[发明专利]一种基于结构脆弱性的电网扩展规划优化方法

摘要

本发明涉及一种基于结构脆弱性的电网扩展规划优化方法，其在电网扩展规划优化模型中考虑了电网整体脆弱性综合指标。本发明首先在所有可能连通的线路上筛选出待选线路集合，将待选线路集合中线路的投建与否作为0‑1二元优化变量。然后基于既包含了电网平均脆弱性，又兼顾了电网脆弱性分布均衡程度的电网整体脆弱性综合评价指标，建立以电网经济性最优和电网整体脆弱性综合评价指标最优为目标函数，以电网运行中的等式约束和不等式约束为约束条件的电网扩展规划优化模型。最后基于多目标0‑1遗传优化算法，求解所建立的优化模型，得到能够兼顾经济性和安全性的电网最优扩展规划方案，能有效提高电网扩展规划方案的经济性和安全性。

主权项

一种基于结构脆弱性的电网扩展规划优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、构建待选线路集合：根据未来水平年的电源和负荷规划方案，确定待选扩展线路集L，线路集L内共包含t条待选扩展线路，规划方案确定每条线路的投资费用；b、建立电网扩展规划优化模型，包括优化变量X，目标函数f和约束条件；b1、优化变量的确定步骤a中所构建的待选线路集合L中，第i条线路Li的投建与否都是优化变量X中的元素xi，i＝1,2,...,t，用0和1来表示线路投建与否，xi＝1表示线路Li投建，该线路被纳入网架扩展规划方案；xi＝0表示不投建线路Li,优化变量X的每一组取值，都对应一种网架扩展规划方案；b2、构建目标函数目标函数是线路建设总费用和电网整体脆弱性综合评价指标最小，其数学表达形式为：f＝min[fvo,feo]式中fvo为电网整体脆弱综性合评价指标，feo为线路建设总费用，其中fvo＝ωfeo=Σi∈LCixi]]>式中ω表示优化变量X对应的电网扩展规划方案下电网整体脆弱性指标，Ci是第i条待选线路Li的建设费；b21、电网整体脆弱性综合评价指标ω的计算首先计算优化变量X对应的电网扩展规划方案下，电网中第i个节点的结构脆弱性指标为ωsi，i＝1,2,...,n，n为电网节点总个数；Aij,k=ΔIi,jΔIk=Zi,k-Zj,kZi,j]]>Bl=Σk∈node[(Pk+j*Qk)*Aij,k]]]>ωsi=Σl∈Sli|Bl|]]>其中，ΔIi,j为线路ij的电流，ΔIk为节点k注入的电流，Zi,k、Zj,k为阻抗矩阵的元素，Zi,j为线路ij的阻抗，Aij,k表示节点k处电流变化对线路ij的影响，node表示电网中所有节点的集合，Pk、Qk分别代表节点k当前运行方式下实际输出有功功率和无功功率，Bl表示线路l(节点i‑节点j)的脆弱性指标，Sli表示包含节点i的所有线路的集合；再计算电网的整体平均脆弱性指标ωavωav=1nΣi=1nωsi]]>然后计算电网整体脆弱性的均衡度指标ωeqωeq=1nΣi=1n(ωsi-ωav)2]]>最后计算得到电网整体脆弱性综合评价指标ωω＝aavωav+aeqωeq式中：aav表示电网整体平均脆弱性指标的权重，aeq表示电网整体脆弱性均衡程度指标的权重，电网整体脆弱性综合评价指标值越小，电网的网架结构越坚强，电网越安全；b3、确定约束条件PGi-PDi-ViΣi=1nVj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0,i=1,2,...n---(1)QGi-QDi-ViΣi=1nVj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0,i=1,2,...n---(2)Vmin≤Vi≤Vimax,i=1,2,...n---(3)Il≤Ilmax,l=1,2,...NL---(4)Snt≤SNmax---(5)]]>包括电网运行中的等式约束和不等式约束，(1)和(2)指功率平衡约束，(3)是电压运行约束，(4)是线路电流约束，(5)是设备容量约束；式中n为电网节点数，NL为电网线路数，Vi为节点i的电压，Vimin,Vimax分别为节点i电压幅值的上下限值，PGi和QGi分别为节点i的发电机注入有功和无功功率，PDi和QDi分别为节点i的负荷有功和无功功率，Gij和Bij分别为节点i和j之间的电导和电纳，θij为节点i和j之间电压相角差；Il为第l条线路流过的电流，Ilmax为第l条线路允许流过的电流的最大值，Snt为设备流过的实际容量，SNmax为设备所允许流过的最大容量；c、采用多目标0‑1遗传优化算法，求解步骤b中建立的优化模型，得到电网最优扩展规划方案，具体步骤如下：c1、初始化0‑1二元型优化变量X，以初始规划方案作为初值，初始规划方案中需要建设的线路，初值设为1；已经存在但初始规划方案中需要拆除的线路，初值设为0；其余的线路，初值均设为0；c2、先将优化变量X的值赋给计算目标函数所对应线路的参数，然后根据b2的公式计算电网整体脆弱性综合评价指标fvo和线路建设总费用feo；c3、进入多目标0‑1遗传优化算法主循环，更新优化变量X的值，然后循环执行步骤c2，并记录最优结果；c4、判断优化结果是否收敛或达到最大迭代次数，若判断为是，结束优化，输出N个电网扩展规划方案；否则，继续执行步骤c3；d、规划者根据实际情况从这N个结果中选择一个，作为电网最优扩展规划方案；优先推荐脆弱性指标最好的结果；如果受经济条件的限制，也可以选择经济条件许可内脆弱性指标最好的结果。