基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法，本发明专利技术结合电磁暂态分析软件ATP‑EMTP和优化方法设计软件MATLAB的混合仿真技术，采用二进制粒子群优化方法对架空配电网避雷器安装位置进行了高效的优化设计，可最大限度地实现架空配电网防雷效果和经济效益的最优化，具有现有技术所不具备的以下优点：借助ATP‑EMTP和MATLAB的混合仿真技术，可以自动实现架空配电网避雷器安装数量和安装位置的优化设计，线路的闪络次数更低，防雷效果更佳，且在保证避雷器数量相同的前提下可实现经济效益更高。

【技术实现步骤摘要】
基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法
本专利技术涉及电力系统防雷领域计算机辅助设计技术和智能优化技术，特别涉及一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法。
技术介绍
雷击是造成配电线路故障的主要原因之一。由于配电线路绝缘水平较低，直接雷击产生的过电压经常引起线路闪络，而间接雷击产生的过电压通常比直接雷击低，避雷器可以降低线路上产生的感应过电压，因此在架空配电网中的易击杆塔上安装避雷器能够有效地降低线路的闪络概率。然而，是否有必要在易击杆塔附近的杆塔上都安装线路避雷器却鲜有研究报道。国内仅有少数学者采用电磁暂态分析软件ATP-EMTP建立了35kV架空线路防雷仿真模型，粗略地研究了易击杆塔避雷器安装位置对线路耐雷水平的影响以及相邻杆塔的保护作用，但并没有提供避雷器安装位置设计的科学依据，更没有提供避雷器安装位置优化设计技术的实现手段。事实上，每个杆塔都安装避雷器会增加经济成本，并不符合经济优化原则。避雷器在哪些杆塔上安装将直接影响到线路的防雷效果以及经济成本，但国内外鲜有学者深入研究兼顾防雷效果和经济成本的架空配电网避雷器安装位置优化问题。因此，如何借助计算机辅助设计技术和智能优化设计技术实现架空配电网避雷器安装位置的优化设计已成为电力系统防雷领域亟待解决的技术难题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法，该方法包括以下步骤：(1)将架空配电网中杆塔的地理坐标信息、杆塔数量d、杆塔之间架空线路连接信息、线路档距输入到电磁暂态分析软件ATP-EMTP中；(2)运行ATP-EMTP软件，产生ATP文件，把产生的ATP文件传送到MATLAB软件所在文件夹中；(3)在MATLAB软件中设置初始参数，包括二进制粒子群优化方法中最大迭代次数Imax、粒子群规模N、惯量权重的最大值ωmax、惯量权重的最小值ωmin、加速系数c1和c2，雷击模型中的间接雷击次数n；(4)产生n次间接雷击的雷击模型，雷击模型包括雷击点坐标、雷电流幅值以及波长，得到雷击矩阵N2，即N2＝{wij，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,4}，其中wij表示雷击矩阵N2中第i行第j列的元素，wi1描述的是第i次雷击时雷击点的横坐标，wi2描述的是第i次雷击时雷击点的纵坐标，wi3描述的是第i次雷击时雷电流的幅值，wi4描述的是第i次雷击时雷电流的波长；(5)计算架空配电网中杆塔未安装避雷器时的基准风险系数Rb，具体计算过程如步骤(5a)～步骤(5e)所示；(5a)令i＝1；(5b)根据wij，修改ATP文件，并利用DOS命令调用ATP-EMTP软件运行窗口，生成电网每基杆塔上的感应电压；再调用ATP-EMTP软件的数据转换工具PL42MAT，把电压数据转换成MATLAB软件中.mat格式，得到第i次雷击时第h基杆塔上感应电压的最大值Vmax(i,h)，i＝1,2,3…,n，h＝1,2,3…,d；(5c)利用公式(1)，计算第i次雷击时第h基杆塔的过电压裕度ma(i,h)，i＝1,2,3…,n，h＝1,2,3…,d；ma(i,h)＝Vmax(i,h)-1.5×CFO(i,h)(1)其中CFO(i,h)表示第i次雷击时第h基杆塔上的临界闪络电压；(5d)判断i<n是否成立？若是，则令i＝i+1，返回步骤(5b)；若否，进入步骤(5e)；(5e)按照公式(2)计算架空配电网中杆塔未安装避雷器时的风险系数Rb；(6)随机产生一个二进制编码的粒子群P＝{Pl,l＝1,2,…,N}，其中第l个粒子Pl＝[Pl1,Pl2,…,Plh,…,Pld],h＝1,2,…,d，Pl表示对d个杆塔是否安装避雷器的状态进行二进制编码的二进制向量，Plh表示第l个粒子中第h维变量的位置值，Plh的定义为：若第h基杆塔安装了避雷器，则Plh＝1；若第h基杆塔未安装避雷器，则Plh＝0；并随机产生每个粒子Pl在[Vmin,Vmax]范围内的速度值Vl＝[Vl1,Vl2,…,Vlh,…,Vld],l＝1,2,…,N,h＝1,2,…,d，其中Vmin和Vmax分别表示每个粒子速度的最小值和最大值，Vlh表示第l个粒子中第h维变量的速度值；设置当前每个粒子的最佳位置的二进制向量pbl＝Pl，即pblh＝Plh,l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，其中pbl表示第l个粒子的最佳位置的二进制向量，pblh表示第l个粒子中第h维变量的最佳位置值；(7)计算架空配电网中杆塔按照Pl安装避雷器时的风险系数Rl，l＝1,2,…,N，具体计算过程如步骤(7a)～步骤(7e)所示；(7a)令i＝1；(7b)利用DOS命令调用ATP运行窗口，生成架空配电网中杆塔按照Pl安装避雷器情形下每基杆塔上的感应电压；再调用ATP-EMTP软件的数据转换工具PL42MAT，把电压数据转换成MATLAB软件中.mat格式，得到按照Pl安装避雷器情形下第i次雷击时第h基杆塔上感应电压的最大值Vsm(i,h)，i＝1,2,3…,n，h＝1,2,3…,d；(7c)利用公式(3)，计算按照Pl安装避雷器情形下第i次雷击时第h基杆塔的过电压裕度mas(i,h)，i＝1,2,3…,n，h＝1,2,3…,d；mas(i,h)＝Vsm(i,h)-1.5×CsFO(i,h)(3)其中CsFO(i,h)表示按照Pl安装避雷器情形下第i次雷击时第h基杆塔上的临界闪络电压；(7d)判断i<n是否成立？若是，则令i＝i+1，返回步骤(7b)；若否，进入步骤(7e)；(7e)按照公式(4)计算架空配电网中杆塔按照Pl安装避雷器时的风险系数Rl；(8)按照公式(5)计算粒子群P中每个粒子Pl的适应度值J(Pl),l＝1,2,…,N，将粒子群中的最大适应度值标记为当前全局最优的适应度值Fbest，即Fbest＝max{J(Pl),l＝1,2,…,N}，将对应的粒子标记为当前最优的粒子gb；J(Pl)＝(Rb-Rl)·Ng·A·T·Cf-Csa·Nsa(5)其中，Ng表示地闪密度，A表示避雷器设计时考虑的地域面积，T表示避雷器的使用寿命，Cf表示一个闪络事件对应的经济代价估计值，Csa表示每个避雷器的成本，Nsa表示安装避雷器的数量；(9)按照公式(6)～(7)对每个粒子的速度进行更新，按照公式(8)～(9)对每个粒子的位置进行更新，获得更新后的每个粒子的位置Pul＝[Pul1,Pul2,…,Pulh,…,Puld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，获得更新后的每个粒子的速度Vul＝[Vul1,Vul2,…,Vulh,…,Vuld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，设置更新后的粒子群为PU，令PU＝{Pul,l＝1,2,…,N}；Vulh＝ω·Vlh+c1·r1·(pblh-Plh)+c2·r2·(gbh-Plh),l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d(6)其中，Vulh表示第l个粒子中第h维变量更新后的速度值，Pulh表示第l个粒子中第h维变量更新后的位置值，ω表示惯量权重，k表示当前迭代次数，ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将架空配电网中杆塔的地理坐标信息、杆塔数量d、杆塔之间架空线路连接信息、线路档距输入到电磁暂态分析软件ATP‑EMTP中。(2)运行ATP‑EMTP软件，产生ATP文件，把产生的ATP文件传送到MATLAB软件所在文件夹中。(3)在MATLAB软件中设置初始参数，包括二进制粒子群优化方法中最大迭代次数Imax、粒子群规模N、惯量权重的最大值ωmax、惯量权重的最小值ωmin、加速系数c1和c2，雷击模型中的间接雷击次数n。(4)产生n次间接雷击的雷击模型，雷击模型包括雷击点坐标、雷电流幅值以及波长，得到雷击矩阵N2，即N2＝{wij，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,4}，其中wij表示雷击矩阵N2中第i行第j列的元素。(5)计算架空配电网中杆塔未安装避雷器时的基准风险系数Rb。(6)随机产生一个二进制编码的粒子群P＝{Pl,l＝1,2,…,N}，其中第l个粒子Pl＝[Pl1,Pl2,…,Plh,…,Pld],h＝1,2,…,d，Pl表示对d个杆塔是否安装避雷器的状态进行二进制编码的二进制向量，Plh表示第l个粒子中第h维变量的位置值，Plh的定义为：若第h基杆塔安装了避雷器，则Plh＝1；若第h基杆塔未安装避雷器，则Plh＝0；并随机产生每个粒子Pl在[Vmin,Vmax]范围内的速度值Vl＝[Vl1,Vl2,…,Vlh,…,Vld],l＝1,2,…,N,h＝1,2,…,d，其中Vmin和Vmax分别表示每个粒子速度的最小值和最大值，Vlh表示第l个粒子中第h维变量的速度值；设置当前每个粒子的最佳位置的二进制向量pbl＝Pl，即pblh＝Plh,l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，其中pbl表示第l个粒子的最佳位置的二进制向量，pblh表示第l个粒子中第h维变量的最佳位置值。(7)计算架空配电网中杆塔按照Pl安装避雷器时的风险系数Rl，l＝1,2,…,N。(8)按照公式(5)计算粒子群P中每个粒子Pl的适应度值J(Pl),l＝1,2,…,N，将粒子群中的最大适应度值标记为当前全局最优的适应度值Fbest，即Fbest＝max{J(Pl),l＝1,2,…,N}，将对应的粒子标记为当前最优的粒子gb；J(Pl)＝(Rb‑Rl)·Ng·A·T·Cf‑Csa·Nsa  (5)其中，Ng表示地闪密度，A表示避雷器设计时考虑的地域面积，T表示避雷器的使用寿命，Cf表示一个闪络事件对应的经济代价估计值，Csa表示每个避雷器的成本，Nsa表示安装避雷器的数量；(9)按照公式(6)～(7)对每个粒子的速度进行更新，按照公式(8)～(9)对每个粒子的位置进行更新，获得更新后的每个粒子的位置Pul＝[Pul1,Pul2,…,Pulh,…,Puld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，获得更新后的每个粒子的速度Vul＝[Vul1,Vul2,…,Vulh,…,Vuld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，设置更新后的粒子群为PU，令PU＝{Pul,l＝1,2,…,N}；Vulh＝ω·Vlh+c1·r1·(pblh‑Plh)+c2·r2·(gbh‑Plh),l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d  (6)...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将架空配电网中杆塔的地理坐标信息、杆塔数量d、杆塔之间架空线路连接信息、线路档距输入到电磁暂态分析软件ATP-EMTP中。(2)运行ATP-EMTP软件，产生ATP文件，把产生的ATP文件传送到MATLAB软件所在文件夹中。(3)在MATLAB软件中设置初始参数，包括二进制粒子群优化方法中最大迭代次数Imax、粒子群规模N、惯量权重的最大值ωmax、惯量权重的最小值ωmin、加速系数c1和c2，雷击模型中的间接雷击次数n。(4)产生n次间接雷击的雷击模型，雷击模型包括雷击点坐标、雷电流幅值以及波长，得到雷击矩阵N2，即N2＝{wij，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,4}，其中wij表示雷击矩阵N2中第i行第j列的元素。(5)计算架空配电网中杆塔未安装避雷器时的基准风险系数Rb。(6)随机产生一个二进制编码的粒子群P＝{Pl,l＝1,2,…,N}，其中第l个粒子Pl＝[Pl1,Pl2,…,Plh,…,Pld],h＝1,2,…,d，Pl表示对d个杆塔是否安装避雷器的状态进行二进制编码的二进制向量，Plh表示第l个粒子中第h维变量的位置值，Plh的定义为：若第h基杆塔安装了避雷器，则Plh＝1；若第h基杆塔未安装避雷器，则Plh＝0；并随机产生每个粒子Pl在[Vmin,Vmax]范围内的速度值Vl＝[Vl1,Vl2,…,Vlh,…,Vld],l＝1,2,…,N,h＝1,2,…,d，其中Vmin和Vmax分别表示每个粒子速度的最小值和最大值，Vlh表示第l个粒子中第h维变量的速度值；设置当前每个粒子的最佳位置的二进制向量pbl＝Pl，即pblh＝Plh,l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，其中pbl表示第l个粒子的最佳位置的二进制向量，pblh表示第l个粒子中第h维变量的最佳位置值。(7)计算架空配电网中杆塔按照Pl安装避雷器时的风险系数Rl，l＝1,2,…,N。(8)按照公式(5)计算粒子群P中每个粒子Pl的适应度值J(Pl),l＝1,2,…,N，将粒子群中的最大适应度值标记为当前全局最优的适应度值Fbest，即Fbest＝max{J(Pl),l＝1,2,…,N}，将对应的粒子标记为当前最优的粒子gb；J(Pl)＝(Rb-Rl)·Ng·A·T·Cf-Csa·Nsa(5)其中，Ng表示地闪密度，A表示避雷器设计时考虑的地域面积，T表示避雷器的使用寿命，Cf表示一个闪络事件对应的经济代价估计值，Csa表示每个避雷器的成本，Nsa表示安装避雷器的数量；(9)按照公式(6)～(7)对每个粒子的速度进行更新，按照公式(8)～(9)对每个粒子的位置进行更新，获得更新后的每个粒子的位置Pul＝[Pul1,Pul2,…,Pulh,…,Puld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，获得更新后的每个粒子的速度Vul＝[Vul1,Vul2,…,Vulh,…,Vuld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，设置更新后的粒子群为PU，令PU＝{Pul,l＝1,2,…,N}；Vulh＝ω·Vlh+c1·r1·(pblh-Plh)+c2·r2·(gbh-Plh),l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d(6)其中，Vulh表示第l个粒子中第h维变量更新后的速度值，Pulh表示第l个粒子中第h维变量更新后的位置值，ω表示惯量权重，k表示当前迭代次数，ωmax表示惯量权重ω的最大值，ωmin表示惯量权重ω的最小值，r1、r2和r3表示介...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国强，章学树，陈碧鹏，吴烈，李理敏，王环，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33