CN110718912B - 一种确定电网最佳电气距离的方法及装置 - Google Patents

一种确定电网最佳电气距离的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种确定电网最佳电气距离的方法及装置，该方法包括步骤：获取待分析电网的实际工程建设条件；根据实际工程建设条件确定待分析电网的待分析断面以及待分析断面各支路的候选解；建立最佳电气距离的数学模型；数学模型的目标函数为最小化待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；对数学模型进行求解，得到待分析电网的最佳电气距离。本发明能建立数学模型并求得最佳电气距离的最优解。

Description

一种确定电网最佳电气距离的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统规划技术领域，尤其涉及一种确定电网最佳电气距离的方法及装置。
背景技术
高密度电网指负荷密度高、500kV厂站密集、直流落点集中的电网。为解决高密度电网运行中出现的短路电流超标、交直流交互影响严重、第三道防线难以有效设置等问题，需适当拉开短路电流超标、直流落点集中区域相关断面的电气距离，串联电抗、柔性直流等设备的发展成熟和良好应用也为高密度电网优化电气联系强度提供了更加丰富的技术手段和实现途径。合理的电气距离一方面要解决联系过于紧密导致的短路电流超标、交直流交互影响等问题，另一方面也要满足电力配置需求和稳定运行要求，但目前实际电网规划在相关方面的研究主要依靠试探型方法，即规划人员拟定若干个联络方案进行技术经济比较得出推荐方案，从而导致局限性较大，难以取得最优解，而且主观性较大。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种确定电网最佳电气距离的方法及装置，通过建立确定最佳电气距离的数学模型，并设置不同的约束条件以求得最优解，操作更简单和结果更客观。
为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种确定电网最佳电气距离的方法，包括以下步骤：
获取待分析电网的实际工程建设条件；
根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
优选地，所述对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离，具体包括：
对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
优选地，所述对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离，具体包括：
根据所述数学模型设置所述和声搜索算法的最大迭代次数、和声记忆库容量、在和声记忆库以外随机生成新解的第一概率和对新解中各变量产生随机扰动的第二概率；
随机生成对应所述和声记忆库容量的数量的解，逐一对每一个解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的解按照对应的求得的目标函数值从小到大进行排列，以得到和声记忆库；
进行迭代求解，并记录当前迭代次数K，并按所述第一概率在所述和声记忆库外的可行域中随机生成新解和按预设的第三概率在所述和声记忆库中随机指定新解；其中，所述第三概率与所述第一概率之和等于1，在所述和声记忆库中随机指定的新解，对其各变量按所述第二概率的产生对应随机扰动；
对所述新解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的所述新解进一步进行目标函数的计算，以得到新解目标函数值；
判断所述新解目标函数值是否小于所述和声记忆库中最大的目标函数值，若是，则将所述新解替换最大的目标函数值对应的解，并重新按照目标函数值从小到大排列和声记忆库中的解，以更新所述和声记忆库；否则舍弃该新解；
判断所述当前迭代次数K是否小于所述最大迭代次数，如果是，则令K＝K+1，继续进行迭代求解，如果否，则输出所述和声记忆库中排位第一的解，作为所述待分析电网的最佳电气距离。
优选地，所述对所述新解进行第一约束条件的检验，具体包括：
1)获取直流潮流灵敏度因子，生成所述待分析断面的送电机组集合和受电负荷站点集合；
2)设置迭代次数J＝0，获取基准方式潮流信息，以得到对应第0次迭代时待分析断面的有功功率、所述送电机组集合中每台机组的有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，
Figure BDA0002267273240000031
Figure BDA0002267273240000032
PJ为第J次迭代时待分析断面的有功功率；Nl为所述待分析断面的支路回数；
Figure BDA0002267273240000033
表示第J次迭代时待分析断面第il条支路的有功功率；
Figure BDA0002267273240000034
为第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力；
Figure BDA0002267273240000035
为第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷，1≤il≤Nl。
3)令J＝J+1，获取所述待分析断面第il条支路的额定有功功率，计算得到第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；其中，
Figure BDA0002267273240000036
和
Figure BDA0002267273240000037
分别为所述待分析断面第il条支路的额定有功功率和第J-1次迭代中的有功功率，ΔPJ和ΔLJ分别为第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；
4)按照等比例原则确定第J次迭代时所述送电机组集合中各台机组有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力为
Figure BDA0002267273240000041
第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷为
Figure BDA0002267273240000042
Figure BDA0002267273240000043
和
Figure BDA0002267273240000044
分别为所述送电机组集合中机组的数量和所述受电负荷站点集合中负荷站点数量；
Figure BDA0002267273240000045
和
Figure BDA0002267273240000046
分别为第kg台机组和第tg台机组的额定有功容量；
Figure BDA0002267273240000047
和
Figure BDA0002267273240000048
为第kg台机组和第tg台机组第J-1次迭代中的有功出力；
Figure BDA0002267273240000049
和
Figure BDA00022672732400000410
分别为第kl个负荷站点和第tl个负荷站点的额定变电容量；
Figure BDA00022672732400000411
和
Figure BDA00022672732400000412
分别为第kl个和第tl个负荷站点第J-1次迭代中的有功负荷；
5)生成第J次迭代时的仿真数据；
6)分别进行正常运行状态和N-1故障潮流的校核，若均无支路过载，转入步骤7)；若有支路过载，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
7)分别进行单相短路中开关拒动、三相短路保护正确动作跳单回线路和直流单极闭锁故障的稳定校核，若无故障失稳，转入步骤8)；若存在任一故障失稳，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
8)判断第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ是否小于预设值，若是，则转入步骤9)；若否，则转入步骤3)；
9)更新第J次迭代时所述待分析断面的有功功率；其中，第J次迭代时所述待分析断面的有功功率的求取公式为
Figure BDA00022672732400000413
10)输出第J次迭代时所述待分析断面的有功功率PJ，判断有功功率PJ是否不低于预设的最小输电能力要求，若是，则检验通过；其中有功功率PJ为待分析断面的最大输电能力。
本发明另一实施例提供了一种确定电网最佳电气距离的装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取待分析电网的实际工程建设条件；
候选解确定模块，用于根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
模型建立模块，用于建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
求解模块，用于对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
本发明还有一实施例对应提供了一种使用确定电网最佳电气距离的方法的装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的确定电网最佳电气距离的方法。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种确定电网最佳电气距离的方法及装置，以电力系统基本理论和规律为基础，考虑实际电网规划需求，构建了最佳电气距离确定数学模型，并进行求解，从而为电网规划确定合理的电气距离。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种确定电网最佳电气距离的方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的广东电网某一东、西断面分析前的线路联络示意图；
图3是本发明一实施例提供的广东电网某一东、西断面在7000MW约束条件下电气连接的最优解的示意图；
图4是本发明一实施例提供的广东电网某一东、西断面在9000MW约束条件下电气连接的最优解的示意图；
图5是本发明一实施例提供的一种确定电网最佳电气距离的装置的结构示意图。
图6是本发明一实施例提供的一种使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例1提供的一种确定电网最佳电气距离的方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1至步骤S4：
S1、获取待分析电网的实际工程建设条件；
S2、根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
S3、建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
S4、对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
需要说明的是，本发明主要针对的是高密度电网，电网最佳电气距离指的是待分析断面在满足输电能力、多直流馈入有效短路比、短路电流约束条件下对应电网平均短路电流最小的电气距离为该断面的最佳电气距离。该定义主要考虑在满足电力配置和安全稳定运行要求基础取得最大的电气距离，以尽量控制系统短路电流，为其他区域的网架调整、进一步的负荷和电源增长及新增500kV变电站的接入预留足够空间，缓解短路电流超标问题对电网发展的制约。
具体地，获取待分析电网的实际工程建设条件，包括基准方式BPA仿真数据、设备额定容量和待分析断面各支路。设备额定容量包括变电站的额定容量、变压器的额定容量、线路的额定容量和开关的额定容量等待。
根据实际建设条件确定待分析电网的待分析断面以及待分析断面各支路的候选解。候选解指的是待分析断面中各支路的线路联络方式。得到了待分析断面各支路的候选解，就可以将待分析断面各支路的候选解进行输入。
根据预设的边界条件，建立最佳电气距离的数学模型。预设的边界条件就是预设的待分析断面的最小输电能力要求、预设的各直流多馈入短路比最小值和预设的各变电站的开关遮断容量。其中，数学模型的目标函数为最小化待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，这里的直流指的是待分析电网中所有直流落点，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量。
数学模型的目标函数用数学表达式表示为：
Figure BDA0002267273240000071
其中，X为一组代表待分析断面各支路电气距离的离散型变量，一般地，一个支路对应一个变量，但可能形成联络的节点间的支路也是作为变量之一；K500s为待分析电网的500kV变电站数量；SX,i为待分析断面的电气距离取值为X时第i500s座500kV变电站500kV母线短路电流，1≤i500s≤K500s。
第一约束条件用数学表达式表示为：
Figure BDA0002267273240000081
其中，
Figure BDA0002267273240000082
为在待分析断面的电气距离取值为X时的最大输电能力；Pde,l代表待分析断面所需的最小输电能力。
第二约束条件用数学表达式表示为：
Figure BDA0002267273240000083
其中，
Figure BDA0002267273240000084
为待分析断面的电气距离取值为X时第idp回直流多馈入短路比；LCC为预设的多馈入短路比最小值。
第三约束条件用数学表达式表示为：SX，i≤Imax；其中，Imax为开关最大遮断电流，即预设的开关遮断容量。
采用相应的算法对数学模型进行求解，得到待分析电网的最佳电气距离。
本发明实施例1提供的一种确定电网最佳电气距离的方法，以电力系统基本理论和规律为基础，考虑实际电网规划需求，构建了最佳电气距离确定数学模型，并进行求解，从而为电网规划确定合理的电气距离。
作为上述方案的改进，所述对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离，具体包括：
对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
具体地，对数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到待分析电网的最佳电气距离。当然，除了利用和声搜索算法进行求解，还可以利用其他能对数学模型进行求解的算法，只要能得到数学模型的目标函数，确定待分析电网的最佳电气距离即可。
作为上述方案的改进，所述对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离，具体包括：
根据所述数学模型设置所述和声搜索算法的最大迭代次数、和声记忆库容量、在和声记忆库以外随机生成新解的第一概率和对新解中各变量产生随机扰动的第二概率；
随机生成对应所述和声记忆库容量的数量的解，逐一对每一个解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的解按照对应的求得的目标函数值从小到大进行排列，以得到和声记忆库；
进行迭代求解，并记录当前迭代次数K，并按所述第一概率在所述和声记忆库外的可行域中随机生成新解和按预设的第三概率在所述和声记忆库中随机指定新解；其中，所述第三概率与所述第一概率之和等于1，在所述和声记忆库中随机指定的新解，对其各变量按所述第二概率的产生对应随机扰动；
对所述新解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的所述新解进一步进行目标函数的计算，以得到新解目标函数值；
判断所述新解目标函数值是否小于所述和声记忆库中最大的目标函数值，若是，则将所述新解替换最大的目标函数值对应的解，并重新按照目标函数值从小到大排列和声记忆库中的解，以更新所述和声记忆库；否则舍弃该新解；
判断所述当前迭代次数K是否小于所述最大迭代次数，如果是，则令K＝K+1，继续进行迭代求解，如果否，则输出所述和声记忆库中排位第一的解，作为所述待分析电网的最佳电气距离。
具体地，根据数学模型设置和声搜索算法的最大迭代次数Kmax、和声记忆库容量H、在和声记忆库以外随机生成新解的第一概率η1和对新解中各变量产生随机扰动的第二概率η2。和声记忆库容量H，即计算过程中存储的解的数量，第一概率η1的取值范围为0＜η1＜1，第二概率η2的取值范围为0＜η2＜1。
随机生成对应和声记忆库容量的数量的解，即生成H个解，逐一对每一个解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的解按照对应的求得的目标函数值从小到大进行排列，以得到和声记忆库。指的注意的是，和声记忆库中按顺序排列的是解，排列规则是解对应的目标函数值的大小。一般地，生成的解都能通过第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，之所以还要进行检验，是为了保证正确性。
进行迭代求解，并记录当前迭代次数K，并按第一概率η1在和声记忆库外的可行域中随机生成新解和按预设的第三概率η3在和声记忆库中随机指定新解；其中，第三概率与第一概率之和等于1，即η1+η3＝1，在和声记忆库中随机指定的新解，对其各变量按第二概率η2的产生对应随机扰动。一般地，从迭代次数K＝0开始，当K发生变化时，再次执行该步骤。
对新解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的新解进一步进行目标函数的计算，以得到新解目标函数值。假设新解为X'K，则其目标函数值为f(X'K)。
判断新解目标函数值是否小于和声记忆库中最大的目标函数值，因为和声记忆库中的目标函数值是从小到大排列的，所以，只需要将f(X'K)与和声记忆库中最后一位解的目标函数值进行比较即可。若是，则将新解替换最大的目标函数值对应的解，并重新按照目标函数值从小到大排列和声记忆库中的解，以更新和声记忆库；否则舍弃该新解。
判断当前迭代次数K是否小于最大迭代次数Kmax，如果是，则令K＝K+1，继续进行迭代求解，即返回上述第三步，如果否，即迭代求解结束，则输出和声记忆库中排位第一的解，作为待分析电网的最佳电气距离。
作为上述方案的改进，所述对所述新解进行第一约束条件的检验，具体包括：
1)获取直流潮流灵敏度因子，生成所述待分析断面的送电机组集合和受电负荷站点集合；
2)设置迭代次数J＝0，获取基准方式潮流信息，以得到对应第0次迭代时待分析断面的有功功率、所述送电机组集合中每台机组的有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，
Figure BDA0002267273240000111
Figure BDA0002267273240000112
PJ为第J次迭代时待分析断面的有功功率；Nl为所述待分析断面的支路回数；
Figure BDA0002267273240000113
表示第J次迭代时待分析断面第il条支路的有功功率；
Figure BDA0002267273240000114
为第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力；
Figure BDA0002267273240000115
为第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷，1≤il≤Nl。
3)令J＝J+1，获取所述待分析断面第il条支路的额定有功功率，计算得到第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；其中，
Figure BDA0002267273240000116
和
Figure BDA0002267273240000117
分别为所述待分析断面第il条支路的额定有功功率和第J-1次迭代中的有功功率，ΔPJ和ΔLJ分别为第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；
4)按照等比例原则确定第J次迭代时所述送电机组集合中各台机组有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力为
Figure BDA0002267273240000118
第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷为
Figure BDA0002267273240000119
Figure BDA00022672732400001110
和
Figure BDA00022672732400001111
分别为所述送电机组集合中机组的数量和所述受电负荷站点集合中负荷站点数量；
Figure BDA00022672732400001112
和
Figure BDA00022672732400001113
分别为第kg台机组和第tg台机组的额定有功容量；
Figure BDA00022672732400001114
和
Figure BDA00022672732400001115
为第kg台机组和第tg台机组第J-1次迭代中的有功出力；
Figure BDA00022672732400001116
和
Figure BDA00022672732400001117
分别为第kl个负荷站点和第tl个负荷站点的额定变电容量；
Figure BDA00022672732400001118
和
Figure BDA00022672732400001119
分别为第kl个和第tl个负荷站点第J-1次迭代中的有功负荷；
5)生成第J次迭代时的仿真数据；
6)分别进行正常运行状态和N-1故障潮流的校核，若均无支路过载，转入步骤7)；若有支路过载，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
7)分别进行单相短路中开关拒动、三相短路保护正确动作跳单回线路和直流单极闭锁故障的稳定校核，若无故障失稳，转入步骤8)；存在任一故障失稳，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
8)判断第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ是否小于预设值，若是，则转入步骤9)；若否，则转入步骤3)；
9)更新第J次迭代时所述待分析断面的有功功率；其中，第J次迭代时所述待分析断面的有功功率的求取公式为
Figure BDA0002267273240000121
10)输出第J次迭代时所述待分析断面的有功功率PJ，判断有功功率PJ是否不低于预设的最小输电能力要求，若是，则检验通过；其中有功功率PJ为待分析断面的最大输电能力。
需要说明的是，对新解进行第一约束条件的检验的步骤过程，实质上对应的就是变量X在输电能力约束条件检验中最大输电能力的计算步骤，具体如下：
1)获取直流潮流灵敏度因子，根据直流潮流灵敏度因子生成待分析断面的送电机组集合和受电负荷站点集合。为了描述方便，将送电机组集合设为G+，将受电负荷站点集合设为L+。直流潮流灵敏度因子与输出功率转移因子是一样的。假设直流潮流灵敏度因子为0.3，则将待分析断面的任一支路的输出功率转移因子不小于0.3的机组放入集合G+，将输出功率转移因子不大于-0.3的负荷站点放入集合L+。
2)设置迭代次数J＝0，获取基准方式潮流信息，以得到对应第0次迭代时待分析断面的有功功率、送电机组集合中每台机组的有功出力和受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，
Figure BDA0002267273240000131
PJ为第J次迭代时待分析断面的有功功率；Nl为待分析断面的支路回数；
Figure BDA0002267273240000132
表示第J次迭代时待分析断面第il条支路的有功功率；
Figure BDA0002267273240000133
为第J次迭代时送电机组集合中第kg台机组的有功出力；
Figure BDA0002267273240000134
为第J次迭代时受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷，1≤il≤Nl。
这一步骤就为了得到第0次迭代时待分析断面的有功功率、送电机组集合中每台机组的有功出力和受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷，以便为后续迭代计算提供基础数据。对于
Figure BDA0002267273240000135
表示第J次迭代时待分析断面的有功功率，所以第0次迭代时待分析断面的有功功率为
Figure BDA0002267273240000136
3)令J＝J+1，获取待分析断面第il条支路的额定有功功率，计算得到第J次迭代时待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；其中，
Figure BDA0002267273240000137
即取待分析电网中输电裕度最小的支路对应的输电裕度为ΔPJ和ΔLJ；
Figure BDA0002267273240000138
和
Figure BDA0002267273240000139
分别为待分析断面第il条支路的额定有功功率和第J-1次迭代中的有功功率，ΔPJ和ΔLJ分别为第J次迭代时待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量。
4)按照等比例原则确定第J次迭代时送电机组集合G+中各台机组有功出力和受电负荷站点集合L+中各负荷站点的有功负荷；其中，第J次迭代时送电机组集合中第kg台机组的有功出力为
Figure BDA00022672732400001310
第J次迭代时受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷为
Figure BDA0002267273240000141
和
Figure BDA0002267273240000142
分别为送电机组集合G+中机组的数量和受电负荷站点集合L+中负荷站点数量；
Figure BDA0002267273240000143
和
Figure BDA0002267273240000144
分别为第kg台机组和第tg台机组的额定有功容量；
Figure BDA0002267273240000145
和
Figure BDA0002267273240000146
为第kg台机组和第tg台机组第J-1次迭代中的有功出力；
Figure BDA0002267273240000147
和
Figure BDA0002267273240000148
分别为第kl个负荷站点和第tl个负荷站点的额定变电容量；
Figure BDA0002267273240000149
和
Figure BDA00022672732400001410
分别为第kl个和第tl个负荷站点第J-1次迭代中的有功负荷。
5)生成第J次迭代时的仿真数据，该仿真数据对应的是第J次迭代时的BPA仿真数据。
6)分别进行正常运行状态和N-1故障潮流的校核，若均无支路过载，转入步骤7)；若有支路过载，将第J次迭代时待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)。正常运行状态指的是待分析电网中所有设备处于正常运行状态，N-1故障对应的是待分析电网中有1个设备比如单台主变压器、单条线路或单极直流处于故障状态。
7)分别进行单相短路中开关拒动、三相短路保护正确动作跳单回线路和直流单极闭锁故障的稳定校核，若无故障失稳，转入步骤8)；若存在任一故障失稳，将第J次迭代时待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)。单相短路中开关拒动、三相短路保护正确动作跳单回线路和直流单极闭锁故障的稳定校核，可以通过电力系统领域通用的BPA软件进行校核，同时满足电压、频率和功角约束，视为满足稳定。
8)判断第J次迭代时待分析断面的有功功率增加量ΔPJ是否小于预设值，若是，则转入步骤9)；若否，则转入步骤3)。优选地，预设值为100，单位为MW。本发明主要是应用于500kV电网规划中，100MW及以下的输电极限偏差对规划影响不大。
9)更新第J次迭代时待分析断面的有功功率；其中，第J次迭代时待分析断面的有功功率的求取公式为
Figure BDA0002267273240000151
其中，
Figure BDA0002267273240000152
是从BPA仿真软件中读取的，对应的就是第J次迭代时待分析断面各支路对应的有功潮流。
10)输出第J次迭代时待分析断面的有功功率PJ，判断有功功率PJ是否不低于预设的最小输电能力要求，若是，则检验通过；其中有功功率PJ为待分析断面的最大输电能力。
为了加深对本发明的理解，本发明实施例2以广东电网2025年研究为例，说明本发明所述方法的实施过程，具体如下：
步骤1：确定2025年珠三角电网负荷、直流规模及落点、省内电源建设方案、500kV变电站布点、设备额定容量、基准方式仿真数据等基础规划信息；
步骤2：确定待分析东、西分区联络断面各支路候选解。广东东、西断面分析前通过从西-乌东德、增城-楚穗、狮洋-丛林3个通道共6回500kV交流线路联系，如图2所示，同时，根据规划情况，东、西断面在分析时可通过清城、上寨2座变电站形成新的联系通道。因此，待求解的东、西断面电气距离变量共包含从西-乌东德、增城-楚穗、狮洋-丛林和清城-上寨4个支路电气距离变量，根据电网建设条件，配合装设串抗、串补和柔性直流等手段，各变量候选解如表1所示。
表1广东东、西断面各支路候选解
Figure BDA0002267273240000153
Figure BDA0002267273240000161
步骤3：设置和输入东、西断面最小功率约束、直流多馈入短路比最小值约束和短路电流最大值约束，根据广东电网实际运行要求，设置多馈入短路比最小值需达到1.8、短路电流不超过61kA，东、西断面功率最小值要求按7000MW和9000MW两种情况考虑。
步骤4：执行和声搜索算法求解东、西断面最佳电气距离。
步骤5：得到最佳电气距离。对应东、西断面功率最小值设置为7000MW约束和9000MW约束条件下的所得出的东、西断面最佳电气距离方案见表2。东、西断面功率7000MW约束条件下最优解为清城-上寨通道采用双回6×630mm2长度200km交流线路+30％串联补偿装置互联、乌东德-从西通道直接断开、增城-穗东和狮洋-丛林分别通过2000MW和1000MW柔性直流互联，如图3所示，该解下断面最大输电能力为7388MW，系统平均短路电流值为49.235kA；断面功率9000MW约束条件下最优解为清城-上寨通道采用双回8×630mm2长度200km交流线路+30％串联补偿装置互联、乌东德-从西通道直接断开、增城-穗东和狮洋-丛林分别通过2000MW和3000MW柔性直流互联，如图4所示，该解下东、西断面最大输电能力为10113MW，系统平均短路电流值为49.341kA。对比不同功率约束条件可见，断面输电能力约束值越大，得出的最佳电气距离越小，与电力系统理论相符，同时，柔性直流技术可在不增加电网短路电流条件下提升输电能力，站点密集区域的通道(增城-楚穗、狮洋-丛林)更倾向于得出采用背靠背柔性直流互联的解。
表2功率约束7000MW和9000MW条件下得到的东、西断面最佳电气距离解
Figure BDA0002267273240000171
参见图5，是本发明实施例3提供的一种确定电网最佳电气距离的装置的结构示意图，所述装置包括：
数据获取模块11，用于获取待分析电网的实际工程建设条件；
候选解确定模块12，用于根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
模型建立模块13，用于建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
求解模块14，用于对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
本发明实施例所提供的一种确定电网最佳电气距离的装置能够实现上述任一实施例所述的确定电网最佳电气距离的方法的所有流程，装置中的各个模块、单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的确定电网最佳电气距离的方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。
参见图6，是本发明实施例4提供的一种使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的示意图，所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置包括处理器10、存储器20以及存储在所述存储器20中且被配置为由所述处理器10执行的计算机程序，所述处理器10执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的确定电网最佳电气距离的方法。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器20中，并由处理器10执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在一种确定电网最佳电气距离的方法中的执行过程。例如，计算机程序可以被分割成数据获取模块、候选解确定模块、模型建立模块和求解模块，各模块具体功能如下：
数据获取模块11，用于获取待分析电网的实际工程建设条件；
候选解确定模块12，用于根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
模型建立模块13，用于建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
求解模块14，用于对所述数学模型进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离。
所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，示意图6仅仅是一种使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的示例，并不构成对所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器10可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者处理器10也可以是任何常规的处理器等，处理器10是所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的各个部分。
存储器20可用于存储所述计算机程序和/或模块，处理器10通过运行或执行存储在存储器20内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器20内的数据，实现所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置的各种功能。存储器20可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据程序使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述使用确定电网最佳电气距离的方法的装置集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一实施例所述的确定电网最佳电气距离的方法。
综上，本发明实施例所提供的一种确定电网最佳电气距离的方法及装置，以电力系统基本理论和规律为基础，考虑实际电网规划需求，构建了最佳电气距离确定数学模型，并采用和声搜索算法进行求解，可协调高密度电网短路电流控制、交直流交互影响限制与电力传输、稳定支撑间的矛盾，获取满足潮流传输、直流正常运行支撑和稳定约束下使得系统平均短路电流水平最低的电气距离，以为电力消费、电源装机的进一步增长预留空间。同时，在实际应用中也表明，通过本发明提供的技术方案，有效反映了电网输电能力要求和断面电气距离间的关系，所得解符合实际规划工作需求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种确定电网最佳电气距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待分析电网的实际工程建设条件；
根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离；
其中，所述对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离，具体包括：
根据所述数学模型设置所述和声搜索算法的最大迭代次数、和声记忆库容量、在和声记忆库以外随机生成新解的第一概率和对新解中各变量产生随机扰动的第二概率；
随机生成对应所述和声记忆库容量的数量的解，逐一对每一个解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的解按照对应的求得的目标函数值从小到大进行排列，以得到和声记忆库；
进行迭代求解，并记录当前迭代次数J，并按所述第一概率在所述和声记忆库外的可行域中随机生成新解和按预设的第三概率在所述和声记忆库中随机指定新解；其中，所述第三概率与所述第一概率之和等于1，在所述和声记忆库中随机指定的新解，对其各变量按所述第二概率的产生对应随机扰动；
对所述新解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的所述新解进一步进行目标函数的计算，以得到新解目标函数值；
判断所述新解目标函数值是否小于所述和声记忆库中最大的目标函数值，若是，则将所述新解替换最大的目标函数值对应的解，并重新按照目标函数值从小到大排列和声记忆库中的解，以更新所述和声记忆库；否则舍弃该新解；
判断所述当前迭代次数J是否小于所述最大迭代次数，如果是，则令J＝J+1，继续进行迭代求解，如果否，则输出所述和声记忆库中排位第一的解，作为所述待分析电网的最佳电气距离；
所述对所述新解进行第一约束条件的检验，具体包括：
1)获取直流潮流灵敏度因子，生成所述待分析断面的送电机组集合和受电负荷站点集合；
2)设置迭代次数J＝0，获取基准方式潮流信息，以得到对应第0次迭代时待分析断面的有功功率、所述送电机组集合中每台机组的有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，
Figure FDA0002550173060000021
Figure FDA0002550173060000022
PJ为第J次迭代时待分析断面的有功功率；Nl为所述待分析断面的支路回数；
Figure FDA0002550173060000023
表示第J次迭代时待分析断面第il条支路的有功功率；
Figure FDA0002550173060000024
为第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力；
Figure FDA0002550173060000025
为第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷，1≤il≤Nl；
3)令J＝J+1，获取所述待分析断面第il条支路的额定有功功率，计算得到第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；其中，
Figure FDA0002550173060000026
Figure FDA0002550173060000027
和
Figure FDA0002550173060000028
分别为所述待分析断面第il条支路的额定有功功率和第J-1次迭代中的有功功率，ΔPJ和ΔLJ分别为第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；
4)按照等比例原则确定第J次迭代时所述送电机组集合中各台机组有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力为
Figure FDA0002550173060000031
第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷为
Figure FDA0002550173060000032
Figure FDA00025501730600000312
和
Figure FDA00025501730600000313
分别为所述送电机组集合中机组的数量和所述受电负荷站点集合中负荷站点数量；
Figure FDA0002550173060000033
和
Figure FDA0002550173060000034
分别为第kg台机组和第tg台机组的额定有功容量；
Figure FDA0002550173060000035
和
Figure FDA0002550173060000036
为第kg台机组和第tg台机组第J-1次迭代中的有功出力；
Figure FDA0002550173060000037
和
Figure FDA0002550173060000038
分别为第kl个负荷站点和第tl个负荷站点的额定变电容量；
Figure FDA0002550173060000039
和
Figure FDA00025501730600000310
分别为第kl个和第tl个负荷站点第J-1次迭代中的有功负荷；
5)生成第J次迭代时的仿真数据；
6)分别进行正常运行状态和N-1故障潮流的校核，若均无支路过载，转入步骤7)；若有支路过载，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
7)分别进行单相短路中开关拒动、三相短路保护正确动作跳单回线路和直流单极闭锁故障的稳定校核，若无故障失稳，转入步骤8)；若存在任一故障失稳，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
8)判断第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ是否小于预设值，若是，则转入步骤9)；若否，则转入步骤3)；
9)更新第J次迭代时所述待分析断面的有功功率；其中，第J次迭代时所述待分析断面的有功功率的求取公式为
Figure FDA00025501730600000311
10)输出第J次迭代时所述待分析断面的有功功率PJ，判断有功功率PJ是否不低于预设的最小输电能力要求，若是，则检验通过；其中有功功率PJ为待分析断面的最大输电能力。
2.一种确定电网最佳电气距离的装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取待分析电网的实际工程建设条件；
候选解确定模块，用于根据所述实际工程建设条件确定所述待分析电网的待分析断面以及所述待分析断面各支路的候选解；
模型建立模块，用于建立最佳电气距离的数学模型；其中，所述数学模型的目标函数为最小化所述待分析电网的变电站的平均短路电流，变量为所述待分析断面各支路的电气距离，第一约束条件为所述待分析断面的最大输电能力不低于预设的最小输电能力要求，第二约束条件为各直流多馈入短路比不低于预设的多馈入短路比最小值，第三约束条件为各变电站的短路电流不超过预设的开关遮断容量；
求解模块，用于对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离；
其中，所述对所述数学模型采用和声搜索算法进行求解，得到所述待分析电网的最佳电气距离，具体包括：
根据所述数学模型设置所述和声搜索算法的最大迭代次数、和声记忆库容量、在和声记忆库以外随机生成新解的第一概率和对新解中各变量产生随机扰动的第二概率；
随机生成对应所述和声记忆库容量的数量的解，逐一对每一个解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的解按照对应的求得的目标函数值从小到大进行排列，以得到和声记忆库；
进行迭代求解，并记录当前迭代次数J，并按所述第一概率在所述和声记忆库外的可行域中随机生成新解和按预设的第三概率在所述和声记忆库中随机指定新解；其中，所述第三概率与所述第一概率之和等于1，在所述和声记忆库中随机指定的新解，对其各变量按所述第二概率的产生对应随机扰动；
对所述新解进行第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件的检验，将检验通过的所述新解进一步进行目标函数的计算，以得到新解目标函数值；
判断所述新解目标函数值是否小于所述和声记忆库中最大的目标函数值，若是，则将所述新解替换最大的目标函数值对应的解，并重新按照目标函数值从小到大排列和声记忆库中的解，以更新所述和声记忆库；否则舍弃该新解；
判断所述当前迭代次数J是否小于所述最大迭代次数，如果是，则令J＝J+1，继续进行迭代求解，如果否，则输出所述和声记忆库中排位第一的解，作为所述待分析电网的最佳电气距离；
所述对所述新解进行第一约束条件的检验，具体包括：
1)获取直流潮流灵敏度因子，生成所述待分析断面的送电机组集合和受电负荷站点集合；
2)设置迭代次数J＝0，获取基准方式潮流信息，以得到对应第0次迭代时待分析断面的有功功率、所述送电机组集合中每台机组的有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，
Figure FDA0002550173060000051
Figure FDA0002550173060000052
PJ为第J次迭代时待分析断面的有功功率；Nl为所述待分析断面的支路回数；
Figure FDA0002550173060000053
表示第J次迭代时待分析断面第il条支路的有功功率；
Figure FDA0002550173060000054
为第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力；
Figure FDA0002550173060000055
为第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷，1≤il≤Nl；
3)令J＝J+1，获取所述待分析断面第il条支路的额定有功功率，计算得到第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；其中，
Figure FDA0002550173060000056
Figure FDA0002550173060000057
和
Figure FDA0002550173060000058
分别为所述待分析断面第il条支路的额定有功功率和第J-1次迭代中的有功功率，ΔPJ和ΔLJ分别为第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量和负荷功率增加量；
4)按照等比例原则确定第J次迭代时所述送电机组集合中各台机组有功出力和所述受电负荷站点集合中各负荷站点的有功负荷；其中，第J次迭代时所述送电机组集合中第kg台机组的有功出力为
Figure FDA0002550173060000061
第J次迭代时所述受电负荷站点集合中第kl个负荷站点的有功负荷为
Figure FDA0002550173060000062
Figure FDA00025501730600000610
和
Figure FDA00025501730600000611
分别为所述送电机组集合中机组的数量和所述受电负荷站点集合中负荷站点数量；
Figure FDA0002550173060000063
和
Figure FDA0002550173060000064
分别为第kg台机组和第tg台机组的额定有功容量；
Figure FDA0002550173060000065
和
Figure FDA00025501730600000612
为第kg台机组和第tg台机组第J-1次迭代中的有功出力；
Figure FDA0002550173060000066
和
Figure FDA0002550173060000067
分别为第kl个负荷站点和第tl个负荷站点的额定变电容量；
Figure FDA0002550173060000068
和
Figure FDA0002550173060000069
分别为第kl个和第tl个负荷站点第J-1次迭代中的有功负荷；
5)生成第J次迭代时的仿真数据；
6)分别进行正常运行状态和N-1故障潮流的校核，若均无支路过载，转入步骤7)；若有支路过载，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
7)分别进行单相短路中开关拒动、三相短路保护正确动作跳单回线路和直流单极闭锁故障的稳定校核，若无故障失稳，转入步骤8)；若存在任一故障失稳，将第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ和负荷功率增加量ΔLJ各减少一半，转入步骤3)；
8)判断第J次迭代时所述待分析断面的有功功率增加量ΔPJ是否小于预设值，若是，则转入步骤9)；若否，则转入步骤3)；
9)更新第J次迭代时所述待分析断面的有功功率；其中，第J次迭代时所述待分析断面的有功功率的求取公式为
Figure FDA0002550173060000071
10)输出第J次迭代时所述待分析断面的有功功率PJ，判断有功功率PJ是否不低于预设的最小输电能力要求，若是，则检验通过；其中有功功率PJ为待分析断面的最大输电能力。
3.一种使用确定电网最佳电气距离的方法的装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的确定电网最佳电气距离的方法。
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