500kV变电站接地网优化设计模型研究

论文摘要

随着我国电力工业的发展,接地网在运行过程中出现的安全问题越来越多,但是接地网大多仍然使用传统的方法设计,这就造成接地网的设计与安全运行的矛盾十分突出,迫切需要提出新的更为有效的接地网设计方法。因此,为了确保变电站安全稳定地运行,提高供电的可靠性,研究如何设计性能优越的变电站接地网变得刻不容缓。本文以500kV变电站接地网为例,经过分析和推导,建立了双层土壤模型,利用无约束优化方法对其参数进行优化,为设计安全可靠的接地网提供更准确的土壤信息。通过近似和假设,忽略一些不重要的因素,建立了新的变电站接地网优化设计模型并详细论述了各接地参数的计算方法。新模型颠覆了传统设计固定接地网尺寸的方法,将其作为约束条件,在保证安全的前提下,找到既安全又节省投资的接地网设计方案。在解决该模型描述的多目标优化问题时,采用两种不同的方法：加权组合法和基于帕累托最优理论的方法。在加权组合的过程中,根据安全性和资金投入的重要程度,将两者线性加权组合成新的目标函数。在优化算法方面,本文提出了自适应聚类差分进化算法,并将其应用在变电站接地网优化设计模型的优化上。在标准测试函数上的仿真实验,验证了改进算法的优越性,改进的算法寻优能力更强,精度更高。基于帕累托最优理论的方法,采用支配的概念对解进行评价和选择,得到一组相互均衡的非支配解集。这些非支配解相互之间都是非劣的,设计者可根据经验或者用户的要求选择一种方案进行实施,也可以用数学方法求得一个最佳参考解。本文采用目前最具有代表性的带精英策略的快速非支配排序遗传算法对接地网优化设计模型进行优化,同时对算法给出一些改进。针对多目标优化问题的约束,本文在深入研究的基础上提出了一种新方法—转化目标法。转化目标法在不增加任何参数的情况下,将约束转化成新的目标来处理。最后,分别采用两种不同的方法和约束处理方式对新建模型进行求解并进行对比分析,验证模型的可行性与有效性。文章的末尾对全文进行简单的总结,分析了本文提出的变电站接地网优化设计模型的不足并对将来要做的工作给出一些意见和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 接地技术概述
• 1.1.1 接地的概念
• 1.1.2 接地的分类
• 1.1.3 接地系统的作用
• 1.1.4 接地技术的发展趋势
• 1.2 国内外研究历史及现状
• 1.2.1 土壤结构模型的建立和相关参数计算
• 1.2.2 接地参数数值的计算
• 1.2.3 接地网的优化设计
• 1.3 变电站接地网存在的问题
• 1.3.1 变电站接地网在运行中存在的问题
• 1.3.2 变电站接地网在设计中存在的问题
• 1.4 本课题的提出及意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 土壤电阻率的反演模型
• 2.1 电阻率测量的主要方法
• 2.2 土壤视在电阻率模型
• 2.2.1 等距四极法测量原理
• 2.2.2 不等距Schlumberger法
• 2.2.3 均匀土壤视在电阻率的表达式
• 2.2.4 不均匀土壤视在电阻率的表达式
• 2.3 水平分层土壤电阻率模型的建立
• 2.4 土壤模型的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 变电站接地网优化设计模型
• 3.1 变电站接地网优化设计模型的建立与简化
• 3.1.1 接地网优化设计模型的建立
• 3.1.2 接地网优化设计模型的分析与简化
• 3.2 电气参数简述
• 3.3 接地电阻计算
• 3.3.1 水平接地极接地电阻的计算
• 3.3.2 水平接地极接地电阻的简化计算
• 3.3.3 垂直接地极接地电阻的计算
• 3.3.4 深井接地极接地电阻的计算
• 3.3.5 复合接地网接地电阻的计算
• 3.4 接地电阻的安全判据及降阻措施
• 3.4.1 接地电阻的安全判据
• 3.4.2 降阻措施及应用
• 3.5 接地网电位计算
• 3.5.1 接地装置的电位计算
• 3.5.2 接触电压计算
• 3.5.3 跨步电压计算
• 3.6 人体安全电压计算
• 3.6.1 我国标准的计算方法
• 3.6.2 欧美标准的计算方法
• 3.6.3 两个标准的差异及推荐公式
• 3.6.4 提高跨步电压和接触电压的措施
• 3.7 接地网面积和接地材料的消耗量计算
• 3.8 本章小结
• 第4章 变电站接地网的设计
• 4.1 水平接地极的设计
• 4.1.1 最优压缩比的确定原则
• 4.1.2 计算最优压缩比的拟合公式
• 4.2 垂直接地极的设计
• 4.2.1 垂直接地极的根数选择
• 4.2.2 垂直接地极的长度选择
• 4.2.3 垂直接地极的布置原则
• 4.3 接地网的材料选择及校验
• 4.3.1 接地网的材料选择
• 4.3.2 接地网的材料的校验
• 4.4 本章小结
• 第5章 多目标优化算法研究
• 5.1 加权组合法
• 5.2 差分进化算法研究
• 5.2.1 原始差分进化算法
• 5.2.2 改进的差分进化算法ACDE
• 5.2.3 改进算法的仿真结果及分析
• 5.3 基于帕累托最优的多目标优化算法
• 5.3.1 帕累托最优的相关概念
• 5.3.2 带精英策略的快速非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ
• 5.3.3 算法改进
• 5.4 约束处理
• 5.5 本章小结
• 第6章 优化算法在变电站接地网优化设计模型中的应用
• 6.1 验证性仿真实验
• 6.1.1 放宽接地电阻的可行性仿真
• 6.1.2 敷设高阻层的优越性仿真
• 6.2 加权组合法优化模型参数
• 6.2.1 罚函数法处理模型的约束
• 6.2.2 仿真结果分析
• 6.3 多目标优化设计模型的参数优化
• 6.3.1 罚函数法处理模型的约束
• 6.3.2 转化目标法处理模型的约束
• 6.3.3 仿真结果分析
• 6.4 两种优化方法的比较
• 6.5 最佳参考解的选取
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢