专利名称：一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法，具体包括改进的短路电流水平计算方法、基于自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neural FuzzyInference System,简称ANFIS)的安全域最优潮流分析以及基于改进遗传算法的无功补偿优化方法，属于特高压输电电网安全领域。
背景技术：
到2013年，我国计划特高压同步电网典型运行方式为“两纵一环”结构，其中“西纵”为特高压蒙西站至长沙站，“东纵”为锡盟至上海，华东电网形成特高压环网。国内的特高压电网已进入了快速发展的阶段，骨干网架将逐步变为特高压电网与1000/500/220kV电磁环网运行的格局。但特高压引入后，电网运行特性将发生较大改变，也将对受端电网的安全稳定运行、电压无功控制、短路电流控制等方面将带来一系列新的问题，如系统发生故障时功率大范围转移引发的电压失稳将成为受端电网安全稳定的主要问题之一，尤其在特高压骨干网基本建成后，必将增大系统短路电流水平。《电力系统安全稳定导则》(DL755-2001，以下简称《导则》)中明确规定随着高一级电压电网的建设，下级电压电网应逐步实现分区运行，相邻分区之间互为备用，以避免和消除严重影响电网安全稳定运行的不同电压等级的电磁环网，并有效限制短路电流和简化继电保护配置。由此可见，分层分区运行是电网发展的必然趋势，从系统潮流分析、短路电流水平以及无功优化等方面分析特高压分层分区接入受端电网后带来的影响，不仅可以保障电网的安全稳定运行，还可创造可观的技术经济效益和社会效益。电网输电容量不断增加，系统故障后潮流大范围转移引发的电压失稳将成为受端电网安全稳定的主要问题之一。尤其在特高压骨干网基本建成后，由于500kV分区电网的重要性，它将不可避免地以环网的形式存在，这就削弱了分层分区所能带来的短路电流降低的好处。因而，需要从多个层面共同寻找限制电网短路电流的综合解决方案。另外，为提高电网的电压稳定性，一般会建议加装SVC或STATC0M等动态无功设备。然而，这些动态无功设备的投入将大大增加主网中的短路容量。而在电网末梢的电压薄弱点安装，其效果就会事半功倍。造成目前电网动态无功缺乏的根源在于高电压等级电网承担了大量的低压电网的无功平衡任务。为了提高电压稳定水平，降低网损，并制定有效短路电流抑制措施，有必要对系统潮流、短路电流水平以及无功补偿进行计算分析，为特高压接入受端电网稳定性研究提供依据。结合特高压电网以及电网分层分区发展的内在规律，针对制约电网发展和安全稳定运行的难点问题进行分析研究，将有利于国家“资源节约型、环境友好型”社会建设战略，更有利于未来国家电网的规划。
发明内容
本发明的目的是研究特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法，具体研究适用于分层分区的短路电流水平计算方法，并从潮流优化以及无功补偿优化着手，改进电网运行效益，在一定程度上提高系统的供电可靠性。本发明涉及一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法，其中包括改进的短路电流水平计算方法、基于ANFIS的安全域最优潮流分析以及基于改进遗传算法的无功补偿优化方法。一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析方法，该方法含有步骤1.改进的短路电流水平计算方法改进的短路电流水平计算方法旨在研究如何拓宽短路计算对特高压电网分层分区的适应性。在某些特殊情况下，受端电网中的线路将以单相或两相输电运行，此时系统若发生短路现象，传统的对称分量法是无法计算的。为弥补传统算法在非对称输电计算的不足，引入一种补全虚拟阻抗，将电路特性补充成三相电路的短路电流计算方法。该方法具体步骤如下(I)获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式；(2)虚拟阻抗取已知节点阻抗的平均值，虚拟线路的相间阻抗为零；(3)计算三相线阻矩阵，线路阻抗是由故障点位置占线路长度百分比除以基础线路阻抗再乘以节点阻抗矩阵得到的；(4)由三个不对称相量与三组对称相量之间的关系，求出三序线阻矩阵；(5)由三序线路阻抗矩阵求短路电流。2.基于ANFIS的安全域最优潮流分析最优潮流分析旨在研究如何分配系统潮流，使电网在保证电网安全性的条件下，系统运行经济性最优。在实现受端电网分层分区优化方案的前提下，结合特征值分析、连续潮流以及暂态稳定性研究，形成可靠的系统安全域，并结合ANFIS及动态安全域最优潮流模型，对系统潮流进行分析。该方法具体步骤如下(I)对目标电网构建系统安全域；(2)通过ANFIS拟合电力系统安全域，生成安全域表达式；(3)构建安全域约束的最优潮流模型；(4)采用牛顿法或内点法计算求取最优潮流分布。本发明还提供一种适用于特高压电网分层分区的稳定性优化方法。该方法是一种基于改进遗传算法的无功补偿优化方法。无功补偿优化旨在研究如何对特高压接入点及分层分区后受端电网进行无功补偿。结合改进的遗传算法，通过划分同层区进行层间的无功调节，对解环后的同层区电网进行多区域的无功优化。经过两次的无功优化，使特高压接入后受端电网在分层分区条件下达到无功平衡，保证电网安全稳定运行。该方法含有步骤(I)构建基于分层分区策略的无功优化模型；(2)采用改进的遗传算法，进行编码及种群初始化，确认适应度函数；(3)结合启发式规则的变异策略，进行个体交叉、变异操作；(4)若满足以下三个条件之一，停止迭代计算最优个体的适应度达到给定的阈值；最优个体的适应度和群体适应度不再上升；迭代次数达到预设的代数。由计算结果获取最优无功补偿策略。
本发明的有益效果是根据特高压接入的受端电网实际情况，结合理论研究，提出一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法。研究特高压电网接入后受端电网分层分区特性，并从系统潮流分析、短路电流水平以及无功优化分析特高压分层分区接入受端电网后带来的影响，不仅可以保障电网的安全稳定运行，还可创造可观的技术经济效益和社会效益。
图1为改进的短路电流方法流程图；图2为短路电流计算方法自动选择流程图；图3为自适应神经模糊推理系统典型结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作详细说明本发明涉及一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法，具体包括改进的短路电流水平计算方法、基于ANFIS的安全域最优潮流分析以及基于改进遗传算法的无功补偿优化方法。一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析方法，该方法含有步骤1.改进的短路电流水平计算方法在某些特殊情况下，受端电网中的线路将以单相或两相输电运行，此时系统若发生短路现象，传统的对称分量法是无法计算的。为弥补传统算法在非对称输电计算的不足，引入一种补全虚拟阻抗，将电路特性补充成三相电路的短路电流计算方法。该方法具体步骤为首先通过系统拓扑获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式；设定虚拟阻抗值；计算三相线路阻抗矩阵；求取三序线路阻抗矩阵；最后由三序线路阻抗矩阵求短路电流。所述方法计算流程如图1所示，该方法含有步骤(I)获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式，自动选择流程如图2所示，详细原理如下通过对输入的阻抗矩阵进行分析，如果是单相输电，即只有存在一条输电线路，输入的节点阻抗矩阵是一维的，而双相输电则为二维阻抗矩阵；因此，可以基于输入矩阵维数对输电方式进行推测分析并加以补全。(2)虚拟阻抗取已知节点阻抗的平均值，虚拟线路的相间阻抗为零；对单相或双相线路添加虚拟节点和虚拟线路，使其成为完整的三相输电线路；由于虚拟节点之间并没有实际的电压和电流存在，故虚拟阻抗取得任意值都可满足欧姆定律，且虚拟线路并不存在相间阻抗；因此，将新的节点矩阵视为一个相间阻抗为零，虚拟相阻抗为任意值的新阻抗矩阵，并由对称分量法进行短路电流的计算和分析；(3)计算三相线阻矩阵，线路阻抗是由故障点位置占线路长度百分比除以基础线
路阻抗再乘以节点阻抗矩阵得到的；
权利要求
1.一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析方法，其特征在于，该方法含有步骤(O改进的短路电流水平计算方法；(1.1)获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式；(1. 2)虚拟阻抗取已知节点阻抗的平均值，虚拟线路的相间阻抗为零；(1. 3)计算三相线阻矩阵，线路阻抗是由故障点位置占线路长度百分比除以基础线路阻抗再乘以节点阻抗矩阵得到的；(1. 4)由三个不对称相量与三组对称相量之间的关系，求出三序线阻矩阵；(1. 5)由三序线路阻抗矩阵求短路电流；(2)基于ANFIS的安全域最优潮流分析 (2.1)对目标电网构建系统安全域；(2.2)通过ANFIS拟合电力系统安全域，生成安全域表达式；(2.3)构建安全域约束的最优潮流模型；(2. 4)采用牛顿法或内点法计算求取最优潮流分布。
2.根据权利要求1所述的一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析方法，该方法含有步骤(O改进的短路电流水平计算方法(1. O获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式；通过对输入的阻抗矩阵进行分析，如果是单相输电，即只有存在一条输电线路，输入的节点阻抗矩阵是一维的，而双相输电则为二维阻抗矩阵；因此，可以基于输入矩阵维数对输电方式进行推测分析并加以补全；(1. 2)虚拟阻抗取已知节点阻抗的平均值，虚拟线路的相间阻抗为零；对单相或双相线路添加虚拟节点和虚拟线路，使其成为完整的三相输电线路；由于虚拟节点之间并没有实际的电压和电流存在，故虚拟阻抗取得任意值都可满足欧姆定律，且虚拟线路并不存在相间阻抗；因此，将新的节点矩阵视为一个相间阻抗为零，虚拟相阻抗为任意值的新阻抗矩阵，并由对称分量法进行短路电流的计算和分析；(1. 3)计算三相线阻矩阵，线路阻抗是由故障点位置占线路长度百分比除以基础线路阻抗再乘以节点阻抗矩阵得到的；
3.根据权利要求2所述的一种适用于特高压电网分层分区的稳定性优化方法，其特征在于，所述系统状态变量X为发电机转速与转角；所述代数变量I为负荷端电压；所述系统可控变量P为发电机端电压等级；所述λ为负荷有功以及无功功率。
4.一种适用于特高压电网分层分区的稳定性优化方法，其特征在于，该方法是一种基于改进遗传算法的无功补偿优化方法，该方法步骤如下(O构建基于分层分区策略的无功优化模型；(2)采用改进的遗传算法，进行编码及种群初始化，确认适应度函数；(3)结合启发式规则的变异策略，进行个体交叉、变异操作；(4)若满足以下三个条件之一，停止迭代计算最优个体的适应度达到给定的阈值 ’最优个体的适应度和群体适应度不再上升；迭代次数达到预设的代数；由计算结果获取最优无功补偿策略。
5.根据权利要求3所述的一种适用于特高压电网分层分区的稳定性优化方法，其特征在于，该方法含有步骤(1)以网损最小和电压质量最好的无功优化问题为目标，建立无功优化模型如下目标函数min F (u, x) =min Lf1 (u, χ), f2 (u, χ) ]τ (26)其中
全文摘要
一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法，属于特高压输电网安全领域。稳定性分析方法包括改进的短路电流水平计算方法；基于ANFIS的安全域最优潮流分析。本发明还提供一种适用于特高压电网分层分区的稳定性优化方法。构建基于分层分区策略的无功优化模型；采用改进的遗传算法，等。本发明采用改进的短路电流水平计算方法、基于自适应神经模糊推理系统的安全域最优潮流分析以及基于改进遗传算法的无功补偿优化方法对受端电网进行稳定性分析及优化；可以保障电网的安全稳定运行，为电力公司在制定特高压接入的受端系统分层分区规划时提供量化支撑与决策依据，是一种可靠的分析及决策方法，可以创造可观的技术经济效益和社会效益。
文档编号H02J3/18GK103050970SQ20131001480
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者许刚, 马爽, 王紫雷, 刘坤, 史巍 申请人:华北电力大学