一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法技术

本发明专利技术涉及保底网架规划技术领域，具体涉及一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法，具体步骤包括S1：建立以线路电气介数为参考因素的目标函数；S2：建立优化模型的等式约束，以基尔霍夫电流定律为基础建立节点电流等式约束；S3：建立优化模型的不等式约束，包括发电机功率限制约束、线路功率限制约束、经济性约束和连通性约束；S4：求解此混合整数规划模型，得出保底网架搜索结果。采用本发明专利技术可有效避免了传统智能算法求解效率低、鲁棒性差和结果不确定性的问题。利用现有的成熟的算法可有效解决该混合整数规划模型，提高了保底网架搜索的速度和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法
本专利技术涉及保底网架规划
，具体涉及一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法。
技术介绍
近年来，中国电网多次遭受冰冻、台风、地震等极端自然灾害的破坏，造成了一系列损失惨重的大停电事故，电力系统大停电事故得到了越来越密切的关注。大停电事故一般由内部或外部因素造成的故障使电网中某些脆弱线路或重要节点退出运行，引发大范围潮流转移，进而导致连锁故障，最终导致大范围停电事故。因此，有必要搜索电网中关键线路，针对这部分线路所处环境进行差异化设计，提高其抗灾能力，这对于增强电力系统运行稳定性、减小由于自然灾害对电网损害进行抢修、重建的二次投资以及保障电网在严重自然灾害下的安全可靠运行具有重要意义。保底网架搜索涉及复杂网络理论和大规模电力系统动态研究。有学者基于等值导纳的电力系统小世界特性识别方法基础上提出输电线路“电气介数”的概念，将其用于关键线路识别，这种方法可以反映潮流的实际传输情况，物理背景更符合电力系统实际。保底网架在搜索过程中，必须始终满足系统潮流约束和连通性约束。因此所建立的约束方程的正确性和复杂性直接影响保底网架搜索结果和编程计算复杂程度。现有的保底网架搜索建模方法中，多考虑系统潮流约束以满足电网安全运行约束条件，建立混合整数非线性规划模型。传统潮流约束，以节点功率表达式为基础，公式如下：式中，Pi为各节点注入有功功率，Qi为各节点注入无功功率，Ui、Uj分别为为节点i、j的节点电压，n为系统节点数，Gij、Bij分别为连接节点i、j的支路电导和电纳，δij为节点i电压相位角δi与节点j电压相位角δj之差。目前还没有一种成熟的算法可以完美地解决混合整数非线性规划问题，在求解混合整数非线性规划问题时，只能采取各种人工智能算法，不断改进，计算结果在每次求解后都有变化。可知，传统保底网架搜索建模方法求解难度大，无论采用何种智能算法都需要多次搜索，速度慢，效率低，不能适应现代电力系统高速、简便的建模要求。因此，如何建立有效快速的保底网架搜索模型对于电力系统稳定运行及灾后重建是一个至关重要的问题。骨干网架构建问题是一个多变量、非线性、多约束的组合优化问题，近年来对于这类问题的求解大多采用人工智能算法。“基于改进BBO优化算法和电网生存性的核心骨干网架构建[J].中国电机工程学报,2014,34(16):2659-2667.”、“基于生物地理学优化算法的核心骨干网架搜索方法研究[J].陕西电力,2014,42(08):1-5.”两篇文章都提出采用具有较强搜索能力的改进生物地理学优化算法搜索骨干网架。“基于改进二进制量子粒子群算法的核心骨干网架搜索[J].中国电机工程学报,2014,34(34):6127-6133.”一文采用改进二进制量粒子群算法进行骨干网架搜索。“骨干网架搜索方法研究[D].南昌大学,2018”一文中采用引导烟花算法搜索骨干网架。“综合考虑节点重要度和线路介数的网络重构[J].电力系统自动化,2010,34(12):29-33.”一文采用离散粒子群算法(DPSO)搜索骨干网架。“电网差异化核心骨干网架构建及其评估方法研究[D].武汉大学,2017.”一文采用改进量子粒子群算法搜索骨干网架。以上方法都采用人工智能的算法求解，它们普遍存在计算速度慢，结果不确定，容易陷入局部最优等问题。在求解保底网架搜索问题中存在很大的局限性，有待改进。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法，具体技术方案如下：一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法包括以下步骤：S1：建立以线路电气介数为参考因素的目标函数；其中，变量为支路运行状态，0为退出，1为投运；S2：建立优化模型的等式约束，以基尔霍夫电流定律为基础建立节点电流等式约束；S3：建立优化模型的不等式约束，包括发电机功率限制约束、线路功率限制约束、经济性约束和连通性约束；S4：求解此混合整数规划模型，得出保底网架搜索结果。优选地，所述步骤S1中以线路电气介数为参考因素的建立的目标函数具体为：其中xij为支路的运行状态，0为退出，1为投运，xij∈{0,1},Ωl表示系统中所有线路的集合；wij是子网的搜索权重，参考线路电气介数，设置线路电气介数权重为1，即子网搜索权重等于各线路电气介数；线路电气介数的计算方式如下：式中，Imn(i,j)为在“发电-负荷”节点(m,n)间加上单位注入电流元后，在线路(i,j)上引起的电流；Wm为发电节点m的权重，取发电机额定容量或实际出力，Wn为负荷节点n的权重，取实际或峰值负荷；G和L为所有发电和负荷节点的集合。优选地，所述步骤S2中建立的节点电流等式约束为：式中，Iji为从j节点流入i节点的电流；Iij为从i节点流出到j节点的电流；gi为发电机在i节点的注入电流；di为负荷i节点的负载电流；Ωb为系统中所有母线的集合，Ωl表示系统中所有线路的集合。优选地，所述步骤S3中发电机功率限制约束具体为：式中，gi为发电节点i出力，为发电节点i出力上限，Ωbs为保底网架中保留的发电节点的集合。优选地，所述步骤S3中的线路功率限制约束具体为：式中，|Iij|为线路(i,j)上由节点i传输至节点j的电流值的绝对值，若Iij为负数代表电流反向流动，为线路传输电流上限；xij为支路的运行状态，0为退出，1为投运，xij∈{0,1},Ωl表示系统中所有线路的集合。优选地，所述步骤S3中的经济性约束具体为：设定线路总数小于某一数值以满足经济性，设定约束方程如下：其中，n为期望线路总数，根据实际情况及差异性需求设定；xij为支路的运行状态，0为退出，1为投运，xij∈{0,1},Ωl表示系统中所有线路的集合。优选地，所述步骤S3中的连通性约束具体为：其中，Ωl表示系统中所有线路的集合；Ωb表示系统中所有母线的集合；表示功率k从节点i流向节点j；表示功率k从节点j流向节点i；xij为支路的运行状态，0为退出，1为投运，xij∈{0,1},yij代表线路方向为从节点i到节点j；yji代表线路方向为从节点j到节点i；x,y,f均为二元变量；k,i,j均属于所有网络节点的集合。本专利技术的有益效果为：采用本专利技术可有效避免了传统智能算法求解效率低、鲁棒性差和结果不确定性的问题。利用现有的成熟的算法可有效解决该混合整数规划模型，提高了保底网架搜索的速度和准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是IEEE14节点系统连通拓扑图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：本实施例以图1所示的IEEE14节点系统为例，细叙述具体实施方案，一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法包括以下几个步骤：一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法包括以下步骤：S1：建立以线路电气介数为参考因素的目标函数；其中，变量为支路运行状态，0为退出，1为投运。首先建立目标函数如下：其中xij本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立以线路电气介数为参考因素的目标函数；其中，变量为支路运行状态，0为退出，1为投运；S2：建立优化模型的等式约束，以基尔霍夫电流定律为基础建立节点电流等式约束；S3：建立优化模型的不等式约束，包括发电机功率限制约束、线路功率限制约束、经济性约束和连通性约束；S4：求解此混合整数规划模型，得出保底网架搜索结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立以线路电气介数为参考因素的目标函数；其中，变量为支路运行状态，0为退出，1为投运；S2：建立优化模型的等式约束，以基尔霍夫电流定律为基础建立节点电流等式约束；S3：建立优化模型的不等式约束，包括发电机功率限制约束、线路功率限制约束、经济性约束和连通性约束；S4：求解此混合整数规划模型，得出保底网架搜索结果。2.根据权利要求1所述的一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法，其特征在于：所述步骤S1中以线路电气介数为参考因素的建立的目标函数具体为：其中xij为支路的运行状态，0为退出，1为投运，xij∈{0,1},Ωl表示系统中所有线路的集合；wij是子网的搜索权重，参考线路电气介数，设置线路电气介数权重为1，即子网搜索权重等于各线路电气介数；线路电气介数的计算方式如下：式中，Imn(i,j)为在“发电-负荷”节点(m,n)间加上单位注入电流元后，在线路(i,j)上引起的电流；Wm为发电节点m的权重，取发电机额定容量或实际出力，Wn为负荷节点n的权重，取实际或峰值负荷；G和L为所有发电和负荷节点的集合。3.根据权利要求1所述的一种基于混合整数线性规划的弹性保底网架搜索建模方法，其特征在于：所述步骤S2中建立的节点电流等式约束为：式中，Iji为从j节点流入i节点的电流；Iij为从i节点流出到j节点的电流；gi为发电机在i节点的注入电流；di为负荷i节点的负载电流；Ωb为系统中所有母线的集合，Ωl表示系统中所有线路的集合。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志媛，梁水莹，李一铭，李明珀，丘晓茵，周柯，孙艳，刘默斯，刘光时，丘浩，刘贤，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45