基于改進(jìn)杜鵑搜索算法的主動配電網(wǎng)雙層風(fēng)電規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)主動配電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)杜鵑搜索算 法的主動配電網(wǎng)雙層風(fēng)電規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著環(huán)境污染的加劇、化石能源的短缺以及新能源技術(shù)的重大突破，傳 統(tǒng)能源發(fā)電的地位受到極大的削弱，而同時，作為互補(bǔ)，新能源的發(fā)展突飛猛進(jìn)，尤其是 能源充足且技術(shù)成熟的風(fēng)電越來越受到各國電力公司的親睞。2013年中國新安裝風(fēng)電 16088MW，使得風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到91412MW，位居世界第一，德國則新安裝3238MW風(fēng)電，達(dá) 到總裝機(jī)34250MW，美國、西班牙、印度等國家也在大力發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電的總裝機(jī)占電力總裝 機(jī)的比例越來越大。由于風(fēng)電的分布式屬性以及容量的限制，所以風(fēng)電一般安裝在配電網(wǎng) 中。然而，風(fēng)電的大規(guī)模接入使得傳統(tǒng)的配電網(wǎng)由無源變成了有源配電網(wǎng)，這會改變系統(tǒng)原 來的潮流分布，進(jìn)而對電網(wǎng)的諸多方面都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
[0003] 從規(guī)劃的角度來看，配電網(wǎng)的規(guī)劃已經(jīng)不能單純的只考慮網(wǎng)架和負(fù)荷，風(fēng)電作為 一種分布式的電源必須被考慮進(jìn)來。一些文獻(xiàn)以配電公司為投資主體進(jìn)行建模并考慮了風(fēng) 電機(jī)組出力的隨機(jī)性，將機(jī)會約束規(guī)劃、模糊規(guī)劃等隨機(jī)規(guī)劃應(yīng)用于DWG的選址定容規(guī)劃 中。在文南犬《Scenario Model and Algorithm for the Reconfiguration of Distribution Network With Wind Power Generators》中考慮風(fēng)電出力的隨機(jī)性，構(gòu)造了含風(fēng)電的配電網(wǎng) 重構(gòu)的場景模型。在文獻(xiàn)《A novel multi-objective PSO for electrical distribution system planning incorporating distributed generation〉〉中從配電公司投資角度出發(fā) 將聯(lián)絡(luò)線和DG分開進(jìn)行規(guī)劃，從而得到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)布局。它先通過聯(lián)絡(luò)線投資最小和供電 可靠性最佳多目標(biāo)規(guī)劃模型確定聯(lián)絡(luò)線的位置，然后再利用DG滲透率最低和網(wǎng)損最小多 目標(biāo)規(guī)劃模型確定DG位置容量。
[0004] 由上可知，風(fēng)電的消納已經(jīng)被廣泛的考慮進(jìn)配電網(wǎng)規(guī)劃方案中，但是，由于風(fēng)電的 間歇性和不確定性，且對電網(wǎng)的控制極不友好，為了確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)電氣約束 不滿足的情況的時候，風(fēng)電被賦予最高的切除優(yōu)先級。因而這種風(fēng)電的消納是一種被動消 納，這極大的限制了風(fēng)電的利用率，不利于促進(jìn)清潔新能源的使用。且對于風(fēng)電公司來說， 并網(wǎng)容量的減少會直接導(dǎo)致收益的減少。
[0005] 同時含有風(fēng)電和配電網(wǎng)的雙層規(guī)劃問題是一個同時含有離散和連續(xù)決策變量、多 約束且非凸的問題，采用常規(guī)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理難以獲得較好的優(yōu)化結(jié)果，且優(yōu)化過程 緩慢，迭代次數(shù)過多，收斂性能差。近年來，眾多專家學(xué)者將很多現(xiàn)代啟發(fā)式優(yōu)化方法（如 GA、PS0、CS等）引入到電力系統(tǒng)中的求解過程中來，獲得了很好的效果。其中杜鵑搜索算 法（CS)是Yang于2009年提出的一種新型元啟發(fā)式算法，并且結(jié)合了 Levy飛行這種隨機(jī) 游走方法來更新解，具有仿生特征強(qiáng)、控制參數(shù)少、易于操作、優(yōu)化效果好等特點。但是由于 Levy飛行產(chǎn)生的解并不能保證滿足決策變量的約束條件，所以對越界的隨機(jī)解需要進(jìn)行懲 罰處理，導(dǎo)致系統(tǒng)尋優(yōu)效率降低。而且，雙層規(guī)劃問題的一次迭代求解需要兩次調(diào)用該啟發(fā) 式算法，這會大大的降低求解的效率，且不易找到最優(yōu)解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的提供一種求解效率高，求解準(zhǔn)確性高， 自動滿足決策變量的約束要求的可進(jìn)行局部精細(xì)搜索的基于改進(jìn)杜鵑搜索算法的主動配 電網(wǎng)雙層風(fēng)電規(guī)劃方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明鎖采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種基于改進(jìn)杜鵑搜索算法的主動配電網(wǎng)雙層風(fēng)電規(guī)劃方法，步驟如下：
[0009] 步驟一：建立雙層規(guī)劃模型；
[0010] 步驟二：進(jìn)行潮流計算，并將潮流計算進(jìn)行線性化；
[0011] 步驟三：構(gòu)建含有正弦載波的Levy飛行函數(shù)的杜鵑搜索算法；
[0012] 步驟四：將步驟一建立的雙層規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為單層單目標(biāo)規(guī)劃模型；
[0013] 步驟五：根據(jù)步驟四中的單層單目標(biāo)規(guī)劃模型構(gòu)造一個雙目標(biāo)優(yōu)化問題；
[0014] 步驟六：利用步驟三中的含有正弦載波的Levy飛行函數(shù)的杜鵑搜索算法對步驟 五中的雙目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解。
[0015] 在步驟一中，所述雙層規(guī)劃模型包括上層規(guī)劃層的模型和下層規(guī)劃層的模型；風(fēng) 電場為上層規(guī)劃層，配電網(wǎng)公司為下層規(guī)劃層。
[0016] 上層規(guī)劃層的決策變量為分布式電源的位置、容量和主動管理費用；上層規(guī)劃層 的目標(biāo)是實現(xiàn)凈收益的最大化，該凈收益考慮了風(fēng)電場售電收益以及支付配電網(wǎng)公司的主 動管理費用，還計及了年運(yùn)行成本和年值化之后的風(fēng)電投資成本；因受制于占地面積、空 間風(fēng)功率密度等因素，風(fēng)電裝機(jī)容量必須小于一定值，此外，風(fēng)電機(jī)組的最小裝機(jī)臺數(shù)限定 了風(fēng)電裝機(jī)容量的下限值；所述上層規(guī)劃層的模型為：
[0021] 其中，Bdtc是風(fēng)電場公司的凈收益，P DWS是單位電量風(fēng)電的上網(wǎng)電價，P ?是單位電 量的主動管理價格，At是運(yùn)行模擬周期中一個時段的時長，Cii是單位時間段內(nèi)第k個風(fēng) 電場節(jié)點處所發(fā)的功率，Xk是二值變量，取〇表示不安裝風(fēng)電，取1表示安裝風(fēng)電；T和Ω _ 分別是時間間隔集合和DWG候選點集合；F (d，m)是年值化系數(shù)，d是折損率，而m是對應(yīng)設(shè) 備的服務(wù)周期是風(fēng)電場單位裝機(jī)容量的投資成本，6是k節(jié)點處的風(fēng)電裝機(jī)容量； 力f0是風(fēng)電單位容量的年運(yùn)行成本；efiT和Ce分別是風(fēng)電場的最小和最大裝機(jī)容量。
[0022] 下層規(guī)劃層的決策變量為購電量；下層規(guī)劃層的目標(biāo)是實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)潮流分 布，從而獲得最大凈收益；該凈收益考慮了常規(guī)的售電收益和對風(fēng)電進(jìn)行主動消納的主動 管理收益，并計及了網(wǎng)損成本以及購電成本；其中購電成本包括從主網(wǎng)購電的成本和從風(fēng) 電場購電的成本；約束條件考慮了有功平衡約束、節(jié)點電壓約束、支路載流量約束，以及電 源的最大出力限制；所述下層規(guī)劃層的模型為：
[0034] 其中，Psal是單位電量的售電電價，^是第i個節(jié)點處第t個時間段內(nèi)負(fù)荷消耗 的功率；Ndtc是配電網(wǎng)中總的風(fēng)電場數(shù)目；P ^iss是單位電量網(wǎng)損的電價，是第t個時 間段內(nèi)線路ij的功率損耗，Ptold是從主網(wǎng)購買單位電量的價格，廣是第t個時間段內(nèi) 主網(wǎng)提供的功率；ΩΝ、Ωρ 分別是系統(tǒng)中負(fù)荷節(jié)點集合、線路集合和主網(wǎng)接入點集合； 4、琨、RjP Z U分別是線路ij的始端、終端有功功率和電阻、阻抗值；I ^和分別是 第t個時間段內(nèi)線路ij的電流及其線路載流量；Ulit是第t個時間段內(nèi)節(jié)點i的電壓，U _ 和Uniax分別是節(jié)點電壓上下限；是最大主網(wǎng)供電功率；ρΓ5是第k個風(fēng)電場實際可用 的風(fēng)電功率，，ξ是根據(jù)典型日風(fēng)速數(shù)據(jù)計算出的風(fēng)機(jī)出力標(biāo)幺值數(shù)據(jù)。
[0035] 在步驟三中，采用基于正弦載波的Levy飛行作為杜鵑搜索算法產(chǎn)生新解的機(jī)制， 可實現(xiàn)全局搜索和局部精確搜索；Levy飛行是一個服從Levy分布的隨機(jī)游走過程，Levy分 布為：
[0036] L(A)~ιι = ?λ，（1< λ <3) (15)；
[0037] 振幅為Α，角頻率為ω，周期為2Τ/ω的正弦函數(shù)為：
[0038] y = Asin (ω t) +b (16)；
[0039] 將式（15)中Levy飛行的結(jié)果LU)作為式（16)中正弦函數(shù)的自變量t，并將自 變量t的下限定為b-A，上限定為b+A，則正弦函數(shù)的因變量y就是滿足決策變量上下限的 任意取值，無需考慮變量越界的情況；
[0040] 在步驟四中，雙層規(guī)劃模型的雙層規(guī)劃問題如下：
[0042] 其中，對固定的X，f (X，y)和g(x, y)關(guān)于y都是可微和凸的；
[0043] 先利用KKT條件對下層規(guī)劃問題進(jìn)行優(yōu)化等價，BP
[0045] 然后，將下層規(guī)劃問題用式（18)代替，即把非線性的雙層規(guī)劃問題等價轉(zhuǎn)化為單 層單目標(biāo)規(guī)劃問題，具體如下：
[0047] 其中，E1Ocj, γ)和NjOcj, γ)分別代表式（18)的等式約束和式（17)中的不等 式約束。
[0048] 在步驟五中，為了有效的解決步驟四