基于改進(jìn)蝙蝠算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及變電站技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu) 化方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)中的變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和電能用戶的中間環(huán)節(jié)，它是電力系統(tǒng)中變換 電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調(diào)整電壓的電力裝置，通過變電站將不同等級(jí)的電 力網(wǎng)絡(luò)相互連接。變電站的主要任務(wù)是在保證電能質(zhì)量和安全的情況下經(jīng)濟(jì)地向用戶提供 電能。
[0003] 通過對(duì)變電站電壓無功的有效控制，不僅能夠保證電能用戶和電網(wǎng)的電壓質(zhì)量， 而且能夠減少無功功率在輸電線路上的傳輸，降低輸電網(wǎng)絡(luò)的有功損耗。目前，大多數(shù)配電 變電站中均安裝有電壓無功自動(dòng)控制裝置，包括有載調(diào)壓變電站的分接頭、并聯(lián)電容器及 電抗器。有載調(diào)壓變電站能夠在帶負(fù)荷的情況下調(diào)整分接頭檔位，它是對(duì)下級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電 壓控制的重要手段。并聯(lián)電容器組通常安裝于變電站的低壓側(cè)，其一方面能夠改善系統(tǒng)的 功率因數(shù)，降低輸電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，另一方面能夠調(diào)整系統(tǒng)電壓，維 持補(bǔ)償點(diǎn)附近的電壓水平，提高供電質(zhì)量。
[0004] 根據(jù)負(fù)荷的變化對(duì)變電站中有載調(diào)壓變電站分接頭檔位和并聯(lián)電容器組、電抗器 組的綜合控制，能夠起到改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損的效果。變電站的電壓無功自動(dòng)控 制裝置是一個(gè)綜合各種因素的復(fù)雜控制系統(tǒng)，既要考慮滿足變電站一天的電壓無功考核要 求，W期達(dá)到改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損的效果，同時(shí)電壓無功控制設(shè)備也要滿足一天 動(dòng)作次數(shù)限制的要求，W期延長控制設(shè)備的使用壽命。研究在電壓無功控制設(shè)備滿足動(dòng)作 約束的條件下使變電站一天的電壓無功狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要針對(duì)目前尚無一種優(yōu)化準(zhǔn)確的基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無 功優(yōu)化方法的問題，提供一種基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 對(duì)變電站電壓無功的最優(yōu)控制，確保變電站正常、高效運(yùn)行。
[0006] 一種基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，包括步驟：
[0007] 構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；
[0008] 采用改進(jìn)騙幅算法求解所述變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲得變電站分接頭和 電容器組的最佳動(dòng)作策略，其中，所述改進(jìn)騙幅算法為針對(duì)變電站安全性約束和變電站控 制設(shè)備動(dòng)作約束的啟發(fā)式策略進(jìn)行改進(jìn)的騙幅算法。
[0009] 一種基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化系統(tǒng)，包括：
[0010] 模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；
[0011] 求解模塊，用于采用改進(jìn)騙幅算法求解所述變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲得 變電站分接頭和電容器組的最佳動(dòng)作策略，其中，所述改進(jìn)騙幅算法為針對(duì)變電站安全性 約束和變電站控制設(shè)備動(dòng)作約束的啟發(fā)式策略進(jìn)行改進(jìn)的騙幅算法。
[0012] 本發(fā)明基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法與系統(tǒng)，構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無 功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用改進(jìn)騙幅算法求解變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲得變電站分接 頭和電容器組的最佳動(dòng)作策略。整個(gè)過程中，將騙幅算法應(yīng)用到動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化領(lǐng)域，并采 用針對(duì)安全性約束和控制設(shè)備動(dòng)作約束的啟發(fā)式策略對(duì)騙幅算法進(jìn)行改進(jìn)，有效避免了算 法陷入局部最優(yōu)的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站電壓無功的最優(yōu)控制，確保變電站正常、高效運(yùn) 行。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法第一個(gè)實(shí)施例的流 程示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法第二個(gè)實(shí)施例的流 程示意圖；
[0015] 圖3為變電站等值電路圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化系統(tǒng)第一個(gè)實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5為本發(fā)明基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化系統(tǒng)第二個(gè)實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6為動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化的電壓曲線與原始電壓曲線對(duì)比圖；
[0019] 圖7為動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化的功率因數(shù)曲線與原始功率因數(shù)曲線對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 如圖1所示，一種基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，包括步驟： 陽02USlOO:構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。
[0022] 無功優(yōu)化主要包含兩個(gè)方面，一方面是無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化規(guī)劃，另一方面的電 壓無功優(yōu)化控制。數(shù)學(xué)模型是關(guān)于部分現(xiàn)實(shí)世界和為一種特殊目的而作的一個(gè)抽象的、簡(jiǎn) 化的結(jié)構(gòu)。具體來說，數(shù)學(xué)模型就是為了某種目的，用字母、數(shù)字及其它數(shù)學(xué)符號(hào)建立起來 的等式或不等式W及圖表、圖象、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表 達(dá)式。
[0023] S200 :采用改進(jìn)騙幅算法求解所述變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲得變電站分 接頭和電容器組的最佳動(dòng)作策略，其中，所述改進(jìn)騙幅算法為針對(duì)變電站安全性約束和變 電站控制設(shè)備動(dòng)作約束的啟發(fā)式策略進(jìn)行改進(jìn)的騙幅算法。
[0024] 騙幅算法是一種元啟發(fā)式優(yōu)化算法，騙幅算法W微騙幅回聲定位行為的基礎(chǔ)，采 用不同的脈沖發(fā)射率和響度。變電站安全性約束和變電站控制設(shè)備動(dòng)作約束可W從構(gòu)建好 的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型分析獲得。
[0025] 本發(fā)明基于改進(jìn)騙幅算法的變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化方法，構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化 數(shù)學(xué)模型，采用改進(jìn)騙幅算法求解變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲得變電站分接頭和電 容器組的最佳動(dòng)作策略。整個(gè)過程中，將騙幅算法應(yīng)用到動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化領(lǐng)域，并采用針對(duì)安 全性約束和控制設(shè)備動(dòng)作約束的啟發(fā)式策略對(duì)騙幅算法進(jìn)行改進(jìn)，有效避免了算法陷入局 部最優(yōu)的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站電壓無功的最優(yōu)控制，確保變電站正常、高效運(yùn)行。
[0026] 如圖2所示，在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟SlOO具體包括：
[0027] S120 :構(gòu)建變電站等值電路。
[00測(cè)圖3為變電站等值電路示意圖，在圖3中，Ui為變壓器高壓側(cè)，U2為低壓側(cè)，Z巧 變壓器阻抗，Yt為變壓器激磁導(dǎo)納，k為變壓器變比，Skt為變壓器低壓側(cè)總負(fù)荷，Q。為變電 站低壓側(cè)無功補(bǔ)償容量J。為系統(tǒng)等值阻抗，為通過系統(tǒng)等值阻抗與變電站參數(shù)計(jì)算得 出的上級(jí)系統(tǒng)等值電壓。不考慮負(fù)荷的電壓特性，當(dāng)改變主變分接頭和投切電容器組時(shí)，系 統(tǒng)等值電壓與負(fù)荷功率Skt保持不變。
[0029] S140 :構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括電 壓偏離電壓控制目標(biāo)最小、功率因數(shù)偏離功率因素控制目標(biāo)最小W及分接頭日動(dòng)作次數(shù)最 少。
[0030] 變電站的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化模型，是W變電站低壓側(cè)電壓偏離其理想值最小、高壓側(cè) 功率因數(shù)偏離其理想值最小、主變分接頭每日動(dòng)作次數(shù)最少作為目標(biāo)函數(shù)，并分別配置合 理的權(quán)重系數(shù)。
[0031]
Cb 陽03引式中，minj為目標(biāo)函數(shù)最小值，Ji為變電站低壓側(cè)電壓偏離其理想值，J2為變電站 低壓側(cè)電壓偏離其理想值，Js為主變分接頭每日動(dòng)作次數(shù)，U2,t為變電站低壓側(cè)實(shí)際電壓， U2,t"m為低壓側(cè)理想電壓，COS01為變電站高壓側(cè)實(shí)際功率因數(shù)，COS巧t胃為高壓側(cè)理想功 率因數(shù)，N為一天的時(shí)段數(shù)，NhP為主變分接頭每日動(dòng)作次數(shù)，a1、a2?及a3為權(quán)重系數(shù)。
[0033] S160:根據(jù)所述變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)，確定控制目標(biāo)，其中， 所述控制目標(biāo)包括電壓控制目標(biāo)和功率因數(shù)控制目標(biāo)，所述電壓控制目標(biāo)根據(jù)變電站負(fù)載 率確定，所述功率因數(shù)控制目標(biāo)根據(jù)變電站高壓側(cè)電壓確定。
[0034] 電壓控制目標(biāo)
[0035] 變電站負(fù)載率能夠反映該變電站低壓側(cè)所有饋線的負(fù)荷輕重，基于變電站負(fù)載率 的電壓控制目標(biāo)能夠基本適應(yīng)所有饋線的負(fù)荷變化情況。當(dāng)變電站下級(jí)配電網(wǎng)供電線路較 長、負(fù)荷變動(dòng)較大時(shí)，變電站低壓側(cè)電壓控制目標(biāo)往往采用逆調(diào)壓控制方式。電壓控制目標(biāo) 是根據(jù)變電站一天不同時(shí)刻的負(fù)載率Pt進(jìn)行確定。
[0036] 表1變電站低壓側(cè)電壓控制范圍
[0037]
[003引根據(jù)表1，將電壓控制范圍線性化得到該負(fù)載率范圍的電壓控制目標(biāo)：
[0039]
巧 W40] 式中，U2,t"m為基于變電站負(fù)載率的電壓控制目標(biāo)，Pt為變電站t時(shí)刻的負(fù)載率， Pm。為變電站高峰負(fù)載率闊值，Pmm為變電站低谷負(fù)載率闊值。
[OOW 功率因數(shù)目標(biāo)
[0042] 變電站高壓側(cè)的功率因數(shù)控制目標(biāo)是為了適應(yīng)上級(jí)電力系統(tǒng)的無功需求，當(dāng)上級(jí) 電網(wǎng)電壓偏低時(shí)，無功普遍不足，希望將變電站高壓側(cè)功率因數(shù)調(diào)高，盡量不要從上級(jí)電網(wǎng) 吸收過多無功；反之，當(dāng)上級(jí)電網(wǎng)電壓偏高時(shí)，無功普遍過剩，希望將變電站高壓側(cè)功率因 數(shù)調(diào)低。因此，上級(jí)電網(wǎng)電壓水平能夠近似反映其無功水平，將變電站高壓側(cè)功率因數(shù)與之 配合協(xié)調(diào)，考慮W變電站高壓側(cè)電壓為參考制定高壓側(cè)功率因數(shù)各時(shí)段的控制目標(biāo)。
[0043] 根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》：1)發(fā)電廠和220kV變電所的110~ 35kV母線：正常運(yùn)行方式時(shí)，為相應(yīng)系統(tǒng)額定電壓的-3%~巧％。2)35~220kV變電站在 主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其高壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0. 95,在低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不應(yīng)高于 0.95,且不應(yīng)低于0.92。
[0044] 根據(jù)上述規(guī)定，并結(jié)合電壓無功控制設(shè)備動(dòng)作前變電站高壓側(cè)母線的電壓水平 Ui,tw，對(duì)變電站高壓側(cè)功率因數(shù)劃分不同的控制范圍，如表2所示。
[0045] 表2變電站高壓側(cè)功率因數(shù)控制范圍
[0046]
[0047]
[0048] 根據(jù)表2,將功率因數(shù)控制范圍線性化得到不同高壓母線電壓下的功率因數(shù)控制 目標(biāo)：
[0049] (3)
[0050]式中，cos巧/im為功率因數(shù)控制目標(biāo)，Ui,嚴(yán)為變電站電壓無功控制設(shè)備動(dòng)作前的 高壓側(cè)母線電壓。
[0051] S180:構(gòu)建變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的約束條件，其中，所述變電站動(dòng)態(tài)無功 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的約束條件包括潮流等式約束、變電站低壓側(cè)母線電壓安全約束、變電站高 壓側(cè)功率因數(shù)安全約束、主變分接頭檔位變化范圍約束、電容器無功注入容量約束、變電站 分接頭日允許最大動(dòng)作次數(shù)約束、電容器日允許最大投切次數(shù)約束W及變電站分接頭相鄰 兩次動(dòng)作時(shí)間間隔約束。
[0052] 變電站動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化模型的約束條件如下：
[0053] 約束條件一：潮流等式約束
[0054] 撕 陽化引 轉(zhuǎn)
[0056]式中，Pgi,t、Qgi,t為節(jié)點(diǎn)i時(shí)刻t的有功與無功發(fā)電功率，PDi,t、Qdi,為節(jié)點(diǎn)i時(shí)刻 t的有功與無功負(fù)荷功率，Ui,t、U,,t分別為節(jié)點(diǎn)i、j時(shí)刻t的電壓幅值，n為節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，51, 為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓相角差，Gi為節(jié)點(diǎn)i、j之間的電導(dǎo)，B1為節(jié)點(diǎn)i、j之間的電納。
[0057] 約束條件二：變電站低壓側(cè)母線電壓安全約束
[0058] U2,rn《U2,t《 (6)
[0059] 式中，U2,t是變電站低壓母線時(shí)刻t的電壓，U2,r、u2,r分別是變電站低壓母線時(shí) 刻t的電壓上、下限。
[0060] 約束條件=:變電站高壓側(cè)功率因數(shù)安全約束
[0061] COS灼.1巧"，<COS約'[<COS約'[m化 (了) 陽0創(chuàng)式中，COS巧t是變電站高壓側(cè)時(shí)刻t的功率因數(shù)，COS巧.,max'、COS巧,min分別是變電 站高壓側(cè)時(shí)刻t的功率因數(shù)上、下限。
[0063] 約束條件四：主變分接頭檔位變化范圍約束 W64]Tmin《Tt^Tmax做 W65] 式中，Tt是變壓器分接頭時(shí)刻t的檔化Tmax、Tmi。分別是變壓器分接頭檔位的上、 下限。 陽066] 約束條件五：電容器無功注入容量約束
[0067]Qcim"《Qci,t《Qcimax(i= 1，…，I) 0) W側(cè)式中，9。,鹿電容器^核^的無功注入容量，9。">。、、〇。"。分別是電容器1的無功 注入容量上、下限，I為變電站內(nèi)電容器個(gè)數(shù)。
[0069] 約束條件六：變壓器分接頭日允許最大動(dòng)作次數(shù)約束
[0070] (10)
[0071] 式中，N為一天的時(shí)段數(shù)，ITw?T