ分别为节点的有功功率偏差和无功功率偏差，Pis、Qis为第i个节点给定 的有功功率和无功功率；分别为第i个节点和第j个节点的电压；GU、BU分别为从节 点i到节点j支路的电导和电纳；9u为节点i与节点j的相角差； 步骤24、由输入的变量和已有的节点导纳矩阵生成潮流，计算雅可比矩阵J:
其中，i为支路首节点，j为支路末节点，波浪号表示取复数的共轭值。
3. 根据权利要求2所述计算220KV拉手网最大供电能力的方法，其特征在于，所述通过 所述自适应差分进化算法对所述潮流进行处理，获得N-1约束下的所述220KV拉手网的最 大供电能力的步骤包括： 步骤31、判断当前的迭代次数是否达到最大值，若没有达到则进行步骤32,若迭代次 数达到设定的迭代次数或计算的精度达到要求则跳转步骤39 ; 步骤32、对扩群后的种群X进行变异处理，得到变异种群Xvar:随机选择两个个体向量 生成差分向量，将生成的差分向量与随机选择的另一个向量相加，生成变异向量； 步骤33、将变异的种群Xvar进行交叉处理，得到交叉种群Xcros:将变异向量与目标向 量交叉，生成交叉向量； 步骤34、判断种群的遍历是否完成，若没有完成则进行步骤35,否则将对迭代次数进 行加1处理，跳转至步骤31; 步骤35、对初始种群X和交叉种群Xcros同时进行计算，即将种群X和种群Xcros按照 维数分别代入至所述牛顿拉夫逊方法中，进行基态及N-1故障时的潮流计算；其中，所述维 数的每一维表示各个节点的负荷值； 步骤36、对基态及N-1故障时的潮流进行校验，若所有校验通过则进行步骤37,否则将 对遍历的变量数进行加1处理，跳转步骤34 ; 步骤37、以预设的最大供电能力数学模型为自适应度函数，计算公式为：
中第i个数； 步骤38、更新种群X:将自适度大于预设值的维数值更新到种群X的同一维中； 步骤39、输出最大供电能力的数值。
4. 根据权利要求3所述计算220KV拉手网最大供电能力的方法，其特征在于，所述最大 供电能力数学模型的状态变量包括：各负荷点的视在功率Sdi、功率因数角仍、节点的电压 幅值\以及相角差Sij; 所述最大供电能力数学模型的目标函数为最大的供电能力，通过下式计算各个负荷节 点的有功功率之和作为所述目标函数
所述最大供电能力数学模型的约束条件为：负荷约束：么、线路传输功 率约束：节点电压上下限约束：匕以及相角上下约束：|Si-Sj < I5 i_5jlmax； 其中，心、t分别为节点i的视在功率的下限和上限值；&、瓦分别为从节点i到节 点j支路的线路传输功率的下限和上限值比、5分别为节点i的电压的下限和上限值。
5. 根据权利要求3所述评估220KV拉手网最大供电能力的方法，其特征在于，所述交叉 处理为：根据下式随机选择两个个体向量生成差分向量，将生成的差分向量与随机选择的 另一个向量相加，生成变异向量：
6. 根据权利要求3所述评估220KV拉手网最大供电能力的方法，其特征在于，所述变异 处理包括： 根据下式将变异向量<+1与目标向量交叉x丨，生成交叉向量<+1:
【文档编号】G06Q50/06GK104484832SQ201410706099
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】王克球, 孙思光, 荆朝霞, 王宏益, 江昌旭 申请人:广州电力设计院, 华南理工大学