计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法，计及不同故障时配电网敏感负荷电压暂降特征的不确定性，建立电压暂降随机经济损失模型；考虑静止同步补偿器和动态电压恢复器的工作特性，基于阻抗矩阵建立多类型补偿设备的数学模型，以补偿设备安装运行总成本及电压暂降经济损失最小为目标函数，应用人工免疫算法对多类型补偿设备进行优化配置，改善配电网电压质量和补偿设备配置的经济性，具有一定的工程实用价值。

Optimal Allocation Method of Compensation Equipment Considering Uncertainty of Economic Loss due to Voltage Sag

【技术实现步骤摘要】
计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法
本专利技术实施例涉及电能质量控制与分析
，尤其涉及一种计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法。
技术介绍
随着经济发展和高精密设备的广泛应用，用户对电压质量的要求越来越高。电压暂降会造成敏感设备的不正常运行，从而给工业生产造成巨大的经济损失。因此，不论从保证电力系统的安全、经济运行角度，还是从保证设备安全的角度，迫切需要对电力系统中的电压暂降加以治理，及时应对系统内电压暂降的发生，分析故障发生时系统内的电压暂降分布与各节点的期望电压暂降特征，进而采取必要的防治补偿措施。为了有效应对电压暂降发生与传播对敏感电力用户影响，提高城市电网的安全可靠性，需要开展综合防治补偿设备的配置研究。考虑到电压暂降防治设备的类型和补偿能力不同与电压暂降对于不同负荷的影响特征差异，对于电压暂降补偿设备的装置的配置需对补偿设备的类型、接入位置、接入容量进行优化。此外，考虑到工程实际，优电压暂降综合防治补偿方案还需兼顾方案的投资成本与电网运行的经济效益。
技术实现思路
本专利技术提供一种计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法，考虑电压暂降发生的不确定性，建立多类型补偿设备接入后的电压暂降经济损失的随机模型。同时兼顾系统内的电压暂降经济损失成本与补偿设备的配置运行成本，利用人工免疫算法对补偿设备的接入位置、接入容量和接入类型进行优化。该方法计及了电压暂降的随机性，分析了不同补偿设备对于改善电压暂降的工作特性，以一定时间周期内经济性最优为目标进行配置，更符合工程实际。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：一种计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法，所述方法包括：S10、根据电力系统阻抗矩阵建立静止同步补偿器和动态电压恢复器的补偿模型，提出静止同步补偿器和动态电压恢复器在电力系统不同位置接入时的补偿能力计算方法；S20、结合不同故障类型下的补偿设备模型，建立电力系统内任意位置发生故障时的电压暂降解析式；S30、根据电压暂降解析式建立关于故障位置的电压暂降幅值分布的概率密度函数，以故障位置在线路上的概率分布反映电压暂降在不同暂降幅值的概率分布，计算不同电压区间的期望暂降频次及经济损失；S40、以补偿设备的安装和运行成本及电压暂降经济损失最小为目标函数，以补偿设备容量限制为约束，建立优化配置模型，运用人工免疫算法进行优化求解；S50、生成初始种群，进行种群免疫操作，包括选择、克隆、变异和克隆抑制，刷新种群，直至满足收敛条件，得到优化配置方案。进一步地，所述计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法中，所述步骤S10包括：S101、将静止同步补偿器(StaticSynchronousCoMP1908580ensator，STATCOM)视为电力系统中的一个可控电流源，基于阻抗矩阵的补偿模型可表示为：式中，N为系统内的节点数，Ish为STATCOM发出的补偿电流，Ik为故障电流；(a)三相接地短路故障根据式(1)，STATCOM并联点(设为节点t)和故障点(设为节点k)的暂降电压可表示为：并假设：计算矩阵M中各元素，并假设：可得到STATCOM的补偿电路Ish的计算式如下：因此，若Vs≥kUtfcosβ，则通过STATCOM进行电压补偿，节点t的电压暂降可补偿至稳态电压水平Utpre，其补偿电流可按式(7)计算得到；反之，若Vs＜kUtfcosβ，则经补偿后的节点t电压幅值可表示为：计算中，若补偿电流Ish达到补偿电流阈值Irate，则令Ish＝Irate(9)这种情况下，补偿后节点t的电压暂降幅值式(7)计算得到；(b)单相接地短路故障对于不对称短路故障，应用对称分量法进行分析，假设A相为故障相，则有：式中，Ztt0、Ztt1、Ztt2和Zkk0、Zkk1、Zkk2分别为节点t和节点k的零序、正序和负序自阻抗；Ztk0、Ztk1、Ztk2分别为节点t和节点k之间的零序、正序和负序互阻抗，根据单相接地短路故障的边界条件，可以得到故障相补偿电流Isha为：式中，Ua，Ub和Uc分别为未补偿时的各相故障电压，Ishb和Ishc分别为非故障相的补偿电流，由于A相为故障相，故BC相补偿电流Ishb和Ishc均为0，根据式(1)则可得到经STATCOM补偿后的电压暂降幅值；(c)两相接地短路故障与单相接地短路故障的计算方法类似，根据式(1)和该故障类型的边界条件，即可得到故障相的补偿电流，在此不再赘述；(b)两相相间短路故障与接地短路故障不同，相间短路故障时不存在零序故障分量，将式(1)表示为序分量形式，可表示为：进而根据两相相间短路故障的边界条件，矩阵M变换为：则故障相的正序补偿电流Ish1可表示为：类似的利用相序变换可得到各相补偿电流与补偿电压；S102、将动态电压调节器(DynamicVoltageRegulator，DVR)视为电力系统中的一个可控电压源，基于阻抗矩阵的补偿模型可表示为：式中，UDVR为DVR设备输出的补偿电压，经DVR参与电压暂降补偿后的节点电压可表示为：式中，Ut为补偿后的节点电压，α为补偿后的节点电压相角，γ为故障时的故障电压相角，θ为正常运行情况下的节点电压相角，DVR参与补偿电压电压暂降所需的所提供的无功功率QDVR可表示为：本方法仅考虑DVR运行一般情况，即仅提供无功功率进行补偿，则有：同样的，若Utf>Utprecosθ，则故障后电压可恢复至正常运行状态下的电压水平，此时，则Ut＝Utpre，根据式(16)可计算得到DVR输出的补偿电压幅值和相角，若DVR参与电压补偿所提供的无功功率达到其容量上限Qrate，则经补偿后的节点电压可表示为：式中，St为节点t所接负荷的视在功率。进一步地，所述计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法中，所述步骤S20包括：S201、假设故障点k位于线路m-n上的λ处，λ为故障位置在线路上的归一化距离，可表示为：若故障点k不在线路首末节点，则将其视为虚拟节点，故障点k和其他任一节点t的互阻抗及其自阻抗可分别表示为式中，zmn012为线路m-n之间的零序、正序和负序线路阻抗；S202、建立基于阻抗矩阵的不同故障类型下电压暂降方程，电压方程可表示为(假设A相为故障相)式中，Utf和Utpre分别表示节点t的故障时的电压暂降幅值和稳态电压幅值；SLGF、LLF、DLGF和TPF分别表示单相接地故障、相间短路故障、相间接地短路故障和三相短路故障；S203、根据步骤S10所述的补偿设备的补偿能力计算方法，推导节点经电压补偿后的电压暂降幅值，可表示为：式中，UCOM为补偿设备的输出电压，根据补偿位置与补偿设备容量计算可得；Ut为故障时经补偿设备补偿后的电压水平。进一步地，所述计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法中，所述步骤S30包括：S301、根据上式，不同故障类型下电压暂降幅值是关于故障位置的函数，电压暂降幅值分布与线路上不同位置的故障率有关，电压暂降的概率密度函数可表示为：式中，g(λ)为故障位置在线路的概率分布函数，将归一化故障位置用故障电压表示，反解电压方程，即可得到故障位置关于故障电压的微分，因此，当故障发生在线路j时，故障点位于线路j上区间[λlow，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法，其特征在于，所述方法包括：S10、根据电力系统阻抗矩阵建立静止同步补偿器和动态电压恢复器的补偿模型，提出静止同步补偿器和动态电压恢复器在电力系统不同位置接入时的补偿能力计算方法；S20、结合不同故障类型下的补偿设备模型，建立电力系统内任意位置发生故障时的电压暂降解析式；S30、根据电压暂降解析式建立关于故障位置的电压暂降幅值分布的概率密度函数，以故障位置在线路上的概率分布反映电压暂降在不同暂降幅值的概率分布，计算不同电压区间的期望暂降频次及经济损失；S40、以补偿设备的安装和运行成本及电压暂降经济损失最小为目标函数，以补偿设备容量限制为约束，建立优化配置模型，运用人工免疫算法进行优化求解；S50、生成初始种群，进行种群免疫操作，包括选择、克隆、变异和克隆抑制，刷新种群，直至满足收敛条件，得到优化配置方案。

【技术特征摘要】
1.一种计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法，其特征在于，所述方法包括：S10、根据电力系统阻抗矩阵建立静止同步补偿器和动态电压恢复器的补偿模型，提出静止同步补偿器和动态电压恢复器在电力系统不同位置接入时的补偿能力计算方法；S20、结合不同故障类型下的补偿设备模型，建立电力系统内任意位置发生故障时的电压暂降解析式；S30、根据电压暂降解析式建立关于故障位置的电压暂降幅值分布的概率密度函数，以故障位置在线路上的概率分布反映电压暂降在不同暂降幅值的概率分布，计算不同电压区间的期望暂降频次及经济损失；S40、以补偿设备的安装和运行成本及电压暂降经济损失最小为目标函数，以补偿设备容量限制为约束，建立优化配置模型，运用人工免疫算法进行优化求解；S50、生成初始种群，进行种群免疫操作，包括选择、克隆、变异和克隆抑制，刷新种群，直至满足收敛条件，得到优化配置方案。2.根据权利要求1所述的计及电压暂降经济损失不确定性的补偿设备优化配置方法，其特征在于，所述步骤S10包括：S101、将静止同步补偿器视为电力系统中的一个可控电流源，基于阻抗矩阵的补偿模型可表示为：式中，N为系统内的节点数，Ish为STATCOM发出的补偿电流，Ik为故障电流；(a)三相接地短路故障根据式(1)，STATCOM并联点(设为节点t)和故障点(设为节点k)的暂降电压可表示为：并假设：计算矩阵M中各元素，并假设：可得到STATCOM的补偿电路Ish的计算式如下：因此，若Vs≥kUtfcosβ，则通过STATCOM进行电压补偿，节点t的电压暂降可补偿至稳态电压水平Utpre，其补偿电流可按式(7)计算得到；反之，若Vs＜kUtfcosβ，则经补偿后的节点t电压幅值可表示为：计算中，若补偿电流Ish达到补偿电流阈值Irate，则令Ish＝Irate(9)这种情况下，补偿后节点t的电压暂降幅值式(7)计算得到；(b)单相接地短路故障对于不对称短路故障，应用对称分量法进行分析，假设A相为故障相，则有：式中，Ztt0、Ztt1、Ztt2和Zkk0、Zkk1、Zkk2分别为节点t和节点k的零序、正序和负序自阻抗；Ztk0、Ztk1、Ztk2分别为节点t和节点k之间的零序、正序和负序互阻抗，根据单相接地短路故障的边界条件，可以得到故障相补偿电流Isha为：式中，Ua，Ub和Uc分别为未补偿时的各相故障电压，Ishb和Ishc分别为非故障相的补偿电流，由于A相为故障相，故BC相补偿电流Ishb和Ishc均为0，根据式(1)则可得到经STATCOM补偿后的电压暂降幅值；(c)两相接地短路故障与单相接地短路故障的计算方法类似，根据式(1)和该故障类型的边界条件，即可得到故障相的补偿电流，在此不再赘述；(b)两相相间短路故障与接地短路故障不同，相间短路故障时不存在零序故障分量，将式(1)表示为序分量形式，可表示为：进而根据两相相间短路故障的边界条件，矩阵M变换为：则故障相的正序补偿电流Ish1可表示为：类似的利用相序变换可得到各相补偿电流与补偿电压；S102、将动态电压调节器视为电力系统中的一个可控电压源，基于阻抗矩阵的补偿模型可表示为：式中，UDVR为DVR设备输出的补偿电压，经DVR参与电压暂降补偿后的节点电压可表示为：式中，Ut为补偿后的节点电压，α为补偿后的节点电压相角，γ为故障时的故障电压相角，θ为正常运行情况下的节点电压相角，DVR参与补偿电压电压暂降所需的所提供的无功功率QDVR可表示为：本方法仅考虑DVR运行一般情况，即仅提供无功功率进行补偿，则有：同样的，若Utf>Utprecosθ，则故障后电压可恢复至正常运行状态下的电压水平，此时，则Ut＝Utpre，根据式(16)可计算得到DVR输出的补...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢伟伦，万四维，薛峰，黄志威，陈欣晖，吴洁婷，谢培成，许家凤，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司东莞供电局，
类型：发明
国别省市：广东,44