CN103473615B - 一种特高压交直流落点自动选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压交直流落点自动选择方法及装置，所述方法包括：根据电力系统潮流数据文件读入变电站附近可供选择的交直流落点和将可供选择的交直流落点与变电站之间的线路作为新增线路的数据；统计并根据可供选择的交直流落点个数，确定粒子群游选点部分的粒子数与迭代次数；初始化粒子群游选点部分，生成选点粒子的位置向量；更新的交直流落点；确定粒子群游选线部分的粒子数与迭代次数等。本发明同时考虑交直流落点接入系统以及对应的接线方式，较现有方法更全面，得到的结果经济性更优。

Description

一种特高压交直流落点自动选择方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统分析领域，具体涉及一种特高压交直流落点自动选择方法及装置。

背景技术

我国是个一次能源和电力负荷分布不均衡的国家，能源和电力跨区域大规模输送是必然趋势。特高压输电具有远距离、大容量、低损耗输送电力和节约土地资源等特点，在远距离、大容量送电时优势明显，已经成为我国电能传输和区域联网的重要方式。

随着国内越来越多的特高压交直流输电线路投入运行，特高压交直流落点的选择与接入后功率消纳问题得到越来越广泛地关注。特高压交直流落点的选择对于保证原系统的稳定运行、降低有功功率损耗和减少投资具有越来越重要的意义。

特高压交直流落点选择问题是一个复杂的多目标规划问题，目前国内外所做的研究大多是根据实际情况提供几个有效方案，再从潮流分布、稳定水平、换流站短路比、有功功率损耗和线路投资等方面进行综合评价，择优选择。首先，这种方法其方案个数有限，不能客观反映所选结果最优；其次，这种方法一般都只考虑单一落点，而忽略了多个落点同时接入系统时的相互影响；再者，这种方法没有兼顾经济性与安全性的可靠数学模型；最后，这种方法过度依赖电力规划工作人员的经验，不具有易操作性。因此急需一种能够能同时考虑交直流落点，并通过上述指标定量分析落点优劣的自动选择交直流落点及接线方式的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种特高压交直流落点自动选择方法及装置，以快速准确地找到特高压交直流全局最优落点。

实现本发明目的采用的技术方案如下：

本发明提供的特高压交直流落点自动选择方法，包括以下步骤：

步骤1：根据电力系统潮流数据文件读入变电站附近可供选择的交直流落点和将可供选择的交直流落点与变电站之间的线路作为新增线路的数据；

步骤2：统计并根据可供选择的交直流落点个数，确定粒子群游选点部分的粒子数与迭代次数；

步骤3：初始化粒子群游选点部分，生成选点粒子的位置向量，跳到步骤5；

步骤4：更新步骤1的交直流落点；

步骤5：统计并根据步骤4所选交直流落点下的新增线路条数，确定粒子群游选线部分的粒子数与迭代次数；

步骤6：初始化粒子群游选线部分，生成选线粒子的速度和位置向量；

步骤7：计算各选线粒子适应度函数值；

步骤8：更新选线粒子的速度和位置向量，计算更新后各选线粒子的适应度函数值；

步骤9：保存该交直流落点下的最小适应度函数值，及其对应的接线方式；

步骤10：如果未达到粒子群游选线部分的最大迭代次数，返回步骤8；

步骤11：如果未达到粒子群游选点部分的最大迭代次数，返回步骤4；

步骤12：输出交直流落点选点结果与对应的新增线路即为最佳交直流落点及接线方式。

优选的，上述步骤1中，所述变电站为500千伏变电站。

优选的，上述步骤3中，选点粒子的维数为两维，对每一维选点粒子的位置向量坐标是[1，n]，n为可供选择的交直流落点个数，初始位置随机选择，并且将与所选交直流落点无关的新增线路全部断开；

优选的，上述步骤4中，利用如下公式更新交直流落点：

K₁*rand()

K₂*rand1()

式中：K₁和K₂为当前交直流落点的选点结果分别与个体最优和种群最优选点结果逐位比较的差异元素个数；rand()和rand1()为0到1之间随机数；

比较K₁*rand()与K₂*rand1()的大小,若前者大，则向种群最优靠拢,取一个标识符K3＝1；若后者大，则向个体最优靠拢，取一个标识符K4＝1。当K3＝1时，若K1＝1，表示当前有一个交直流落点与种群最优相同，将另外一个不同的交直流落点随机更改，并使其与种群最优不同；若K1＝2，表示当前两个交直流落点与种群最优均不同，则随机选择将当前的交流落点或直流落点更改为种群最优结果；当K4＝1时，若K2＝1，表示当前有一个交直流落点与个体最优相同，将当前另外一个不同的交直流落点随机更改，并使其与个体最优不同；若K2＝2，表示当前两个交直流落点与个体最优均不同，则随机选择将当前的交流落点或直流落点更改为个体最优结果。

优选的，上述步骤6中，选线粒子的维数与可供选择的新增线路条数相同，选线粒子采用二进制编码，接入电力系统时编码为1，否则为0，初始位置向量随机选择，初始速度为(-4,4)之间的随机值。

优选的，上述步骤7中，按如下公式计算选线粒子适应度函数值：

minF(x)＝min(MP_loss+Mline)+M×(V_Blimit+S_TClimit+S_LClimit+S_SCClimit+ESCRlimit)其中：MP_loss为有功功率损耗的经济性指标；Mline为建设成本经济性指标；MP_loss和Mline的和为经济性函数指标；V_Blimit、S_TClimit、S_LClimit、S_SCClimit、ESCRlimit分别为节点电压约束越限值、变压器容量约束越限值、线路容量约束越限值、节点三相短路电流约束越限值、换流站有效短路比约束越限值；M为罚函数因子。

优选的，上述步骤8中，进一步包括：如果该选线粒子当前的适应度函数值比其个体最优值要好，那么个体最优位置向量将要被当前位置向量所替代；

优选的，上述步骤8中，进一步包括：如果该选线粒子个体最优比其全局最优值要好，那么全局最优位置向量将要被个体最优位置向量所替代；

优选的，上述步骤8中，按如下公式更新选线粒子的速度和位置向量：

v_k+1＝ω*v_k+c₁*rand()*(Pbest_k-x_k)+c₂*rand()*(Gbest_k-x_k)S(v_k+1)＝1/(1+exp(-v_k+1))

式中：v_k为第k次迭代时的速度，x_k为第k次迭代时选线粒子的位置向量；Pbest_k为个体最优位置向量，Gbest_k为全局最优位置向量；rand()表示均匀分布在[0,1]区间的随机数；ω、c₁、c₂是群体认知系数，c₁＝c₂＝2，ω＝0.9；S(v_k+1)为位置判断函数。

本发明提供的特高压交直流落点自动选择装置，包括：依次连接的第一初始化单元、扫描单元、选点单元、第二初始化单元、选线单元、第一计算单元、第二计算单元、第一判断单元、第三计算单元、第二判断单元；

所述第一初始化单元，用于初始化粒子群游的选点部分，初始化选点粒子种群，生成选点粒子的位置向量；

所述扫描单元，用于对可供选择的交直流落点进行扫描，得到可供选择的交直流落点个数及每个可供选择的交直流落点对应的可供选择的新增线路的条数；

所述选点单元，用于选择一个交流落点一个直流落点，并将与上述选择的交直流落点无关的新增线路断开；

所述第二初始化单元，用于初始化粒子群游的选线部分，初始化选线粒子种群，生成选线粒子的速度和位置向量；

所述选线单元，用于在所选交直流落点的情况下，通过粒子群游选线部分寻优，确定接入到电力系统中的新增线路；

所述第一计算单元，基于选点单元确定的交直流落点与选线单元确定的接入电力系统的新增线路，在满足节点电压约束、变压器容量约束、线路容量约束、短路电流约束、换流站有效短路比约束的条件下，通过粒子群游求解特高压交直流落点经济性最优的适应度函数值；

所述第二计算单元，用于比较不同接线方式下的适应度函数值，保存每次选线部分求解的最小适应度函数值及此时对应的接线方式；

所述第一判断单元，用于判断是否达到粒子群游选线部分的最大迭代次数，若没有，则返回选线单元；

所述第三计算单元，用于比较不同交直流落点情况下的适应度函数值，保存每次交直流落点求解的最小适应度函数值及此时对应的交直流落点及接入电力系统的新增线路；

所述第二判断单元，用于判断是否达到粒子群游选点部分的最大迭代次数，若没有，则返回选点单元，若完成，则停止交直流落点寻优，输出最佳交直流落点及其接线方式。

本发明的特高压交直流落点自动选择方法与现有的特高压交直流落点选择方法相比，该方法同时考虑交直流落点接入系统以及对应的接线方式，较现有方法更全面，得到的结果经济性更优。本发明方法的基本思想是在满足节点电压约束、变压器容量约束、线路容量约束、短路电流约束、换流站有效短路比约束的条件下，通过粒子群游求解特高压交直流落点经济性最优的解，兼顾了经济性和安全性。针对特高压交直流落点选择的实际情况对粒子群游的位移更新公式做了一定的改进，使得算法具有较好的全局搜索能力。本发明的特高压交直流落点自动选择装置，可以准确的找到全局最优特高压交直流落点及接入系统的新增线路。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是本发明方法的一个流程示意图。

图2是本发明装置的一个结构示意图。

图3是某省电力系统2015年末500千伏变电站地理接线图。

图4是特高压直流落点株洲南及15条可供选择接入电力系统的新增线路。

图5是本发明方法选择的最优落点及接入系统的新增线路。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种特高压交直流落点自动选择方法。与现有的特高压交直流落点选择方法相比，该方法同时考虑交直流落点接入系统以及对应的接线方式，较现有方法更全面，得到的结果经济性更优。本发明方法的基本思想是在满足节点电压约束、变压器容量约束、线路容量约束、短路电流约束、换流站有效短路比约束的条件下，通过粒子群游求解特高压交直流落点经济性最优的解，兼顾了经济性和安全性。针对特高压交直流落点选择的实际情况对粒子群游的位移更新公式做了一定的改进，使得算法具有较好的全局搜索能力。还公开了一种特高压交直流落点自动选择装置，可以准确的找到全局最优特高压交直流落点及接入系统的新增线路。为便于理解本发明，下面将结合附图进行阐述。

本发明是基于粒子群游算法的一种特高压交直流落点自动选择方法。粒子群游算法(Particle swarm swim optimization，PSO)是通过模拟鸟群觅食行为而发展起来的一种基于群体协作的随机搜索算法。本发明的粒子群游算法包括了选点和选线两个部分。选点部分的位移更新公式取消了惯性项加入了遗传变异，选线部分的位移更新公式参考二进制粒子群游算法的更新公式。

参考图1，首先介绍本发明的方法，一种特高压交直流落点自动选择方法，包括步骤：

101、根据电力系统潮流数据文件读入变电站附近可供选择的交直流落点和将可供选择的交直流落点与变电站之间的线路作为新增线路的数据；

潮流数据文件中500千伏变电站附近为可供选择的交直流落点，每个交直流落点将要接入若干条新增线路消纳输入系统的功率，可供选择的交直流落点与500千伏变电站之间的线路为可供选择的新增线路。

102、统计并根据可供选择的交直流落点个数，确定粒子群游选点部分的粒子数与迭代次数；

对所有交直流落点扫描一遍，确定可供选择的交直流落点的个数，根据可供选择的交直流落点数，确定粒子群游选点部分的粒子数与迭代次数，一般粒子数取可供选择的交直流落点数的1.5倍，最大迭代次数取为粒子数的2倍；

103、初始化粒子群游选点部分，生成选点粒子的位置向量，跳到105；

选点粒子的维数为两维，对每一维粒子的位置向量坐标是[1，n]，n为可供选择的交直流落点个数，初始位置随机选择，并且将与所选交直流落点无关的新增线路全部断开；

104、更新步骤101的交直流落点；

利用如下公式更新交直流落点：

K₁*rand()

K₂*rand1()

式中：K₁和K₂为当前交直流落点的选点结果分别与个体最优和种群最优选点结果逐位比较的差异元素个数；rand()和rand1()为0到1之间随机数；

比较K₁*rand()与K₂*rand1()的大小,若前者大，则向种群最优靠拢,取一个标识符K3＝1；若后者大，则向个体最优靠拢，取一个标识符K4＝1。当K3＝1时，若K1＝1，表示当前有一个交直流落点与种群最优相同，将另外一个不同的交直流落点随机更改，并使其与种群最优不同；若K1＝2，表示当前两个交直流落点与种群最优均不同，则随机选择将当前的交流落点或直流落点更改为种群最优结果；当K4＝1时，若K2＝1，表示当前有一个交直流落点与个体最优相同，将当前另外一个不同的交直流落点随机更改，并使其与个体最优不同；若K2＝2，表示当前两个交直流落点与个体最优均不同，则随机选择将当前的交流落点或直流落点更改为个体最优结果。

105、统计并根据所选交直流落点下可供选择的新增线路条数，确定粒子群游选线部分的粒子数与迭代次数；

交直流落点确定以后，未被选中的交直流落点及其新增线路都要剔除，将要剔除的新增线路阻抗和对地导纳都设为0，相当于断开；分别统计被选中直流落点和被选中交流落点下可以接入到系统中的新增线路，两者之和即为总的可供选择的新增线路；一般粒子群游选线部分的粒子数取可供选择的新增线路数的1.5倍，最大迭代次数取为粒子数的2倍。

106、初始化粒子群游选线部分，生成选线粒子的速度和位置向量；

选线粒子的维数与可供选择的新增线路条数相同，选线粒子采用二进制编码，接入电力系统时编码为1，否则为0；初始位置向量随机选择，初始速度为(-4,4)之间的随机值。

107、计算各选线粒子适应度函数值；

按如下公式计算适应度函数值：

minF(x)＝min(MP_loss+Mline)+M×(V_Blimit+S_TClimit+S_LClimit+S_SCClimit+ESCRlimit)其中：MP_loss为有功功率损耗的经济性指标；Mline为建设成本经济性指标；MP_loss和Mline的和为经济性函数指标；V_Blimit、S_TClimit、S_LClimit、S_SCClimit、ESCRlimit分别为节点电压约束越限值、变压器容量约束越限值、线路容量约束越限值、节点三相短路电流约束越限值、换流站有效短路比约束越限值；M为罚函数因子。

108、更新选线粒子的速度和位置向量，计算更新后各选线粒子的适应度函数值；

如果该选线粒子当前的适应度函数值比其个体最优值要好，那么个体最优位置向量将要被当前位置向量所替代；

如果该选线粒子个体最优比其全局最优值要好，那么全局最优位置向量将要被个体最优位置向量所替代；

速度更新公式，如下：

v_k+1＝ω*v_k+c₁*rand()*(Pbest_k-x_k)+c₂*rand()*(Gbest_k-x_k)位置向量更新公式，如下：

S(v_k+1)＝1/(1+exp(-v_k+1))

其中：v_k为第k次迭代时的速度，x_k为第k次迭代时选线粒子的位置向量；Pbest_k为个体最优位置向量，Gbest_k为全局最优位置向量；rand()表示均匀分布在[0,1]区间的随机数；ω、c₁、c₂是群体认知系数，c₁＝c₂＝2，ω＝0.9；S(v_k+1)为位置判断函数；

109、保存该交直流落点下的最小适应度函数值，及其对应的接线方式；

不同接线方式对应的适应度函数值不同，保存不同接线方式下最小的适应度函数值及此时对应的接线方式，用于不同交直流落点选择方案之间的比较；

110、如果未达到粒子群游选线部分的最大迭代次数，返回步骤108；

若达到选线粒子群游选线部分的最大迭代次数，进入下一步；否则返回到步骤108继续选线粒子的迭代；

111、如果未达到粒子群游选点部分的最大迭代次数，返回步骤104；

若达到选点粒子群游选点部分的最大迭代次数，则停止计算，输出结果；否则返回到步骤104继续选点粒子的迭代。

112、输出交直流落点选点结果与对应的新增线路即为最佳交直流落点及接线方式。

图1所示实施例中所涉及的衡量落点选择结果优劣的数学模型为：

目标函数：

minf(x)＝min(MP_loss+Mline)

式中：minf(x)为经济性函数；MP_loss为有功功率损耗的经济性指标；Mline为建设成本经济性指标。

等式约束：

$P_{Gi}-P_{Di}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_j(G_{ij}{\mathrm{cos\θ}}_{ij}+B_{ij}{\mathrm{sin\θ}}_{ij})=0$

$Q_{Gi}-Q_{Di}+V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_j(G_{ij}{\mathrm{sin\θ}}_{ij}-B_{ij}{\mathrm{cos\θ}}_{ij})=0$

不等式约束：

V_min≤V_i≤V_max(i∈S_B)

S_Ti≤0.8S_Tn (i∈S_T)

S_Li≤S_Ln (i∈S_L)

I_Ki≤I_Κn (i∈S_B)

3≤ΕSCR

以上模型中，等式约束为节点功率平衡方程；不等式约束依次为节点电压上下界约束，变压器容量约束，三相短路电流约束，换流站有效短路比约束。式中：S_B为系统所有节点集合，S_T为系统所有变压器集合,S_L为系统所有线路集合；P_Gi、Q_Gi为发电机i的有功、无功出力；P_Di、Q_Di为负荷i的有功、无功负荷；V_i、θ_i为节点i电压幅值与相角，θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij、B_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部与虚部；V_max和V_min分别为节点电压有效值的上下限；S_Ti、S_Tn分别为变压器的实际容量和额定容量；S_Li、S_Ln分别为线路的实际容量和额定容量；I_Ki为节点三相短路电流值，I_Κn为断路器短路电流阀值；ΕSCR为换流站有效短路比。

通过罚函数法可以将上述数学模型写成如下形式，并且将该函数作为特高压交直流落点自动选择算法的粒子群游适应函数：

minF(x)＝minf(x)+M*(V_Blimit+S_TClimit+S_LClimit+S_SCClimit+ESCRlimit)

式中：minf(x)为经济性函数；V_Blimit、S_TClimit、S_LClimit、S_SCClimit、ESCRlimit分别为节点电压约束越限值、变压器容量约束越限值、线路容量约束越限值、节点三相短路电流约束越限值、换流站有效短路比约束越限值；M为罚函数因子。

模型中的各指标通过下列公式求得：

1)有功功率损耗的经济性指标MP_loss：

MP_loss＝有功功率损耗×运行时间×电费

式中：运行时间取为10年，电费为0.5元/度，有功功率损耗通过下式求得：

$P_{loss}={\Σ}_{k=1}^N{G}_K(i,j)(V_i^2+V_j^2-2V_i{V}_{j}cos({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j\left)\right)$

式中：N为系统支路数；G_K(i,j)为支路电导；V_i、V_j、θ_i、θ_j为各支路节点电压的幅值与相角；

2)建设成本经济性指标Mline：

Mline＝Mline1+Mline2

特高压新增输电线路投资费用Mline1：

Mline1＝单位长度特高压输电线路造价×特高压输电线路长度

特高压变电站新接入超高压网络的输电线路投资费用Mline2：

Mline2＝单位长度接入系统线路造价接入系统线路长度

3)母线节点电压越限值V_Blimit：

$V_B\lim it=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\max \{V_i-V_{\max },V_{\min }-V_i,0\}$

式中：V_i为第i个节点电压，V_max和V_min分别为节点电压有效值的上下限；n为节点个数。

4)变压器容量越限值S_TClimit：

$S_{TC}\lim it=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\max \{S_i-0.8S_n,0\}$

式中：S_i为第i个变压器的实际容量；S_n为第i个变压器的额定容量；n为变压器总数。

5)线路容量越限值S_LClimit。

$S_{LC}\lim it=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\max \{S_{Li}-S_{Li\max },0\}$

式中：S_Limax为第i条线路允许发热条件的持续极限输送容量；S_Li为第i条线路实际潮流；n为包括新增线路和原有线路的总线路数。

6)短路电流越限值S_SCClimit。

$S_{SCC}\lim it=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\max \{I_{ki}-I_{kn},0\}$

式中：I_ki为节点i三相短路电流值，I_kn为节点i上装设的断路器的短路电流阀值。

7)换流站有效短路比约束越限值：

ESCR limit＝max{3-ESCR,0}

其中：换流站容性无功补偿容量按额定容量的60％估算。

该特高压交直流落点数学模型反映了在考虑电力系统稳定的前提下，获得经济性最优的结果。

接着介绍本发明的特高压交直流落点自动选点装置，如图2所示，该装置包括：依次连接的第一初始化单元、扫描单元、选点单元、第二初始化单元、选线单元、第一计算单元、第二计算单元、第一判断单元、第三计算单元、第二判断单元；

所述第一初始化单元，用于初始化粒子群游的选点部分，初始化选点粒子种群，生成选点粒子的位置向量；

所述扫描单元，用于对可供选择的交直流落点进行扫描，得到可供选择的交直流落点个数及每个可供选择的交直流落点对应的可供选择的新增线路的条数；

所述选点单元，用于选择一个交流落点一个直流落点，并将与上述交直流落点无关的新增线路断开；

所述第二初始化单元，用于初始化粒子群游的选线部分，初始化选线粒子种群，生成选线粒子的速度和位置向量；

所述选线单元，用于在所选交直流落点的情况下，通过粒子群游选线部分寻优，确定接入到电力系统中的新增线路；

所述第一计算单元，基于选点单元确定的交直流落点与选线单元确定的接入电力系统的新增线路，在满足节点电压约束、变压器容量约束、线路容量约束、短路电流约束、换流站有效短路比约束的条件下，通过粒子群游求解特高压交直流落点经济性最优的适应度函数值；

所述第二计算单元，用于比较不同接线方式下的适应度函数值，保存每次选线部分求解的最小适应度函数值及此时对应的接线方式；

所述第一判断单元，用于判断是否达到粒子群游选线部分的最大迭代次数，若没有，则返回选线单元；

所述第三计算单元，用于比较不同交直流落点情况下的适应度函数值，保存每次交直流落点求解的最小适应度函数值及此时对应的交直流落点及接入电力系统的新增线路；

所述第二判断单元，用于判断是否达到粒子群游选点部分的最大迭代次数，若没有，则返回选点单元，若完成，则停止交直流落点寻优，输出最佳交直流落点及其接线方式。

下面将介绍本发明的一个具体应用实例，算例所用的数据是某省电力系统2015规划数据，数据中有556个节点，736条支路，96台发电机，一个特高压直流落点和一个特高压交流落点待确定。该数据的地理接线图参考图3。

由步骤101，根据电力系统潮流数据文件读入500千伏变电站附近可供选择的交直流落点和将可供选择的交直流落点与500千伏变电站之间的线路作为新增线路的数据。从该数据对应的地理接线图中可以看到该数据中包含有31个500千伏变电站。假设这31个变电站附近为可供选择的落点，该落点既可以为直流落点又可以为交流落点。所以，可供选择的特高压交流落点和直流落点均为31个。表1给出了每个变电站附近落点的编号。

表1变电站附近落点的编号

变电站节点	编号	变电站节点	编号
				X01csG	1	X05gsG	17
X01wcG	2	X06hyG	18
				X01xsG	3	X06hydG	19
X01csdG	4	X07yiyG	20
				X01lyG	5	X08ldG	21
X01csxG	6	X08ldxG	22
				X02zznG	7	X08ldnG	23
X02ctzG	8	X09syG	24
				X02ytG	9	X09sydG	25
X03xtG	10	X10czG	26
				X03xtdG	11	X10czdG	27
X03xtxG	12	X11yzG	28
				X04yyG	13	X11yznG	29
X04yynG	14	X13hhG	30
				X05cdbG	15	X14xxG	31
X05cddG	16

理论上，落点与已有变电站之间均可以新增线路，选取其中与落点最近的15个变电站之间的新增线路作为优化变量。当落点确定在某一变电站附近时，则与该变电站之间的距离设定为50千米。新建500千伏线路选用4×500导线，均为双回线，造价为300万元/千米，每50千米阻抗标幺值为R＝0.00007,X＝0.00102，每50千米对地电纳标幺值为B/2＝0.05542.

假设特高压直流落点位于X02zznG附近，即株洲南变电站附近。选取与株洲南其中最近的15条新增线路作为优化变量，其它新增线路断开。落点株洲南及15条待接入系统的新增线路的接线图参考图4.

表2给出了与特高压株洲南连接的15条新增线路的参数。

表2落点株洲南附近的新增线路数据

根据步骤102、103，可供选择的特高压交流落点和直流落点均为31个，所以选点粒子群游的粒子数设置为15个，迭代次数为30次；特高压交直流落点同时确定，可供选择的新增线路条数为30条，所以选线粒子群游的粒子数设置为50个，迭代次数为100次。初始化选点粒子群游和选线粒子群游。

根据步骤104，更新落点；根据步骤105-110，确定所选落点下的最佳接线方式。若达到选线粒子群游的最大迭代次数则返回步骤104更新落点；直到达到选点粒子群游的最大迭代次数，程序停止运行，输出交直流落点选点结果。

表3给出了程序计算出来的十个适应度函数值最小的选点组合。

表3 10个适应度函数值最小的选点组合

直流落点	交流落点	适应度函数值
			湘潭东	星沙	169.5021
湘潭东	长沙东	170.9824
			星沙	株洲南	171.4472
株洲南	长沙东	172.3265
			星沙	长沙东	173.0246
星沙	湘潭东	174.2658
			株洲南	星沙	175.7319
长株潭	株洲南	177.2468
			星沙	长株潭	179.0254
长株潭	长沙东	179.3205

直流落点湘潭东附近，交流落点星沙附近时对应的最佳接线方式如表4所示：

表4直流落点湘潭东附近，交流落点星沙附近的最佳接线方式

节点I	节点J	结果	节点I	节点J	结果
						X01csG	湘潭东	0	X02ytG	湘潭东	0
X01wcG	湘潭东	0	X03xtdG	湘潭东	1
						X01xsG	湘潭东	0	X03xtxG	湘潭东	0
X01csdG	湘潭东	0	X03xtG	湘潭东	1
						X01lyG	湘潭东	0	X06hydG	湘潭东	1
X01csxG	湘潭东	0	X06hyG	湘潭东	0
						X02zznG	湘潭东	0	X08ldG	湘潭东	0
X02ctzG	湘潭东	0
						X01csG	星沙	0	X02ytG	星沙	0
X01wcG	星沙	0	X03xtG	星沙	0
						X01xsG	星沙	1	X03xtdG	星沙	0
X01csdG	星沙	1	X03xtxG	星沙	0
						X01lyG	星沙	1	X04yynG	星沙	1
X01csxG	星沙	0	X06hydG	星沙	0
						X02zznG	星沙	0	X07yiyG	星沙	0
X02ctzG	星沙	0

表格中，选线结果“0”代表不接入系统，“1”代表接入系统。

最后通过程序计算出来的最佳落点组合为直流落在湘潭东附近；交流落在星沙附近。对应的最小的适应度函数值为：169.5021，单位：千万元。

其中：有功功率损耗对应的费用为133.5021千万元；

±800千伏特高压直流线路费用相对值为6千万元；

1000千伏特高压交流线路费用相对值为6千万元；

500千伏交流线路费用相对值为24千万元。

直流落点需新建湘潭东到X03xtdG、X03xtG和X06hydG的三条新增线路将特高压直流接入系统，交流落点需新建星沙到X01xsG、X01lyG、、X02ytG、X04yynG的四条新增线路将特高压交流接入系统。

对应的地理接线图参考图5。

实际规划结果与程序选点结果见表5。交直流落点均不同，程序选点结果直流落点湘潭东附近，新建湘潭东到X03xtdG、X03xtG和X02zznG的三条新增线路将特高压直流接入系统。交流落点星沙附近，新建星沙到X01xsG、X01lyG、、X02ytG、X04yynG的四条新增线路将特高压交流接入系统。与规划结果相比，程序选点结果的新增线路建设费用更小，同时使潮流分布更趋合理，有功功率损耗也减小，所以该程序选点结果能够满足我们的要求。

表5实际规划结果与程序选点结果比较

综上所述，本发明提供了一种特高压交直流落点自动选择方法。与现有的特高压交直流落点选择方法相比，该方法同时考虑交直流落点接入系统以及对应的接线方式，较现有方法更全面，得到的结果经济性更优。本发明方法的基本思想是在满足节点电压约束、变压器容量约束、线路容量约束、短路电流约束、换流站有效短路比约束的条件下，通过粒子群游求解特高压交直流落点经济性最优的解，兼顾了经济性和安全性。针对特高压交直流落点选择的实际情况对粒子群游的位移更新公式做了一定的改进，使得算法具有较好的全局搜索能力。还公开了一种特高压交直流落点自动选择装置，可以准确的找到全局最优特高压交直流落点及接入系统的新增线路。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种特高压交直流落点自动选择方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：根据电力系统潮流数据文件读入变电站附近可供选择的交直流落点和将可供选择的交直流落点与变电站之间的线路作为新增线路的数据；

步骤2：统计并根据可供选择的交直流落点个数，确定粒子群游选点部分的粒子数与迭代次数，所述粒子数取可供选择的交直流落点数的1.5倍，最大迭代次数取为粒子数的2倍；

步骤3：初始化粒子群游选点部分，生成选点粒子的位置向量，跳到步骤5；

步骤4：更新步骤1的交直流落点；

步骤5：统计并根据步骤4所选交直流落点下的新增线路条数，确定粒子群游选线部分的粒子数与迭代次数，所述粒子群游选线部分的粒子数取可供选择的新增线路数的1.5倍，最大迭代次数取为粒子数的2倍；

步骤6：初始化粒子群游选线部分，生成选线粒子的速度和位置向量；

步骤7：计算各选线粒子适应度函数值；

步骤8：更新选线粒子的速度和位置向量，计算更新后各选线粒子的适应度函数值；

步骤9：保存该交直流落点下的最小适应度函数值，及其对应的接线方式；

步骤10：如果未达到粒子群游选线部分的最大迭代次数，返回步骤8；

步骤11：如果未达到粒子群游选点部分的最大迭代次数，返回步骤4；

步骤12：输出交直流落点选点结果与对应的新增线路即为最佳交直流落点及接线方式。

2.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤1中，所述变电站为500千伏变电站。

3.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤3中，选点粒子的维数为两维，对每一维选点粒子的位置向量坐标是[1，n]，n为可供选择的交直流落点个数，初始位置随机选择，并且将与所选交直流落点无关的新增线路全部断开。

4.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤4中，利用如下公式更新交直流落点：

K_1*rand()

K_2*rand1()

式中：K₁和K₂为当前交直流落点的选点结果分别与个体最优和种群最优选点结果逐位比较的差异元素个数；rand()和rand1()为0到1之间随机数；

比较K_1*rand()与K_2*rand1()的大小,若前者大，则向种群最优靠拢,取一个标识符K3＝1；若后者大，则向个体最优靠拢，取一个标识符K4＝1；

当K3＝1时，若K1＝1，表示当前有一个交直流落点与种群最优相同，将另外一个不同的交直流落点随机更改，并使其与种群最优不同；若K1＝2，表示当前两个交直流落点与种群最优均不同，则随机选择将当前的交流落点或直流落点更改为种群最优结果；当K4＝1时，若K2＝1，表示当前有一个交直流落点与个体最优相同，将当前另外一个不同的交直流落点随机更改，并使其与个体最优不同；若K2＝2，表示当前两个交直流落点与个体最优均不同，则随机选择将当前的交流落点或直流落点更改为个体最优结果。

5.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤6中，选线粒子的维数与可供选择的新增线路条数相同，选线粒子采用二进制编码，接入电力系统时编码为1，否则为0，初始位置向量随机选择，初始速度为(-4,4)之间的随机值。

6.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤7中，按如下公式计算选线粒子适应度函数值：

minF(x)＝min(MP_loss+Mline)+M×(V_Blimit+S_TClimit+S_LClimit+S_SCClimit+ESCRlimit)

其中：MP_loss为有功功率损耗的经济性指标；Mline为建设成本经济性指标；MP_loss和Mline的和为经济性函数指标；V_Blimit、S_TClimit、S_LClimit、S_SCClimit、ESCRlimit分别为节点电压约束越限值、变压器容量约束越限值、线路容量约束越限值、节点三相短路电流约束越限值、换流站有效短路比约束越限值；M为罚函数因子。

7.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤8中，如果所述选线粒子当前的适应度函数值比其个体最优值要好，那么个体最优位置向量将要被当前位置向量所替代。

8.根据权利要求1所述的特高压交直流落点自动选择方法，其特征是所述步骤8中，如果所述选线粒子个体最优比其全局最优值要好，那么全局最优位置向量将要被个体最优位置向量所替代。

9.一种特高压交直流落点自动选择装置，其特征是包括：依次连接的第一初始化单元、扫描单元、选点单元、第二初始化单元、选线单元、第一计算单元、第二计算单元、第一判断单元、第三计算单元、第二判断单元；

所述第一初始化单元，用于初始化粒子群游的选点部分，初始化选点粒子种群，生成选点粒子的位置向量；

所述扫描单元，用于对可供选择的交直流落点进行扫描，得到可供选择的交直流落点个数及每个可供选择的交直流落点对应的可供选择的新增线路的条数；

所述选点单元，用于选择一个交流落点一个直流落点，并将与上述选择的交直流落点无关的新增线路断开；

所述第二初始化单元，用于初始化粒子群游的选线部分，初始化选线粒子种群，生成选线粒子的速度和位置向量；

所述选线单元，用于在所选交直流落点的情况下，通过粒子群游选线部分寻优，确定接入到电力系统中的新增线路；

所述第一计算单元，基于选点单元确定的交直流落点与选线单元确定的接入电力系统的新增线路，在满足节点电压约束、变压器容量约束、线路容量约束、短路电流约束、换流站有效短路比约束的条件下，通过粒子群游求解特高压交直流落点经济性最优的适应度函数值；

所述第二计算单元，用于比较不同接线方式下的适应度函数值，保存每次选线部分求解的最小适应度函数值及此时对应的接线方式；

所述第一判断单元，用于判断是否达到粒子群游选线部分的最大迭代次数，若没有，则返回选线单元；

所述第三计算单元，用于比较不同交直流落点情况下的适应度函数值，保存每次交直流落点求解的最小适应度函数值及此时对应的交直流落点及接入电力系统的新增线路；

所述第二判断单元，用于判断是否达到粒子群游选点部分的最大迭代次数，若没有，则返回选点单元，若完成，则停止交直流落点寻优，输出最佳交直流落点及其接线方式。