基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，提供了一种基于改进遗传算法以综合实用电压稳定指标为约束的交直流系统减载量优化算法。该算法基于负荷重要等级分类，以最小减载损失成本为目标函数，并综合考虑交直流混联系统变量可行性约束和直流系统控制方式的转换等因素的影响，可以优化低压减载控制策略，维持系统稳定，减少系统整体损失成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法。
技术介绍
高压直流HVDC输电输送容量大、功率调节迅速灵活、损耗小、非同步联络能力强等优势，在远距离大容量输电、大区域电网互联等方面得到了十分广泛的应用。但是交直流混合输电系统也给电网的运行和安全带来新的问题：由于直流换流器消耗大量无功功率(为直流有功功率的40％～60％)的影响，交直流混联系统电压稳定性问题较纯交流系统更为突出。电压稳定性是指电力系统在给定初始条件下，受扰动后维持电压的能力。当系统在用电高峰期以及突增大负载等条件的影响，将会导致系统节点电压下降甚至系统失稳。现有针对交直流系统电压稳定分析的方法主要有短路比法、电压稳定因子法、崩溃点法、连续潮流法、时域仿真法等。文献【BORKAM,BEGOVICM.Voltagestabilityprotectionandcontrolusingawide-areanetworkofphasormeasurements.IEEETransonPowerSystems,2003,18(1):121-127】以交流系统短路容量与直流换流器额定功率之比的大小衡量交流系统带载能力的强弱，计算效率高，原理简单，但忽略了无功功率等参数和直流控制方式等的影响。文献【HaqueMH.UseofV-Icharacteristicasatooltoassessthestaticvoltagestabilitylimitofapowersystem[J].Generation,TransmissionandDistribution,IEEProceedings,2004,151(1):1-7】采用直接计算系统临界点的崩溃点法，可靠性大大高，但计算量大，在电压临界点往往收敛困难。一旦系统由于负荷过重或者发电机故障等原因造成系统电压稳定性严重下降时，低压减载控制措施则成为维持系统继续运行的重要防线。然而现行的低压减载方案往往都是离线计算得来，事故发生后，工作人员则根据经验从预订方案中选取适合当前的低压减载控制策略。目前国内外低压减载方案都是提前整定的形式，以电压幅值下限作为启动阀值，分轮次切除大量负荷。这种方式有以下几个缺点：电压幅值无法完全代表电压稳定性的状况；造成电压失稳的种类多种多样，减载方案整定相当复杂而且必然存在安全性和供电可靠性的矛盾；启动时需要依据人工经验选定合适的方案，对工作人员要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，按照如下步骤实现：步骤S1：初始化；初始化包括输入交直流系统低压过载原始数据，确定遗传算法运行代数n，交叉概率上限Pcmax、交叉概率下限Pcmin、变异概率上限Pmmax以及变异概率下限Pmmin，确定遗传算法中每代种群数量popsize，并随机产生初代群体；步骤S2：适应度值排序；首先对所述交直流系统原始过载数据进行潮流计算，并记录所有控制变量值于表M；其次对初代种群数据进行潮流计算，将初代种群潮流计算后的控制变量值分别与表M对应进行求差，并将结果代入目标函数，即得到适应度值，并将获取的适应度值排序；步骤S3：选择；从上一代中确定生成子代的父代群体：计算所有上一代个体的适应度函数值后，通过轮盘赌法选择出数量等同于每代种群数量的父代群体；步骤S4：交叉；得到父代群体后，通过交叉因子自适应算法获取交叉概率，并得出交叉点，将父代群体中的相邻个体，包括首尾两个体，两两交叉，也即将两父代个体交叉点后的所有坐标按位置互换；步骤S5：变异；通过变异因子自适应算法获取变异概率后，根据概率选定二进制位，将其反置；步骤S6：优选；在繁殖变异之后，选择每代控制成本最小的个体并记录于表D，迭代完成后，于表D中再次优选适应度最大个体，即可获取交直流系统低压减载量。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，基于负荷重要等级分类，以最小减载损失成本为目标函数，并综合考虑交直流混联系统变量可行性约束和直流系统控制方式的转换等因素的影响。用该方法，可以优化低压减载控制策略，维持系统稳定，减少系统整体损失成本。附图说明图1为本专利技术一实施例中交直流系统模型。图2为本专利技术一实施例中基于戴维南的实时等效两节点系统。图3为本专利技术一实施例中功率传输极限图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，首先基于交替迭代法求解交直流混联系统潮流，并将直流系统等效为交流系统的节点负荷，原理简单，便于分析交直流系统稳定性；其次，依据戴维南等效方法建立了适用于交直流系统的电压稳定裕度指标，并取双向变化量求解等效电路参数，减小了指标的漂移误差；最后，电压稳定指标具有很好的灵敏度和可信度，并可以此指标为约束，在改进遗传算法的基础上对低压减载量进行优化控制，节约人力资源，降低切负荷的损失成本。为了让本领域技术人员进一步了解该技术方案，下面结合具体实施例进行说明。1交直流混合输电系统稳态模型1.1换流器稳态数学模型交直流系统模型如图1所示。图1中，换流器的稳态模型方程为式中：Ud0表示直流侧空载电压；nT为换流桥数，本专利技术中都认为nT＝1；KT是换流变压器电压比；UT是换流变一次侧交流线电压；Ud、Id为直流电压和直流电流；θd换流器控制角；XC为换流变等效电抗；φ表示换流器的功率因数角；Pd、Qd分别是直流侧有功功率和交流侧吸收的无功功率。1.2交直流潮流计算本专利技术采用交替迭代法计算交直流系统潮流，即将直流系统换流站等效成接在相应交流节点上的PQ负荷；求解直流系统方程组时，将交流系统等效成加在换流站交流母线上的恒定电压。交直流系统潮流交替求解法实现简便，当系统新增直流支路时，仅需修改原程序的直流系统网络方程中并修正交流系统中与之相关的计算量。避免重新列写交流雅可比矩阵，大大减少工作量，程序通用性较好。对于纯交流节点，其功率方程为fpai=Pis-ViΣj∈iVj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0---(2)]]>fqai=Qis-ViΣj∈iVj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0---(3)]]>对于换流器一次侧节点，其功率方程为fpdi=Pis-ViΣj∈iVj(Gijcosθij+Bijsinθij)±Pdi=0---(4)]]>其中，Pis、Qis为节点i的有功和无功功率偏差，Vi、Vj为节点i、j电压，Gij和Bij为i、j节点之间的电导和电纳，θij表示节点i与节点j之间的电压相角差，为节点i处功率因数角，Pdi表示与该节点相连的直流线路传输功率。逆变侧发出有功，为正；整流侧吸收有功，为负。而换流器需要无功功率，直流系统不能提供，所以不论整流或逆变侧，都向系统吸收无功。综合以上式(2)～式(5)得出的方程数与交流系统待求变量个数相等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：初始化；初始化包括输入交直流系统低压过载原始数据，确定遗传算法运行代数n，交叉概率上限Pcmax、交叉概率下限Pcmin、变异概率上限Pmmax以及变异概率下限Pmmin，确定遗传算法中每代种群数量popsize，并随机产生初代群体；步骤S2：适应度值排序；首先对所述交直流系统原始过载数据进行潮流计算，并记录所有控制变量值于表M；其次对初代种群数据进行潮流计算，将初代种群潮流计算后的控制变量值分别与表M对应进行求差，并将结果代入目标函数，即得到适应度值，并将获取的适应度值排序；步骤S3：选择；从上一代中确定生成子代的父代群体：计算所有上一代个体的适应度函数值后，通过轮盘赌法选择出数量等同于每代种群数量的父代群体；步骤S4：交叉；得到父代群体后，通过交叉因子自适应算法获取交叉概率，并得出交叉点，将父代群体中的相邻个体，包括首尾两个体，两两交叉，也即将两父代个体交叉点后的所有坐标按位置互换；步骤S5：变异；通过变异因子自适应算法获取变异概率后，根据概率选定二进制位，将其反置；步骤S6：优选；在繁殖变异之后，选择每代控制成本最小的个体并记录于表D，迭代完成后，于表D中再次优选适应度最大个体，即可获取交直流系统低压减载量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：初始化；初始化包括输入交直流系统低压过载原始数据，确定遗传算法运行代数n，交叉概率上限Pcmax、交叉概率下限Pcmin、变异概率上限Pmmax以及变异概率下限Pmmin，确定遗传算法中每代种群数量popsize，并随机产生初代群体；步骤S2：适应度值排序；首先对所述交直流系统原始过载数据进行潮流计算，并记录所有控制变量值于表M；其次对初代种群数据进行潮流计算，将初代种群潮流计算后的控制变量值分别与表M对应进行求差，并将结果代入目标函数，即得到适应度值，并将获取的适应度值排序；步骤S3：选择；从上一代中确定生成子代的父代群体：计算所有上一代个体的适应度函数值后，通过轮盘赌法选择出数量等同于每代种群数量的父代群体；步骤S4：交叉；得到父代群体后，通过交叉因子自适应算法获取交叉概率，并得出交叉点，将父代群体中的相邻个体，包括首尾两个体，两两交叉，也即将两父代个体交叉点后的所有坐标按位置互换；步骤S5：变异；通过变异因子自适应算法获取变异概率后，根据概率选定二进制位，将其反置；步骤S6：优选；在繁殖变异之后，选择每代控制成本最小的个体并记录于表D，迭代完成后，于表D中再次优选适应度最大个体，即可获取交直流系统低压减载量。2.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，其特征在于，所述交直流系统换流器的稳态模型方程为：其中：Ud0表示直流侧空载电压；nT为换流桥数；KT为换流变压器电压比；UT是换流变一次侧交流线电压；Ud、Id为直流电压和直流电流；θd换流器控制角；XC为换流变等效电抗；表示换流器的功率因数角；Pd、Qd分别是直流侧有功功率和交流侧吸收的无功功率。3.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，其特征在于，采用交替迭代法计算所述交直流系统潮流，将直流系统换流站等效为接在相应交流节点上的PQ负荷，且在求解直流系统方程组时，将交流系统等效为加在换流站交流母线上的恒定电压。4.根据权利要求3所述的基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，其特征在于，在低压减载优化过程中，包括约束条件包括：等式约束和不等式约束；所述等式约束为所述交替迭代法潮流计算中的约束条件；所述不等式约束为安全性约束，包括控制变量约束和状态变量约束。5.根据权利要求4所述的基于改进遗传算法的交直流系统低压减载优化方法，其特征在于，所述交直流系统的交替迭代法潮流计算方程如下：对于纯交流节点，其功率方程为：fpai=Pis-ViΣj∈iVj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0]]>fqai=Qis-ViΣj∈iVj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0;]]>对于换流器一次侧节点，其功率方程为fpdi=Pis-ViΣj∈iVj(Gijcosθij+Bijsinθij)±Pdi=0]]>其中，Pis、Qis为节点i的有功和无功功率偏差，Vi、Vj为节点i、j电压，Gij和Bij为i、j节点之间的电导和电纳，θij表示节点i与节点j之间的电压相角差，为节点i处功率因数角，Pdi表示与该节点相连的直流线路传输功率；逆变侧发出有功，为正；整流侧吸收有功，为负；换流器的约束方程如下：fd1=Ud-32πnTKTUTcosθd-3πnTXCId=0]]>fd3=&Plu...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡振才，黄道姗，黄霆，苏清梅，李海坤，吴丹岳，林因，刘智煖，张健，蔡冰君，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，北京清软创新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35