船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法技术

本发明专利技术提供的是一种船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法。对配电网络中各换流器件建立等效电路及数学模型；以权重分配的方式建立配电网络重构优化的目标函数，并将线路允许容量及发电机允许最高功率做为约束条件；将自适应权重法与杂交池算法相融合；将配电网络各支路开断序列模拟为粒子群序列，计算出负载恢复量以及各线路及发电机参数，再计算出开关动作次数，寻找出最优粒子；调整粒子的惯性权重，将部分粒子放入杂交池，使杂交池粒子相互杂交；按实际电路情况定出迭代次数，算法迭代完毕，生成最优化的故障重构序列。本发明专利技术能明显降低配电网络故障搜索与潮流计算中的复杂编程过程，有效的提高了故障重构算法的寻优速度与准确性。

【技术实现步骤摘要】
船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法
本专利技术涉及的是一种船舶配电网络的故障重构方法。
技术介绍
船舶中压直流电力系统已经成为下一代船舶的主要发展方向，其能够为船上高能装备、日常用电负载、操纵系统及推进系统等多种负载供电。采用中压直流(MediumVoltageDC,MVDC)配电的船舶综合电力系统除了具备船舶综合电力系统本身的优点外，还具有更多潜在的优点，其中最主要的是能够实现原动机控制和负载控制的解耦，还包括能够实现更高的效率和更低的噪声，并使得系统的重量减轻，提升系统整体的功率密度，已经被世界各国确立为新一代船舶综合电力推进系统的发展方向。采用中压直流配电的综合电力推进系统，对船舶电力系统供电的可靠性和生命力提出了更高的要求。电力系统配电网络重构是指如果电路发生故障，由断路器或其他保护装置隔离故障负载或发电机，使无故障部分的重要负载在保证发电机、供电元件及线路节点电压在允许范围之内最大限度地快速恢复供电，增强系统的稳定运行能力及连续供电能力。因此，对于船舶中压直流综合电力推进系统这一新兴技术，对其配电网络设计有效的故障重构技术方法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够快速、准确地对船舶中压直流综合电力推进系统配电网络进行故障重构优化的船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法。本专利技术的目的是这样实现的：1.对船舶中压直流综合电力推进系统配电网络建立“支路—节点”矩阵的拓补结构数学模型，利用广度搜索法对整个配电网络进行故障追踪搜索，将故障位置反映在“支路—节点”矩阵的相应位置中；2.对配电网络中各换流器件建立等效电路及数学模型，使用配电网络的“支路—节点”矩阵生成配电网络的支路导纳矩阵，进一步生成配电网络的节点导纳矩阵；3.以权重分配的方式建立配电网络重构优化的目标函数，并将线路允许容量及发电机允许最高功率做为约束条件，建立船舶中压直流综合电力推进系统配电网络故障重构优化的数学模型；4.将自适应权重法与杂交池算法相融合，应用于粒子群算法的粒子运动与变异的过程中；5.将配电网络各支路开断序列模拟为粒子群序列，并初始化粒子，将所述建立配电网络重构优化的目标函数做为改进粒子群算法的粒子的适应度函数，用约束条件来筛选相应粒子，将粒子序列带入配电网络的稳态分析模型中，计算出相应的负载恢复量，以及各线路及发电机参数，再计算出该序列的开关动作次数，在迭代过程中寻找出最优粒子；6.根据粒子群的相对最优粒子位置调整粒子的惯性权重，然后将部分粒子放入杂交池，按照一定概率使杂交池粒子相互杂交；7.按实际电路情况定出迭代次数，算法迭代完毕，生成最优化的故障重构序列，为一系列支路开关序列。为快速、准确并便于实现的对船舶中压直流综合电力推进系统配电网络进行故障重构优化，本专利技术提供了一种便于编程实现的船舶交直流网络故障追踪与稳态分析计算方法—改进节点电势法，并设计了一种具有优异寻优能力的改进粒子群算法，进而针对配电网络不同位置的支路故障，给出相应的最佳的网络重构方案。本专利技术的船舶中压直流(MVDC)配电网络故障工况粒子群重构方法的特点主要包括：1、整个算法由配电网络拓补结构建模、故障搜索、配电系统稳态分析、重构数学模型构建、粒子群寻优算法改进等组成。2、对船舶MVDC综合电力配电网络建立能够反映支路—节点连接关系的拓补结构模型：“支路—节点矩阵”。利用广度搜索法对配电网络进行故障追踪，并将网络故障位置映射在支路—节点矩阵中。3、对一种电力系统潮流计算方法—节点电势法进行调整改进，建立船舶MVDC配电网络的节点导纳矩阵，并采用高斯迭代法，使其适用于船舶MVDC综合电力配电网络的稳态分析，使其能够遍历计算各条支路故障时的网络功率分布。4、通过将自适应权重法和杂交池算法相互融合，对粒子群算法进行改进，提高其寻优能力；综合考虑系统电量恢复和开关动作代价，建立重构优化模型函数，将其做为粒子群算法的适应度函数，利用上述的改进粒子群算法寻找出最优化重构方案。本专利技术通过广度搜索法对船舶MVDC配电网络进行故障追踪，综合考虑负载电量恢复以及开关动作代价建立配电网络重构的最优化目标函数。本专利技术引入自适应权重法和杂交池算法，设计了改进的粒子群算法应用于船舶MVDC配电网络故障重构的寻优过程，并通过对一种电力系统潮流计算的方法—节点电势法进行改进，使其适用于船舶MVDC交直流配电网络故障重构过程中的稳态分析，该方法能明显降低配电网络故障搜索与潮流计算中的复杂编程过程，有效的提高了故障重构算法的寻优速度与准确性。附图说明图1为换流器等效电路图；图2为Buck型DC—DC变换器等效电路图；图3为基于节点电势法的中压直流配电网络潮流计算流程图；图4为基于粒子群算法的船舶中压直流综合电力推进系统配电网络故障重构优化技术的流程图；图5为船舶中压直流综合电力推进系统配电网络电路简图。具体实施方式本专利技术的船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法包括如下步骤：1.对船舶中压直流综合电力推进系统配电网络建立“支路—节点”矩阵的拓补结构数学模型，利用广度搜索法对整个配电网络进行故障追踪搜索，将故障位置反映在“支路—节点”矩阵的相应位置中。2.对配电网络中各换流器件(如DC-DC变换器，逆变器等)建立等效电路及数学模型，使用配电网络的“支路—节点”矩阵生成配电网络的支路导纳矩阵，进一步生成配电网络的节点导纳矩阵，这样可将网络故障清晰的反映在网络的导纳矩阵中，便于针对不同位置的配电网络故障进行相应的稳态分析计算。3.考虑负载恢复电量大小以及开关动作代价，以权重分配的方式建立配电网络重构优化的目标函数，并将线路允许容量及发电机允许最高功率做为约束条件，建立船舶中压直流综合电力推进系统配电网络故障重构优化的数学模型。4.将自适应权重法与杂交池算法相融合，应用于粒子群算法的粒子运动与变异的过程中，在基本粒子群算法的基础上，改善其寻优性能，使其适用于配电网络重构的复杂计算环境。5.将配电网络各支路开断序列(可理解为支路开关序列)模拟为粒子群序列，并初始化粒子，将上文建立配电网络重构优化的目标函数做为改进粒子群算法的粒子的适应度函数，用约束条件来筛选相应粒子，将粒子序列带入配电网络的稳态分析模型中，可计算出相应的负载恢复量，以及各线路及发电机参数，再计算出该序列的开关动作次数，从而在迭代过程中可寻找出最优粒子。6.根据粒子群的相对最优粒子位置调整粒子的惯性权重，平衡其全局搜索能力，然后将部分粒子放入杂交池，按照一定概率使杂交池粒子相互杂交，增强粒子群的多样性。7.按实际电路情况定出迭代次数，算法迭代完毕，则可生成最优化的故障重构序列，为一系列支路开关序列。下面举例对本专利技术做更详细的描述。结合图1、图2，建立DC-DC变换器、电压型逆变器等换流器件的等效电路，并构建其数学模型，DC—DC变换器数学模型如下：电压型逆变器数学模型如下：Pd＝UdIdP1＝A+BIc+CIc2PC＝Pd+P1其中Pd为交流侧功率，P1为换流器件损耗功率，Pc为交流侧功率，SN、VNd为换流器额定容量、直流侧额定电压，SB、VBd为系统基准容量，直流基准电压。将各负载、发电机及主配电板、逆变器及其连接的各级负载电动机视为电流源，DC-DC变换器按其等效电路求出内部等效导纳。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法，其特征是：1)对船舶中压直流综合电力推进系统配电网络建立“支路—节点”矩阵的拓补结构数学模型，利用广度搜索法对整个配电网络进行故障追踪搜索，将故障位置反映在“支路—节点”矩阵的相应位置中；2)对配电网络中各换流器件建立等效电路及数学模型，使用配电网络的“支路—节点”矩阵生成配电网络的支路导纳矩阵，进一步生成配电网络的节点导纳矩阵；3)以权重分配的方式建立配电网络重构优化的目标函数，并将线路允许容量及发电机允许最高功率做为约束条件，建立船舶中压直流综合电力推进系统配电网络故障重构优化的数学模型；4)将自适应权重法与杂交池算法相融合，应用于粒子群算法的粒子运动与变异的过程中；5)将配电网络各支路开断序列模拟为粒子群序列，并初始化粒子，将所述建立配电网络重构优化的目标函数做为改进粒子群算法的粒子的适应度函数，用约束条件来筛选相应粒子，将粒子序列带入配电网络的稳态分析模型中，计算出相应的负载恢复量，以及各线路及发电机参数，再计算出该序列的开关动作次数，在迭代过程中寻找出最优粒子；6)根据粒子群的相对最优粒子位置调整粒子的惯性权重，然后将部分粒子放入杂交池，按照一定概率使杂交池粒子相互杂交；7)按实际电路情况定出迭代次数，算法迭代完毕，生成最优化的故障重构序列，为一系列支路开关序列。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法，其特征是：1)对船舶中压直流综合电力推进系统配电网络建立“支路—节点”矩阵的拓补结构数学模型，利用广度搜索法对整个配电网络进行故障追踪搜索，将故障位置反映在“支路—节点”矩阵的相应位置中；2)对配电网络中各换流器件建立等效电路及数学模型，使用配电网络的“支路—节点”矩阵生成配电网络的支路导纳矩阵，进一步生成配电网络的节点导纳矩阵；3)以权重分配的方式建立配电网络重构优化的目标函数，并将线路允许容量及发电机允许最高功率做为约束条件，建立船舶中压直流综合电力推进系统配电网络故障重构优化的数学模型；4)将自适应权重法与杂交池算法相融合，应用于粒子群算法的粒子运动与变异的过程中；5)将配电网络各支路开断序列模拟为粒子群序列，并初始化粒子，将所述建立配电网络重构优化的目标函数做为改进粒子群算法的粒子的适应度函数，用约束条件来筛选相应粒子，将粒子序列带入配电网络的稳态分析模型中，计算出相应的负载恢复量，以及各线路及发电机参数，再计算出该序列的开关动作次数，在迭代过程中寻找出最优粒子；6)根据粒子群的相对最优粒子位置调整粒子的惯性权重，然后将部分粒子放入杂交池，按照一定概率使杂交池粒子相互杂交；7)按实际电路情况定出迭代次数，算法迭代完毕，生成最优化的故障重构序列，为一系列支路开关序列。2.根据权利要求1所述的船舶中压直流配电网络故障工况粒子群重构方法，其特征是所述以权重分配的方式建立配电网络重构优化的目标函数具体包括：建立配电网络的重构优化数学模型，考虑一级负载的恢复，目标函数为：考虑一、二级负载的恢复，目标函数为：式中i＝1,2,......,k；p＝1,2,........,m；Lj1为一级负载，Lj2为二级负载，xi，Xp＝1或0，表示负载的供电与不供电；若考虑非重要负载的恢复，目标函数为：式中Lj3为三级负载，Xh＝1或0，表示三级负载的供电与不供电，各负载恢复电量由潮流计算结果得出；开关的转换采用自动转换开关，其目标函数为：Min(f2)＝ΔX△X为开关动作次数；综合考虑负载量恢复和开关操作，其最终目标函数为：f＝w1max(Lj1+Lj2+Lj3)+w2min(f2)w1、w2为分配的权重数。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，王天骐，张兰勇，郭晓杰，孙玥，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23