一种基于遗传算法的电网静态等值方法、系统和设备

技术领域

本发明属于电力系统分析技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的电网静态等值方法、系统和设备。

背景技术

对电力系统进行静态安全稳定分析、控制及最优潮流计算的关键在于获取完备且准确的电网信息，而随着我国电网规模的不断扩大，获取完备且准确的电网信息变得越来越困难。一方面，在电力市场条件下我国各个电力公司属于不同的主体，既相互合作又相互竞争，实时获取相邻电网传递过来的信息存在困难；另一方面，当前电网的网架结构与运行方式越来越复杂，实际电网包含上万个节点，受限于计算机的计算能力及仿真软件的计算规模，在仿真软件中搭建完整的电网模型对电网进行分析计算不切实际。因此，在实际工程计算中，研究仅基于内网信息的电网等值方法具有重要意义。

现有电网等值技术常用的方法有简单挂等值机法、戴维南等值方法、Ward等值方法、同调等值法及短路计算等值法等。这些方法都存在一些弊端，其中，简单挂等值机法将外部网络等值为同步发电机或恒功率负荷，难以反映外部电网对内部电网的电压支撑作用；戴维南等值方法将外部电网等值为电流源并联阻抗的形式，难以反映外部电网之间的电气耦合关系；Ward等值方法需要构建外部电网的节点导纳矩阵，通常情况下外部电网节点数量多，其计算过程极其复杂；同调等值法及短路计算等值法需要获取外部电网的全部信息后进行电网等值，仅适用于小电网等值。

发明内容

为了解决现有电网等值技术存在的弊端，例如难以反映外部电网对内部电网的功率及电压支撑作用、难以反映外部电网之间的电气耦合关系、计算过程复杂或适用范围较窄等，导致等值效果和可靠性不佳，本发明提供了一种基于遗传算法的电网静态等值方法、系统和设备，本发明提出的等值方法在进行电网等值过程中，仅基于内网信息就能够完成电网等值建模，为后续的电网静态安全稳定分析、控制及最优潮流计算等提供更加简便、可靠的技术支撑。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于遗传算法的电网静态等值方法，所述电网静态等值方法包括：

将电网划分为目标等值电网与外部电网，并获取目标等值电网的潮流信息；其中所述目标等值电网是指不需要等值的电网，所述外部电网是指需要等值的电网；

将所述外部电网等值为边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路及发电机模型，得到等值后电网模型；其中边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路参数包括电阻与电抗，发电机模型参数包括电压与相角；

利用遗传算法确定外部电网等值后电网模型的支路参数和发电机模型参数；其中所述遗传算法的适应度函数为电网等值前后外部电网输入到边界节点功率差值的倒数。

相较于现有电网等值方法存在的弊端或局限，本发明提出的电网静态等值方法仅需要利用目标等值电网的潮流信息进行分析，即可建立反映外部电网之间的电气耦合关系的等值电网模型，并利用遗传算法确定等值后电网模型的参数，从而实现仅基于内网信息分析实现电网等值，无需获取全网信息，极大的降低了计算过程的复杂性，为后续电网静态安全稳定分析、控制及最优潮流计算等提供有力的技术支撑。

作为优选实施方式，本发明的外部电网等值过程具体包括：

将所述目标等值电网与外部电网的联络支路在目标等值电网侧节点定义为边界节点；

将所述目标等值电网与外部电网的联络支路在外部电网侧节点集合定义为{A}，将所述目标等值电网内除边界节点以外的节点集合定义为{B}；对于任一边界节点i，用子集{A

对于任一边界节点i，将与其对应子集{A

作为优选实施方式，本发明的遗传算法具体包括：

设置种群规模、最大迭代次数与待优化参数范围，并初始化种群；

计算种群的适应度，对种群依次进行轮盘赌选择、交叉和变异，得到下一代种群；

检测当前迭代次数的最佳适应度值是否大于阈值；若是，则输出迭代过程中的最优解；若不是，则返回前一步骤继续迭代计算，直到最佳适应度值大于阈值，输出其对应的种群。

作为优选实施方式，本发明的电网静态等值方法具体通过下式计算种群的适应度：

其中，J为适应度值，P

作为优选实施方式，本发明的电网静态等值方法通过下式计算得到外部系统输入到边界节点i的有功及无功功率：

其中，等式右侧变量均为标幺值，P

作为优选实施方式，本发明的电网静态等值方法通过下式计算得到等值后外部系统输入到边界节点i的有功及无功功率：

其中，P

第二方面，本发明提出了一种基于遗传算法的电网静态等值系统，所述电网静态等值系统具体包括：

网络划分单元，所述网络划分单元将电网划分为目标等值电网与外部电网，并获取所述目标等值电网的潮流信息；其中所述目标等值电网是指不需要等值的电网，所述外部电网是指需要等值的电网；

网络等值单元，所述网络等值单元将所述外部电网等值为边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路及发电机模型，得到等值后电网模型；其中边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路参数包括电阻与电抗，发电机模型参数包括电压与相角；

以及参数解算单元，所述参数解算单元利用遗传算法确定外部电网等值后电网模型的支路参数和发电机模型参数；其中所述遗传算法的适应度函数为电网等值前后外部电网输入到边界节点功率差值的倒数。

作为优选实施方式，本发明的电网等值单元被配置为执行如下指令：

将所述目标等值电网与外部电网的联络支路在目标等值电网侧节点定义为边界节点；

将所述目标等值电网与外部电网的联络支路在外部电网侧节点集合定义为{A}，将所述目标等值电网内除边界节点以外的节点集合定义为{B}；对于任一边界节点i，用子集{A

对于任一边界节点i，将与其对应子集{A

第三方面，本发明提出了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。

第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、相较于现有技术，本发明提出的电网静态等值方法采用遗传算法进行了等值后电网模型的参数求解，其通过确定等值前后外部电网输入注入目标等值网络功率一致来确保等值前后电网潮流的一致性，有助于提高等值的准确度；

2、本发明提出的电网静态等值方法仅需要基于内网信息即可实现电网等值过程，极大的降低了计算过程的复杂性，为后续电网静态安全分析、控制及最优潮流计算等提供有效可靠的技术支撑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的等值方法流程示意图。

图2为本发明实施例的等值系统原理框图。

图3为原始CEPRI36节点系统。

图4为采用本发明实施例提出的等值方法等值后的CEPRI36节点系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

现有常用的简单挂等值机法将外部网络等值为同步发电机或恒功率负荷，难以反映外部电网对内部电网的功率及电压支撑作用；戴维南等值方法将外部电网等值为电流源并联阻抗的形式，难以反映外部电网之间的电气耦合关系；Ward等值方法需要构建外部电网的节点导纳矩阵，计算过程极其复杂；同调等值法及短路计算等值法仅适用于小电网等值。针对此，本实施例提出了一种基于遗传算法的电网静态等值方法，本实施例提出的电网静态等值方法在等值过程中，仅需要分析系统内部的潮流数据，即可完成电网等值建模，其计算过程简便，为后续的电网静态安全稳定分析、控制及最优潮流计算等提供有效可靠的技术支撑。

如图1所示，本实施例提出的电网静态等值方法具体包括如下步骤：

步骤1，将电网划分为目标等值电网与外部电网，并获取目标等值电网的潮流信息；其中，目标等值电网是指不需要等值的电网，外部电网是指需要等值的电网；

步骤2，将外部电网等值为边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路及发电机模型，得到等值后电网模型；其中，边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路参数包括电阻与电抗，发电机模型参数包括电压与相角；

步骤3，利用遗传算法确定外部电网等值后电网模型的支路参数和发电机模型参数；其中，遗传算法的适应度函数为电网等值前后外部电网输入到边界节点功率差值的倒数。

相较于现有的等值方法，本实施例提出的等值方法仅需要利用目标等值电网的潮流信息进行分析，即等值得到反映外部电网之间的电气耦合关系的等值电网模型，同时利用遗传算法确定等值后电网模型的参数，即可完成电网等值，即本实施例提出的等值方法仅基于内网信息即可实现电网等值，极大的降低了计算过程的复杂性，为后续电网静态安全稳定分析、控制及最优潮流计算等提供更加有效且可靠的技术支撑；同时本发明提出的电网静态等值方法采用遗传算法进行了等值后电网模型的参数求解，其通过确定等值前后外部电网输入注入目标等值网络功率一致来确保等值前后电网潮流的一致性，有助于提高等值的准确度。

进一步的，步骤2的外部电网等值过程具体包括如下步骤：

步骤201，将目标等值电网与外部电网的联络支路在目标等值电网侧节点定义为边界节点，并以i表示，i＝1，2，3，…，n，n为边界节点的个数；

步骤202，将目标等值电网与外部电网的联络支路在外部电网侧节点集合定义为{A}，将目标等值电网内除边界节点以外的节点集合定义为{B}；对于任一边界节点i，用子集{A

步骤203，对于任一边界节点i，将与其对应子集{A

进一步的，步骤3中利用遗传算法确定参数的过程具体包括如下步骤：

步骤301，设置种群规模、最大迭代次数与待优化参数范围，并初始化种群；

步骤302，计算种群的适应度，对种群依次进行轮盘赌选择、交叉和变异，得到下一代种群；

步骤303，检测当前迭代次数的最佳适应度值是否大于预期设定值；若是，则输出迭代过程中的最优解；若不是，则返回步骤302继续迭代计算，直到最佳适应度值大于预期设定值，输出其对应的种群。

进一步的，步骤302采用下式计算种群的适应度：

其中，J为适应度值，P

进一步的，外部系统输入到边界节点i的有功及无功功率具体通过下式求解得到：

其中，等式右侧变量均为标幺值，P

进一步的，等值后外部系统输入到边界节点i的有功及无功功率具体通过式(3)-式(4)求解得到：

其中，P

基于上述相同的技术构思，本实施例还提出了一种基于遗传算法的电网静态等值系统，如图2所示，本实施例提出的电网静态等值系统具体包括：

网络划分单元，该单元将电网划分为目标等值电网与外部电网，并获取目标等值电网的潮流信息；其中，目标等值电网是指不需要等值的电网，外部电网是指需要等值的电网；

网络等值单元，该单元将外部电网等值为边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路及发电机模型，得到等值后电网模型；其中，边界节点间的耦合支路、外部电网与每一边界节点间的等值支路参数包括电阻与电抗，发电机模型参数包括电压与相角；

参数解算单元，该单元利用遗传算法确定外部电网等值后电网模型的支路参数和发电机模型参数；遗传算法的适应度函数为电网等值前后外部电网输入到边界节点功率差值的倒数。

实施例2

本实施例采用CEPRI36节点电网对上述实施例1提出的电网静态等值方法可行性进行验证，具体过程如下：

(1)将电网划分为目标等值电网和外部电网，并获取目标等值电网的潮流信息。

(2)如图3所示电网中节点9、14、16、19为边界节点，将外部电网{A}按边界节点的个数分为4个子集，其中{A

(3)等值后电网模型中的同步发电机G

表1等值前后研究系统潮流结果的对比

由表1中数据可以看出，研究系统内所有节点的电压幅值和相角相对误差均在0.05％内，且进行电网等值的过程中仅需要研究系统内部的潮流数据，说明本发明实施例所提出的等值方法可用于局部电网的近似等值，所得到的等值网络可以用于后续的电网静态安全稳定分析、控制及最优潮流计算等领域。

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。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。