基于nsga-ⅲ的upfc選址和容量多目標(biāo)配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新的UPFC選址和容量多 目標(biāo)配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，各區(qū)域電網(wǎng)之間聯(lián)系越來越緊密，在當(dāng)前電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)下，區(qū)域電網(wǎng)之間安全地進(jìn)行電力交易比較困難。靈活交流輸電系統(tǒng)（flexibleac transmissionsystems，F(xiàn)ACTS)是近年來出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。應(yīng)用電力電子技術(shù)的最新發(fā) 展成就以及現(xiàn)代控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電系統(tǒng)參數(shù)以至網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活快速控制，一起實(shí) 現(xiàn)輸送功率的合理分配，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。
[0003]統(tǒng)一潮流控制器（unifiedpowerflowconortller，UPFC)是FAFCTS家族中最復(fù) 雜也是最有吸引力的一種補(bǔ)償器，它綜合了許多FACTS器件的靈活控制手段，被認(rèn)為是最 有創(chuàng)造性的，是功能強(qiáng)大的FACTS元件。合理配置UPFC是提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的重點(diǎn)之一， 本發(fā)明以NSGA-III(非支配排序遺傳算法，nondominatedsortinggeneticalgorithm)為 框架，對(duì)UPFC的安裝位置和容量進(jìn)行優(yōu)化，采用基于參考點(diǎn)的非支配排序方法構(gòu)造非支配 解集。由于參考點(diǎn)在超立方體上均勻分布、小生境技術(shù)的應(yīng)用，保持了種群的多樣性，避免 了帕累托最優(yōu)解的丟失，得到了均勻的帕累托前沿面，較好地解決了UPFC選址和容量多目 標(biāo)配置的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠有效、快速對(duì) UPFC選址和容量多目標(biāo)配置方法。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于NSGA-III的UPFC選址和容量多目標(biāo)配置方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :獲得電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)具體包括：母線編號(hào)、名稱、負(fù)荷有 功、負(fù)荷無功、補(bǔ)償電容，輸電線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電 抗、并聯(lián)電導(dǎo)、并聯(lián)電納、變壓器變比和阻抗，發(fā)電機(jī)有功出力、無功出力上下限，發(fā)電機(jī)耗 量特性參數(shù)，節(jié)點(diǎn)參考電壓。
[0009] 步驟2:初始化NSGA-III參數(shù)，具體包括：初始化NSGA-III種群Pt、種群規(guī)模Np，設(shè) 置進(jìn)化代數(shù)t= 0,設(shè)置最大進(jìn)化代數(shù)T_。
[0010] 步驟3 :Pt基于DE進(jìn)化（DifferentialEvolution，差分進(jìn)化算法）得到種群Qt;
[0011] 步驟3具體包括以下步驟，
[0012] 步驟301，對(duì)NSGA-III種群進(jìn)行變異：
[0013] v\ =xrl+F{xr2 -xr7>)
[0014] 式中，vf為變異后的種群；F為縮放因子，取[0,2] <2、<3:為從種群中隨 機(jī)抽取的三個(gè)不同個(gè)體，i為參考點(diǎn)序號(hào)；
[0015] 步驟302,對(duì)NSGA-III種群進(jìn)行交叉操作：
[0017] 式中，為交叉后得到的種群；rand(j)為[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)；j為個(gè)體的第j 個(gè)分量；CR為交叉概率；randn⑴為[1，. . .，Np]之間的隨機(jī)量，Np為種群規(guī)模大??；
[0018] 得到試驗(yàn)種群的UPFC安裝位置<、UPFC容量仏，β= [<，&]。
[0019] 步驟4:對(duì)&=PtU(^采用快速非支配解排序法得到不同等級(jí)的原始非支配解集
[0020] 步驟5 :根據(jù)一般支配原則得到非支配解集St。
[0021] 步驟6 :比較非支配解集St與種群規(guī)模Np的大小，若非支配解集St大于種群規(guī)模 Np，則進(jìn)入步驟7,否則，則進(jìn)化代數(shù)t值加1，返回步驟3。
[0022] 步驟7 :設(shè)定結(jié)構(gòu)化的參考點(diǎn)Zs。
[0023] 步驟8:等級(jí)為1的非支配解集R自適應(yīng)歸一化，得到歸一化超平面上的參考點(diǎn) zr；
[0024] 步驟8具體包括以下步驟，
[0030] 步驟806 :根據(jù)(X)在歸一化的超立方體上的得到參考點(diǎn)
[0031] 步驟9七與Z^進(jìn)行關(guān)聯(lián)；
[0032] 步驟9具體包括以下步驟：
[0033] 步驟901 :根據(jù)定義參考線w;
[0034] 步驟902 :計(jì)算匕個(gè)體到參考線w的垂直距離d;
[0035] 步驟903七與Z^相關(guān)聯(lián)的參考點(diǎn)即最小垂直距離d所對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)πs。
[0036] 步驟10 :對(duì)非支配解集St進(jìn)行利基保留操作，獲取下一代種群Pt+1;
[0037] 步驟10具體包括以下步驟，
[0038] 步驟1001 :定義第i個(gè)參考點(diǎn)的利基數(shù)為Pi;
[0039] 步驟1002 :根據(jù)下式，得到下一代種群Pt+1:
[0041] 步驟11 :比較本輪進(jìn)化代數(shù)t與T_大小，若t多T_，則輸出得到UPFC配置參數(shù)： UPFC可控電壓源幅值參數(shù)ke、UPFC可控電壓源相角參數(shù)武、UPFC無功控制參數(shù)Qsh;否則， 則置迭代次數(shù)t值加1，返回步驟3。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果包括：
[0043] 本發(fā)明以NSGA-III為框架，對(duì)UPFC的安裝位置和容量進(jìn)行優(yōu)化，采用基于參考點(diǎn) 的非支配排序方法構(gòu)造非支配解集，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以NSGA-III為框架，對(duì)UPFC 的安裝位置和容量進(jìn)行優(yōu)化，采用基于參考點(diǎn)的非支配排序方法構(gòu)造非支配解集。由于參 考點(diǎn)在超立方體上均勻分布、小生境技術(shù)的應(yīng)用，保持了種群的多樣性，避免了帕累托最優(yōu) 解的丟失，得到了均勻的帕累托前沿面，較好地解決了UPFC選址和容量多目標(biāo)配置的問 題。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明基于NSGA-III的UPFC選址和容量多目標(biāo)配置方法流程圖；
[0045] 圖2為采用UPFC輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0047] 如圖1所示，一種基于NSGA-III的UPFC選址和容量多目標(biāo)配置方法，包括以下步 驟：
[0048] 步驟1:獲取電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括：母線編號(hào)、名稱、負(fù)荷有功、負(fù)荷無功、補(bǔ) 償電容，輸電線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗、并聯(lián)電導(dǎo)、并 聯(lián)電納、變壓器變比和阻抗，發(fā)電機(jī)有功出力、無功出力上下限，發(fā)電機(jī)耗量特性參數(shù)，節(jié)點(diǎn) 參考電壓。
[0049] 步驟2:初始化程序，包括：設(shè)定NSGA-III種群大小Np、種群規(guī)模Np、最大進(jìn)化代 數(shù)T_、待優(yōu)化離散變量為UPFC安裝位置UPFC容量g；，初始化NSGA-III種群Pt， € =xf,…,4β，其中4 ?這]，設(shè)進(jìn)化代數(shù)t= 〇。
[0050] 步驟3 :Pt基于DE進(jìn)化得到種群Q t，具體步驟如下：
[0051] 步驟301 :對(duì)NSGA-III種群進(jìn)行變異：
[0052] =Xr\+F{xr2 ~Xr^).
[0053] 式中為變異后的種群；F為縮放因子，取[0,2] <2、為從種群中隨 機(jī)抽取的三個(gè)不同個(gè)體。
[0054] 步驟302:對(duì)NSGA-III種群進(jìn)行交叉操作：
[0056] 式中：</為交叉后得到的種群；rand(j)為[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)；j為個(gè)體的第j 個(gè)分量；CR為交叉概率；randn⑴為[1，. . .，Np]之間的隨機(jī)量，Np為種群規(guī)模大??；
[0057] 得到試驗(yàn)種群的UPFC安裝位置<、UPFC容量&，0 =[<，^]。
[0058] 步驟4 :對(duì)&=PtU(^采用快速非支配解排序法得到不同等級(jí)的原始非支配解集 Fi,F2,. . . ,F1；
[0059] 步驟5:根據(jù)一般支配原則得到非支配解集St，如下式所示：
[0061] 步驟6:比較非支配解集St與種群規(guī)模Np的大小，若非支配解集St大于種群規(guī)模 Np，則跳到步驟7,否則，則進(jìn)化代數(shù)t值加1，返回步驟3。
[0062] 步驟7 :根據(jù)下式設(shè)定Η個(gè)結(jié)構(gòu)化的參考點(diǎn)Zs:
[0064] 式中Μ為目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)，p為在目標(biāo)函數(shù)軸被等分的個(gè)數(shù)。
[0065] 步驟8:將等級(jí)為1的原始非支配解集R自適應(yīng)歸一化，得到歸一化超平面上的參 考點(diǎn)Γ，具體步驟如下：
[0066] 步驟801:計(jì)算每個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最小值f力〇)，如下：
[0067] 目標(biāo)函數(shù)的最小值經(jīng)過優(yōu)化后描述為：
[0069]其中：= 死，仏]，Pg、Qj別為發(fā)電機(jī)所發(fā)有功功率和無功功 率，Θ、V分別為節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值，如圖2所示，k。、氣分別為UPFC可控電壓源的幅值控 制參數(shù)、相角控制參數(shù)，Qsh為UPFC的無功控制參數(shù)。F(x)為多目標(biāo)函數(shù)，發(fā)電費(fèi)用及UPFC
Pgl是第i個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率，a21、&11、^為耗量特性曲線參數(shù)，a。、&1、&2為UPFC投 資費(fèi)用常系數(shù)，S為UPFC的容量，τ為現(xiàn)值轉(zhuǎn)等年值系數(shù)，
資回收率，nySUPFC經(jīng)濟(jì)使用年限，1^為節(jié)點(diǎn)i的電壓，為節(jié)點(diǎn)i的參考電壓，Lj為節(jié) 點(diǎn)j的電壓穩(wěn)定指標(biāo)，V"。為沒有安裝UPFC的臨界能量，V為安裝UPFC的臨界能量，h(X) 為等式約束；g(x)為不等式約束；?、§分別為不等式約束的上限和下限。
[0070] 由于系統(tǒng)中加入了UPFC裝置，需要修改等式約束h(x)，增加不等式約束g(x)。
[0071] UPFC節(jié)點(diǎn)等式約束修改為：
[0072]
[0073] 式中：下標(biāo)k表示支路ij節(jié)點(diǎn)i端裝設(shè)的UPFC，下標(biāo)t表示支路ij節(jié)點(diǎn)j端裝 設(shè)的UPFC; △Pupfek、ΔQupfek分別為支路ij節(jié)點(diǎn)i端裝設(shè)的UPFC在節(jié)點(diǎn)的i有功功率和無 功功率的不平衡量；△Pupfrt、△Qupfct分別為支路ij節(jié)點(diǎn)i端裝設(shè)的UPFC在節(jié)點(diǎn)的j有功 功率和無功功率的不平衡量；分別為支路ij節(jié)點(diǎn)i端裝設(shè)UPFC，節(jié)點(diǎn)i注入 的有功功率和無功功率；分別為支路ij節(jié)點(diǎn)i端裝設(shè)UPFC，節(jié)點(diǎn)j注入的有 功功率和無功功率；Uupfdi為設(shè)置有第k個(gè)UPFC的交流節(jié)點(diǎn)電壓幅值；Uupfet為設(shè)置有第t個(gè)UPFC的交流節(jié)點(diǎn)電壓幅值；J表示與設(shè)置有第k個(gè)UPFC的交流節(jié)點(diǎn)連接的所有節(jié)點(diǎn)，j表 示與設(shè)置有第k個(gè)UPFC的交流節(jié)點(diǎn)連接的第j個(gè)交流節(jié)點(diǎn)；％為與設(shè)置有第k個(gè)UPFC的 交流節(jié)