一種繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)最重要的二次設(shè)備之一，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至 關(guān)重要的作用。繼電保護(hù)裝置能否滿足電網(wǎng)所提出的"四性"，即可靠性、選擇性、速動(dòng)性和 靈敏性要求，很大程度上取決于繼電保護(hù)定值是否合理。評(píng)價(jià)繼電保護(hù)整定方案的好壞是 基于全網(wǎng)所有保護(hù)整體的保護(hù)效果而非某一個(gè)保護(hù)的作用效果?，F(xiàn)代分布式電力系統(tǒng)運(yùn)行 方式異常復(fù)雜，存在著多個(gè)回路，繼電保護(hù)的不正確動(dòng)作不僅會(huì)使電力系統(tǒng)的故障擴(kuò)大，甚 至可能發(fā)生不良連鎖反應(yīng)而造成電力系統(tǒng)的崩潰，導(dǎo)致大面積停電和重大經(jīng)濟(jì)損失，給人 們生活生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此，基于全網(wǎng)所有保護(hù)整體性能多目標(biāo)綜合最優(yōu)的繼電保護(hù) 整定方法具有重大的研宄價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 很多繼電保護(hù)定值的優(yōu)化研宄都集中在定時(shí)限保護(hù)的全局優(yōu)化上。定時(shí)限過流保 護(hù)作為電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便和可靠性高的特點(diǎn)。然而，在一 般情況下，定時(shí)限過流繼電器由于受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，往往不能同時(shí)滿足靈敏度和 動(dòng)作范圍的要求。為了充分發(fā)揮被保護(hù)元件的效益，又不導(dǎo)致因長(zhǎng)時(shí)間過熱造成損壞，必須 安裝具有性能更為優(yōu)越的反時(shí)限特性的過流保護(hù)。文獻(xiàn)[1]首次利用優(yōu)化理論求解大規(guī)模 電網(wǎng)過流保護(hù)的全局最優(yōu)整定方案，以所有保護(hù)整體動(dòng)作時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)，各個(gè)保護(hù) 的待整定值為優(yōu)化變量，保護(hù)靈敏性、選擇性為約束條件。文獻(xiàn)[2]首先建立了反時(shí)限過電 流保護(hù)的數(shù)學(xué)模型，將其保護(hù)定值整定問題轉(zhuǎn)化為非線性整數(shù)規(guī)劃問題來處理，提出了一 種使用模擬植物生長(zhǎng)算法來對(duì)繼電保護(hù)整定問題進(jìn)行優(yōu)化處理。但是，上述方法只是將表 征繼電保護(hù)性能的目標(biāo)函數(shù)通過加權(quán)求和的方式轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)求解，采用簡(jiǎn)單的單目 標(biāo)優(yōu)化算法，一次只能求得一個(gè)解，且優(yōu)化結(jié)果受權(quán)重的影響很大。
[0004] 實(shí)際上，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷性質(zhì)的不同，對(duì)繼電保護(hù)的整定可能涉及到可靠性、 選擇性、靈敏性和速動(dòng)性等多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的要求，且每個(gè)目標(biāo)的側(cè)重也各不相同。因此， 反時(shí)限過電流保護(hù)的整定計(jì)算問題可以抽象為一個(gè)多目標(biāo)、多變量、多約束的全局優(yōu)化問 題。運(yùn)用先進(jìn)的多目標(biāo)智能優(yōu)化算法求解Pareto最優(yōu)解集，可以在繼電保護(hù)整定計(jì)算過程 中對(duì)其可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性等相互矛盾的要求進(jìn)行平衡和協(xié)調(diào)，然后可以方便 地、量化地考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷性質(zhì)的不同要求、繼保工程師的經(jīng)驗(yàn)和偏好，選取不同側(cè)重 目標(biāo)的反時(shí)限過電流保護(hù)全局最優(yōu)整定方案。目前，尚未有專利和文獻(xiàn)進(jìn)行相關(guān)研宄和論 述。
[0005] 本專利的參考文獻(xiàn)為：
[0006] 文獻(xiàn)[1]Urdaneta A J，Nadira R，Perez L G. Optimal Coordination of Directional Overcurrent Relays in Interconnected Power Systems[J]. IEEE Trans on Power Delivery,1988, (3):703-911 ；
[0007] 文獻(xiàn)[2]胡漢梅，鄭紅，李勁，等.基于模擬植物生長(zhǎng)算法的配電網(wǎng)繼電保護(hù)整 定優(yōu)化的研宄[J] ?電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012, 40 (7): 19-24。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定方法， 該方法能夠有效實(shí)現(xiàn)整定繼電保護(hù)的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，且使得整定后繼電保護(hù)的優(yōu)化目標(biāo)具 有電網(wǎng)中繼電保護(hù)綜合性能最優(yōu)的特點(diǎn)。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0010] 一種繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟（1):建立繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定的目標(biāo)函數(shù)；
[0012] 根據(jù)預(yù)設(shè)繼電保護(hù)的性能，選擇繼電保護(hù)的相應(yīng)優(yōu)化指標(biāo)，建立繼電保護(hù)多目標(biāo) 優(yōu)化整定的目標(biāo)函數(shù)，得到繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定模型；
[0013] 步驟（2):確定繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定模型中的整定變量：時(shí)間整定系數(shù)和啟 動(dòng)電流；
[0014] 步驟（3):根據(jù)繼電器之間的相互配合關(guān)系，設(shè)定繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定模型 中的整定變量的約束條件：
[0015] TDS, fflin^ TDS ^ TDS , fflax (1)
[0016] Ipi min< I Pi< I Pi max⑵
[0017] 其中，了051表示故障i中時(shí)間整定系數(shù)，TDS i _表示故障i中最小時(shí)間整定系數(shù)， TDSi _表示故障i中最大時(shí)間整定系數(shù)，I 示故障i中流過繼電器的電流，I Pi min表示 故障i中流過繼電器的最小電流，IPi _表示故障i中流過繼電器的最大電流；
[0018] 步驟（4):根據(jù)步驟（3)設(shè)定的約束條件，采用混沌遺傳算法求解繼電保護(hù)多目標(biāo) 優(yōu)化整定的目標(biāo)函數(shù)，得到繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定的目標(biāo)函數(shù)的一組Pareto最優(yōu)解；
[0019] 步驟（5):采用模糊隸屬度法從步驟（4)中得到的一組Pareto最優(yōu)解中選擇一個(gè) 滿足繼電保護(hù)預(yù)期目標(biāo)的最優(yōu)解。
[0020] 所述步驟（1)中的繼電保護(hù)的優(yōu)化指標(biāo)，包括繼電保護(hù)的可靠性、選擇性和速動(dòng) 性。
[0021] 所述步驟（1)中的繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定模型，包括繼電保護(hù)整定的可靠性目 標(biāo)函數(shù)、選擇性目標(biāo)函數(shù)和速動(dòng)性目標(biāo)函數(shù)。
[0022] 所述步驟⑴中繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定模型為：
[0024] 其中，fMl、fsel和f sel分別表示繼電保護(hù)整定的可靠性目標(biāo)函數(shù)、繼電保護(hù)整定的 選擇性目標(biāo)函數(shù)和繼電保護(hù)整定的選擇性目標(biāo)函數(shù)；/二、乂和/^u分別表示優(yōu)化后的 繼電保護(hù)整定的可靠性目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化后的繼電保護(hù)整定的選擇性目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化后的繼 電保護(hù)整定的選擇性目標(biāo)函數(shù)。
[0025] 所述繼電保護(hù)整定的可靠性目標(biāo)函數(shù)fMl為
[0027] 其中，t,為故障i從故障發(fā)生到故障切除的時(shí)間，P,為故障發(fā)生的危害率。
[0028] 所述繼電保護(hù)整定的選擇性目標(biāo)函數(shù)fsel為：
[0031] A ti>pq= t i>p-tijq (6)
[0032] 其中，i代表故障編號(hào)；ti;p為故障i中配合對(duì)的上游保護(hù)裝置p的動(dòng)作時(shí)間；t i;q 為故障i中配合對(duì)的下游保護(hù)裝置q的動(dòng)作時(shí)間；A ti;pq為故障i的保護(hù)配合對(duì)p，q的動(dòng) 作時(shí)間之差；〇為給定的時(shí)間級(jí)差；fsel越小，表示繼電保護(hù)系統(tǒng)的選擇性越好。
[0033] 所述繼電保護(hù)整定的速動(dòng)性目標(biāo)函數(shù)fquidt為：
[0035] 其中，i代表故障編號(hào)；A ti，pq為故障i的保護(hù)配合對(duì)p，q的動(dòng)作時(shí)間之差；〇為 給定的時(shí)間級(jí)差。
[0036] 所述步驟（4)中采用混沌遺傳算法求解繼電保護(hù)多目標(biāo)優(yōu)化整定的目標(biāo)函數(shù)的 具體過程包括：
[0037] 步驟（4. 1):選定種群規(guī)模NP，最大進(jìn)化代數(shù)G_和混沌控制參數(shù)；
[0038] 步驟（4. 2):初始化進(jìn)化代數(shù)G和父代種群P。，采用Logistic映射混沌模型產(chǎn)生 混沌向量，進(jìn)而得到初始種群的第i個(gè)個(gè)體的第j個(gè)分量 Xi，j;
[0039] 步驟（4.3):對(duì)父代種群匕依次進(jìn)行非支配排序、雙支聯(lián)賽選擇、交叉和變異，生 成子代種群Qe，其中，父代種群P e每個(gè)解的適應(yīng)度就是它的非支配水平；
[0040] 步驟（4. 4):將父代種群P。和子代種群Q 結(jié)合成種群R ，對(duì)&進(jìn)行非支配排序確 定Re全部的非支配解前沿面F= (Fi，F(xiàn)2，…），其中，Qe;
[0041] 步驟（4. 5):計(jì)算Re全部的非支配解前沿面F = (F i，F(xiàn)2,…）中的Fi的擁擠距離， 并對(duì)Fi進(jìn)行擁擠距離排序；
[0042] 步驟（4. 6):選擇匕擁擠距離最小的子代種群，判斷子代種群中非劣等級(jí)為1的個(gè) 體數(shù)目心^是否與種群數(shù)目N P相等，當(dāng)N Fi"t = N P時(shí)，則進(jìn)行自適應(yīng)混沌細(xì)化搜索且變量 的搜索區(qū)間縮小，并產(chǎn)生新的決策變量x"
[0043] X" (l-n)x〃 nxy (14)
[0044]式中，n為自適應(yīng)調(diào)節(jié)系數(shù)；X'U為自適應(yīng)混沌細(xì)化搜索后產(chǎn)生第i個(gè)個(gè)體的 第j個(gè)混沌變量；Xu為初始種群的第i個(gè)個(gè)體的第j個(gè)分量；
[0045] 步驟（4. 7):判斷是否達(dá)到最大進(jìn)化代數(shù)，若進(jìn)化代數(shù)G小于最大進(jìn)化代數(shù)G_， 則令進(jìn)化代數(shù)G遞增，并返回步驟（4.3);否則，將種群中非劣等級(jí)為1的所有個(gè)體作為 Pareto最優(yōu)解集，輸出并結(jié)束運(yùn)行。
[0046] 所述步驟（4. 6)中自適應(yīng)調(diào)節(jié)系數(shù)的確定方法為：
[0048] 式中，I是根據(jù)目標(biāo)函數(shù)而定的參數(shù)，K為迭代次數(shù)。
[0049] 所述步驟（5)的具體過程包括：
[0050] 步驟（5. 1):對(duì)繼電保護(hù)的每個(gè)目標(biāo)函數(shù)建立如下隸屬度函數(shù)：
[0052] 其中，Xk為Pareto最優(yōu)解集中的第k個(gè)個(gè)體；為第m個(gè)目標(biāo)函數(shù)歸一化后的 函數(shù)值；fm(Xk)為Xk的第m個(gè)目標(biāo)函數(shù)值；/r n為Xk的m個(gè)目標(biāo)函數(shù)值的最小值；為 Xk的m個(gè)目標(biāo)函數(shù)值的最大值；
[0053] 步驟（5.