一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法技术

一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，包括以下步骤：输入网络原始参数、算法相关参数；构建以可用输电能力最大、电压偏差和电压稳定性最小为目标函数的UPFC多目标优化配置模型；建立满足系统稳定运行的约束条件，包括等式约束、不等式约束，其中，等式约束为系统的潮流方程，不等式约束包括控制变量约束和状态变量约束；采用自适应罚函数处理状态变量约束；基于改进的NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法


[0001]本专利技术涉及电力系统优化配置
，具体涉及一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法。

技术介绍

[0002]随着现代电力系统的不断扩大和对系统传输容量需求的提升，如何在不改变输电网络现有结构的条件下增加电力系统的可用输电能力及提高电压稳定性具有重大意义。柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System,FACTS)的出现成为了解决该问题的有效措施。FACTS装置以高压、大功率的电力电子设备为基础，通过灵活快速的控制技术能够有效地改变输电线路的潮流分布，减小长距离输电带来的线路损耗，提高电力系统的传输容量和电压质量，从而提高电力系统运行的稳定性和经济效益。
[0003]自FACTS技术提出以来，出现了许多不同的FACTS设备，其中，统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)能够调节线路电压和相位，兼具改善潮流分布和无功补偿的功能，具有广阔的应用前景。若UPFC设备安装位置及容量配置不当，会导致输电能力和电压稳定性下降，设备的投资成本较高等问题。因此，对UPFC设备进行优化配置已成为实际工程中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为提高电力系统的运行经济性和稳定性，本专利技术提供一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，该方法以可用输电能力最大、电压偏差和L指标最小来对UPFC选址及容量进行优化，采用改进的NSGA
‑
III算法对模型进行求解，得到最优的配置方案。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：输入网络原始参数，包括系统支路参数、各节点负荷、补偿装置参数上下限；输入算法相关参数，包括种群大小、最大迭代次数、变异系数上下限、交叉系数上下限；
[0008]步骤2：构建以可用输电能力最大、电压偏差和电压稳定性最小为目标函数的UPFC多目标优化配置模型；
[0009]步骤3：建立满足系统稳定运行的约束条件，包括等式约束、不等式约束，其中，等式约束为系统的潮流方程，不等式约束包括控制变量约束和状态变量约束；
[0010]步骤4：采用自适应罚函数处理状态变量约束；
[0011]步骤5：基于改进的NSGA
‑
III算法，对UPFC多目标优化配置模型进行求解。
[0012]所述步骤2中，电压偏差以所有支路中电压偏移之和表示，电压稳定性以L指标反映系统的电压稳定情况，目标函数具体为：
[0013]用输电能力：
[0014]电压偏差：
[0015]L指标：
[0016]式(1)、式(2)、式(3)中，f1为系统可用输电能力，即区域间的ATC，λ
Li
表示第i个负荷的增长比例；P
Li
表示第i个负荷节点的有功负荷；N
PQ
为受电区域PQ节点个数；P0表示基态潮流情况下的有功负荷。
[0017]f2为总电压偏差；U
i
为线路末端处实际电压，U
N
为线路末端处的额定电压；
[0018]f3为L指标；L
j
表示第j个负荷节点的L指标，取所有负荷节点L指标的最大值来评价整个系统的L指标；n
G
表示系统中发电机节点个数；α
L
、α
G
表示系统中所有负荷节点、发电机节点的集合；U
i
表示第i个发电机节点电压，U
j
为第j个负荷节点电压；F
ji
为负荷参与因子矩阵F的第j行第i列元素。
[0019]负荷参与因子矩阵的具体计算表达式如下：
[0020][0021]式(4)中，Y
LL
和Y
LG
为节点导纳矩阵的子阵，Y
LL
‑1表示Y
LL
的逆矩阵。
[0022]Y
LL
和Y
LG
可由下式求得：
[0023][0024]式(5)表示将系统节点分为发电机节点和负荷节点这两组后，对其列写的节点电压方程，其中，U
G
、I
G
表示所有电机节点的电压、电流形成的列向量；U
L
、I
L
表示所有负荷节点的电压、电流形成的列向量；Y
LL
、Y
GG
表示所有负荷节点、发电机节点形成的节点导纳矩阵；Y
LG
、Y
GL
表示负荷节点与发电机节、发电机节点与负荷节点形成的节点导纳矩阵。所述步骤3中，根据系统的运行特性，状态变量约束包括发电机节点电压、发电机有功出力约束、节点电压约束、变压器档位约束及UPFC的控制变量。
[0025]所述步骤3中，约束条件具体为：
[0026]等式约束：
[0027]不等式约束：
[0028]控制变量约束：
[0029]状态变量约束：
[0030]式(6)、式(7)、式(8)中，U
i
、U
j
分别表示节点i、j的电压幅值；θ
ij
表示节点i、j间的电压相位差；G
ij
、B
ij
分别表示支路i
‑
j间的电导与电纳；λ
iG
、λ
iL
分别为发电机有功出力和负荷功率的增长比例；P
Gi
和Q
Gi
分别表示安装于节点i发电机的有功和无功出力；P
Li
和Q
Li
分别表示负荷的有功功率和无功功率；P
Ci
和Q
Ci
分别表示配置UPFC时在节点i处等效注入的有功和无功功率；N为系统节点总数目；U
Gi
、U
Gmax
、U
Gmin
分别表示发电机节点的电压幅值和上下限；U
Li
、U
Lmax
、U
Lmin
分别为负荷节点的电压幅值及上下限；T
i
、T
max
、T
min
可调变压器分接头档位及上下限；P
ij
、P
ijmax
为支路i
‑
j间的传输功率及上限；U
T
、U
Tmax
、U
Tmin
分别表示UPFC串联侧等效电压源的电压幅值与上下限；θ
T
、θ
Tmax
、θ
Tmin
分别表示UPFC串联侧等效电压源的电压相角与上下限；I
q
、I
qmax
、I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：输入网络原始参数，包括系统支路参数、各节点负荷、补偿装置参数上下限；输入算法相关参数，包括种群大小、最大迭代次数、变异系数上下限、交叉系数上下限；步骤2：构建以可用输电能力最大、电压偏差和电压稳定性最小为目标函数的UPFC多目标优化配置模型；步骤3：建立满足系统稳定运行的约束条件，包括等式约束、不等式约束，其中，等式约束为系统的潮流方程，不等式约束包括控制变量约束和状态变量约束；步骤4：采用自适应罚函数处理状态变量约束；步骤5：基于改进的NSGA
‑
III算法，对UPFC多目标优化配置模型进行求解。2.根据权利要求1所述一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，其特征在于：所述步骤2中，电压偏差以所有支路中电压偏移之和表示，电压稳定性以L指标反映系统的电压稳定情况，目标函数具体为：用输电能力：电压偏差：L指标：式(1)、式(2)、式(3)中，f1为系统可用输电能力，即区域间的ATC，λ
Li
表示第i个负荷的增长比例；P
Li
表示第i个负荷节点的有功负荷；N
PQ
为受电区域PQ节点个数；P0表示基态潮流情况下的有功负荷；f2为总电压偏差；U
i
为线路末端处实际电压，U
N
为线路末端处的额定电压；f3为L指标；L
j
表示第j个负荷节点的L指标，取所有负荷节点L指标的最大值来评价整个系统的L指标；n
G
表示系统中发电机节点个数；α
L
、α
G
表示系统中所有负荷节点、发电机节点的集合；U
i
表示第i个发电机节点电压，U
j
为第j个负荷节点电压；F
ji
为负荷参与因子矩阵F的第j行第i列元素；负荷参与因子矩阵的具体计算表达式如下：式(4)中，Y
LL
和Y
LG
为节点导纳矩阵的子阵，Y
LL
‑1表示Y
LL
的逆矩阵；Y
LL
和Y
LG
可由下式求得：式(5)表示将系统节点分为发电机节点和负荷节点这两组后，对其列写的节点电压方程，其中，U
G
、I
G
表示所有电机节点的电压、电流形成的列向量；U
L
、I
L
表示所有负荷节点的电压、电流形成的列向量；Y
LL
、Y
GG
表示所有负荷节点、发电机节点形成的节点导纳矩阵；Y
LG
、Y
GL
表示负荷节点与发电机节、发电机节点与负荷节点形成的节点导纳矩阵。3.根据权利要求1所述一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，其特征在于：所述步骤3中，根据系统的运行特性，状态变量约束包括发电机节点电压、发电机有功出力约束、节点电压约束、变压器档位约束及UPFC的控制变量。4.根据权利要求1所述一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，其特征在于：所述步骤3中，约束条件具体为：等式约束：不等式约束：控制变量约束：状态变量约束：式(6)、式(7)、式(8)中，U
i
、U
j
分别表示节点i、j的电压幅值；θ
ij
表示节点i、j间的电压相位差；G
ij
、B
ij
分别表示支路i
‑
j间的电导与电纳；λ
iG
、λ
iL
分别为发电机有功出力和负荷功率的增长比例；P
Gi
和Q
Gi
分别表示安装于节点i发电机的有功和无功出力；P
Li
和Q
Li
分别表示负荷的有功功率和无功功率；P
Ci
和Q
Ci
分别表示配置UPFC时在节点i处等效注入的有功和无功功率；N为系统节点总数目；U
Gi
、U
Gmax
、U
Gmin
分别表示发电机节点的电压幅值和上下限；U
Li
、U
Lmax
、U
Lmin
分别为负荷节点的电压幅值及上下限；T
i
、T
max
、T
min
可调变压器分接头档位及上下限；P
ij
、P
ijmax
为支路i
‑
j间的传输功率及上限；U
T
、U
Tmax
、U
Tmin
分别表示UPFC串联侧等效电压源的电压幅值与上下限；θ
T
、θ
Tmax
、θ
Tmin
分别表示UPFC串联侧等效电压源的电压相角与上下限；I
q
、I
qmax
、I
qmin
表示UPFC并联侧等效电流源的电流无功分量与上下限。5.根据权利要求1所述一种计及可输电能力的UPFC多目标优化配置方法，其特征在于：所述步骤4中，利用自适应罚函数处理状态变量，对取极小值的目标函数按如下方式构造：min F(x)＝f(x)+p(k)
·
H(x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式(9)中，f(x)为原目标函数值；p(k)为惩罚系数1，根据迭代次数变化动态改变惩罚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓雷，石博隆，叶琳，项中明，孙维真，张静，周正阳，陶欢，方江晓，屠一艳，张涛，陶然，霍然，李逸鸿，郭玥彤，刘景，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：