【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电，尤其涉及基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法。
技术介绍
1、随着我国风电并网容量不断增加，大规模风电接入弱端电网时无功电压控制困难的问题日益突出。2011年以来，我国“三北”地区发生了多次大规模风电脱网事故，给区域电网造成了电压大幅波动、频率大幅降低、损失大面积负荷等严重后果。故障分析表明，风电场动态无功调节能力不足引起的风电系统电压波动或失稳是造成风机大规模连锁脱网的重要原因之一。
2、有资料显示，近年来，现代电力系统由于环境压力和政策激励的影响，逐渐加大了风电的并网容量。然而，风力发电机及其相关的电力电子变换器导致了低惯性电力系统，使得电力系统更容易受到由设备故障和极端天气条件引发的电压干扰的影响。此外，感应电动机负载的比例不断增加，这将在电压恢复过程中消耗大量无功功率，进一步复杂化了系统的动态响应，并进一步恶化了电压性能。
3、通过配置额外的无功补偿装置可以有效地缓解电力系统面临的无功功率缺乏的窘境，通过建立风电电力系统的无功电源容量优化配置模型，可以实现无功电源的合理配置，从而尽可能地高效率发挥无功电源的作用。相较于传统多目标求解算法，nsga-iii算法在求解包含4个及4个以上目标模型时具有较大的优势，但是由于nsga-iii算法自身算法的固有局限，导致其求解过程面临较大的计算量，求解问题耗时长的问题。
4、中国专利文献cn105790281a公开了一种“风电基地风电场无功补偿容量配置方法”。采用了以下步骤：步骤s1：计算风电场需要向电
技术实现思路
1、本专利技术主要解决原有的技术方案涉及数据少，计算结果准确度有限的技术问题，提供基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，采用改进后的nsga-iii算法，通过设计自适应突变率、采用差分进化算子、融合拉丁超立方采样方法，解决了传统启发式算法难以高效处理四个目标优化问题的难点，提高了通用启发式算法对电力系统规划问题的适应性，在合适计算量的前提下，使得求解出的无功源规划方案更符合电力系统工程实际情况。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括以下步骤：
3、s1定义无功电源容量优化配置模型的目标函数；
4、s2选取无功电源安装位置；
5、s3构建风电电力系统的无功电源容量优化配置模型；
6、s4改进nsga-iii算法；
7、s5运用改进的nsga-iii算法求解风电电力系统的无功电源容量优化配置模型。得到各个无功源安装位置优化后的安装容量，从而实现风电电力系统的无功电源容量的合理配置。
8、作为优选，所述的步骤s1无功电源容量优化配置模型的目标函数包括，无功电源配置成本指标、静态电压稳定性指标、故障后电压恢复指标以及敏感性指标；定义无功电源配置成本指标如下所示，
9、
10、式中：c表示总成本；cinv表示无功电源的投资费用；cre-dis表示实施发电再调度后减少的成本；cuni表示单位容量无功电源的成本；cap表示无功电源的配置容量；cins表示无功电源的固定安装费用；cori表示配置无功电源之前的系统的发电成本；copt表示配置无功电源后系统的发电成本。
11、作为优选，所述的步骤s1中，定义静态电压稳定性指标如下所示，
12、
13、式中：vcpi表示静态电压稳定性指标；pl和ql分别表示支路l上的有功功率和无功功率；vs表示送端电压幅值；zs表示线路阻抗；和θ分别表示负载和线路阻抗的阻抗角。
14、作为优选，所述的步骤s1中，定义故障后电压恢复指标如下式所示，
15、
16、式中：tvsi表示故障后电压恢复指标；pk表示事故k发生的概率；k表示事故的集合；b表示所有节点的集合；tc和tend分别表示故障切除时刻和计算结束时刻；nb表示节点的数量；tvdii,t,k为第i条节点在第k次事故中的t时刻的tvdi；vi,t和vi,0分别表示事故后节点i在t时刻和事故前的静态电压幅值；δ为阈值。
17、作为优选，所述的步骤s1中，敏感性指标等于n个运行场景下的tvsi的平均值，敏感性指标的定义如下：
18、
19、式中：tvsisen为敏感性指标，下标sc表示场景的编号，上标vl和vw分别表示负荷变化的场景和风电出力变化的场景。设定的n个场景中，n/2个场景中的负荷从80％变化至120％，风机出力保持不变；另外n/2个场景中的风电出力从80％变化至120％，负荷保持不变。
20、作为优选，所述的步骤s2具体包括，定义成本关于无功电源容量的函数为f1(cap)，静态电压稳定指标关于无功电源容量的函数为f2(cap)，故障后电压恢复指标关于无功电源容量的函数为f3(cap)。计算静态电压稳定性指标和故障后电压恢复指标对系统中各个节点的无功电源容量的灵敏度，如下式所示，
21、
22、
23、式中：si(f2)表示静态电压稳定性指标对节点i的无功电源安装容量的灵敏度；si(f3)表示故障后电压恢复指标对节点i无功电源安装容量的灵敏度；capinstall i,s表示无功电源的安装容量；δcap表示无功电源安装容量的变化量，得到pareto前沿，在pareto前沿中选择无功电源的安装位置。
24、由于两个指标关于各个节点处的无功电源容量灵敏度难以同时在某一个或多个达到最大或最小，最后得到的结果将以pareto前沿的方式存在，决策者可以在pareto前沿中选择无功电源的安装位置。
25、作为优选，所述的步骤s3具体包括，根据定义的目标函数，综合风电电力系统的各种约束，构建风电电力系统的无功电源容量优化配置模型如下式所示，
26、
27、f表示总的目标函数；pg，qg表示同步发电机g发出的有功和无功功率；pw，qw表示风电场w发出的有功和无功功率；pd，qd表示负载d的有功和无功功率；qs表示无功电源s发出的无功功率；vi和vj分别表示母线i和j的电压幅值；gij，bij和θij分别表示母线i，j之间支路的导纳的实部、虚部，以及相角差；和分别表示母线i的电压幅值的上下限；和分别表示支路l功率流的上下限；和分别表示同步发电机g的有功和无功的上下限；和分别表示风电场w的有功和无功的上下限；b表示所有节点的集合；δδgg'分别表示任意两台发电机之间的功角；tr i，tc和tmax分别表示电压恢复到允许的阈值的时刻、故障清除时刻以及允许的电压从故障清除后恢复到阈值内的最大允许的时间；vw,t表示风电场w在t时刻的电压幅值；vhvrt，vlvrt分别表示风电场的高、低电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤S1无功电源容量优化配置模型的目标函数包括，无功电源配置成本指标、静态电压稳定性指标、故障后电压恢复指标以及敏感性指标；定义无功电源配置成本指标如下所示，
3.根据权利要求2所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤S1中，定义静态电压稳定性指标如下所示，
4.根据权利要求2所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤S1中，定义故障后电压恢复指标如下式所示，
5.根据权利要求2所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤S1中，敏感性指标等于n个运行场景下的TVSI的平均值，敏感性指标的定义如下：
6.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤
7.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括，根据定义的目标函数，综合风电电力系统的各种约束，构建风电电力系统的无功电源容量优化配置模型如下式所示，
8.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括，将固定突变率替换为自适应突变率；将模拟二进制交叉替换为差分进化运算；将简单随机采样替换为拉丁超立方体采样，用于初始种群生成；定义如下所示的第n代的拥挤度指数CI*n，
9.根据权利要求8所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述差分进化运算具体包括，
10.根据权利要求8所述的基于改进NSGA-III算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述拉丁超立方体采样具体包括，若有一个m维的随机输入向量X＝[X1,…,Xm]，向量中的所有元素均独立于其他元素，则拉丁超立方体采样集合按照下式生成，
...【技术特征摘要】
1.基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤s1无功电源容量优化配置模型的目标函数包括，无功电源配置成本指标、静态电压稳定性指标、故障后电压恢复指标以及敏感性指标；定义无功电源配置成本指标如下所示，
3.根据权利要求2所述的基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤s1中，定义静态电压稳定性指标如下所示，
4.根据权利要求2所述的基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤s1中，定义故障后电压恢复指标如下式所示，
5.根据权利要求2所述的基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤s1中，敏感性指标等于n个运行场景下的tvsi的平均值，敏感性指标的定义如下：
6.根据权利要求1所述的基于改进nsga-iii算法的风电电力系统无功容量规划方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括，定义成本关于无功电源容量的函数为f1(cap)，静态电压稳定指标关于无功电源容量的函数为f...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐军岳，张丽娜，柳毅，黄俊威，陈颖，陈梓翰，王千，叶泓炜，邱璐，邹家阳，黄磊，蔡建军，
申请(专利权)人：金华电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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