一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，步骤一、交流电网直流电流、无功损耗、潮流的计算：将变压器中性点和电网节点矩阵化，建立交流网络直流分布模型，变压器额外无功损耗的计算，建立潮流计算模型；步骤二、直流偏磁抑制装置的多约束优化：以母线电压、变压器有功和无功损耗作为隔直装置优化布置的约束条件，通过量子遗传算法和罚函数法，实现任意电网结构和任意土壤分层结构下的电容隔直装置台数最小化的优化布置，以应对直流工程单极大地运行对交流电网造成的直流偏磁危害。磁危害。磁危害。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法


[0001]本专利技术涉及电网优化研究领域，具体地，涉及一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法。

技术介绍

[0002]在直流输电工程单极大地运行时，数千安培的直流电流通过直流接地极入地并在地表产生电位分布，由于交流电网的广跨度和低阻性，直流电流通过交流电网的接地点流入并在其中分布，进而引起变压器铁芯磁化特性半周饱和，产生直流偏磁危害，严重危害电力系统的安全运行。电容隔直法作为最为有效的直流偏磁抑制方法，在部分电网中已经得到了应用，但是在实际工程中布置的策略存在盲目性。此外，在对直流电流抑制时，仅仅针对设定的电流阈值进行，没有站在系统的角度考虑直流电流对交流系统的影响。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术考虑了直流电流对系统多参量的影响，以母线电压、变压器有功损耗和无功损耗等参数作为隔直装置优化布置的约束条件，通过量子遗传算法和罚函数法，提出一种实现任意电网结构和任意土壤分层结构下的电容隔直装置台数最小化的优化布置的方法，以有效应对直流工程单极大地运行对交流电网造成的直流偏磁危害。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，包括步骤一、交流电网直流电流、无功损耗、潮流的计算：将变压器中性点和电网节点矩阵化，建立交流网络直流分布模型，变压器额外无功损耗的计算，建立潮流计算模型；步骤二、直流偏磁抑制装置的多约束优化：以母线电压、变压器有功和无功损耗作为隔直装置优化布置的约束条件，通过量子遗传算法和罚函数法，实现任意电网结构和任意土壤分层结构下的电容隔直装置台数最小化的优化布置。
[0005]进一步优选，所述交流网络直流分布模型是：各变压器中性点电流大小可以表示为：式中，G为各变压器中性点接地电导的对角矩阵，M为交流电网各接地节点之间的互阻矩阵，M0为直流接地极与交流网络各接地节点之间的互阻矩阵，C为交流电网的接地节点与所有节点之间的关联矩阵，Y为节点导纳矩阵，I0为各接地极的入地电流列向量。
[0006]进一步优选，变压器额外无功损耗的计算方式如下：将直流电流的影响耦合到交流电网的潮流计算时，应在相应变压器母线上加载变压器由于直流电流的存在而额外消耗的无功损耗，
其中，Q
i
表示考虑直流电流影响之后的第i条母线的无功功率，表示原第i条母线的无功功率，Q
ti
表示第i条母线上变压器因直流电流的存在额外消耗的无功损耗；若第i条母线上有m台变压器，第k台变压器的中性点直流电流为I
dck
，则第i条母线上变压器因直流电流的存在额外消耗的无功损耗Q
ti
可以表示为：其中U
i
表示第i条母线电压。
[0007]进一步优选，结合牛顿
‑
拉夫逊法，潮流计算模型如下：拉夫逊法，潮流计算模型如下：式中，P
i
表示第i条母线的有功功率， V
i
、V
j
分别表示第i、j个节点的电压， G
ij
表示第i个节点与第j个节点之间的电导，B
ij
表示第i个节点与第j个节点之间的电纳，表示第i个节点和第j个节点之间的相角差，表示第i个节点和第j个节点之间的相角差。
[0008]进一步优选，步骤二包括建立隔直装置台数最小化的目标函数、建立隔直装置接入交流网络的约束方程、求目标函数的优化解。
[0009]进一步优选，所述建立隔直装置台数最小化的目标函数的方式为：设电网中有n台中性点接地的变压器，各变压器中性点是否加装隔直装置分别用1和0来表示，这些数字组成一个n维的0
‑
1向量s，以隔直装置台数最小化为目标函数，其数学表达式为：式中，s
i
表示第i台变压器中性点是否加装隔直装置。
[0010]进一步优选，所述隔直装置接入交流网络的约束方程如下：其中，V
i
表示第i个母线节点的电压，P
gi
表示第i台发电机输出的有功功率，Q
gi
表示第i台发电机输出的无功功率，Q
ti
表示第i条母线上变压器因直流电流的存在额外消耗的无功损耗，V
mini
表示第i个母线节点的电压限定值，P
gmaxi
表示第i台发电机输出的有功功率限定值，Q
gmaxi
表示第i台发电机输出的无功功率限定值、Q
tmaxi
表示第i条母线上变压器因直流电流的存在额外消耗的无功损耗限定值。
[0011]进一步优选，求目标函数的优化解的过程为：
采用量子遗传算法和罚函数法对隔直装置台数最小化目标函数进行求解，所求解如果不满足某个约束条件，优化的目标是加装隔直装置的台数最小化，用量子遗传算法求解时，隔直装置接入交流网络的约束方程中的约束条件可以转化为罚函数法，即如果解不满足某个约束条件，即执行下式的操作：即在目标函数上加一个很大的数，在算法寻优过程中，会自动淘汰这种较大的解，而使得满足约束条件的解保留下来。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术中，变压器的无功损耗的计算考虑了变压器绕组通过直流电流时，铁心半周波饱和而产生谐波的无功特性。直流影响的系统潮流计算将直流电流耦合进交流电网潮流计算中，以评估直流电流对于交流系统的影响。
[0013]将交流电网中线路、变压器、变电站等节点建立不同直流模型，依模型节点间的关联矩阵、互阻矩阵等计算出系统内各变压器中性点电流大小，提升了模型的运算效率。
[0014]站在系统的角度分析直流电流对交流系统影响，充分考虑直流对系统的影响，将直流电流耦合进交流电网运行状态的评估。考虑直流电流对母线电压、变压器有功和无功损耗、发动机出力等多方面参数影响，对隔直装置的优化布置问题进行了多约束建模，提高了建模计算的准确性。
[0015]运用量子遗传算法，实现了任意电网结构和任意土壤分层结构下的交流电网电容隔直装置的优化布置，以应对直流工程单极大地运行对交流电网造成的直流偏磁危害，该优化方法对直流新建工程对电网直流偏磁影响评估具有重要意义。
附图说明
[0016]图1为本专利技术方法示意图。
[0017]图2为量子遗传算法流程图。
[0018]图3为算例最佳适应度与平均适应度随进化代数的变化。
[0019]图4为算例优化前后变压器的中性点电流。
[0020]图5为算例优化前后变压器的母线中性点电压。
具体实施方式
[0021]下面对本专利技术作进一步详细说明。
[0022]参照图1、一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，所述方法包括：步骤一、交流电网直流电流、无功损耗、潮流的计算：将变压器中性点和电网节点矩阵化，建立交流网络直流分布模型，变压器额外无功损耗的计算，建立潮流计算模型；建立交流网络直流分布模型前，需要收集交流网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，其特征在于，包括:步骤一、交流电网直流电流、无功损耗、潮流的计算：将变压器中性点和电网节点矩阵化，建立交流网络直流分布模型，变压器额外无功损耗的计算，建立潮流计算模型；步骤二、直流偏磁抑制装置的多约束优化：以母线电压、变压器有功和无功损耗作为隔直装置优化布置的约束条件，通过量子遗传算法和罚函数法，实现任意电网结构和任意土壤分层结构下的电容隔直装置台数最小化的优化布置。2.根据权利要求1所述的电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，其特征在于，所述交流网络直流分布模型是：各变压器中性点电流大小表示为：式中，G为各变压器中性点接地电导的对角矩阵，M为交流电网各接地节点之间的互阻矩阵，M0为直流接地极与交流网络各接地节点之间的互阻矩阵，C为交流电网的接地节点与所有节点之间的关联矩阵，Y为节点导纳矩阵，I0为各接地极的入地电流列向量。3.根据权利要求1所述的电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，其特征在于，变压器额外无功损耗的计算方式如下：将直流电流的影响耦合到交流电网的潮流计算时，应在相应变压器母线上加载变压器由于直流电流的存在而额外消耗的无功损耗，其中，Q
i
表示考虑直流电流影响之后的第i条母线的无功功率，表示原第i条母线的无功功率，Q
ti
表示第i条母线上变压器因直流电流的存在额外消耗的无功损耗；若第i条母线上有m台变压器，第k台变压器的中性点直流电流为I
dck
，则第i条母线上变压器因直流电流的存在额外消耗的无功损耗Q
ti
表示为：其中U
i
表示第i条母线电压。4.根据权利要求3所述的电力系统偏磁电流隔直装置优化布置方法，其特征在于，结合牛顿
‑
拉夫逊法，潮流计算模型如下：拉夫逊法，潮流计算模型如下：式中，P
i
表示第i条母线的有功功率， V
i
、V
j
分别表示第i、j个节点的电压， G
ij
表示第i个节点与第j个节点之间的电导，B
ij
表示第i个...

【专利技术属性】
技术研发人员：童涛，徐碧川，李唐兵，万华，童军心，童超，王鹏，刘玉婷，曾磊磊，龙国华，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：