一种220kV电网无功补偿优化配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电网无功控制的技术领域，尤其是指一种基于供电能力提高的220kV 电网无功补偿优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市电网负荷不断增长，北、上、广、深等一线城市、外加佛山、东竞、苏州 和天津等多座城市的最高供电负荷超过1000万kW，220kV电网作为我国的多数城市特别是 大城市的主干网架，如何提高其网架的负荷承载能力及其对于负荷增长的适应性，是相关 供电部口必须要重视的一个问题。近年来，有部分学者提出了基于非线性优化的电网供电 能力模型，从电网规划W及变电站负荷分配的角度对城市电网的供电能力问题进行了较为 深入的研究，指出了如何进行合理的电网规划设计，对于不同的电网接线形式或片区网架 结构与变电站/输电线路的规划选型如何协调匹配，W便能够在最大程度上提升城市电网 的供电能力。但对于大多数已经发展成一定的规模的城市电网而言，其各条220kV输电线 路、各个220kV变电站W及上级的500kV变电站在短期内是难W进行扩建或改造的，因此，在 当前情况下，220kV输电电路、220kV变电站及500kV变电站的物理设备容量均只能视为给定 参数或已知条件。若要在运个阶段考虑220kV电网的供电能力问题，无疑应当采取另一个角 度的辅助措施。从电网运行的角度来看，220kV电网的各个变电站的无功补偿量的分布，也 是影响电网最大供电能力的重要因素之一。在现有的网架结构和设备参数均不变的情况 下，整个220kV电网的最大供电能力将随着220kV无功补偿量在各个220kV节点上的分布的 变化而变化。当前，对于如何对220kV无功补偿量运一供电能力问题的参变量进行优化，W 便尽量发挥电网现阶段的最大供电能力，还没有形成有效的分析方法。运样的局面显然不 利于城市电网调度部口提高220kV网络的供电能力，W适应负荷在短期内快速增长和大幅 波动的情况。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于供电能力提高的 220kV电网无功补偿优化配置方法，该方法将协方差进化算法和内点法相融合，相互取长补 短，保持了各自算法的优点，总体达到了稳定性好、全局捜索能力强的特点，同时加快了计 算速度。
[0004] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种220kV电网无功补偿优化配置 方法，包括W下步骤：
[000引1)提取220kV接线单元或供电片区，获取其中各个220kV变电站的无功补偿设备投 运信息，确定能够参与无功补偿优化配置的站点；
[0006] 2)对各参与优化的站点设置无功补偿优化变量化1，建立基于供电能力提高的无功 补偿优化配置双层禪合优化模型，其中内层优化为网络供电能力优化，外层优化为无功补 偿配置优化；
[0007] 3)通过外层循环对内层循环输入参变量，通过内层循环为外层循环提供fitness 函数，引导外层优化的进化选择；
[0008] 4)通过内外两层优化之间的禪合与交互，交替迭代、联合优化，最终获得能够发挥 电网最大供电能力的220kV无功补偿最优配置方案。
[0009] 在步骤1)中，要确定能参与无功补偿优化配置的站点，包括W下步骤：
[0010] 1.1)从完整电网模型中选择所要分析的电网接线单元或供电片区范围，确定其节 点数η和支路数b，对节点和支路进行编号，构建适用于优化分析的简化模型；
[0011] 1.2)提取分析范围内所有220kV输电线路的参数，包括线路回数、电阻、电抗、电纳 和热稳电流，W及220kV变电站主变的参数，包括主变型号、主变容量、主变台数和过载系 数；
[0012] 1.3)对于上级500kV变电站，提取其有功、无功出力W及电压幅值、相角，对于下级 llOkV变电站，提取其有功、无功负荷信息，把llOkV供电负荷等值到所要分析的电压等级 中，成为220kV等值负荷；
[001引1.4)建立向量E，读取各220kV变电站的无功补偿最大容量终,"，若化" = 0，则Ei = 0;若盛则 Ei=l。
[0014 ]所述双层禪合优化模型中的外层优化包括W下步骤：
[001引 2.1)遍历向量E，查找Ei = l的所有下标i，设置对应的优化变量舶1，并记录其数量 q;
[001 6 ] 2.2 )初始化自适应协方差进化算法，设置Qg = [ QgI，Qg2，Qg3 ]为外层控制变量，对原 始个体进行扩群操作，得到初始负荷种群坤，咕…，為其中P为扩群系数；
[0017] 2.3)对种群实施rand/1型变异，产生变异向量：
，式中 媒、培、X;;表示种群中随机选择的3个不同的个体，F为变异行为的变异因子；
[0018] 2.4)按适应度大小排序选择当代种群中前ω . P个个体，ω为采样概率，计算其q 维协方差矩阵C，其中（i，j)位置的元素计算如下：
[0019]
[0020] 2.5)将方阵C按其特征值进行分解，得C =抓2βΤ，其中矩阵B由方阵C的特征向量正 交基组成，B^i = bT;D为由方阵C的特征值的平方根为对角元素组成的对角矩阵；
[0021] 2.6)求取原始个体X巧日变异个体在协方差矩阵C的特征向量正交基生成的特 征空间中的坐标：
[0022] 2.7)在特征空间中对原始个体X;和变异个体碱1,进行交叉操作，生成交叉个体 [002引2.8)将交叉个化起二,,从特征空间中利用护的逆矩阵变换回原坐标系，得到其原坐 标为：
[0024] 2.9)将种群Xt与种群;送入内层优化，等待内层优化的适应度值返回，优选适应 度大的种群返回步骤33进行下一代进化，直至算法收敛。
[0025] 所述双层禪合优化模型中的内层优化包括W下步骤：
[0026] 2.1)建立考虑电网运行约束、设备容量约束W及N-1原则的供电能力优化数学模
型 其中，目标函数为目标网络范围内各负荷节点的有功功率之和最 大，g(Xc，Xs)为节点潮流平衡方程，表征电网运行规律，h(Xc，Xs)为不等式约束条件，表征电 网运行中节点电压和节点负荷或发电功率波动的范围W及线路潮流的允许范围；
[0027] 2.2)从外层优化中读入当前代目的外层控制变量
作为内 点法的输入参变量，再读取电源节点的有功出力化1、无功出力化1、所有负荷节点的视在功 率Sli、功率因数角巧、所有节点的电压幅值Vi、相角θι的初始值及其各自的上、下限值、所有 输电线路的并联回数、电阻Ri、电抗XI、对地电纳Bi和热稳有功Pi;
[0028] 2.3)执行内点法，计算正常无支路开断情况下的网络供电能力W及每一条支路开 断其中一回线路情况下的供电能力，共得到(b+1)种运行方式下的供电能力；
[0029] 2.4)取(b+1)种运行方式中供电能力最小值者作为该组参变量按的适应度函数 值，结束内层优化，将此适应度值输出至外层优化。
[0030] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0031] 本发明所采用的220kV电网无功补偿优化配置方法将协方差进化算法和内点法相 融合，相互取长补短，保持了各自算法的优点，总体达到了稳定性好、全局捜索能力强、寻优 结果精确的特点，同时加快了计算速度。总之，本发明提供了一种在电网规划改造 W外对 220kV网络供电能力进行挖掘和提高的辅助手段，应用起来十分方便，对电网调度部口而言 是十分有益的参考。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明的220kV电网无功补偿优化配置方法的流程示意图。
[0033] 图2为某个典型的220kV供电片区网络无功补偿分布示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[003引如图1所示，本实施例所述的220kV电网无功补偿优化配置方法，包括如下步骤：
[0036] S11、提取220kV接线单元或供电片区，确定可参与无功补偿优化配置的站点；
[0037] S12、建立外层220kV无功补偿配置优化模型；
[0038] S13、采用自适应协方差进化算法进行外层优化变量的进化选择；
[0039] S14