计及多馈入直流参与的机组恢复顺序优化方法及系统与流程

本发明涉及电气
技术领域：
，特别是涉及计及多馈入直流参与的机组恢复顺序优化方法及系统。
背景技术：
：在大停电后的网架重构过程中，黑启动机组，带电孤岛和有线路连接的临近带电系统能有效支持停电区域的网架重构，并为后续的负荷恢复打下基础，对停电区域的电源恢复进行优化具有重大的现实意义。近年来，随着电力技术的发展，高压直流输电技术(highvoltagedirectorcurrenttransmission,hvdc)由于其良好的经济性和可控性已经广泛引用于长距离大容量的电能传输中。到目前为止，连续的直流线路建设使得我国的华中、华南地区形成了规模庞大的多馈入直流受端网络。如何在电力系统恢复过程中充分发挥直流系统提供有效启动电能而避免多直流间的复杂相互作用问题值得深入探究。在系统恢复过程中，由于hvdc在受端电网停电时不会影响送端电网的运行特性，且其灵活可控，调节速度快和传输容量大，能快速的为受端电网提供功率支撑，通常将其作为受端电网的电源，尽早恢复。在此前提下，hvdc作为受端电网电源参与黑启动过程的可行性具有了一定的研究基础。文献“周剑,李建设,苏寅生.电网黑启动情况下高压直流输电系统启动条件分析[j].电力系统自动化,2011,35(3):92-96”及文献“李保宏,刘天琪,许韦华,等.直流参与受端弱交流系统黑启动的技术条件[j].电力自动化设备,2016,36(5):23-29.”提出直流启动时，受端交流系统需满足短路容量和有效惯性时间常数指标要求，在hvdc参与的机组恢复方案优化方面，文献“陈红.±660kv银东直流输电系统恢复研究[d].山东大学,2012.”提出在受端交流系统待启动机组全部恢复后再启动hvdc，该方法未能充分发挥hvdc优势加快电网恢复。现有技术中，还存在考虑了单一直流线路作为待恢复电源时的路径优化问题，但对多馈入直流系统中直流启动顺序缺少关注。在多馈入直流系统间相互作用的研究中，cigrewgb4工作组提出多馈入交互作用因子(multi-infeedinteractionfactor,miif)，用于衡量多馈入直流输电系统中换流站相互作用强弱，在借鉴单馈入有效短路比指标(effectiveshortcircuitratio，escr)的基础上又提出了多馈入有效短路比指标(multi-infeedeffectiveshortcircuitratio，miescr)，反应多直流馈入电网电压支撑水平的。文献“邵瑶,汤涌.采用多馈入交互作用因子判断高压直流系统换相失败的方法[j].中国电机工程学报,2012,32(4):108-114”采用节点阻抗矩阵定义了miif，指出miif与受端电网自阻抗和互阻抗等结构参数之间的关系，文献“杨卫东,薛禹胜,荆勇,等.南方电网中多个直流系统间的协调功率恢复策略[j].电力系统自动化,2003,27(15):67-70”指出为避免多条直流系统同时恢复所带来的无功需求负担，采用多直流系统协调恢复策略.文献“冯明,李兴源,洪潮,李妮,王超,覃波.基于多馈入功率恢复因子的南方电网多回直流分层协调控制策略[j].电网技术,2015,39(10):2822-2829”针对故障后的交流受端系统存在相继换相失败的状况，提出了以多馈入功率恢复因子为评价指标的多回直流协调恢复措施，以提高多馈入直流输电系统的暂态稳定性。但以上研究都是基于受端交流系统部分故障的基础上，在受端系统大停电情况下的恢复优化中很少考虑。综上所述，现有技术中对于受端系统在大停电情况下如何恢复优化问题，尚缺乏有效的解决方案。技术实现要素：为了解决现有技术的不足，本发明提供了计及多馈入直流参与的机组恢复顺序优化方法，能够合理获得最优机组启动顺序。计及多馈入直流参与的机组恢复顺序优化方法，包括：根据直流启动特性，确定表征直流启动对受端电网冲击程度的稳定性指标；根据上述稳定性指标建立计及多直流参与的受端电网的发电机恢复顺序优化模型；采用带精英策略的非支配排序的遗传算法对所建立的模型进行求解；根据求解结果获得机组恢复顺序。进一步优选的技术方案，确定表征直流启动对受端电网冲击程度的稳定性指标时，综合考虑直流额定功率和受端系统强度，全面衡量多回直流恢复优先级的量化指标，协调多馈入直流系统中直流线路的恢复顺序。进一步优选的技术方案，定义多馈入直流恢复顺序因子为其中，pdcmax为所有直流系统中最大的额定功率；pdc,i为直流系统i的额定功率值，si为换流母线i的短路容量；qci为换流站i的无功补偿容量；pdc,j为直流线路j的额定功率，miifji为多馈入交互作用因子，ndc为直流线路的总数。进一步优选的技术方案，建立发电机恢复顺序优化模型时，目标函数以待恢复电源在恢复过程中发电量与恢复时间的比值最大作为恢复效率优化目标，同时以多馈入直流恢复顺序因子最大为目标对直流系统启动顺序进行优化。进一步优选的技术方案，所述目标函数的约束条件包括：暂态频率安全约束：考虑有功冲击，hvdc接入时引起电网暂态频率变化应在一定限值内；电压约束：考虑无功冲击，hvdc启动时引起受端系统母线电压的波动应在系统允许范围内，受端母线电压波动幅值通过短路容量进行估算；发电机自励磁约束：投入空载线路产生的无功功率不能影响发电机的自励磁限制；启动时间约束：火电机组的启动需要满足冷热启动时间限制；潮流约束：发电机出力，线路传输容量和各母线节点电压都需控制在一定范围内。进一步优选的技术方案，在求解所述发电机恢复顺序优化模型之前首先进行简化：采用节点阻抗矩阵表示多馈入交互作用因子；在对短路容量进行计算时，采用节点电压法简化计算系统等效电抗。进一步优选的技术方案，对发电机恢复顺序优化模型利用nsga-ii算法求解，包括：染色体编码：机组恢复方案通过染色体表示，每个染色体上的基因代表待恢复发电机或直流系统的启动顺序，选择目标函数作为适应度函数进行染色体的选择；精英个体校验：主要包括案解码、精英个体方案校验以及方案的筛选。进一步优选的技术方案，所述精英个体校验具体为：从黑启动电源开始，依次利用dijksta算法形成各目标节点的送电路径，实现恢复方案的目标函数计算，对各方案践行校验，对不满足约束条件的恢复方案，将目标函数设为较小值，以便在迭代过程中排除。进一步优选的技术方案，利用nsga-ii算法求解后对获得的最优解进行排序，采用基于三角模糊数和反熵权法的m-topsis方法综合主客观权重，采用进行pareto最优解集排序来确定各阶段最优方案。本申请还公开了计及多馈入直流参与的机组恢复顺序优化系统，包括：稳定性指标确定单元，根据直流启动特性，确定表征直流启动对受端电网冲击程度的稳定性指标；发电机恢复顺序优化模型建立单元，根据上述稳定性指标建立计及多直流参与的受端电网的发电机恢复顺序优化模型；发电机恢复顺序优化模型求解单元，采用带精英策略的非支配排序的遗传算法对所建立的模型进行求解；根据求解结果获得机组恢复顺序。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对多馈入直流系统在供电电源启动过程中存在多直流耦合作用的情况，提出了考虑系统恢复安全因素的midcrs指标，建立了考虑多直流参与的机组恢复优化模型，弥补了已有文献在多直流启动方案优化方面的不足。通过nsga-ii算法进行求得黑启动过程的pareto最优解，采用基于模糊反熵权的m-topsis方法进行最优方案排序,为机组启动顺序提供最优恢复方案。本发明通过增加midcrs指标的优化，该方法能够有效避免多hvdc参与的机组启动过程中只追求恢复效率所导致的系统安全性降低的问题。实验结果可以发现，为使受端电网的系统强度增强，要适当延迟hvdc的恢复时间，或者合理安排机组的启动顺序。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为nsga-ii流程图；图2为改进的ieee39节点图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
技术领域：
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本申请对多直流馈入的停电网络进行电源启动顺序的优化研究，重点关注恢复过程中多条直流启动顺序。首先，分析多馈入受端系统中影响直流启动的主要因素，提出计及直流传输功率、多直流系统间相互作用和受端系统强度的多馈入直流恢复因子指标；然后，计及多馈入直流恢复因子的作用，建立考虑直流恢复顺序优化的多目标机组恢复路径优化模型，采用nsga-ii算法进行求解，最后，以ieee39节点系统为例证明本申请所建模型的有效性。多回直流恢复的影响因素和评价指标，在直流线路启动瞬间，受端系统遭受的有功无功冲击与直流系统传输功率有密切的关系；在后续恢复过程中，多馈入的直流系统之间的相互作用影响与受端系统强度相关，将影响系统的无功支撑能力。因此，针对电网恢复初期受端系统薄弱的情况，分别从直流系统传输功率和受端交流系统强度两方面分析，探讨其对多回直流恢复顺序的影响。然后，提出综合考虑影响因素的多馈入直流恢复因子指标。具体的，直流传输功率：为保证直流输电线路的正常运行，避免出现直流电流断续现象，直流输电线路中电流不能低于其额定值的10％。为降低hvdc启动时的有功冲击，hvdc采用降压启动方式，最低为额定电压的70％。假设直流输电线路额定功率为pdc，hvdc采用单极降压启动时，注入受端电网的最小功率冲击为0.035pdc。hvdc在70％降压启动时，传输有功吸收的无功功率约为0.03pdc，投入滤波器组产生无功为2qf(pdc约为20qf)，启动瞬间注入受端系统的无功功率约为0.07pdc(约为1.4qf)。由此可知，在电网恢复初期，直流系统启动对受端电网的冲击与直流线路额定功率具有密切的关系。由于hvdc在启动瞬间会向受端交流系统注入较大的有功和无功功率，对交流系统造成较大的冲击，引起系统频率和电压波动，因此希望额定功率较小的直流系统首先进行恢复。为衡量各直流输电子系统的输电容量不同定义功率基准比：式中：pdcmax为所有直流系统中最大的额定功率；pdc,i为直流系统i的额定功率值。直流系统i的额定功率越小，则ki越大，对受端交流系统造成的功率冲击越小，在交流系统比较薄弱的情况下，越有利于系统的恢复。具体的，关于计及直流系统间相互作用的交流系统强度：多馈入直流系统中，各直流系统间的相互作用是区别于通过单条直流连接交流系统的重要特征，也是影响受端系统恢复特性的重要因素。多馈入交互作用因子miifji定义为：当换流母线i的电压下降1％时，换流母线j的电压变化率为针对多直流馈入受端电网，考虑多直流相互作用的影响，cigre提出了miescr指标，衡量受端系统强度，定义如下：式中：si为换流母线i的短路容量；qci为换流站i的无功补偿容量；pdc,j为直流线路j的额定功率。在直流系统恢复时，后续投入的直流线路会对已恢复直流系统的换流站母线电压产生影响，因此希望后续恢复直流系统与已恢复直流系统间的耦合作用尽量小，受端系统强度尽量大，即首先被恢复直流系统与其他直流系统的相互作用因子miif越小，受端系统强度较强，系统恢复过程中的无功支撑能力越强。多馈入直流恢复顺序因子：综合多回直流恢复顺序影响因素的分析，提出一种综合考虑直流额定功率和受端系统强度，全面衡量多回直流恢复优先级的量化指标，协调多馈入直流系统中直流线路的恢复顺序，定义midcrs为:由定义可知，直流系统i传输功率越小，与其余直流子系统的耦合程度越低，ki越大，miescri越大，midcrsi越大，直流系统i恢复的优先级越高，在启动机组过程中越早希望被恢复。本申请还公开了多馈入直流参与的机组恢复优化模型，建立目标函数：在多直流馈入的电力系统恢复初期，既要保证发电机的恢复效率也要保证直流系统接入时的安全性，实现恢复过程的顺利进行。由于发电机恢复量和恢复速度是后续负荷恢复的基础，因此本申请以待恢复电源在恢复过程中发电量与恢复时间的比值最大作为恢复效率优化目标。同时以多馈入直流恢复顺序因子最大为目标对直流系统启动顺序进行优化：式中：ng为待恢复的电源总数；t为预设的电源恢复完成时间；pgi(t)为电源i在t时刻发出的有功功率。ndc为所有待恢复直流系统总数。关于上述目标函数的约束条件：1)暂态频率安全约束。考虑有功冲击，hvdc接入时引起电网暂态频率变化应在一定限值内。暂态偏移量与各常规机组的原动机频率响应特性有关。式中：δpdci为直流系统i启动时注入交流电网的有功功率；nj为已恢复的发电机总数；pgj和dfj为恢复发电机j的额定功率和频率响应率；δfmax为系统允许的最大频率波动量，一般为0.5hz。2)电压约束。考虑无功冲击，hvdc启动时引起受端系统母线电压的波动应在系统允许范围内。受端母线电压波动幅值可通过短路容量进行估算：式中：δui为换流母线i电压升高变化量；un为额定电压；δqi为注入换流母线i的无功功率，ssci为换流母线i的短路容量。为满足稳态电压不超过1.1倍额定电压的要求，通常取δumax＝0.1。3)发电机自励磁约束投入空载线路产生的无功功率不能影响发电机的自励磁限制。式中：nl为电源恢复路径上投入的线路总数；nb为已并网电源个数；qlj为线路j产生的无功功率；kcbi为机组i的短路比；sbi为机组i的额定容量。4)启动时间约束火电机组的启动需要满足冷热启动时间限制：式中:tai为火电机组i启动时刻；tchi为火电机组i的最大临界热启动时间；tcci为火电机组i的最小临界冷启动时间。5)潮流约束随着电力系统恢复过程的不断推进，网络潮流在不断变化。发电机出力，线路传输容量和各母线节点电压都需控制在一定范围内。式中：ng为已恢复的发电机总数；nl为电源恢复路径上投入的线路总数；nb为已恢复的母线节点总数。针对上述模型简化与求解：在miif的计算过程中，传统的潮流方法虽然可以计算电压的波动，但是具有计算量大和不适用于大规模电力系统的特点。文献[13]指出可采用节点阻抗矩阵表示miifji，如公式(12)式中：zji为节点i和j之间的互阻抗；zii为节点i的自阻抗。通过系统的阻抗矩阵可以快速求解各节点之间的相互作用因子。在对系统短路容量进行计算时，短路容量在数值上等于系统戴维南等值电抗的倒数，需要多次潮流计算和等值计算，耗时较长，因此这里采用节点电压法简化计算系统等效电抗。关于nsga-ii算法介绍：a.染色体编码机组恢复方案通过染色体表示，每个染色体上的基因代表待恢复发电机或直流系统的启动顺序。选择目标函数(5)、(6)作为该算法的适应度函数进行染色体的选择。b.精英个体校验精英个体校验主要包括案解码、精英个体方案校验以及方案的筛选。从黑启动电源开始，依次利用dijksta算法形成各目标节点的送电路径，实现恢复方案的目标函数计算。对各方案践行校验，对不满足约束条件的恢复方案，将目标函数设为较小值，以便在迭代过程中排除。流程图如图1所示。基于m-topsis方法的pareto最优解排序：多目标优化问题的pareto最优解集在多个目标上各有侧重，需要结合决策者的偏好以及系统恢复的实际要求进行决策。本申请采用基于三角模糊数和反熵权法的m-topsis方法综合主客观权重，采用进行pareto最优解集排序来确定各阶段最优方案。由于在系统恢复初期网架比较脆弱且机组启动所需要的发电量较低，因此认为系统的安全因素在恢复初期更为重要。算例分析：本申请采用改进的ieee39节点算例和matlab编程验证模型的有效性。如图2所示，假设节点31为抽水蓄能电厂，将节点31设为黑启动电源，本申请假设37,38,39号节点上接入hvdc，其启动参数为：换流站最小启动功率为0.035pdc，最小滤波器容量qf为0.05pdc；其余节点所带机组频率响应率为10hz，功率因数为0.8，各被启动机组的其他启动参数如表1所示。线路启动时间均为2min。表1表25种典型的恢复方案no.restorationschemef1f2131-39-32-35-33-36-37-38-34-303576.934.97231-33-32-30-38-36-37-35-39-342829.849.29331-32-39-33-37-35-38-36-34-303536.846.94431-39-32-33-35-34-38-37-36-303569.365.12531-32-37-39-35-33-30-38-36-343157.757.75表2给出了5中典型的恢复方案。方案1中，节点39最先恢复，由于其快速的功率调节能力，使得该方案的恢复效率最高，即f1最大，但是由于此时系统强度较弱且39节点连接的hvdc额定容量最大，致使系统恢复过程中的安全性较低。方案2中，三条hvdc都在相对靠后的时间恢复，此时系统已建立起较强壮的骨干网架，且对系统冲击最大的hvdc线路最后恢复，所以与其他方案相比f2最大，能够保证恢复过程的安全性。方案3,4,5在f1相差不大的情况下，f2分别增长了3％，40％，56％，说明合理安排常规机组的恢复顺序，能够在保证恢复效率的同时，使恢复过程的安全性得到提高。假设邀请3位专家对两个目标函数的重要性程度做出的评价为(中等，高)，(中等，非常高)(低，高)，则依据文献[18]可知，归一化求得两个目标函数的模糊主观权重为(0.3645,0.6355)。由各方案求解的目标函数值通过反熵权法得到的客观权重为(0.4269,0.5731)。基于m-topsis方法的方案排序得到0(方案2)>0.0924(方案5)>0.1311(方案3)>0.2446(方案4)>0.2508(方案1)。实验结果可以发现，为使受端电网的系统强度增强，要适当延迟hvdc的恢复时间，或者合理安排机组的启动顺序。但是系统强度与机组和网架的重构路径之间的关系还需要进一步深入研究，以更加符合实际的工程需求。本申请实施例子还公开了计及多馈入直流参与的机组恢复顺序优化系统，包括：稳定性指标确定单元，根据直流启动特性，确定表征直流启动对受端电网冲击程度的稳定性指标；发电机恢复顺序优化模型建立单元，根据上述稳定性指标建立计及多直流参与的受端电网的发电机恢复顺序优化模型；发电机恢复顺序优化模型求解单元，采用带精英策略的非支配排序的遗传算法对所建立的模型进行求解；根据求解结果获得机组恢复顺序。系统所详细执行的优化技术与上文一致。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页12