采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法技术

本发明专利技术公开了属于电网安全与灾害防治领域的一种采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法。主要包括电网GIC理论计算，构建GIC治理优化模型、目标函数和约束条件，采用改进NSGA

【技术实现步骤摘要】
采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法


[0001]本专利技术涉及电网安全与灾害防治领域，尤其涉及采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法。

技术介绍

[0002]太阳风冲击地球产生的地磁暴诱发过魁北克电网大停电以及北欧、北美和南非等大量的变压器损毁事故。其中，北欧、北美高磁纬地区由于地磁暴的地磁扰动相对大，所以受其影响更为严重。地磁暴在230kV电网产生的地磁感应电流(GIC)很大，在变压器中性点串电阻治理GIC不仅需要巨大的投资，而且会改变电网GIC分布和衍生新的GIC事故高风险站点，所以不提倡在中性点治理GIC。
[0003]我国地磁维度相对低，相同地磁暴的地磁扰动小，220kV及以下电网发生GIC事故的概率小，因此我国电网的GIC治理需求主要集中在1000kV、750kV和采用大截面导线的500kV电网。随着超特高压的发展，大电网导线电阻越来越小，地磁暴在电网产生的GIC越来越大。较大的0.0001～0.01Hz的GIC流经变压器会造成变压器铁芯的直流偏磁饱和，变压器铁芯饱和次生的谐波、无功损耗等有害干扰可能损毁变压器，进而威胁电网的安全运行。
[0004]针对在变压器中性点串接电阻的治理方案，本专利技术提出了基于改进NSGA
‑
II算法的地磁暴电网灾害治理方案的优化方法，以治理后全网的GIC和治理电阻最小为目标，实现对地磁暴电网灾害治理方案的优化，以提高电网运行的可靠性和治理的经济性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征在于，包括电网GIC理论计算，构建GIC治理优化模型、目标函数和约束条件，采用改进NSGA
‑
II算法优化计算，以及通过模糊隶属度评价获得优化；具体实现步骤如下：
[0006]步骤A：根据大地电性及其构造的数据和资料以及典型地磁暴的地磁扰动和电网的数据和资料，建立大地和电网模型来计算GIC；
[0007]步骤B：以变压器中性点GIC最小和治理电阻总阻值最小为优化目标，考虑GIC侵害变压器次生的GIC无功扰动Q
GIC
和电压波动因素的影响，构建基于Q
GIC
和电压波动约束的GIC治理优化的双层模型；
[0008]步骤C：采用改进NSGA
‑
II算法和基于模糊隶属度评价的GIC治理方案优化计算方法，获得治理效果最好和投资最小的治理方案；
[0009]步骤D：对理论计算的电阻治理最优方案做标准化工程处理，提出治理工程应用方案，比较评价工程方案治理前后的效果。
[0010]所述步骤B中的双层模型包括电阻规划层模型和安全校验层模型。
[0011]所述电阻规划层模型的目标函数包括：
[0012]目标函数DM1：以在任意方向地电场下流过变压器中性点最大GICI
GIC,max
最小为目标，
[0013]min f1＝min(I
GIC,max
)＝min(max A
i
)，i＝1,2...,K
[0014]式中，A
i
表示某个方向下各变压器中性点GIC的最大值，i表示变压器的标号，K＝180，表示在地电场方向1
°
～180
°
之间；设任意方向各厂站变压器中性点GIC最大值
[0015]A＝max|I
GICj
|,j＝1,2...,M
[0016]I
GIC,max
＝maxA
i
,i＝1,2...,K
[0017]式中，M表示变压器的个数，j表示第j个变压器；
[0018]目标函数DM2：以变压器中性点装设的电阻的总值最小为目标，
[0019][0020]式中，R
i
表示变压器i中性点串接的电阻值，N表示可串接电阻的变电站个数；
[0021]目标函数DM3：以全网电压波动总值最小为目标，
[0022][0023]式中，Δu
n
表示电网节点n处的电压波动值，N'表示电网节点数，节点电压值均用标幺值表示。
[0024]电阻规划层模型的约束条件包括：
[0025]约束条件DY1：设定流过变压器GIC最大值的约束为
[0026][0027]约束条件DY2：设定流过电网中所有变压器GIC均值的约束为
[0028][0029]约束条件DY3：设定中性点串接电阻的约束为
[0030][0031]所述安全校验层模型的目标函数为：
[0032]目标函数AM：以全网电压越限最小为目标，
[0033][0034][0035]式中：u
n
为电网中节点n受Q
GIC
影响的电压幅值；u
n0
为正常运行下节点n的电压幅值；u
N
为额定电压幅值；Δu
n
表示节点n的电压偏移值，C表示发生电压越限时的惩罚系数。
[0036]安全校验层模型的约束条件包括：
[0037]约束条件AY1：等约束条件为
[0038][0039]在上述无功潮流平衡方程Q
i
包含GIC次生Q
GIC
，表达式为：
[0040]Q
t,new
＝Q
t
‑
Q
GIC
[0041]其中，Q
t,new
为考虑全网Q
GIC
的影响，替换Q
Li
；
[0042]约束条件AY2：不等约束条件为
[0043][0044]式中：Q
Gi
表示发电机i提供的无功功率；Q
Ck
表示并联电容器k补偿的无功功率；u
j
表示节点j的电压；N
G
表示发电机个数；N
T
表示系统节点数；N
C
表示无功补偿装置个数。
[0045]所述步骤C还包括：
[0046]步骤C1：约束竞标赛选择
[0047]用违反约束度R
c
来表达约束条件，其表达式为
[0048][0049]其中，m表示所设约束条件的数量，g
j
表示超出相应约束的幅值；Pop为当前群体中的个体数；
[0050]约束竞标赛准则如下：
[0051](A)优先选择可行解，排除不可行解；
[0052](B)优先选择离可行域较近，即R
ci
较小；
[0053](C)优先选择离Pareto前沿较近的解；
[0054](D)对不可行解，准则(B)优于准则(C)；
[0055]约束竞标赛选择时需要确定个体的优先等级，确定步骤如下：
[0056]a)将全部个体根据上述两个目标函数进行Pareto排序定级，R
oi
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征在于，包括电网GIC理论计算，构建GIC治理优化模型、目标函数和约束条件，采用改进NSGA
‑
II算法优化计算，以及通过模糊隶属度评价获得优化；具体实现步骤如下：步骤A：根据大地电性及其构造的数据和资料以及典型地磁暴的地磁扰动和电网的数据和资料，建立大地和电网模型来计算GIC；步骤B：以变压器中性点GIC最小和治理电阻总阻值最小为优化目标，考虑GIC侵害变压器次生的GIC无功扰动Q
GIC
和电压波动因素的影响，构建基于Q
GIC
和电压波动约束的GIC治理优化的双层模型；步骤C：采用改进NSGA
‑
II算法和基于模糊隶属度评价的GIC治理方案优化计算方法，获得治理效果最好和投资最小的治理方案；步骤D：对理论计算的电阻治理最优方案做标准化工程处理，提出治理工程应用方案，比较评价工程方案治理前后的效果。2.根据权利要求1所述的采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征在于，所述步骤B中的双层模型包括电阻规划层模型和安全校验层模型。3.根据权利要求2所述的采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征在于，所述电阻规划层模型的目标函数包括：目标函数DM1：以在任意方向地电场下流过变压器中性点最大GICI
GIC,max
最小为目标，minf1＝min(I
GIC,max
)＝min(maxA
i
)，i＝1,2...,K式中，A
i
表示某个方向下各变压器中性点GIC的最大值，i表示变压器的标号，K＝180，表示在地电场方向1
°
～180
°
之间；目标函数DM2：以变压器中性点装设的电阻的总值最小为目标，式中，R
i
表示变压器i中性点串接的电阻值，N表示可串接电阻的变电站个数；目标函数DM3：以全网电压波动总值最小为目标，式中，Δu
n
表示电网节点n处的电压波动值，N表示电网节点数，节点电压值均用标幺值表示。4.根据权利要求3所述的采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征在于，电阻规划层模型的约束条件包括：约束条件DY1：设定流过变压器GIC最大值的约束为约束条件DY2：设定流过电网中所有变压器GIC均值的约束为
约束条件DY3：设定中性点串接电阻的约束为5.根据权利要求2所述的采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征在于，所述安全校验层模型的目标函数为：目标函数AM：以全网电压越限最小为目标，目标函数AM：以全网电压越限最小为目标，式中：u
n
为电网中节点n受Q
GIC
影响的电压幅值；u
n0
为正常运行下节点n的电压幅值；u
N
为额定电压幅值；Δu
n
表示节点n的电压偏移值，C表示发生电压越限时的惩罚系数。6.根据权利要求5所述的采用小电阻治理地磁暴电网灾害的优化方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海明，孟辉，刘斌，范胜国，袁晓磊，张海龙，梁建，石海鹏，刘文琳，
申请(专利权)人：北京天和本安电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：