一种继电保护多目标优化整定方法_2

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2):计算Pareto最优解集中每个个体对应的总体满意度(k):
[0055]其中,nm为第m个目标函数的权重系数;
[0056] 根据Pareto最优解集中每个个体对应的总体满意度,选择一个总体满意度高的 满足继电保护预期目标的最优解。
[0057] 本发明的有益效果为:
[0058] (1)该方法获得考虑电网中所有保护整体性能最优的整定方案,而且该方案能够 反映继电保护的可靠性、选择性和速动性的综合最优。
[0059] (2)该方法建立了多个表征继电保护性能的目标函数,以及描述保护配合关系及 其他硬件因素的约束条件,采用了集成非支配排序、精英保留、遗传进化的多目标遗传算法 求解得多目标优化解集,然后可以方便地、量化地考虑电网结构和负荷性质的不同要求、继 保工程师的经验和偏好,选取不同侧重目标的全局最优整定方案。
[0060] (3)该方法投入成本低,智能化水平高,工程化应用前景广阔,可有效推广于基于 全网所有保护整体性能最优的继电保护整定问题。
【附图说明】
[0061] 图1是本发明的适用于继电保护的整定多目标的方法流程图;
[0062] 图2是IEEE30节点配电网结构示意图。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0064] 如图1所示,一种适用于继电保护的整定多目标的方法,包括以下步骤:
[0065] 步骤(1):建立继电保护多目标优化整定的目标函数;
[0066] 根据继电保护的性能要求,选择继电保护的优化指标,建立继电保护整定的多目 标优化模型,得到继电保护多目标优化整定模型
[0067] 步骤(2):选择继电保护多目标优化整定模型中的整定变量:时间整定系数TDS和 启动电流IP;
[0068] 其中,保护装置的常规反时限过电流保护的动作特性方程如下所示
[0070] 其中,t为保护动作时间;I为流过继电器的电流。对于保护装置而言,它的整定优 化主要是针对时间整定系数TDS和启动电流I P这两个参数来进行的。
[0071] 因此,继电保护优化整定的决策变量编码为
[0072] [X" x2,…,Xi,…,xn] = [TDS" IP1,TDS2,IP2,…,TDS" IPi,…,TDSn,IPn] (10);
[0073] 步骤(3):设定继电保护多目标优化整定模型中的整定变量的约束条件:
[0074] TDS, fflin^ TDS ^ TDS , fflax (1)
[0075]IPifflin^IPi^IPifflax (2)
[0076] 其中,TDS^示故障i中时间整定系数,TDS i _表示故障i中最小时间整定系数, TDSi _表示故障i中最大时间整定系数,I 示故障i中流过继电器的电流,I Pi min表示 故障i中流过继电器的最小电流,IPi _表示故障i中流过继电器的最大电流;
[0077] 式⑴表示时间整定系数只能在继电器元件本身所允许范围之内取值;式⑵表 示继电器的启动电流也应该在一个允许的范围之内取值;
[0078] 步骤(4):根据步骤(3)中的约束条件,采用混沌遗传算法求解继电保护多目标优 化整定的目标函数,得到继电保护多目标优化整定的目标函数的一组Pareto最优解;
[0079] 步骤(5):采用模糊隶属度法从步骤(4)中得到的一组Pareto最优解中选择一个 满足继电保护预期目标的最优解。
[0080] 所述继电保护的优化指标,包括继电保护的可靠性、选择性和速动性。
[0081] 所述继电保护多目标优化整定模型,包括继电保护整定的可靠性目标函数、继电 保护整定的选择性目标函数和继电保护整定的速动性目标函数。
[0082] 1)可靠性目标函数:继电保护的作用就是要在系统发生故障后可靠地切除故障, 减少短路电流的持续时间,降低故障对设备的损害。因此,综合考虑各种故障的发生对系统 带来的损害大小,以从故障发生到故障切除的时间作为可靠性指标进行继电保护的整定值 优化。所述继电保护整定的可靠性目标函数f Ml为
[0084] 其中,t i为故障i从故障发生到故障切除的时间,P 故障发生的危害率。
[0085] 2)选择性目标函数
[0086] 为了使停电范围尽量缩小,继电保护的选择性就是要让组成配合对的保护装置的 动作时间之差大于给定的时间级差〇。因此,不满足上述要求的配合对越少,则继电保护系 统的选择协调性越好。以不满足时间级差要求的配合对数量作为选择性指标进行继电保护 的整定值优化。所述继电保护整定的选择性目标函数f sel为:
[0089] A ti>pq= t i>p-tijq (6)
[0090] 其中,〇为给定的时间级差;ti;p为故障i中配合对的上游保护装置p的动作时 间;为故障i中配合对的下游保护装置q的动作时间;△ t i,pq为故障i的保护配合对p,q 的动作时间之差;fsel越小,表示继电保护系统的选择性越好。
[0091] 3)速动性目标函数
[0092] 为了保证继电保护装置的速动性,保护装置配合对的动作时间差应尽可能小。因 此,以保护装置配合对的动作时间差与时间级差的差作为速动性指标进行继电保护的整定 值优化。所述继电保护整定的速动性目标函数f quidt为:
[0094] 根据继电保护的目标需求,整定的继电保护多目标优化模型可以包括继电保护整 定的可靠性目标函数、继电保护整定的选择性目标函数和继电保护整定的速动性目标函数 之中的三个函数组合,也可以是任两个函数组合。
[0095] 本实施例中的继电保护整定的多目标优化模型以包含继电保护整定的可靠性目 标函数、选择性目标函数和速动性目标函数三个函数为例:
[0096] 所述继电保护整定的多目标优化模型为:
[0098] 其中,fMl、fsel和fsel分别表示继电保护整定的可靠性目标函数、继电保护整定的 选择性目标函数和继电保护整定的选择性目标函数;X;、/二和分别表示优化后的继 电保护整定的可靠性目标函数、优化后的继电保护整定的选择性目标函数和优化后的继电 保护整定的选择性目标函数。
[0099] 继电保护多目标优化整定模型的表达式为:
[0101] 其中,继电保护整定优化的目标函数相互矛盾,不可能达到同时最优,需要采用多 目标优化算法进行求解。
[0102] 针对继电保护整定优化的特点,采用多目标混沌遗传算法求解。该方法结合了非 支配排序和精英保留策略,利用混沌遍历性细化遗传算法中优化变量的搜索空间,并根据 种群进化状态自适应调整搜索精度,提高了搜索效率和收敛速度;利用非支排序、精英保留 等多目标优化策略保持种群多样性的同时保证了进化向Pareto全局最优解集方向进行。 [0103] 所述步骤(4)中采用混沌遗传算法求解继电保护多目标优化整定的目标函数的 具体过程为:
[0104] 步骤(4. 1):选定种群规模NP,最大进化代数6_和混沌控制参数a,小;
[0105] 步骤(4. 2):令进化代数G = 0,混纯初始化种群Pe,根据Logistic映射混纯模型:
[0106] Pi..i二M,P?'j'{'Hi、 (11)
[0107] 产生混沌向量0。。其中,允,为具有微小差别的初值,i = 1,2,…,NP-1 ;j = 1,2,…,m ;NP为种群规模,m为决策向量维数。将产生的混沌变量映射到决策变量的取值范 围hmin,\ _),得到初始种群的第i个个体的第j个分量即
[0108] x j min+(Xj max-Xj min) ? 0i;J (12):
[0109] 步骤(4.3):对父代种群进行非支配排序,父代种群的每个解的适应度就是 它的非支配水平,然后进行双支联赛选择、交叉和变异,生成子代种群Qe,规模为NP;
[0110] 步骤(4. 4):将父代种群Pe和子代种群Qe结合成种群Re,其中,Re= PeU Qe,并对 Re进行非支配排序确定Re全部的非支配解前沿面F= (Fi,^-);
[0111] 步骤(4.5):计算匕的拥挤距离,并将父代种群P。产生的子代种群?(;+1与? 1求并 集,并对Fi进行拥挤距离排序,选择Fi*排序拥挤距离最小的(NP-|Pe+1|)个解;
[0112] 步骤(4. 6):判断父代种群P。产生的子代种群中非劣等级为1的个体数目^^,是 否与种群数目NP相等,判断进化种群是否达到最优:
[0113] iNFiret= NP时,即则选择父代种群Pe产生的子代种群卩时的前10%进行自适应 混沌细化搜索:设较优个体为</,变量的搜索区间缩小为
(13)
[0115] 式中,巾为收缩因子,巾e (0, 0.5)。为保证搜索空间不越界,作如下处理:若x'』 min< X』_则将X』_的值赋给?』_,若?』MX> X』MX则将X』隨的值赋给?」
[0116] 根据式(11)产生混沌向量1,」,并将产生的混沌变量映射到决策变量新的范围 (X< jmin,X'」_),得到第i个个体的第j个混沌变量
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