[发明专利]考虑线路阻抗和负荷不确定性的台区电网理论线损计算法

摘要

本发明公开考虑线路阻抗和负荷功率不确定性的台区电网理论线损计算法，首先输入网络结构、阻抗隶属度信息、负荷隶属度信息等基础数据，并参数初始化；然后通过α‑截集法求取各模糊变量在隶属度为0的取值范围；接着，采用遗传算法求取该取值范围下网损的最大值；其次求取该取值范围下网损的最小值；然后带入隶属度为1时变量的取值，运用三相潮流算法计算对应的网络功率损耗；最后通过上述求得的各隶属度下网损的最大值和最小值，得到网损的可能性分布。

主权项

1.考虑线路阻抗和负荷不确定性的台区电网理论线损计算法，其特征在于,包括以下步骤：(1)获取台区电网基础数据及初始化1.1.获取的基础数据包括：平衡端点电压、端点类型、隶属度为1时的支路阻抗和负荷功率、隶属度为0时的支路阻抗和负荷功率的最大最小值、线路的额定电压和功率基准值；网络端点数为N；表示网络所有端点所在的集合；平衡端点仅一个，且序号为1；表示PQ端点所在的集合，端点个数为m；将处于同一地理位置的不同相的多个电气节点称为端点，即端点包含a,b,c三相节点，若是星形连接，则还包括中性点n；1.2.参数初始化设置遗传算法的交叉概率P_C＝0.7，变异概率P_m＝0.1，变量精度esp＝10^‑5，种群规模Pop＝20；牛顿法收敛精度ε＝10^‑4，设置端点三相节点的电压的初始值为：幅值为1.0pu，相角相差120度，且相角为0；各端点中性点电压的初始值为：幅值为0pu，相角为0度；(2)隶属度为0时模糊变量取值范围设定：阻抗变量Z为三角形模糊变量，其隶属度函数图呈三角形；隶属度为1时，阻抗Z的取值为Z¹；隶属度为0时，阻抗Z的取值为取值范围为0.9Z¹≤Z≤1.1Z¹；设定：功率变量S为三角形模糊变量，其隶属度函数图呈三角形；隶属度为1时，负荷功率S的取值为S¹；隶属度为0时，负荷功率S的取值为取值范围为0.85S¹≤S≤1.15S¹；隶属度为0时，阻抗Z最大、最小值分别如下：隶属度为0时，功率S的最大、最小值分别如下：(3)基于遗传算法求取隶属度为0时的最小网损3.1.编码并产生初始种群确定以线路阻抗Z和负荷功率S为决策变量的二进制串长度分别为n₁和n₂，其数值满足下列关系式：产生线路阻抗Z为决策量的二进制编码矩阵T_Z，T_Z是一个20×n₁的矩阵，其里面的每一个元素先由matlab生成，数值为区间(0,1)上的随机数，再判断元素大小，若元素小于0.5，将其置0，若元素大于0.5，将其置1，由此使T_Z成为二进制编码矩阵，其每一行表示线路阻抗Z的一个个体，是位数为n₁的二进制码；产生负荷功率S为决策量的二进制编码矩阵T_S，T_S是一个20×n₂的矩阵，其中的每一个元素先由matlab生成，数值为区间(0,1)上的随机数，在判断元素大小，若元素小于0.5，将其置0，若元素大于0.5，将其置1，由此使T_S成为二进制编码矩阵，其每一行表示线路阻抗Z的一个个体，是位数为n₂的二进制码；3.2.译码并得变量的实际值对变量进行译码，将其二进制编码转换为对应的实际值，转换公式如下：式中，T_{Z_k}和T_{S_k}分别表示阻抗和功率的第k个个体，即矩阵T_Z和T_S的第k行二进制码；Z_k和S_k分别表示T_{Z_k}和T_{S_k}对应的实际值，其余变量的含义同公式(4)，(T_{Z_k})_D和(T_{S_k})_D分别表示二进制编码个体T_{Z_k}和T_{S_k}对应的十进制数值；其余变量的含义同公式(3)‑(4)；3.3.基于三相潮流方法计算网损3.3.1.形成节点导纳矩阵完成步骤3.2后，根据各支路阻抗信息得到支路阻抗：式中Z_uv表示端点u和端点v间线路的支路阻抗矩阵；z_xy,z_xx分别表示相间阻抗和各相的自阻抗，其中x,y∈B_p,x≠y，B_p＝{a,b,c,n},a,b,c,n分别表示各端点的三相电气节点和中性点；求取对应的导纳矩阵Y_uv，公式如下：Y_uv＝Z_uv^‑1            (8)式中Y_uv表示支路导纳矩阵；然后计算系统的节点导纳矩阵，计算公式如下：式中：φ_u为与端点u直接相联但不包括端点u的端点集合；s为端点集合φ_u中的任一端点，Y_us表示端点u与端点s直接相联线路的导纳矩阵，为4×4的复数矩阵；Y_uv表示端点u与端点v直接相联线路的导纳矩阵，为4×4的复数矩阵；自导纳矩阵Y_uu表示与端点u直接相联的所有支路导纳矩阵之和，为4×4的复数矩阵；v≠u时，互导纳矩阵Y_uv则为端点u和端点v之间支路导纳矩阵Y_uv的相反数，为4×4的复数矩阵；3.3.2.计算不平衡量结合计算出的网络节点导纳矩阵，计算PQ端点的注入电流不平衡量实虚部，计算公式如下：式中：i表示PQ端点序号；φ_i为包括端点i且与其直接相联端点的集合；j为端点集合φ_i中的任一端点；为i端点d相的注入电流，d∈B_p，B_p的含义与式(7)相同；表示i端点d相的电流不平衡量；表示i端点d相与j端点t相间的导纳；分别表示j端点t相的电压；PQ端点的注入电流为：式中i表示PQ端点的序号；分别为给定的a,b,c相和中性点处与中性点间负荷的视在功率；为端点i中性点的电压；表示端点i节点d的电压；表示i端点d相的注入电流，“*”为共轭运算；若端点i接有负荷，则上述功率值为给定的负荷值；若该端点不接负荷，则对应的负荷功率为0；上述不平衡变量计算完成后就可形成不平衡变量矩阵ΔF，公式如下：ΔF＝[dh₂…dh_N dg₂…dg_N]^T        (12)式中dh_i和dg_i分别为端点i注入电流不平衡量的虚部和实部；3.3.3.计算雅克比矩阵雅克比矩阵的常数项子矩阵计算公式为：式中：i和j为PQ端点编号，表示PQ端点所在的集合，端点个数为m；Hc表示雅克比矩阵的常数项，为8m×8m的矩阵；G_ij和B_ij分别表示导纳矩阵元素Y_ij的实部和虚部；下标4×4表示该矩阵4行4列矩阵；PQ端点的电流不平衡方程对其节点电压的实虚部求导公式如下：H为8m×8m的实数矩阵，其余变量含义同式(11)；雅克比矩阵J组成如下：J＝H+Hc            (16)其中J为8m×8m的实数矩阵；矩阵H，Hc由上述公式求取；“imag(·)”为取虚部，“real(·)”为取实部，I_i为元素为端点i注入电流矩阵，e_i为元素为端点i电压的实部矩阵，f_i为元素为端点i电压的虚部矩阵；3.3.4.计算修正量根据公式(17),计算状态变量的修正量Δx^(time)；Δx^(time)＝‑J^‑1ΔF            (17)式中ΔF为步骤3.3.2计算出的不平衡量；J为雅克比矩阵，由步骤3.3.3求出；然后更新端点电压U，公式如下：x^(time+1)＝x^(time)+Δx^(time)              (18)3.3.5.收敛性判断当不平衡量ΔF满足max(|ΔF|)<ε，则结束迭代计算，输出结果；当max(|ΔF|)≥ε且迭代次数time≥Tmax，则停止迭代，输出“不收敛！”，结束判断；当max(|ΔF|)≥ε且迭代次数time<Tmax，则返回步骤3.3.2，并增加迭代次数，用time+1来更新time，重新进行迭代计算；3.3.6.计算网损根据上述的三相潮流计算，得出满足收敛精度的潮流结果；根据潮流结果可以得到理论网损的数值；理论网损的计算如下：式中，ΔP为理论网损；表示平衡端点的电压；N表示端点总数；表示v端点的电压，Y_1v表示1端点与v端点间的支路导纳；表示所有PQ端点的集合，P_i表示i端点的负荷有功功率；“*”为共轭运算；“real(·)”表示取实部；即理论网损等于电源注入有功功率减去所有负荷有功功率。