一种受端特高压网架双阶段优化方法技术

本发明专利技术公开了一种受端特高压网架双阶段优化方法，其中该方法包括两个阶段：在第一阶段中，综合考虑受端交流系统强度、电压稳定性和网络损耗的量化指标，构建三目标优化模型，基于归一化方法、标量化方法和Delphi方法求解模型，并结合实际工程确定受端特高压落点优化布局方案；在第二阶段中，以第一阶段的优化结果为基础，基于短路电流水平分析受端网架结构的薄弱环节，采用性能代价比指标搜索针对薄弱环节的最优调整方案，并通过反复的搜索‑校验迭代求解受端网架结构优化调整方案。

【技术实现步骤摘要】
一种受端特高压网架双阶段优化方法
本专利技术涉及电力系统规划领域，尤其涉及一种受端特高压网架双阶段优化方法。
技术介绍
全球能源互联网旨在充分利用风能、太阳能等清洁能源，推动世界能源结构转型，解决化石能源枯竭、气候变化和环境污染等问题，是实现未来社会、经济可持续发展的必要途径。特高压电网技术作为全球能源互联网发展的关键支撑技术，其规划和运行将关系到跨区域甚至全球范围内能源供应的安全性。随着特高压输电技术的发展和电网的逐步建设，受端地区的受电容量和比例不断增加，特高压电网接入对受端系统的安全稳定性和运行经济性的影响越来越明显。不合理的接入方案和受端网架结构不仅会增加网络损耗，降低运行经济性，而且会加重受端潮流和短路电流水平，导致电气设备过载和电压稳定等问题。因此，在全球能源互联网发展、特高压电网建设的过程中，应充分考虑其对受端系统的影响，进行合理地规划。受端特高压网架规划涉及到整个受端系统的运行经济性和安全稳定性等多个方面，各方面需要同时考虑并加以权衡，传统具有单一优化目标的规划方法难以描述其间的复杂关系，需要采用多目标优化的方法进行规划。同时，受端特高压网架规划又是一个多阶段的问题，其包含落点布局和网架结构调整两个具有明显先后顺序的阶段，需要先确定特高压落点布局再调整受端网架结构。此外，由于电网规模庞大、结构复杂，其规划问题具有复杂的约束条件以及高维、非线性的特点。因此，从实际规划需求和问题本身特性来看，受端特高压网架规划是一个多目标、多阶段、非线性、受约束的高维混合整数规划问题，其规划模型的构建和求解都具有一定的挑战性。目前，对于受端特高压网架规划问题的研究还不够丰富和深入，缺少一套广泛采用的标准和方法，多数基于工程人员的现场经验，通过大量的仿真试验对可行方案进行对比分析，由于优化的搜索方向不够明确，不具有针对性，工作量较大且结果不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决上述问题，提供一种受端特高压网架双阶段优化方法，综合考虑经济性和安全性的量化指标，对特高压落点布局和受端网架结构进行优化，在保证特高压接入后受端电网安全稳定的基础上，提高运行经济性。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：本专利技术公开了一种受端特高压网架双阶段优化方法，包括：(1)采集当前实际电网的相关数据，综合考虑受端交流系统强度、电压稳定性和网络损耗的量化指标，构建多目标优化模型；(2)基于归一化方法、标量化方法和Delphi方法分别求解模型，并结合实际工程确定受端特高压落点优化布局方案，作为第一阶段的优化结果；(3)以第一阶段的优化结果为基础，基于短路电流水平分析受端网架结构的薄弱环节，采用性能代价比指标搜索针对薄弱环节的最优调整方案，作为第二阶段优化的结果；(4)综合两个阶段的优化结果，形成最终的受端特高压网架优化方案。进一步地，所述步骤(1)中，当前实际电网为待优化的受端电网，需采集的相关数据包括受端电网和特高压线路的结构参数和运行参数。进一步地，所述步骤(1)中，多目标优化模型具体为：F(x)为三维矢量目标函数，且，F(x)＝[f1(x),f2(x),f3(x)]；其中，f1(x)表示最大化受端交流系统强度，f2(x)表示最大化电压稳定性，f3(x)表示最小化网络损耗，x为优化变量组成的决策变量，表示特高压落点方案，H(x)和G(x)分别为等式约束和不等式约束，包括受端电网潮流约束、受端电网安全运行约束和特高压落点选择约束。进一步地，受端交流系统强度以有效短路比为量化指标，其表达式为，其中，ESCR为有效短路比指标，Sac为受端落点换流站交流母线的短路容量，Pdn为直流系统的额定运行功率，Qcn为直流系统落点处母线保持额定电压时，对应无功补偿设备补偿的无功容量；ESCR越大，表示受端电网的强度越高，对特高压直流系统的支撑能力越强。进一步地，受端系统的电压稳定性采用静态电压稳定指标，其表达式为，其中，VSI为静态电压稳定指标，Qac为受端落点交流无功功率，Qd为特高压直流系统的无功功率，Qc为并联的无功补偿值，U为受端落点交流母线电压幅值；当VSI>0时，特高压直流系统受端落点母线能够保持静态电压稳定；当VSI<0时，特高压直流系统受端落点母线电压不稳定。进一步地，网络损耗主要考虑网络有功损耗，其表达式为，其中，Ploss为网络有功损耗指标；N为受端电网支路数目；Gk(i,j)为支路i与支路j间的导纳；Vi和Vj为受端电网的节点电压幅值；θi和θj为受端电网的节点电压相角。进一步地，采用基于归一化方法将三个优化目标处理为：其中，ESCR,max和ESCR,min分别为有效短路比指标的最大值和最小值；VSI,max和VSI,min分别为静态电压稳定指标的最大值和最小值；Ploss,max和Ploss,min分别为网络有功损耗指标的最大值和最小值。进一步地，基于标量化方法将多目标优化模型处理为：其中，标量化向量λ衡量了各目标间的相对重要程度，通过改变λ的值求得原向量优化问题的不同Pareto最优解；H(x)和G(x)分别为等式约束和不等式约束，包括受端电网潮流约束、受端电网安全运行约束和特高压落点选择约束；为数学符号，表示对偶广义不等式。进一步地，标量化向量λ的选取依据领域专家的经验和知识，采用Delphi方法，其具体步骤为：对三个优化目标的重要程度进行评估；对评估结果进行统计分析，统计分析结果包括每个优化目标评分的极值、中位数和方差；设定目标方差St，对于三个优化目标评分的统计方差S1，S2和S3，对应的三个优化目标评分的中位数为M1，M2和M3；若满足：St＞max{S1,S2,S3}；则认为统计方差符合要求；形成标量化向量为：进一步地，所述步骤(2)中，模型求解结果包括：标量化处理后模型的最优化结果以及次优化结果；按照优劣性对优化结果进行排序，构建优先级列表；当特高压系统仅接入受端电网一个变电站时，最优化结果即为最优方案，但最终的受端特高压落点优化布局方案还需与实际情况相结合，必要时根据优先级列表选择次优化结果作为受端特高压落点优化布局方案；而当特高压系统接入受端多个变电站时，根据优先级列表选取优先级较高方案的组合作为受端特高压落点优化布局方案。本专利技术有益效果：本专利技术提供了一种受端特高压网架双阶段优化方法，与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术在一个统一的框架内，同时考虑受端特高压落点布局和网架结构调整两个阶段的规划任务，能够得到完整的受端特高压网架规划方案，满足实际工程需要；2)本专利技术综合考虑了受端交流系统强度、电压稳定性和网络损耗的量化指标，并采用了多目标优化的模型和方法，同时兼顾了三个优化目标，能够保证特高压接入后受端电网的安全稳定性和运行经济性，具有很强的工程应用价值；3)本专利技术采用归一化和标量化的方法求解多目标优化模型，并基于Delphi法确定标量化向量，结合了优化方法和专家经验各自的优势，且计算简单、处理速度快，十分适合工程应用；4)本专利技术以短路电流水平为指标分析受端网架结构的薄弱环节，并基于性能代价比确定优化调整方案，针对性强，且优化方向明确，减少了网架规划过程中的工作量；5)本专利技术没有特殊的应用条件，通用性强，适用于各地区受端特高压网架的规划，具有推广价值和意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，包括：(1)采集当前实际电网的相关数据，综合考虑受端交流系统强度、电压稳定性和网络损耗的量化指标，构建多目标优化模型；(2)基于归一化方法、标量化方法和Delphi方法分别求解模型，并结合实际工程确定受端特高压落点优化布局方案，作为第一阶段的优化结果；(3)以第一阶段的优化结果为基础，基于短路电流水平分析受端网架结构的薄弱环节，采用性能代价比指标搜索针对薄弱环节的最优调整方案，作为第二阶段优化的结果；(4)综合两个阶段的优化结果，形成最终的受端特高压网架优化方案。

【技术特征摘要】
1.一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，包括：(1)采集当前实际电网的相关数据，综合考虑受端交流系统强度、电压稳定性和网络损耗的量化指标，构建多目标优化模型；(2)基于归一化方法、标量化方法和Delphi方法分别求解模型，并结合实际工程确定受端特高压落点优化布局方案，作为第一阶段的优化结果；(3)以第一阶段的优化结果为基础，基于短路电流水平分析受端网架结构的薄弱环节，采用性能代价比指标搜索针对薄弱环节的最优调整方案，作为第二阶段优化的结果；(4)综合两个阶段的优化结果，形成最终的受端特高压网架优化方案。2.如权利要求1所述的一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，当前实际电网为待优化的受端电网，需采集的相关数据包括受端电网和特高压线路的结构参数和运行参数。3.如权利要求1所述的一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，多目标优化模型具体为：F(x)为三维矢量目标函数，且，F(x)＝[f1(x),f2(x),f3(x)]；其中，f1(x)表示最大化受端交流系统强度，f2(x)表示最大化电压稳定性，f3(x)表示最小化网络损耗，x为优化变量组成的决策变量，表示特高压落点方案，H(x)和G(x)分别为等式约束和不等式约束，包括受端电网潮流约束、受端电网安全运行约束和特高压落点选择约束。4.如权利要求3所述的一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，受端交流系统强度以有效短路比为量化指标，其表达式为，其中，ESCR为有效短路比指标，Sac为受端落点换流站交流母线的短路容量，Pdn为直流系统的额定运行功率，Qcn为直流系统落点处母线保持额定电压时，对应无功补偿设备补偿的无功容量；ESCR越大，表示受端电网的强度越高，对特高压直流系统的支撑能力越强。5.如权利要求3所述的一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，受端系统的电压稳定性采用静态电压稳定指标，其表达式为，其中，VSI为静态电压稳定指标，Qac为受端落点交流无功功率，Qd为特高压直流系统的无功功率，Qc为并联的无功补偿值，U为受端落点交流母线电压幅值；当VSI>0时，特高压直流系统受端落点母线能够保持静态电压稳定；当VSI<0时，特高压直流系统受端落点母线电压不稳定。6.如权利要求3所述的一种受端特高压网架双阶段优化方法，其特征在于，网络损耗主要考虑网络有功损耗，其表达式为，其中，Ploss为网络有功损耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏鑫，曹相阳，杨斌，张丽娜，刘晓明，薄其滨，魏佳，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37