CN110896215B - 一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法，根据直流配电系统设备参数计算直流线路故障的电流最大值，以限流电抗器和直流断路器的投资成本最低为目标函数，利用遗传算法对限流电抗器的容量和直流断路器的型号进行优化，得到限流电抗器和直流断路器的最优配置方案，避免直流断路器冗余配置造成投资成本的升高，对提高直流配电网的经济性具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法，特别涉及一种对基于电压源型换流阀的直流配电系统中的限流电抗器和直流断路器同时进行优化配置的方法。
背景技术
随着直流型分布式电源的大规模接入和电动汽车、数据中心等直流负荷的不断增加，配电系统的直流特征日益突出。发展直流配电系统能有效提高对光伏等直流型分布式电源的接纳能力，减少换流环节，降低线路损耗，提高能源利用效率。
直流配电系统发生直流线路故障时，故障电流大，增加了直流断路器开断电流能力的要求，造成直流断路器成本升高，严重影响了直流配电系统的经济性。
限流电抗器能减小流过直流线路和换流阀的故障电流，但目前国内外对直流配电系统限流电抗器配置的研究通常都先给定直流断路器的设备参数，但不同电流开断能力的直流断路器价格差别较大，直流断路器选型的不准确容易造成直流配电系统电网投资成本的增加。
考虑到限流电抗器减小线路故障电流的能力，同时对直流配电系统中的限流电抗器和直流断路器进行优化配置能最大程度的实现直流断路器的有效使用，避免直流断路器冗余配置造成投资成本的升高，对提高直流配电网的经济性具有重要的意义。
发明内容
为了实现限流电抗器和直流断路器的合理配置，提高直流配电系统的投资经济性，本发明的目的是根据直流配电系统设备参数计算直流线路故障的电流最大值，以限流电抗器和直流断路器的投资成本最低为目标函数，利用遗传算法对限流电抗器的容量和直流断路器的型号进行优化，得到限流电抗器和直流断路器的最优配置方案。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法，包括如下步骤：
步骤1，读入直流配电系统换流阀设备参数、线路参数及负荷参数；
步骤2，采用十进制编码方式对限流电抗器的容量进行编码，并用十进制数字表示各类可选的直流断路器的型号，电抗器容量与断路器型号所对应的数值构成一个完整的染色体；
步骤3，生成初始种群，根据优化配置的目标函数和约束条件计算各个染色体的适应度；
步骤4，采用锦标赛选择方法，从种群中未参与选择操作的个体中依次选择2个个体比较，选择适应值较小的个体作为下一代的父体；
步骤5，采用单点变异方法，即随机选择一个基因点，将其值重新生成，得到这个染色体变异后的后代；
步骤6，当达到设定的进化代数后输出对限流电抗器和断路器的优化配置结果。
所述步骤3中，限流电抗器和直流断路器综合配置的目标函数为：
min f＝fFCL+fCB/NCB (1)
其中，f为配置方案的年投资成本，fCB为直流断路器的投资成本，单位为元，与断路器的类型相对应，NCB为直流断路器的设计年限，fFCL为限流电抗器的投资及运行成本，具体表示为:
fFCL＝kFCLLFCL/NFCL+keleTyearkRLFCLI0 2/1000 (2)
其中，LFCL为限流电抗器的容量，单位为H，kFCL为单位容量限流电抗器的投资成本，单位为元/H，NFCL为限流电抗器的设计年限，I0为稳态运行的线路平均电流值，单位为A，Tyear为8760h，kele为电价，单位为元/kWh，kR为单位容量的电抗器稳态运行时表现出的电阻值，单位为Ω/H。
所述步骤3中，限流电抗器和直流断路器综合配置的约束条件为直流断路器的开断电流和直流线路的最大允许电流均大于线路极间故障最大电流。其中，直流配电系统极间故障后的线路最大电流表示为：
式(3)中：
σ＝(Rd+kRLFCL)/2(Ld+LFCL) (4)
式(3)-(5)中，U0为系统额定电压，Rd和Ld为发生极间短路故障时，电容放电回路的短路电阻和电抗，取实际配电网线路长度的1/10，C为换流阀集中电容器的电容值。
所述步骤3中，各个染色体适应度的计算方法为：若该染色体对应的配置方案满足约束条件，则将该染色体对应配置方案的成本作为染色体的适应度；若该染色体对应的配置方案不满足约束条件，则将该染色体对应配置方案的成本乘以1000后作为该染色体的适应度。
本发明的有益效果：
同时对直流配电系统中的限流电抗器和直流断路器进行优化配置能最大程度的实现直流断路器的有效使用，避免直流断路器冗余配置造成投资成本的升高，提高了直流配电网的经济性。
附图说明
图1为直流配电系统限流电抗器和直流断路器安装位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
步骤1，读入直流配电系统换流阀设备参数、线路参数及负荷参数；
步骤2，采用十进制编码方式对限流电抗器的容量进行编码，并用十进制数字表示各类可选的直流断路器的型号，电抗器容量与断路器型号所对应的数值构成一个完整的染色体；
步骤3，生成初始种群，根据优化配置的目标函数和约束条件计算个各个染色体的适应度；
步骤4，采用锦标赛选择方法，从种群中未参与选择操作的个体中依次选择2个个体比较，选择适应值较小的个体作为下一代的父体；
步骤5，采用单点变异方法，即随机选择一个基因点，将其值重新生成，得到这个染色体变异后的后代；
步骤6，当达到设定的进化代数后输出对限流电抗器和断路器的优化配置结果。
所述步骤3中，限流电抗器和直流断路器综合配置的目标函数为：
min f＝fFCL+fCB/NCB (6)
其中，f为配置方案的年投资成本，fCB为直流断路器的投资成本，单位为元，与断路器的类型相对应，NCB为直流断路器的设计年限，fFCL为限流电抗器的投资及运行成本，具体表示为:
fFCL＝kFCLLFCL/NFCL+keleTyearkRLFCLI0 2/1000 (7)
其中，LFCL为限流电抗器的容量，单位为H，kFCL为单位容量限流电抗器的投资成本，单位为元/H，NFCL为限流电抗器的设计年限，I0为稳态运行的线路平均电流值，单位为A，Tyear为8760h，kele为电价，单位为元/kWh，kR为单位容量的电抗器稳态运行时表现出的电阻值，单位为Ω/H。
所述步骤3中，限流电抗器和直流断路器综合配置的约束条件为直流断路器的开断电流和直流线路的最大允许电流均大于线路极间故障最大电流。其中，直流配电系统极间故障后的线路最大电流表示为：
式(8)中：
σ＝(Rd+kRLFCL)/2(Ld+LFCL) (9)
式(8)-(10)中，U0为系统额定电压，Rd和Ld为发生极间短路故障时，电容放电回路的短路电阻和电抗，取实际配电网线路长度的1/10，C为换流阀集中电容器的电容值。
所述步骤3中，各个染色体适应度的计算方法为：若该染色体对应的配置方案满足约束条件，则将该染色体对应配置方案的成本作为染色体的适应度；若该染色体对应的配置方案不满足约束条件，则将该染色体对应配置方案的成本乘以1000后作为该染色体的适应度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，读入直流配电系统换流阀设备参数、线路参数及负荷参数；
步骤2，采用十进制编码方式对限流电抗器的容量进行编码，并用十进制数字表示各类可选的直流断路器的型号，电抗器容量与断路器型号所对应的数值构成一个完整的染色体；
步骤3，生成初始种群，根据优化配置的目标函数和约束条件计算各个染色体的适应度；
步骤4，采用锦标赛选择方法，从种群中未参与选择操作的个体中依次选择2个个体比较，选择适应值较小的个体作为下一代的父体；
步骤5，采用单点变异方法，即随机选择一个基因点，将其值重新生成，得到这个染色体变异后的后代；
步骤6，当达到设定的进化代数后输出对限流电抗器和断路器的优化配置结果；
所述步骤3中：
限流电抗器和直流断路器综合配置的目标函数为：
min f＝fFCL+fCB/NCB (1)
其中，f为配置方案的年投资成本，fCB为直流断路器的投资成本，单位为元，与断路器的类型相对应，NCB为直流断路器的设计年限，fFCL为限流电抗器的投资及运行成本，具体表示为:
fFCL＝kFCLLFCL/NFCL+keleTyearkRLFCLI0 2/1000 (2)
其中，LFCL为限流电抗器的容量，单位为H，kFCL为单位容量限流电抗器的投资成本，单位为元/H，NFCL为限流电抗器的设计年限，I0为稳态运行的线路平均电流值，单位为A，Tyear为8760h，kele为电价，单位为元/kWh，kR为单位容量的电抗器稳态运行时表现出的电阻值，单位为Ω/H。
2.根据权利要求1所述的一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法，其特征是，
所述步骤3中：
限流电抗器和直流断路器综合配置的约束条件为：直流断路器的开断电流和直流线路的最大允许电流均大于线路极间故障最大电流，其中，直流配电系统极间故障后的线路最大电流表示为：
式(3)中：
σ＝(Rd+kRLFCL)/2(Ld+LFCL) (4)
式(3)-(5)中，U0为系统额定电压，Rd和Ld为发生极间短路故障时，电容放电回路的短路电阻和电抗，取实际配电网线路长度的1/10，C为换流阀集中电容器的电容值。
3.根据权利要求1所述的一种直流配电系统限流电抗器和断路器综合优化配置方法，其特征是，
所述步骤3中：
各个染色体适应度的计算方法为：若该染色体对应的配置方案满足约束条件，则将该染色体对应配置方案的成本作为染色体的适应度；若该染色体对应的配置方案不满足约束条件，则将该染色体对应配置方案的成本乘以1000后作为该染色体的适应度。
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