CN107292437A - 一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种故障限流器布点优化和容量选择方法，包括：根据离线数据，计算并根据系统各线路的导纳值，计算各节点的短路电流值；判断该电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点；建立并求解过流节点对应的混合整数非线性规划公式，得到并根据限流器安装位置和其对应的容量，得到并根据新的导纳值，计算并判断过流节点对应的短路电流值是否超过电流阈值，若是，根据新的导纳值，再次建立和求解规划公式；若否，得到限流器对应过流节点的最优配置，并根据新的导纳值，再次确定过流节点。本发明利用母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代，结合电网结构，实现故障限流器在电力系统中的优化配置。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机领域，特别涉及一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统。
背景技术
随着电网容量的扩大和耦合程度的不断加深，电力系统短路电流水平迅速增加，逐渐接近或超过安全断路器工作极限。运用先进的材料和方法建立的内置故障限流器(Fault Current Limiter，FCL)是这种情况下的有效解决方案。在线FCL在正常工作条件下提供非常低的阻抗和功率损耗，但在故障期间具有较高的阻抗，因此，FCL能有效降低电力系统电路中的短路电流。但受限于有关FCL的安装个数及容量的经济性考虑，在保证作用范围的前提下，选择最优的安装位置和最优的容量大小是现阶段研究关于短路限流器实际应用的关键。
发明内容
本发明提供了一种故障限流器布点优化和容量选择方法和系统，利用母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代，并结合电网结构，实现故障限流器在电力系统中的优化配置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种故障限流器布点优化和容量选择方法，包括以下步骤：
步骤1、根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；
步骤2、根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；
步骤3、判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并执行步骤4；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；
步骤4、根据所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；
步骤5、根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；
步骤6、根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，执行步骤4；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并根据所述新的导纳值，执行步骤2。
本发明的有益效果是：本申请要保护的方法包括母线迭代(即节点迭代)和混合整数非线性规划(MINLP)迭代，MINLP迭代嵌套于母线迭代中，一次母线迭代中包含不止一次的MINLP迭代，那么就可能会出现不止装设一个FCL的情况。先通过一次母线迭代确定一个最大的过流节点，对该过流节点进行MINLP迭代循环，由于各节点对应有多条线路，因此，在过流节点中对故障限流器具体安装位置(具体哪一条线路和线路上的具体位置)和容量大小进行优化，每进行一次MINLP计算，确定一个故障限流器安装位置和其对应的容量大小，当在电路中的上述具体安装位置安装上上述容量大小的FCL时该过流节点对应的短路电流是趋于电流阈值的，这样经过多次MINLP的计算，最终该过流节点对应的短路电流小于等于电流阈值，完成对该过流节点的MINLP迭代，并得到多个故障限流器安装位置和其对应的容量大小，构成一个过流节点对应的FCL安装位置集合和其对应的容量大小。接着对当前电路(根据上一个MINLP迭代的结果，即FCL安装位置集合和其对应的容量大小，在电路中安装FCL，得到当前电路)进行下一个母线迭代，确定另外一个过流节点(如果不存在过流节点，则结束母线迭代和MIVLP迭代，完成故障限流器布点优化和容量选择)，并对另外一个过流节点进行如上所述的MINLP迭代。如上循环，直到电力系统中各节点的短路电流值不超过电流阈值。通过母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代方法，搜索整个解决方案空间，在电力系统中确定安装FCL的位置和容量大小，有效的实现故障限流器在电力系统中的优化配置。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤2包括：
步骤2.1、根据所述各节点对应的所述导纳值，计算得到所述电力系统的节点导纳矩阵；
步骤2.2、对所述节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；
步骤2.3、根据所述节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，所述发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。
进一步，所述步骤5包括：
根据故障限流器安装位置和所述限流安装位置对应的容量，对所述各节点对应的各线路的所述导纳值进行加减更新，计算得到所述各节点对应的各线路的新的导纳值。
本发明的进一步有益效果是：由于在实际安装时，装设FCL后FCL影响的线路不仅仅是其装设的那一条线路，还对其周围的其他线路也会有影响，因此，每循环一次MINLP之前或每进行一次母线迭代之前，均需要重新计算当前电路(根据上一个MINLP迭代的结果，即FCL安装位置集合和其对应的容量大小，在电路中安装FCL，得到当前电路)中的各线路的导纳值，在当前的新的导纳值的基础上，进行下一次的MINLP迭代或母线迭代。
进一步，所述混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；
所述变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，所述故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态；
所述变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，所述线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，所述激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；所述非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件；
所述目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。
进一步，所述步骤4中，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量，包括：
根据所述线性约束条件和所述非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得所述收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解所述目标函数得到的所述经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为所述故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为所述故障限流器安装位置对应的容量。
本发明的进一步有益效果是：通过一种混合整数非线性规划的迭代方法，搜索每个过流节点对应的各条线路空间，确定安装FCL的具体位置和容量大小，使得同时满足成本最低和将短路故障电流限制在断路器遮断容量内这两个目标，提高了故障限流器在电力系统中的优化配置。
为了解决本发明的技术问题，还提供了一种故障限流器布点优化和容量选择系统，包括：
过流节点迭代模块，用于根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并发送所述过流节点至非线性规划迭代模块；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；
非线性规划迭代模块，用于接收并根据所述过流节点迭代模块发送的所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，根据所述新的导纳值，再次优化故障限流器安装位置和其对应的容量；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并将所述新的导纳值发送至所述过流节点迭代模块。
进一步，所述过流节点迭代模块包括电流计算单元；
所述电流计算单元，用于根据所述各节点对应的所述导纳值，计算得到所述电力系统的节点导纳矩阵；对所述节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；根据所述节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，所述发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。
进一步，非线性规划迭代模块包括导纳值更新单元；
所述导纳值更新单元，用于根据故障限流器安装位置和所述限流安装位置对应的容量，对所述各节点对应的各线路的所述导纳值进行加减更新，计算得到所述各节点对应的各线路的新的导纳值。
进一步，所述混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；
所述变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，所述故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态；
所述变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，所述线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，所述激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；所述非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件；
所述目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。
进一步，非线性规划迭代模块还包括变量求解优化单元；
所述变量求解优化单元，用于根据所述线性约束条件和所述非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得所述收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解所述目标函数得到的所述经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为所述故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为所述故障限流器安装位置对应的容量。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种故障限流器布点优化和容量选择方法的示意性流程图；
图2为图1对应的流程框图；
图3为图1中的步骤120的示意性流程图；
图4为本发明实施例二提供的一种故障限流器布点优化和容量选择系统的示意性结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
一种故障限流器布点优化和容量选择方法100，如图1所示，包括：
步骤110、根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；
步骤120、根据各节点对应的导纳值和接收的发电机参数值，计算得到各节点在短路时的短路电流值，离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据。
步骤130、判断短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并执行步骤140；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择。
步骤140、根据所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量。
步骤150、根据导纳值、故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到各线路的新的导纳值。
步骤160、根据发电机参数值和新的导纳值，计算并判断过流节点对应的短路电流值是否超过电流阈值，若是，执行步骤140；若否，得到并保存对应过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并根据新的导纳值，执行步骤120。
需要说明的是，每进行一次求解混合整数非线性规划公式，得到一个FCL的安装位置和其装设容量，即确定一个FCL。将每次得到的一个FCL的安装位置和其装设容量进行保存，最后当该过流节点的短路电流不超过电流阈值，即达标时，此时会得到一个故障限流器安装位置集合和其对应的容量并保存。
在数学领域，混合整数非线性规划(MINLP)是指在约束条件中既包含连续变量又包含整数变量的非线性规划。基于其在工程与科学领域实际应用的适用性，在最优潮流计算、网架重构、风电准入容量配置等电力系统领域均有较高的应用。目前虽然有较多的学者研究有关短路限流器优化配置的问题，但缺少对电网基本结构的考虑，可能无法适应当今电网的发展趋势。基于混合整数非线性规划进行迭代，能做到从整体电网的结构出发，既考虑了安装FCL个数和容量的经济性，又结合了限流效果，同时计算FCL的安装位置与装设容量，并保证基本精度。
如图1并结合图2所示，本实施例包括母线迭代(即节点迭代)和混合整数非线性规划(MINLP)迭代，MINLP迭代嵌套于母线迭代中(如图2所示，其中，大虚线框代表母线迭代，大虚线框内的小虚线框代表MINLP循环)，一次母线迭代中包含不止一次的MINLP迭代，那么就可能会出现不止装设一个FCL的情况。
先通过一次母线迭代确定一个最大的过流节点，对该过流节点进行MINLP迭代循环，由于各节点对应有多条线路，因此，在过流节点中对故障限流器具体安装位置(具体哪一条线路和线路上的具体位置)和容量大小进行优化，每进行一次MINLP计算，确定一个故障限流器安装位置和其对应的容量大小，当在电路中的上述具体安装位置安装上上述容量大小的FCL时该过流节点对应的短路电流是趋于电流阈值的，这样经过多次MINLP的计算，最终该过流节点对应的短路电流小于等于电流阈值，完成对该过流节点的MINLP迭代，并得到多个故障限流器安装位置和其对应的容量大小，构成一个过流节点对应的FCL安装位置集合和其对应的容量大小。
接着对当前电路(根据上一个MINLP迭代的结果，即FCL安装位置集合和其对应的容量大小，在电路中安装FCL，得到当前电路)进行下一个母线迭代，确定另外一个过流节点(如果不存在过流节点，则结束母线迭代和MIVLP迭代，完成故障限流器布点优化和容量选择)，并对另外一个过流节点进行如上所述的MINLP迭代。
如上循环，直到电力系统中各节点的短路电流值不超过电流阈值。通过母线迭代和混合整数非线性规划迭代的双重迭代方法，搜索整个解决方案空间，在电力系统中确定安装FCL的位置和容量大小，有效的实现故障限流器在电力系统中的优化配置。
需要说明的是，在确定一个过流节点并进行MINLP循环时，如果在该过流节点的某线路装设FCL无法满足限流要求(即使得该过流节点的短路电流不过流，不超过电流阈值)就在该过流节点的另一条线路上装设FCL，因此，对一个过流节点进行FCL的优化配置而进行MINLP循环，最后得到的是FCL安装位置集合和其对应的容量大小。
具体的，如图2所示，所述步骤120包括：
步骤121、根据各节点对应的导纳值，计算得到电力系统的节点导纳矩阵。
步骤122、对节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵。
步骤123、根据节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。
需要说明的是，潮流数据指的是电网中各节点的电压、线路上的有功功率、无功功率等。矩阵LDU分解是指：如果方程A可以分解为A＝LDU，其中，L是单位下三角矩阵，D是对角矩阵，U是单位上三角矩阵，则称矩阵A可作LDU分解。
另外，需要说明的是，由于在实际安装时，装设FCL后FCL影响的线路不仅仅是其装设的那一条线路，还对其周围的其他线路也会有影响，因此，在步骤110中已有的计算各节点短路电流值的计算基础上进行改进，主要是在上述计算基础上引入有关FCL安装位置处的FCL阻抗值和安装位置两个自变量，通过FCL的阻抗值(导纳值)和安装位置的引入，对节点阻抗矩阵进行更新，再经由同样的矩阵LDU分解获得更新后的节点阻抗矩阵，再经过和步骤114中相同的过程计算得到与FCL阻抗相关的节点短路电流值，即获得由FCL的安装位置和容量确定的电力系统的各节点短路电流值。
其中，关于FCL的触发后的阻抗计算：当FCL被触发，则装设有FCL的线路上由原来的线路阻抗Z0i变为Zi与Z0i的串联(Zi为FCL的等效阻抗)。但由于计算过程是基于对系统的节点导纳矩阵的更新，因此，将阻抗串联等效为导纳并联：Zoi+Zi＝1/1/Zoi+Yequi，得到则对应节点的自导纳分别加上Yequi，互导纳应减去Yequi，实现对节点导纳矩阵的更新。
节点导纳矩阵是以网络中某一点为参考点，Yjj为j节点的自导纳，Yij为i，j两节点间的共导纳的相反数。节点导纳矩阵(node admittance matrix)以系统元件的等值导纳为基础所建立的、描述电力网络各节点电压和注入电流之间关系的线。
节点导纳矩阵的对角元素Yij(i＝j)为节点自导纳，等于与该节点相连接的各支路导纳之和。节点导纳矩阵是一个对称的方阵，对角线元素为自导纳，自导纳是指与节点直接连接的支路上的导纳之和；非对角线元素为互导纳，互导纳是指直接连接两个节点的各支路导纳之和的相反数。
因此，具体的，步骤130中，步骤150包括：根据故障限流器安装位置和限流安装位置对应的容量，对各节点对应的各线路的导纳值进行加减更新，计算得到各节点对应的各线路的新的导纳值。
每循环一次MINLP之前或每进行一次母线迭代之前，均需要重新计算当前电路(根据上一个MINLP迭代的结果，即FCL安装位置集合和其对应的容量大小，在电路中安装FCL，得到当前电路)中的各线路的导纳值，在当前的新的导纳值的基础上，进行下一次的MINLP迭代或母线迭代。
另外，混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态。
变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制。其中，故障限流器的激活状态约束表示为激活状态只能为0或1，0代表未激活状态，1代表激活状态；激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件。
目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。
需要说明的是，Si用0和1表示，0代表不装设FCL，1代表装设FCL。将Si作为变量定义信息，是因为故障限流器激活状态会用于变量约束信息(详情请见变量约束信息)的定义，但在定义这个变量约束信息前，需要先对这个变量进行定义。
对输入的变量约束信息和变量定义信息，根据上述混合整数非线性规划公式，在上述约束范围内，求解得到满足目标函数最优解(最经济，即成本最小)的故障限流器安装位置和故障限流器装设容量。
具体的，步骤140中，求解并优化混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量，包括：接收变量定义信息、变量约束条件和故障限流器参数，故障限流器参数包括安装故障限流器的固定成本和单位容量的故障限流器的成本；根据线性约束条件和非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解目标函数得到的经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为故障限流器安装位置对应的容量。
需要说明的是，在确定了一条对应的限流母线后，进行非线性规划循环时，在MINLP循环中，安装的不止是一个FCL，因为对应的目标函数是整体安装成本最小。例如，在第一次母线安装完后，安装在1线路一个0.5欧的FCL；进行第二条母线时会出现在1线路加装0.2欧的容量以及在2线路装0.3欧的FCL的情况，这样比直接在2线路装设0.8欧的FCL要经济，且达到的限流效果是一样的。即目标函数是针对限流器安装位置集合和其对应的容量来计算的，每次会基于之前优化的限流器安装位置和容量以及当前优化的限流器安装位置和容量进行经济性指标的计算。
MINLP的求解有确定式和启发式两种大致分类的求解方法，具体对应的哪种求解方法，要看求解系统的大小而定。
求解系统各节点的短路电流值的计算方法也算是MINLP公式中的一个环节，该计算方法表示的是MINLP的一个约束条件(即为非线性约束条件)。
通过一种混合整数非线性规划的迭代方法，搜索每个过流节点对应的各条线路空间，确定安装FCL的具体位置和容量大小，使得同时满足成本最低和将短路故障电流限制在断路器遮断容量内这两个目标，提高了故障限流器在电力系统中的优化配置。
实施例二
一种故障限流器布点优化和容量选择系统200，如图3所示，包括：
过流节点迭代模块，用于根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；根据各节点对应的导纳值和接收的发电机参数值，计算得到各节点在短路时的短路电流值，离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；判断短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并发送过流节点至非线性规划迭代模块；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择。
非线性规划迭代模块，用于接收并根据过流节点迭代模块发送的过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；根据导纳值、故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到各线路的新的导纳值；根据发电机参数值和新的导纳值，计算并判断过流节点对应的短路电流值是否超过电流阈值，若是，根据新的导纳值，再次优化故障限流器安装位置和其对应的容量；若否，得到并保存对应过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并将新的导纳值发送至过流节点迭代模块。
其中，过流节点迭代模块包括电流计算单元，电流计算单元，用于根据各节点对应的导纳值，计算得到电力系统的节点导纳矩阵；对节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；根据节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。
非线性规划迭代模块包括导纳值更新单元，导纳值更新单元，用于根据故障限流器安装位置和限流安装位置对应的容量，对各节点对应的各线路的导纳值进行加减更新，计算得到各节点对应的各线路的新的导纳值。
混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数。其中，
变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态。
变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件。
目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。
非线性规划迭代模块还包括变量求解优化单元，变量求解优化单元，用于根据线性约束条件和非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和故障限流器参数求解目标函数得到的经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为故障限流器安装位置对应的容量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，包括：
步骤1、根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；
步骤2、根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；
步骤3、判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并执行步骤4；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；
步骤4、根据所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；
步骤5、根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；
步骤6、根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，执行步骤4；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并根据所述新的导纳值，执行步骤2。
2.根据权利要求1所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1、根据所述各节点对应的所述导纳值，计算得到所述电力系统的节点导纳矩阵；
步骤2.2、对所述节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；
步骤2.3、根据所述节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，所述发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。
3.根据权利要求2所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述步骤5包括：
根据故障限流器安装位置和所述限流安装位置对应的容量，对所述各节点对应的各线路的所述导纳值进行加减更新，计算得到所述各节点对应的各线路的新的导纳值。
4.根据权利要求3所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；
所述变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，所述故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态；
所述变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，所述线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，所述激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；所述非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件；
所述目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。
5.根据权利要求4所述的一种故障限流器布点优化和容量选择方法，其特征在于，所述步骤4中，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量，包括：
根据所述线性约束条件和所述非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得所述收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解所述目标函数得到的所述经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为所述故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为所述故障限流器安装位置对应的容量。
6.一种故障限流器布点优化和容量选择系统，其特征在于，包括：
过流节点迭代模块，用于根据接收的电力系统的离线数据，计算得到电力系统各节点对应的各线路的导纳值；根据所述各节点对应的所述导纳值和接收的发电机参数值，计算得到所述各节点在短路时的短路电流值，所述离线数据包括电力系统结构和电力系统潮流数据；判断所述短路电流值中是否有超过电流阈值的过流值，若有，确定最大过流值对应的过流节点，并发送所述过流节点至非线性规划迭代模块；若无，结束故障限流器的布点优化和容量选择；
非线性规划迭代模块，用于接收并根据所述过流节点迭代模块发送的所述过流节点，建立其对应的混合整数非线性规划公式，求解并优化所述混合整数非线性规划公式，得到并保存故障限流器安装位置和其对应的容量；根据所述导纳值、所述故障限流器安装位置和其对应的容量，计算得到所述各线路的新的导纳值；根据所述发电机参数值和所述新的导纳值，计算并判断所述过流节点对应的短路电流值是否超过所述电流阈值，若是，根据所述新的导纳值，再次优化故障限流器安装位置和其对应的容量；若否，得到并保存对应所述过流节点的故障限流器安装位置集合和其对应的容量，并将所述新的导纳值发送至所述过流节点迭代模块。
7.根据权利要求6所述的一种故障限流器布点优化和容量选择系统，其特征在于，所述过流节点迭代模块包括电流计算单元；
所述电流计算单元，用于根据所述各节点对应的所述导纳值，计算得到所述电力系统的节点导纳矩阵；对所述节点导纳矩阵进行矩阵LDU分解，得到节点阻抗矩阵；根据所述节点阻抗矩阵和接收的发电机参数值，计算各节点在短路时的短路电流值，所述发电机参数值包括次暂态电抗和电势参数。
8.根据权利要求7所述的一种故障限流器布点优化和容量选择系统，其特征在于，非线性规划迭代模块包括导纳值更新单元；
所述导纳值更新单元，用于根据故障限流器安装位置和所述限流安装位置对应的容量，对所述各节点对应的各线路的所述导纳值进行加减更新，计算得到所述各节点对应的各线路的新的导纳值。
9.根据权利要求8所述的一种故障限流器布点优化和容量选择系统，其特征在于，所述混合整数非线性规划公式包括变量定义信息、变量约束条件信息和目标函数；
所述变量定义信息包括故障限流器安装位置、故障限流器激活状态和故障限流器装设容量，其中，所述故障限流器激活状态定义为故障限流器处于触发状态；
所述变量约束信息包括线性约束和非线性约束，其中，所述线性约束包括故障限流器的安装位置约束、故障限流器的激活状态约束、仅在安装故障限流器的位置存在故障限流器被触发的情况、激活状态的限制和故障限流器短路容量的限制，其中，所述激活状态的限制表示为在一次优化过程中只能有一个故障限流器处于激活状态；所述非线性约束表示为用于抑制短路电流超标的计算短路电流的包括收敛系数的约束条件；
所述目标函数为：BT代表经济性指标，CS代表安装故障限流器的固定成本，Si代表是否装设故障限流器，CZ代表单位容量的故障限流器的成本，Zi代表装设的容量。
10.根据权利要求9所述的一种故障限流器布点优化和容量选择系统，其特征在于，非线性规划迭代模块还包括变量求解优化单元；
所述变量求解优化单元，用于根据所述线性约束条件和所述非线性约束条件，优化故障限流器的安装位置和故障限流器的装设容量，使得所述收敛系数收敛，且根据优化后的故障限流器的安装位置、优化后的故障限流器的装设容量和所述故障限流器参数求解所述目标函数得到的所述经济性指标最低，则优化后的故障限流器的安装位置为所述故障限流器安装位置，优化后的故障限流器的装设容量为所述故障限流器安装位置对应的容量。
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