基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法，包括以下步骤：(1)根据串联电容补偿装置中电容器组的安装情况构建母本染色体；(2)根据实际需要，设置交叉和变异的约束条件、精英序列个数T、变异概率Pm、最大循环次数K以及适应度阈值F；(3)建立反映电容器组中不平衡电流大小的适应度函数公式，根据适应度函数公式计算染色体的适应度；(4)通过自交叉、变异和选择步骤不断对染色体进行优化；(5)根据最优子代染色体给出电容器组中电容器单元的调整方案。本发明专利技术通过采用遗传算法，快速找到有效降低电容器组不平衡电流的调整方案，提高了调整控制的确定性，缩短了串联电容补偿装置故障处理时间，提高了工作效率。
【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法
本专利技术属于电力工程
，具体涉及基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法。
技术介绍
随着电力系统的发展，输电距离和输送容量在不断增加，虽然可以使水、火等动力资源得到充分合理的利用，但是也导致系统稳定性问题变得日益突出。由于环境保护的制约、大规模电网的互联、电力市场竞争的激烈等原因，电力系统的运行条件越来越接近各种安全稳定极限。稳定性的破坏可能危及整个电力系统，造成严重后果，因此对系统稳定性的要求在不断提高。与此同时，串联补偿技术作为一种提高交流输电系统稳定极限的经济有效的措施，越来越广泛的应用到超高压、特高压远距离输电工程中。采用串联电容补偿装置不仅能够补偿交流输电线路的电气距离(即线路电抗)，同时可以抑制线路的感性无功对系统电压降及功角差的影响，从而增强线路的输电能力，提高电力系统的稳定性，改善系统运行电压与无功功率平衡条件，并减少线路建设投资，节省输电走廊，减少对环境的电磁污染，使线路的资源得到充分利用。南方电网超高压南宁分公司所管辖的500kV玉林串补站位于玉林市城北镇西岸村，500kV玉林变电站的东侧，在玉林市城区的西北面离城区约9km，东距寒山水库约2.5km，西距玉林至南宁公路约4.7km。总占地约36亩。500kV玉林串补站是南方电网西电东送网络完善工程中的一个重要串补站，能够进一步提高电网输送能力，提高电网的综合利用效率、安全稳定水平和供电可靠性，降低电网单位输电能力投资，降低输电损耗，从而优化南方电网的技术经济指标。设备规模为在500kV玉林至茂名双线(141km)上加装两套FSC装置，其中，串补度为42％，容量为2×286Mvar。FSC额定容抗为16.55欧/相，额定电流为2400A/相，MOV容量为75MJ/相。FSC装置及相关保护控制系统为德国西门子公司成套产品。玉茂I线FSC于2010年02月02日投入正式运行，玉茂II线FSC于2010年03月19日投入正式运行。运行期间曾发生两起因不平衡电流过大的事件。事件发生具体情况如下：(1)玉茂II线串补发生过不平衡电流故障。2011年04月29，500kV玉茂II线串补两套不平衡保护均动作出口，永久旁路。高压班仔细观察电流波形、频率，幅值等，通过对比分析，可初步判断，引发永久旁路的不平衡电流不寻常。首先其频率很高且不固定，达基波的5～10倍；在出现故障电流时刻至跳闸时刻，波形出现多次间断；此外，波形发生畸变，与正弦波差异明显。高压试验班推断，故障原因可能有两种：1)检测不平衡电流的CT及二次电回路存在异常干扰。2)电容器组可能有放电现象。因为，不平衡波形与电弧波形有相似之处。若其放电电流频率高，电流出现间断(对应电压塌陷期)。(2)2012年4月2日下午14时47分02秒，500kV玉茂I线发生线路C相单相瞬时性接地故障，故障发生后11ms(以下时间均以故障发生时刻为0点)，玉茂I线串补保护MOV高电流动作，同时触发间隙，56.6ms玉茂I线串补C相开关合上，608ms玉茂I线串补C相开关分开(重投成功，开始出现电容不平衡电流，但波形间隔较大，不满足动作条件)，1068ms线路带上负荷电流(玉林、茂名站线路边开关重合闸成功，出现大量电容不平衡电流，波形间隔小，密度大)，1483.7ms玉茂I线串补电容不平衡保护动作出口(根据定值推算，1.4s应该为玉林、茂名站线路中开关重合闸时间，但无实际录波证明)，1520.2ms玉茂I线串补三相永久旁路。之后串补平台转接地，运行人员上平台检查未发现异常，16时32分向总调申请送电，下午18时47分，玉茂I线串补投入，C相电容器组不平衡电流为0.07～0.12A，不平衡电流百分数(不平衡电流/低定值旁路阀值)为18％～31％(线路电流：260～430A)，较故障前有所增长。当发生串补装置不平衡电流增大的情况下，如何调整串补装置电容器单元的位置从而降低不平衡电流成为当前需要亟待解决的问题，西门子工程师也未能有效解决该问题。国内学者主要研究超高压输电线路加装串补装置后所引发的系统问题如过电压、潜供电流、断路器暂态恢复电压(TRV)及次同步谐振(SSR)等。目前，尚未发现国外有针对调整电容单元控制串补不平衡电流的研究。由于电容器铬牌额定值、现场试验值与实际值存在误差，通过调整各臂的电容量控制不平衡电流也只是理论上的方法，实际中工作中，基本无法应用；另外，对臂上的哪些电容进行调整，尚未有专业论文发表。电容器的正确调整方法是研究难点，串联补偿系统故障修复或检修时间紧迫情况下，优化系统的计算时间过长不具备工程意义。针对工程需求的特殊性，在满足系统不平衡电流条件下，对系统电容器位置进行优化调整时要尽量减少改变原有系统中电容器装置位置，且要便于检修工作的开展。不平衡电流是串联电容补偿装置的重要运行参数。如果不平衡率过大，会直接影响串联电容补偿装置的正常运行；由于抬高了原始不平衡率，在异常运行时，可能直接导致串联电容补偿装置误旁路。所以，控制串联电容补偿装置正常运行时的不平衡电流显得十分重要。由于电容器铬牌额定值与实际值存在误差，而现场测量值受各种干扰的影响，也无法得到电容器的实际容量；此外，工程投产时，虽然已把不平衡电流调到较小的量值，但其电容器的序列结构也不一定合理。所以，在更换了某节电容器后，不平衡电流的控制成为一个复杂的问题。另外，调度也不允许多次试投，进一步加了大电容器调整的困难。不平衡电流调整还缺乏现场实用的理论指导和经验，检修时也没有成熟的试验方法和试验仪器检验串联电容补偿装置的不平衡电流。串联电容补偿装置的不平衡电流的调整方法还处于试投的原始级阶段。基于电容器的铭牌值或实测值，通过计算各桥臂的电容量的平衡度来控制不平衡电流，并不能反应串联电容补偿装置真实的运行情况。因此，对不平衡电流的控制方法及不平衡电流的试验设备进行研究，不仅可揭示影响不平衡电流的关键因素，而且对串联电容补偿装置的检修、试验都有重要的技术价值和广阔的应用前景。串联电容补偿装置中的电容器组在实际运行中存在着可接受的不平衡电流，但是，由于某电容单元内部的故障或外部环境的变化等原因，电容器组的不平衡电流开始增加，不平衡度的增加又进一步恶化电容器、电容单元之间的耐压值，导致进一步加剧电容器的不平衡度，恶化电容器组的运行工况。因此，当不平衡度接近报警值，需要考虑对电容进行测量、调整或更换，并重新调试。但传统的方法，有较大的盲目性，并且调整时间长，工作量大，效果不理想。串联电容补偿装置不平衡电流优化问题属于非线性离散组合排列问题，通常的线性(单纯形法、整数线性规划)、非线性(牛顿法、投影梯度法)、内点法均未能对该问题实现有效求解。面对串联补偿装置拥有132个电容器装置，存在132！个系统状态，出现组合爆炸。系统状态数远远超过计算机的计算能力，传统方法很难找到系统不平衡电流最小的系统状态。
技术实现思路
本专利技术针对串联电容补偿装置不平衡电流的优化调整控制中的盲目性问题，提供一种基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法，所述串联电容补偿装置中的电容器组采用对称H型接线，本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法，所述串联电容补偿装置中的电容器组采用对称H型接线，电容器单元对称的接在H臂的4个臂上，分别为A臂、B臂、C臂和D臂，每个H臂由n×m个电容器单元串并联而成，n个电容器单元串联成一个小组，又由m个小组并联组成一个H臂，在H型的桥接线上装有不平衡电流互感器，其特征在于，包括以下步骤：(1)染色体构建；对电容器组中的电容器单元进行顺序编号，A臂的电容器单元编号顺序如下表所示，B臂、C臂和D臂编号方法与A臂相同；按编号顺序，将电容器组中的电容器单元的电容量储存于一维数组中，一维数组形式为C＝[CA‑1‑1,CA‑1‑2,…,CA‑1‑m,…,CA‑j‑1,CA‑j‑2,…,CA‑j‑m,…,CA‑n‑1,CA‑n‑2,…,CA‑n‑m,CB‑1‑1,CB‑1‑2,…,CB‑1‑m,…,CB‑j‑1,CB‑j‑2,…,CB‑j‑m,…,CB‑n‑1,CB‑n‑2,…,CB‑n‑m,CC‑1‑1,CC‑1‑2,…,CC‑1‑m,…,CC‑j‑1,CC‑j‑2,…,CC‑j‑m,…,CC‑n‑1,CC‑n‑2,…,CC‑n‑m,CD‑1‑1,CD‑1‑2,…,CD‑1‑m,…,CD‑j‑1,CD‑j‑2,…,CD‑j‑m,…,CD‑n‑1,CD‑n‑2,…,CD‑n‑m]，式中，CA‑j‑i表示A臂第i串联小组第j个电容器单元的电容量，该一维数组即为染色体；根据需要优化的串联电容补偿装置电容器组中的电容器单元初始排列方式作为母本，记录下对应编号下电容器单元的电容量，构建母本染色体；(2)设置交叉和变异的约束条件、精英序列个数T、变异概率Pm、最大循环次数K以及适应度阈值F；所述的交叉和变异的约束条件是指根据实际情况，确定电容器组中的电容器单元中是否允许被调整，允许调整的电容器单元用数字1编码，不允许调整的电容器单元用数字0编码，按步骤(1)所述的编号顺序将编码结果制成禁忌表；(3)自交叉所述的自交叉是指随机选取染色体中禁忌表编码为1的两个元素，并交换储存位置，得到新的染色体；每次循环对每一个染色体进行次独立不重复的自交叉，得到个新染色体；(4)变异利用rand函数为每一个新的染色体生成一个随机数，当生成的随机数小于变异概率Pm时，对所述的新染色体进行二次自交叉，得到子代染色体；当生成的随机数大于变异概率Pm时，保持染色体原有排序，即为子代染色体；(5)计算适应度并选择将子代染色体的各元素代入适应度函数公式，计算每个子代染色体的适应度，并根据适应度排名，选择适应度排名靠前的T个子代染色体作为精英序列，其余子代染色体被淘汰而舍弃；所述的染色体适应度公式如下：fixness(x)=|Σi=1m(Πj=1nCA-j-iΣj=1nCA-j-i)iΣi=1m(Πj=1nCA-j-iΣj=1nCA-j-i)i+Σi=1m(Πj=1nCA-j-iΣj=1nCA-j-i)i-Σi=1m(Πj=1nCC-j-iΣj=1nCC-j-i)iΣi=1m(Πj=1nCC-j-iΣj=1nCC-j-i)i+Σi=1m(Πj=1nCC-j-iΣj=1nCC-j-i)i|×I;]]>所述的适应度即为串联电容补偿装置不平衡电流的大小，根据适应度函数公式求出的值越小，则串联电容补偿装置的不平衡电流越小，适应度越高；(6)判断判断是否满足循环终止条件，若满足终止条件，则进入下一步骤，否则，返回步骤(4)；所述的循环终止条件为：循环达到了预先设定的最大循环次数K，或T个精英序列中出现了适应度小于预先设定的适应度阈值F的子代染色体；(7)循环结束，输出T个精英序列的染色体及其适应度。...
【技术特征摘要】
1.基于遗传算法的串联电容补偿装置不平衡电流优化方法，所述串联电容补偿装置中的电容器组采用对称H型接线，电容器单元对称的接在H臂的4个臂上，分别为A臂、B臂、C臂和D臂，每个H臂由n×m个电容器单元串并联而成，n个电容器单元串联成一个小组，又由m个小组并联组成一个H臂，在H型的桥接线上装有不平衡电流互感器，其特征在于，包括以下步骤：(1)染色体构建；对电容器组中的电容器单元进行顺序编号，A臂的电容器单元编号顺序如下表所示，B臂、C臂和D臂编号方法与A臂相同；A臂的电容器单元编号顺序按编号顺序，将电容器组中的电容器单元的电容量储存于一维数组中，一维数组形式为C＝[CA-1-1,CA-1-2,…,CA-1-m,…,CA-j-1,CA-j-2,…,CA-j-i,…,CA-j-m,…,CA-n-1,CA-n-2,…,CA-n-m,CB-1-1,CB-1-2,…,CB-1-m,…,CB-j-1,CB-j-2,…,CB-j-i,…,CB-j-m,…,CB-n-1,CB-n-2,…,CB-n-m,CC-1-1,CC-1-2,…,CC-1-m,…,CC-j-1,CC-j-2,…,CC-j-i,…,CC-j-m,…,CC-n-1,CC-n-2,…,CC-n-m,CD-1-1,CD-1-2,…,CD-1-m,…,CD-j-1,CD-j-2,…,CD-j-i,…,CD-j-m,…,CD-n-1,CD-n-2,…,CD-n-m]，式中，CA-j-i表示A臂第i串联小组第j个电容器单元的电容量，CB-j-i表示B臂第i串联小组第j个电容器单元的电容量，CC-j-i表示C臂第i串联小组第j个电容器单元的电容量，CD-j-i表示D臂第i串联小组第j个电容器单元的电容量，该一维数组即为染色体；根据需要优化的串联电容补偿装置电容器组中的电容器单元初始排列方式作为母本，记录下对应编号下电容器单元的电容量，构建母本染色体；(2)设置交叉和变异的约束条件、精英序列个数T、变异概率Pm、最大循环次数K以及适应度阈值F；所述的交叉和变异的约束条件是指根据实际情况，确定电容器组中的电容器单元中是否允许被调整，允许调整的电容器单元用数字1编码，不允许调整的电容器单元用数字0编码，按步骤(1)所述的编号顺序将编码结果制成禁忌表；(3)自交叉所述的自交叉是指随机选取染色体中禁忌表编码为1的两个元素，并交换储存位置，得到新的染色体...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾星宏，陈碧云，张耀山，陈绍南，罗赞琛，钟宏乐，陈光，叶波，陆韦伟，齐妙，杨广源，覃琦，钟一心，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局，广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45
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