CN110580366B - 一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法和装置，所述方法包括：获取直流电网发生直流侧短路故障后直流断路器允许的开断电流最大值和直流电网故障点两侧的电流值；根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过直流电网发生直流侧短路故障后直流断路器允许的开断电流最大值和直流电网故障点两侧的电流值进行构建。本发明提供的技术方案，针对直流电网故障限流特性，考虑直流断路器开断时间和开断电流以及直流电网故障检测时间，采用智能优化算求取目标函数的解，保证限流电抗器电气参数足够小，有效降低直流断路器的开断电流的大小，提高直流电网系统运行的可靠性。

Description

一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法和装置
技术领域
本发明涉及输配电技术领域，具体涉及一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法和装置。
背景技术
直流电网中发生直流侧短路故障后，需要依靠断路器切除故障线路。然而，由于直流电网的“低惯量、低阻抗”特性，直流电网发生双极短路故障后，故障电流上升速度快且幅值大。目前现有的高压直流断路器不能满足切除速率和切除容量的需求，为了抑制直流侧故障电流上升速率，减小高压直流断路开断的故障电流大小，直流电网需要增加较大的平波电抗器。从故障限流的角度而言，平波电抗器取值越大，故障后的限流效果越好。但是，过大的限流电抗器一方面增加了直流电网的建设成本，另一方面直流侧电感作为储能元件，随着感抗值的增大，在暂态过程中表现出电流源特性，将对电压源型换流器性能产生不利影响，例如减弱直流电网在稳态时对直流网络电流的快速调节能力、影响整个直流系统的动态特性，甚至可能会导致整个直流系统某些模态呈现弱阻尼。
现有技术中，常规的直流侧电抗器配置方案采用同时增加所有的直流侧电抗器大小来满足直流断路器开断要求，但是不能达到限流电抗器尽量小的目的。
发明内容
本发明提供一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法和装置，其目的是针对直流电网故障限流特性，考虑直流断路器开断时间和开断电流大小以及直流电网故障检测时间，采用智能优化算法求取目标函数的解，尽可能地保证限流电抗器电气参数足够小，提出直流电网限流电抗器电气参数优化的方法，有效降低直流断路器的开断电流的大小，提高直流电网系统运行的可靠性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法，其改进之处在于，所述方法包括：
获取直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流；
根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；
所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建。
优选的，所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建，包括：
按下式确定预先构建的目标函数：
上式中，j∈[1,n]，n为限流电抗器的总数量；i∈[1,Z]，Z为直流电网的故障点的总数量；Lj为第j个限流电抗器的电感，M为罚函数因子，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1为直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2为直流电网第i个故障点另一侧的电流，所述限流电抗器电气参数包括电感。
进一步的，按下式确定所述预先构建的目标函数的约束条件：
上式中，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点另一侧的电流，t1为所述直流断路器的开断时间，t2为直流电网故障检测时间，其中，t＝t1+t2。
优选的，所述根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化，包括：
利用智能优化算法获取所述预先构建的目标函数的最优解。
一种直流电网限流电抗器电气参数的优化装置，其改进之处在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流；
优化单元，用于根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；
构建单元，用于所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建。
优选的，所述构建单元，包括：
确定模块，用于按下式确定预先构建的目标函数：
上式中，j∈[1,n]，n为限流电抗器的总数量；i∈[1,Z]，Z为直流电网的故障点的总数量；Lj为第j个限流电抗器的电感，M为罚函数因子，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1为直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2为直流电网第i个故障点另一侧的电流，所述限流电抗器电气参数包括电感。
进一步的，按下式确定所述预先构建的目标函数的约束条件：
上式中，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点另一侧的电流，t1为所述直流断路器的开断时间，t2为直流电网故障检测时间，其中，t＝t1+t2。
优选的，所述根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化，包括：
利用智能优化算法获取所述预先构建的目标函数的最优解。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，通过以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过直流电网发生直流侧短路故障后直流断路器允许的开断电流最大值和直流电网故障点两侧的电流值构建目标函数，利用智能优化算法并根据目标函数对限流电抗器电气参数进行优化，优化后的限流电抗器参数改善了直流电网系统的动态稳定特性，为工程中直流电网的限流电抗器的电气参数设计提供了理论依据。
采用本发明技术方案优化后直流电网中各限流电抗器的电气参数均可达到最小，不仅能够提高直流断路器的可靠性，还能够保证直流电网故障的快速清除，降低了直流电网的建设成本。
附图说明
图1是本发明一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法的流程图；
图2是本发明一种直流电网限流电抗器电气参数的优化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法，如图1所示，包括：
101.获取直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流；
102.根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；
103.所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建。
进一步的，在根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化之后，所述步骤103，包括：
按下式确定预先构建的目标函数：
上式中，j∈[1,n]，n为限流电抗器的总数量；i∈[1,Z]，Z为直流电网的故障点的总数量；Lj为第j个限流电抗器的电感，M为罚函数因子，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1为直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2为直流电网第i个故障点另一侧的电流，所述限流电抗器电气参数包括电感。
具体的，按下式确定所述预先构建的目标函数的约束条件：
上式中，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点另一侧的电流，t1为所述直流断路器的开断时间，t2为直流电网故障检测时间，其中，t＝t1+t2。
进一步的，所述优化单元，用于：利用智能优化算法获取所述预先构建的目标函数的最优解。
具体的，所述智能优化算法包括：模拟退火算法或粒子群算法或单纯形法。
例如，如下所示，利用模拟退火算法获取所述直流电网限流电抗器电气参数的目标函数的最优解，包括：
S1.设初始温度为T，冷却比率为q，领域大小为d,最终温度为Tend，所述直流电网限流电抗器的初始取值为H1，利用所述直流电网限流电抗器的初始取值为H1获取所述直流电网限流电抗器电气参数的目标函数值f(H1)；
S2.令迭代次数k＝1；
S3.利用所述直流电网限流电抗器的初始取值为H1获取所述直流电网限流电抗器的新值H2，并利用所述直流电网限流电抗器的新值H2获取所述直流电网限流电抗器电气参数的目标函数值f(H2)；
S4.令Δf＝f(H2)-f(H1)，若Δf≤0，则H1＝H2，；若Δf＞0，则H1的取值遵守Metropolis准则；
S5.判断迭代步长k是否大于领域大小d，若k＞d，则T＝qT,并执行步骤S6；否则，令k＝k+1，并返回步骤S3；
S6.判断初始温度为T是否小于最终温度为Tend，若T＜Tend，则输出H1并结束操作；否则返回步骤S3；
其中，如果在优化过程中每次求解得到的所述直流电网限流电抗器的新值不满足约束条件，则目标函数值将会变得很大，从而该值会被排除掉。
具体的，所述步骤S1中，按下式确定所述直流电网限流电抗器的初始取值：
H1＝[L1,1,L1,2,...,L1,j,...,L1,n]
上式中，j∈[1,n]，n为所述直流电网限流电抗器的总数量，L1,j为所述直流电网限流电抗器的初始取值中第j个所述直流电网限流电抗器的电感；
具体的，所述步骤S3中，按下式确定所述直流电网限流电抗器的新值H2：
H2＝[L2,1,L2,2,…,L2,j,...,L2,n]
上式中，j∈[1,n]，n为所述直流电网限流电抗器的总数量，L2,j为所述直流电网限流电抗器的新值中第j个所述直流电网限流电抗器的电感。；
其中，按下式确定L2,j＝L1,j+ΔL*(2*[random(0,1)]-1)
上式中，H2∈[H1-ΔL,H1+ΔL]，ΔL为所述直流电网限流电抗器的新值的步长random(0,1)为随机产生一个0和1之间的小数；
具体的，所述步骤S4中，所述H1的取值遵守Metropolis准则包括：
在获取所述流电网限流电抗器电气参数的目标函数的最优解后，将所求得的最优解相应地对直流电网各处的限流电抗器的电气参数进行配置，并利用MATLAB仿真校正所述流电网限流电抗器电气参数的目标函数的最优解。
本发明还提供一种直流电网限流电抗器电气参数的优化装置，如图2所示，所述装置包括：
获取单元，用于获取直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流；
优化单元，用于根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；
构建单元，用于所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建。
进一步的，所述构建单元，包括：
确定模块，用于按下式确定预先构建的目标函数：
上式中，j∈[1,n]，n为限流电抗器的总数量；i∈[1,Z]，Z为直流电网的故障点的总数量；Lj为第j个限流电抗器的电感，M为罚函数因子，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1为直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2为直流电网第i个故障点另一侧的电流，所述限流电抗器电气参数包括电感。
具体的，按下式确定所述预先构建的目标函数的约束条件：
上式中，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点另一侧的电流，t1为所述直流断路器的开断时间，t2为直流电网故障检测时间，其中，t＝t1+t2。
进一步的，所述根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化，包括：
利用智能优化算法获取所述预先构建的目标函数的最优解。
具体的，所述智能优化算法包括：模拟退火算法或粒子群算法或单纯形法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直流电网限流电抗器电气参数的优化方法，其特征在于，所述方法包括：
获取直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流；
根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；
所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建；
所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建，包括：
按下式确定预先构建的目标函数：
上式中，j∈[1,n]，n为限流电抗器的总数量；i∈[1,Z]，Z为直流电网的故障点的总数量；Lj为第j个限流电抗器的电感，M为罚函数因子，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1为直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2为直流电网第i个故障点另一侧的电流，所述限流电抗器电气参数包括电感；
按下式确定所述预先构建的目标函数的约束条件：
上式中，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点另一侧的电流，t1为所述直流断路器的开断时间，t2为直流电网故障检测时间，其中，t＝t1+t2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化，包括：
利用智能优化算法获取所述预先构建的目标函数的最优解。
3.一种直流电网限流电抗器电气参数的优化装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流；
优化单元，用于根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化；
构建单元，用于所述目标函数以限流电抗器电气参数最小为目标，且通过所述直流断路器的开断电流的最大值和直流电网发生故障后直流电网故障点两侧的电流进行构建；
所述构建单元，包括：
确定模块，用于按下式确定预先构建的目标函数：
上式中，j∈[1,n]，n为限流电抗器的总数量；i∈[1,Z]，Z为直流电网的故障点的总数量；Lj为第j个限流电抗器的电感，M为罚函数因子，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1为直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2为直流电网第i个故障点另一侧的电流，所述限流电抗器电气参数包括电感；
按下式确定所述预先构建的目标函数的约束条件：
上式中，Imax为所述直流断路器的开断电流的最大值，Ii,1|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点一侧的电流，Ii,2|t为所述直流电网在发生故障后t时间段内的直流电网第i个故障点另一侧的电流，t1为所述直流断路器的开断时间，t2为直流电网故障检测时间，其中，t＝t1+t2。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述根据预先构建的目标函数对限流电抗器电气参数进行优化，包括：
利用智能优化算法获取所述预先构建的目标函数的最优解。
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