弱受端电网直流输电系统低压限流控制器的参数优化方法与流程

本发明具体涉及一种弱受端电网直流输电系统低压限流控制器的参数优化方法。
背景技术：
：高压直流输电(HVDC)具有功率快速调节和运行可靠等优点，适合远距离、大容量输电和实现大电网互联，因此在全世界范围内得到越来越多的应用。低压限流控制器(VoltageDependentCurrentOrderLimiter,VDCOL)是HVDC控制系统的重要组成部分，其作用主要是通过限制低电压时的直流电流指令，减少直流系统在电网故障和恢复期间对交流系统的无功功率需求，减小直流换相失败的概率，改善交直流系统的恢复特性。目前，直流输电工程大多采用直流电压型VDCOL，其控制特性主要由直流高电压门槛值Uhigh、低电压门槛值Ulow、电压上升时间常数Tup、电压下降时间常数Tdown、最小电流限定值Iolim_vdcol等控制参数决定，不同VDCOL控制参数对电网故障和恢复期间换流母线电压和直流功率恢复以及系统稳定性有很大的影响。特别是对于直流弱受端电网，VDCOL控制参数整定不当可能导致电网故障和恢复期间直流系统发生连续换相失败，交流电压和直流功率不能恢复，严重时造成系统暂态失稳或电压失稳。目前，直流输电系统的VDCOL控制参数主要通过工作人员现场调试后确定，缺少系统性的计算方法。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种能够准确反映低压限流控制器的控制参数对交直流电网安全稳定特性影响、适用性强的弱受端电网直流输电系统低压限流控制器的参数优化方法。本发明提供的这种弱受端电网直流输电系统低压限流控制器的参数优化方法，包括如下步骤：S1.建立交直流混合电力系统的仿真数据平台；S2.根据直流弱受端电网的实际运行数据和安全稳定特性，在步骤S1建立的仿真数据平台上设置弱受端电网的典型运行方式以及故障和扰动集合；S3.根据步骤S1和S2得到的仿真数据平台，采用粒子群优化算法，根据直流输电系统的运行参数、弱受端电网的运行参数和低压限流控制器的限定值建立低压限流控制器的优化模型目标函数；S4.初始化步骤S3得到的优化模型目标函数的粒子群；S5.初始化步骤S4得到的粒子群中每个粒子的最佳位置和粒子群的最佳位置；S6.开始迭代，并更新每个粒子的位置和速度；S7.计算每个粒子的适应度；S8.更新每个粒子经历过的最佳位置；S9.更新粒子群经历过的最佳位置；S10.重复步骤S6～S9，直至迭代次数达到事先设定的最大值或精度达到事先设定的阈值，则最终得到的粒子群最佳位置即为弱受端电网直流输电系统低压限流控制器的参数优化结果。步骤S1所述的建立交直流混合电力系统的仿真数据平台，具体为在PSD-PSMODEL或ADPSS仿真平台上建立直流输电系统的详细电磁暂态仿真模型，并将建立的电磁暂态仿真模型与电力系统其余部分的电磁或机电暂态模型结合，从而得到交直流混合电力系统的仿真数据平台。步骤S2所述的弱受端电网的典型运行方式包括夏季大方式、夏季小方式、冬季大方式、冬季小方式、丰水期大方式和丰水期小方式等。步骤S2所述的故障和扰动集合包括直流近区交流对称及不对称短路故障、直流近区交流电压波动、直流功率回升、直流功率降落、直流单极闭锁等。步骤S3所述的建立低压限流控制器的优化模型目标函数，具体为根据以下算式建立优化模型目标函数：OF=Σj,kofj,k]]>Ofj,k(X)=∫t=0TF(Id-Iref)2dt,j=1,2,...,NS;k=1,2,...,NT]]>X＝(UhighR，UlowR，TupR,TdownR，UHighI，ULowI，TupI,TdownI，Iolim_vdcol)T式中，Id为直流电流，Iref为直流电流指令值，UhighR,UlowR,TupR,TdownR和UhighI,UlowI,TupI,TdownI分别为直流输电系统整流侧和逆变侧低压限流控制器的直流高电压门槛值、低电压门槛值、电压上升时间常数、电压下降时间常数，Iolim_vdcol为低压限流控制器的最小电流限定值；X＝(UhighR,UlowR,TupR,TdownR,UhighI,UlowI,TupI,TdownI,Iolim_vdcol)为优化变量；j＝1,2,…,NS代表弱受端电网NS种不同运行方式，k＝1,2,…,NT代表弱受端电网NT种不同故障或扰动；TF为仿真时长；ofj,k为直流弱受端电网第j种运行方式下发生第k种故障或扰动时直流电流与指令值之差的平方在仿真时长上的积分，OF为优化模型的目标函数。步骤S5所述的初始化粒子群中每个粒子的最佳位置和粒子群的最佳位置，具体为通过步骤S2建立的交直流混合电力系统的仿真数据平台对弱受端电网各种不同运行方式下的各种不同故障或扰动进行仿真，并结合仿真结果计算初始化粒子群中粒子对应的目标函数值并定义粒子Xi经历过的最佳位置记为pbesti，初始时令记整个粒子群经历过的最佳位置为gbest，初始粒子群中使得目标函数OF最小的粒子所在的位置即为gbest0。步骤S6所述的更新每个粒子的位置和速度，具体为根据如下两个算式进行更新：Vi,dg=ωVi,dg-1+c1rand1(pbesti,dg-1-Xi,dg-1)+c2rand2(gbestdg-1-Xi,dg-1)]]>Xi,dg=Xi,dg-1+Vi,dg]]>式中，和分别为第i个粒子的速度和位置，下标d表示粒子速度或位置的第d个坐标。ω为惯性权重；c1和c2为学习因子；rand1和rand2为两个取值范围为[0,1]随机函数。步骤S7所述的计算每个粒子的适应度，具体为通过所建立的交直流混合电力系统的仿真数据平台对弱受端电网各种不同运行方式下的各种不同故障或扰动进行仿真，结合仿真结果计算粒子对应的目标函数值；粒子对应的目标函数值越小，则粒子的适应度越好。步骤S8所述的更新每个粒子经历过的最佳位置，具体为若粒子在第g次迭代中对应的目标函数值小于其在第g-1次迭代中对应的目标函数值，则将最佳位置更新为当前粒子所在的位置，否则当前粒子的最佳位置保持不变。步骤S9所述的更新粒子群经历过的最佳位置，具体为遍历粒子群中所有粒子，若粒子在第g次迭代中对应的目标函数值小于当前粒子群经历过的最佳位置对应的目标函数值，则将最佳位置更新为当前粒子所在的位置，否则粒子群的最佳位置保持不变。本发明提供的这种弱受端电网直流输电系统低压限流控制器的参数优化方法，通过建立直流输电系统的详细电磁暂态仿真模型及交直流混合电力系统仿真数据平台，使得粒子群优化模型目标函数可以准确反映VDCOL控制参数对交直流电网安全稳定特性的影响，基于本发明获得的VDCOL控制参数可以在弱受端电网不同运行方式以及故障和扰动条件下取得更好地控制效果，改善交直流系统的恢复特性，提升系统安全稳定水平，而且本发明方法适用性强，易于推广，在直流输电工程中应用具有实际意义。附图说明图1为本发明方法的流程图。图2为本发明方法在具体实施例中的VDCOL控制特性示意图。图3为本发明方法在具体实施例中的VDCOL控制效果改善图。具体实施方式如图1所示为本发明方法的流程图，以下结合图1和一个实施例对本发明方法进行进一步说明：选取酒湖特高压直流输电工程进行实例说明。酒湖特高压直流西起甘肃省酒泉换流站，东至湖南省湘潭换流站，输电距离约2413km，额定电压为±800kV，额定功率为8000MW。酒湖特高压直流输电系统采用的VDCOL控制特性如图2所示。根据本发明进行酒湖特高压直流输电系统VDCOL控制参数的优化设计，主要步骤如下：1)建立交直流混合电力系统仿真数据平台。基于PSD-PSMODEL仿真平台，建立酒湖特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型，该模型与电力系统其余部分的机电暂态模型相结合，最终构建了全国联网系统的机电-电磁暂态混合仿真数据平台；2)设置湖南弱受端电网的典型运行方式以及故障和扰动集合：结合湖南电网实际运行数据和安全稳定特性，设置如下：典型运行方式——夏大方式、夏小方式、冬大方式、冬小方式，共计4种；典型故障或扰动——直流近区鹤岭～湘潭换流站500kV线路三相短路故障、直流近区鹤岭～湘潭换流站500kV线路单相接地短路故障、直流功率变化、直流单极闭锁故障，共计4类；3)基于交直流混合电力系统的仿真数据平台，采用粒子群优化(PSO)算法求取酒湖特高压直流输电系统的VDCOL控制参数：步骤3-1、采用如下算式建立优化模型的目标函数：OF=Σj,kofj,k]]>Ofj,k(X)=∫t=0TF(Id-Iref)2dt,j=1,2,...,NS;k=1,2,...,NT]]>X＝(UhighR，UlowR，TupR，TdownR，UHighI，ULowI，TupI，TdownI，Iolim_vdcol)T式中，Id为直流电流，Iref为直流电流指令值，UhighR,UlowR,TupR,TdownR和UhighI,UlowI,TupI,TdownI分别为直流输电系统整流侧和逆变侧VDCOL的直流高电压门槛值、低电压门槛值、电压上升时间常数、电压下降时间常数，Iolim_vdcol为VDCOL最小电流限定值；X＝(UhighR,UlowR,TupR,TdownR,UhighI,UlowI,TupI,TdownI,Iolim_vdcol)T为优化变量。j＝1,2,…,NS代表直流弱受端电网NS种不同运行方式，本实施例中NS＝4；k＝1,2,…,NT代表直流弱受端电网NT种不同故障或扰动，本实施例中NT＝4；TF为仿真时长，本实施例中TF＝5s；ofj，k为直流弱受端电网第j种运行方式下发生第k种故障或扰动时直流电流与其参考值之差的平方在仿真时长上的积分，OF为优化模型的目标函数；步骤3-2、初始化粒子群：设置N＝30个粒子，记为X1,X2,…,XN。每个粒子代表一组直流输电系统的VDCOL控制参数，记为Xi＝(Xi，1，…，Xi，d，…，Xi,9)T＝(UHighR，ULowR，TupR,TdownR，UHighI，ULowI，TupI,TdownI，Iolim_vdcol)TVDCOL控制参数的范围如表1所示。表1VDCOL控制参数范围控制参数取值范围UhighR0.6～0.9UlowR0.1～0.35TupR0.01～0.05TdownR0.01～0.03UhighI0.6～0.9UlowI0.1～0.35TupI0.01～0.05TdownI0.01～0.03Iolim_vdcol0.1～0.45在上述VDCOL控制参数取值范围内，随机生成N组取值，得到N个粒子初始位置记为初始速度记为步骤3-3、初始化每个粒子的最佳位置和粒子群的最佳位置：采用交直流混合电力系统的仿真数据平台对湖南弱受端电网各种不同运行方式下的各种不同故障或扰动进行仿真，结合仿真结果和目标函数计算初始化粒子群中粒子对应的目标函数值OFi0。设粒子Xi经历过的最佳位置记为pbesti，初始时令记整个粒子群经历过的最佳位置为gbest，初始粒子群中使得目标函数OF最小的粒子所在的位置即为gbest0。步骤3-4、令迭代次数g＝1，开始迭代。步骤3-5、更新每个粒子的位置和速度：Vi,dg=ωVi,dg-1+c1rand1(pbesti,dg-1-Xi,dg-1)+c2rand2(gbestdg-1-Xi,dg-1)]]>Xi,dg=Xi,dg-1+Vi,dg]]>式中，d表示粒子位置或速度的第d个坐标。ω为惯性权重；c1和c2为学习因子；rand1和rand2为两个取值范围为[0,1]随机函数；本实施例中，ω＝0.8，c1＝2，c2＝2；步骤3-6、计算每个粒子的适应度：采用交直流混合电力系统的仿真数据平台对湖南弱受端电网各种不同运行方式下的各种不同故障或扰动进行仿真，结合仿真结果和目标函数计算粒子对应的目标函数值OFig；步骤3-7、更新每个粒子经历过的最佳位置：若粒子对应的目标函数值OFig小于对应的目标函数值，则否则保持不变，即步骤3-8、更新粒子群经历过的最佳位置：遍历粒子群中所有粒子，若粒子对应的目标函数值OFig小于gbest对应的目标函数值，则否则保持不变，即gbestg＝gbestg-1。步骤3-9、若迭代次数g达到所设置的最大迭代次数Gmax＝50或者||gbestg-gbestg-1||≤ε(ε＝1e-3)，则停止算法。否则，令g＝g+1，返回步骤3-5。步骤3-10、迭代完成后最终得到的粒子群最佳位置gbest即为酒湖特高压直流输电系统的VDCOL控制参数。在本实施例中，最终获得的酒湖特高压直流输电系统的VDCOL控制参数如表2所示。表2VDCOL控制参数优化结果图3给出了酒湖特高压直流输电系统VDCOL采用优化参数和初始参数时，在湖南电网夏大方式下，鹤岭～湘潭换500kV线路发生三相短路故障后，酒湖特高压直流输送功率的变化曲线。由图3可知，VDCOL采用初始参数时，故障后直流功率不能恢复，湖南电网失去稳定；而采用优化参数时，故障后直流功率能够恢复，湖南电网保持稳定运行。当前第1页1 2 3