一種評估220kv環套環網最大供電能力的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電網供電能力評估領域，特別涉及一種評估220kv環套環網最大供電 能力的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的發展，電力負荷的增長明顯加快，導致電能質量、供電能力和供電 可靠性滿足不了用戶的電力需求，形成了很多供電瓶頸。而目前城市電網基本已經建成，若 想從系統的規劃與改建中獲得新變電站的站址和新饋線的地下通道是非常困難的。因此， 在不建設新電站和饋線的地下通道的情況下，研究電網的最大供電能力變得十分重要。
[0003] 電網最大供電能力(TotalSupplyCapability，TSC)是指一定供電區域內電網滿 足N-1安全準則，且考慮到網絡實際運行情況下的最大負荷供應能力。TSC在某種程度上反 映電網對負荷的供應的安全裕度，為電網的運行與規劃人員提供一定的參考，特別是在電 力市場的引入后，電網人員迫切需要利用現有的輸電網絡來輸送更多的電能，以最大限度 地降低成本，提高電網的效益。
[0004] 目前，對最大供電能力求解主要經過了三個階段:第一個階段主要是對最大供電 能力的評估階段，這一階段為了建模和計算方便，作了很多的假設，直接忽略了潮流計算， 不能做精確的計算，此方法一般用來粗略的評估電網的TSC，如容載比法。第二階段為采用 直流潮流模型或線性規劃方法來求解電網的最大供電能力，其缺點是忽略了電壓和網損對 TSC的影響，因而產生了較大誤差。第三階段是基于潮流的非線性模型，其能精確的求解出 網絡的潮流，并且能考慮電壓和網損對TSC的影響，因此計算結果較為可靠。
[0005]另外，現有的方法在求解電網最大供電能力時，一般采用完整電網模型或簡化模 型來進行計算，若采用完整電網模型和精確的計算方法并考慮N-1靜態安全約束計算時，則 會出現計算緩慢，甚至會出現數值計算上的問題;而簡化的模型又使得結果的誤差過大，應 用價值大打折扣。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種評估220kV環套環網最 大供電能力的方法，建立了一種基于交流潮流的非線性模型，考慮了電壓降落和網損對 220kV環套環網最大供電能力的影響，并且考慮電力系統N-1靜態安全約束;能以片區為最 小單位，簡化了計算的規模，降低了計算的維度，在加快計算的同時，保證了計算的精度。此 外，本發明采用內嵌牛頓拉夫遜法的自適應差分進化算法對220kV環套環網進行求解，具有 收斂速度快、魯棒性強的優點。
[0007]本發明的目的通過以下的技術方案實現：
[0008] -種評估220kV環套環網最大供電能力的方法，包括以下步驟：
[0009] S1、提取220kV環套環網的網架結構，確定所述網架結構的網絡節點數和支路數， 并對所述網架結構的節點和支路進行編號；其中，220kV環套環網的平衡節點為500kV變電 站主變的220kV側的節點，PQ節點為220kV環套環網中的負荷節點；
[0010]S2、對編號后的220kV環套環網的網架結構，讀取網架結構參數、負荷參數以及平 衡節點的電壓幅值vn和相角θη;
[0011]S3、對預設的負荷種群進行擴群操作，得到初始化負荷種群X，并通過自適應差分 進化算法對初始化負荷種群X進行變異、交叉進化操作，分別得到變異種群Xmuta和交叉種群 Xcros；
[0012]S4、通過牛頓拉夫遜法對220kV環套環網進行正常運行方式以及各支路N-1運行方 式下的潮流計算及校核；
[0013]S5、根據自適應度Fit，更新所述的種群X，以及輸出最大供電能力負荷方案Sdi。
[0014] 所述步驟S3具體包含以下步驟：
[0015]S301、判斷當前的迭代次數t是否達到最大值，若沒有達到則進行步驟S302,若迭 代次數t達到設定的最大迭代次數T或計算的精度ε達到要求，則跳轉步驟S309;
[0016]S302、對種群進行擴群操作，得到初始化負荷種群對擴群后的種群X進行變異處 理，得到變異種群Xmuta:隨機選擇兩個個體向量生成差分向量，將生成的差分向量與隨機選 擇的另一個向量相加，生成變異向量Xmuta;
[0017]S303、將變異的種群Xmuta進行交叉處理，得到交叉種群Xc^s:將變異向量Xmuta與目 標向量X交叉，生成交叉向量Xcros;
[0018]S304、判斷種群的遍歷是否完成，若沒有完成則進行步驟S305,否則將對迭代次數 進行加1處理，跳轉至步驟S301;
[0019]S305、對初始種群X中的個體和交叉種群Xcrcis中的個體同時進行計算，即將種群X中的個體和種群X_s中的個體分別代入所述牛頓拉夫遜方法中進行正常運行下及各N-1運 行方式下的潮流計算；
[0020]S306、對正常運行方式下及各N-1運行方式下的潮流進行校驗，若所有校驗通過則 進行步驟S307，否則將對種群遍歷的變量數進行加1處理，跳轉步驟S304;
[0021] S307、以預設的最大供電能力數學模型為自適應度函數，計算公式為： ，_其中&_<〇_吵_代表節點i的有功負載，即種群X或xcr。沖的一維中第 i個數；
[0022]S308、更新種群X:將自適應度大的個體更新到種群X中；
[0023]S309、輸出最大供電能力及其負荷方案。
[0024]所述步驟S4具體包含以下步驟：
[0025]S401、輸入原始數據:輸入500kV變電站主變的220kV側的電SVn和相角θη、網架的 參數以及電壓約束和相角差的約束；
[0026]S402、形成節點導納矩陣:形成正常運行方式下的節點導納矩陣并根據各Ν-1故障 修改正常運行方式下的節點導納矩陣形成各Ν-1故障下的節點導納矩陣；
[0027]S403、計算各節點功率不平衡量
，其中ΔΡ、AQ分別指節點有功功率和無功 功率的偏差，判斷最大潮流偏差是否滿足收斂條件;如滿足，則跳轉至步驟S406，如不滿足， 則進行步驟S404;其中，潮流偏差的計算公式如下：
[0030]其中，Pis、Qis為第i個節點給定功率;Vi、Vj分別為第i個節點和第j個節點的電壓；Gij、Bij分別為從節點i到節點j支路的電導和電納;Θi」為節點i與節點j的相角差；
[0031]S404、由輸入的變量和已有的節點導納矩陣生成潮流，計算雅可比矩陣J:
[0033] 其中，Η是η-I階方陣，其元素為
；，是（n_l)Xm階矩陣，其元素為
;K是mX(η-I)階矩陣，其元素
；L是m階方陣，其元素為

[0034]S405、求解線性修正方程 節點電壓幅值和相角的修正量ΑΘ、△V，得到各節點電壓和相角，跳轉至步驟S403;
[0035]S406、按下式計算所有支路功率：
[0036] &:職
[0037]其中，i為支路首節點，j為支路末節點，波浪號表示取復數的共輒值，見。為對節點i 對地的導納值的共輒值，Λ為線路節點i到節點j之間的導納值的共輒值。
[0038] 步驟S307中，所述最大供電能力數學模型的狀態變量包括:各負荷點的視在功率 Sdl、功率因數角的、上級節點的電壓幅值￥"以及相角差δη;
[0039] 所述最大供電能力數學模型的目標函數為最大的供電能力，通過下式計算各個負 荷節點的有功功率之和作為所述目標函數：況；
[0040]所述最大供電能力數學模型的約束條件為:負荷約束：乙< 、線路傳輸功率 約束、節點電壓上下限約束：g簡瑞以及相角上下約束：Ιδ,-δν?δ,-δ」·，其中Lt分別為節點i的視在功率的下限和上限值；么為分別為從節點i到節點j支路的線 路傳輸功率的下限和上限值；石、t分別為節點i的電壓的下限和上限值。
[0041] 步驟S303中，所述交叉處理為:根據下式隨機選擇兩個個體向量生成差分向量，將 生成的差分向量與隨機選擇的另一個向量相加，生成變異向量：
[0042] =·<3+^〇(·<·Ι ~·<?)
[0043]其中，Xrl、Xr2、Xr3表示種群中3個不同的個體，所述Fo縮放因子采用自適應策略：
，.F〇u、F〇l分別為F〇的上下限，ftl、ft2、ft3分別為^4.、<2、. ^4的適應 度。
[0044] 步驟S302中，所述變異處理包括：
[0045] 根據下式將變異向量與目標向量交叉尤，生成交叉向量^,:
[0046]
.，式中，rand(j)e[ 0，1 ]為的隨機函數，Cr為交叉概率因 子；
[0047]所述交叉概率因子米用自適應策略： 式中CRmin、CRmax分別 為最小交叉概率因子和最大交叉概率因子，t為當前迭代次數，T為最大迭代次數。
[0048] 本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
[0049]本發明的所述評估220kV環套環網最大供電能力的方法，建立了一種基于交流潮 流的非線性模型，考慮了電壓降落和網損對220kV環套環網最大供電能力的影響；以片區為 最小單位對220kV環套環網最大供電能力進行計算，建立了簡化的220kV環套環網最大供電 能力的接線模型，有效的簡化了大量的冗余的數據，降低了求解的維度，加快了計算速度， 從而為更精細的建模和求解精度提供可能;考慮了電力系統N-1靜態安全約束，使得220kV 環套環網最大供電能力