一种评估220kv环套环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评估领域，特别涉及一种评估220kv环套环网最大供电 能力的方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展，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(TotalSupplyCapability，TSC)是指一定供电区域内电网满 足N-1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。TSC在某种程度上反 映电网对负荷的供应的安全裕度，为电网的运行与规划人员提供一定的参考，特别是在电 力市场的引入后，电网人员迫切需要利用现有的输电网络来输送更多的电能，以最大限度 地降低成本，提高电网的效益。
[0004] 目前，对最大供电能力求解主要经过了三个阶段:第一个阶段主要是对最大供电 能力的评估阶段，这一阶段为了建模和计算方便，作了很多的假设，直接忽略了潮流计算， 不能做精确的计算，此方法一般用来粗略的评估电网的TSC，如容载比法。第二阶段为采用 直流潮流模型或线性规划方法来求解电网的最大供电能力，其缺点是忽略了电压和网损对 TSC的影响，因而产生了较大误差。第三阶段是基于潮流的非线性模型，其能精确的求解出 网络的潮流，并且能考虑电压和网损对TSC的影响，因此计算结果较为可靠。
[0005]另外，现有的方法在求解电网最大供电能力时，一般采用完整电网模型或简化模 型来进行计算，若采用完整电网模型和精确的计算方法并考虑N-1静态安全约束计算时，则 会出现计算缓慢，甚至会出现数值计算上的问题;而简化的模型又使得结果的误差过大，应 用价值大打折扣。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种评估220kV环套环网最 大供电能力的方法，建立了一种基于交流潮流的非线性模型，考虑了电压降落和网损对 220kV环套环网最大供电能力的影响，并且考虑电力系统N-1静态安全约束;能以片区为最 小单位，简化了计算的规模，降低了计算的维度，在加快计算的同时，保证了计算的精度。此 外，本发明采用内嵌牛顿拉夫逊法的自适应差分进化算法对220kV环套环网进行求解，具有 收敛速度快、鲁棒性强的优点。
[0007]本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0008] -种评估220kV环套环网最大供电能力的方法，包括以下步骤：
[0009] S1、提取220kV环套环网的网架结构，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环套环网的平衡节点为500kV变电 站主变的220kV侧的节点，PQ节点为220kV环套环网中的负荷节点；
[0010]S2、对编号后的220kV环套环网的网架结构，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θη;
[0011]S3、对预设的负荷种群进行扩群操作，得到初始化负荷种群X，并通过自适应差分 进化算法对初始化负荷种群X进行变异、交叉进化操作，分别得到变异种群Xmuta和交叉种群 Xcros；
[0012]S4、通过牛顿拉夫逊法对220kV环套环网进行正常运行方式以及各支路N-1运行方 式下的潮流计算及校核；
[0013]S5、根据自适应度Fit，更新所述的种群X，以及输出最大供电能力负荷方案Sdi。
[0014] 所述步骤S3具体包含以下步骤：
[0015]S301、判断当前的迭代次数t是否达到最大值，若没有达到则进行步骤S302,若迭 代次数t达到设定的最大迭代次数T或计算的精度ε达到要求，则跳转步骤S309;
[0016]S302、对种群进行扩群操作，得到初始化负荷种群对扩群后的种群X进行变异处 理，得到变异种群Xmuta: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Xmuta;
[0017]S303、将变异的种群Xmuta进行交叉处理，得到交叉种群Xc^s:将变异向量Xmuta与目 标向量X交叉，生成交叉向量Xcros;
[0018]S304、判断种群的遍历是否完成，若没有完成则进行步骤S305,否则将对迭代次数 进行加1处理，跳转至步骤S301;
[0019]S305、对初始种群X中的个体和交叉种群Xcrcis中的个体同时进行计算，即将种群X中的个体和种群X_s中的个体分别代入所述牛顿拉夫逊方法中进行正常运行下及各N-1运 行方式下的潮流计算；
[0020]S306、对正常运行方式下及各N-1运行方式下的潮流进行校验，若所有校验通过则 进行步骤S307，否则将对种群遍历的变量数进行加1处理，跳转步骤S304;
[0021] S307、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： ，_其中&_<〇_吵_代表节点i的有功负载，即种群X或xcr。冲的一维中第 i个数；
[0022]S308、更新种群X:将自适应度大的个体更新到种群X中；
[0023]S309、输出最大供电能力及其负荷方案。
[0024]所述步骤S4具体包含以下步骤：
[0025]S401、输入原始数据:输入500kV变电站主变的220kV侧的电SVn和相角θη、网架的 参数以及电压约束和相角差的约束；
[0026]S402、形成节点导纳矩阵:形成正常运行方式下的节点导纳矩阵并根据各Ν-1故障 修改正常运行方式下的节点导纳矩阵形成各Ν-1故障下的节点导纳矩阵；
[0027]S403、计算各节点功率不平衡量
，其中ΔΡ、AQ分别指节点有功功率和无功 功率的偏差，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S406，如不满足， 则进行步骤S404;其中，潮流偏差的计算公式如下：
[0030]其中，Pis、Qis为第i个节点给定功率;Vi、Vj分别为第i个节点和第j个节点的电压；Gij、Bij分别为从节点i到节点j支路的电导和电纳;Θi」为节点i与节点j的相角差；
[0031]S404、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:
[0033] 其中，Η是η-I阶方阵，其元素为
；，是（n_l)Xm阶矩阵，其元素为
;K是mX(η-I)阶矩阵，其元素
；L是m阶方阵，其元素为
[0034]S405、求解线性修正方程 节点电压幅值和相角的修正量ΑΘ、△V，得到各节点电压和相角，跳转至步骤S403;
[0035]S406、按下式计算所有支路功率：
[0036] &:職
[0037]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辄值，見。为对节点i 对地的导纳值的共辄值，Λ为线路节点i到节点j之间的导纳值的共辄值。
[0038] 步骤S307中，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 Sdl、功率因数角的、上级节点的电压幅值￥"以及相角差δη;
[0039] 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：况；
[0040]所述最大供电能力数学模型的约束条件为:负荷约束：乙< 、线路传输功率 约束、节点电压上下限约束：g簡瑞以及相角上下约束：Ιδ,-δν?δ,-δ」·，其中Lt分别为节点i的视在功率的下限和上限值；么為分别为从节点i到节点j支路的线 路传输功率的下限和上限值；石、t分别为节点i的电压的下限和上限值。
[0041] 步骤S303中，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：
[0042] =·<3+^〇(·<·Ι ~·<?)
[0043]其中，Xrl、Xr2、Xr3表示种群中3个不同的个体，所述Fo缩放因子采用自适应策略：
，.F〇u、F〇l分别为F〇的上下限，ftl、ft2、ft3分别为^4.、<2、. ^4的适应 度。
[0044] 步骤S302中，所述变异处理包括：
[0045] 根据下式将变异向量与目标向量交叉尤，生成交叉向量^,:
[0046]
.，式中，rand(j)e[ 0，1 ]为的随机函数，Cr为交叉概率因 子；
[0047]所述交叉概率因子米用自适应策略： 式中CRmin、CRmax分别 为最小交叉概率因子和最大交叉概率因子，t为当前迭代次数，T为最大迭代次数。
[0048] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0049]本发明的所述评估220kV环套环网最大供电能力的方法，建立了一种基于交流潮 流的非线性模型，考虑了电压降落和网损对220kV环套环网最大供电能力的影响；以片区为 最小单位对220kV环套环网最大供电能力进行计算，建立了简化的220kV环套环网最大供电 能力的接线模型，有效的简化了大量的冗余的数据，降低了求解的维度，加快了计算速度， 从而为更精细的建模和求解精度提供可能;考虑了电力系统N-1静态安全约束，使得220kV 环套环网最大供电能力