[发明专利]一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法

权利要求书

1.一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法，包括如下步骤：

(1)在系统的所有输电支路两端均装设断路器和电感型的故障限流器且两者串联；

(2)获取各输电支路的支路电阻，建立系统的节点电导矩阵，进而通过计算稳态工况下的系统潮流，得到稳态工况下系统中各节点电压、各节点与其对应VSC所连线路上的电流以及各输电支路上的电流；

(3)获取各输电支路的支路阻抗，建立系统的节点导纳矩阵，进而通过分析短路故障后系统的暂态过程变化，计算出短路故障后系统在相应断路器分断时刻各输电支路上的电流；

(4)以系统中断路器和故障限流器总成本最低为目标，以潮流功率平衡以及短路故障电流不越限为约束条件，建立系统关于断路器与故障限流器的优化配置模型如下：

其中：f₁(I)为关于断路器总体分断能力的目标函数，f₂(X)为关于故障限流器总体安装容量的目标函数，α为系统中的断路器个数，I_CBi为系统中第i个断路器的最大分断电流，X_FCLi为系统中第i个故障限流器的电感值，I_j为断路器分断时刻系统中第j条输电支路上的电流，I_jmax为第j条输电支路两端断路器最大分断电流的较小值，P_k为系统中第k个节点的总输出功率，U_k和U_q分别为第k个节点和第q个节点的电压，Y_kq为第k个节点与第q个节点之间的导纳，N_b为系统中的节点个数；

(5)基于所述优化配置模型采用改进型NSGA-II算法求解出断路器及故障限流器的Pareto最优配置方案集合，该方案包含了系统中各断路器的最大分断电流以及各故障限流器的电感值，以使得系统中断路器和故障限流器的总成本最低。

2.根据权利要求1所述的优化配置方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过以下关系式计算短路故障后系统在相应断路器分断时刻各输电支路上的电流：

其中：对于系统中的任一输电支路n，其两端节点分别为a和b，i_n(t+1)和i_n(t)分别为t+1时刻和t时刻输电支路n上的电流，u_m(t+1)和u_m(t)分别为t+1时刻和t时刻节点m的电压，为t+1时刻输电支路n上的预测电流，为t+1时刻节点m的预测电压，m＝a或b，h为迭代步长，f_n(t)和分别为t时刻输电支路n的电流变化率和预测电流变化率，g_m(t)和分别为t时刻节点m的电压变化率和预测电压变化率，t为自然数。

3.根据权利要求2所述的优化配置方法，其特征在于：所述电流变化率f_n(t)和预测电流变化率的表达式如下：

其中：L_n和R_n分别为输电支路n的支路电感和支路电阻，u_a(t)和u_b(t)分别为t时刻节点a和节点b的电压，L_nFCL为输电支路n两端故障限流器总的电感值，和分别为t时刻节点a和节点b的预测电压，为t时刻输电支路n上的预测电流。

4.根据权利要求2所述的优化配置方法，其特征在于：所述电压变化率g_m(t)和预测电压变化率的表达式如下：

其中：I_m(t)为t时刻对应VSC注入节点m的电流，i_mk(t)和分别为t时刻节点m与节点k之间输电支路上的电流和预测电流，Ω为与节点m通过输电支路相连的节点集合，C_m为节点m上的直流母线电容。

5.根据权利要求1所述的优化配置方法，其特征在于：所述步骤(5)中的改进型NSGA-II算法，具体过程如下：

5.1 随机初始化生成由N个个体所组成的父代种群，N为设定的父代种群规模，所述个体为通过浮点数编码得到的向量，该向量依次分为三段：第一段为α个[0,1]内随机数，精度为0.1，对应α个断路器归一化后的最大分断电流；第二段为α个[0,1]内随机数，精度为0.001，对应α个故障限流器归一化后的电感值；第三段为2个目标函数值，分别为第一段的累加结果和第二段的累加结果；

5.2 逐个判断父代种群中的个体是否满足短路故障电流不越限的约束条件即I_j≤I_jmax，若不满足则舍弃该个体并随机生成新的个体补充至父代种群中，直至父代种群中的个体数量为N且个体均满足电流不越限的约束条件；

5.3 计算父代种群中每个个体的非支配序和拥挤度；

5.4 随机从父代种群中选取10％的个体构成备选组，从备选组中提取非支配序最小的个体，再从这些个体中提取拥挤度最小的个体放入备选种群中，依此反复操作，直至备选种群与父代种群规模一致；

5.5 使备选种群中的个体进行交叉变异，得到子代种群；逐个判断子代种群中的个体是否满足短路故障电流不越限的约束条件，若不满足则舍弃该个体并随机生成新的个体补充至子代种群中，直至子代种群中的个体数量为N且个体均满足电流不越限的约束条件；

5.6 对父代种群以及子代种群中的所有个体按非支配序升序排列且相同非支配序的个体按拥挤度升序排列，进而从队列中选取前N个个体组成新的父代种群；

5.7 返回步骤5.3循环执行多次，直至迭代次数达到设定的最大迭代次数；

5.8 输出迭代终止后得到的父代种群，从中选取非支配序为1的个体即作为断路器及故障限流器的Pareto最优配置方案集合。