一種含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于含分布式電源配電網(wǎng)優(yōu)化控制相關(guān)領(lǐng)域，特別是涉及一種含分布式電 源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)作為聯(lián)系發(fā)、輸電系統(tǒng)和終端用戶的重要紐帶，直接面向終端電能用戶，是 保證供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。近年來，隨著分布式電源在配電網(wǎng)的 大量接入，配電網(wǎng)面臨著前所未有的不確定性外部環(huán)境，從而給配電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來前 所未有的挑戰(zhàn)。一方面，分布式電源可充分利用風(fēng)能、太陽能等清潔可再生能源進(jìn)行發(fā)電， 在實現(xiàn)電力系統(tǒng)的"低碳化、節(jié)能化"方面具有重要的現(xiàn)實意義；然而，基于風(fēng)能、太陽能等 可再生能源的分布式電源的出力具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，會給配電網(wǎng)帶來如潮流雙向 流動、饋線間潮流失衡、電壓間歇性波動等一系列問題，結(jié)果嚴(yán)重影響了終端用戶的電能品 質(zhì)。因此，尋求高效的優(yōu)化控制手段來解決上述問題，成為分布式電源未來能否實現(xiàn)大規(guī)模 應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
[0003] 配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整是提高配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性的重要手段之一。通過 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整，不僅可以降低網(wǎng)損，均衡線路負(fù)荷，消除過載，還可有效提高供電可靠性和 電壓質(zhì)量等。理論上，配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整是一個復(fù)雜的非線性組合優(yōu)化問題。目前，配電 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整模型主要有靜態(tài)模型和動態(tài)模型。靜態(tài)拓?fù)湔{(diào)整模型簡單易行，但沒有考慮 分布式電源接入后的隨機(jī)出力特征，不符合配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行實際；而動態(tài)拓?fù)湔{(diào)整模型求 解需要進(jìn)行頻繁的開關(guān)操作，當(dāng)前的配電網(wǎng)自動化水平不能滿足其動作要求，同時會降低 開關(guān)使用壽命甚至引發(fā)系統(tǒng)故障。常用的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整方法大致可以分為兩類：一是 啟發(fā)式算法，包括最優(yōu)流模式法，支路交換法等；二是人工智能算法，如遺傳算法、模擬退火 法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法等智能化方法。啟發(fā)式算法把開關(guān)的組合操作問題轉(zhuǎn)化為開 關(guān)的啟發(fā)式單開問題，使復(fù)雜問題簡單化，其缺點(diǎn)是拓?fù)湔{(diào)整結(jié)果與啟發(fā)式規(guī)則關(guān)系密切， 容易收斂于局部最優(yōu)解。從理論上講，智能化方法可以收斂到最優(yōu)解，且算法對初始條件和 目標(biāo)函數(shù)要求較松，實現(xiàn)起來比較簡單，但在迭代過程中會產(chǎn)生大量的不可行解，存在尋優(yōu) 時間長，有時會陷入局部最優(yōu)解等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方 法。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法包括按順序 執(zhí)行的下列步驟：
[0006] 步驟1)準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)：根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，收集配電網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)，包括支路 參數(shù)、各種負(fù)荷方式下的負(fù)荷及支路開關(guān)狀態(tài)等；
[0007] 步驟2)設(shè)置算法參數(shù)：設(shè)置粒子群算法參數(shù)，包括種群規(guī)模、慣性權(quán)重范圍、加速 系數(shù)和速度取值范圍等；
[0008] 步驟3)初始化：將迭代次數(shù)置0,初始化所有粒子位置和速度，根據(jù)步驟1)獲得 的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行各種方式下的潮流計算，按配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的數(shù)學(xué)模型求出每一組開關(guān) 狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)在該時段內(nèi)的綜合網(wǎng)損作為其初始適應(yīng)值以及歷史最優(yōu)適應(yīng)值，網(wǎng)損最小的 粒子位置為全局最優(yōu)粒子；
[0009] 步驟4)速度和位置更新：基于上述算法參數(shù)，按粒子速度和位置更新公式進(jìn)行粒 子速度和位置更新，并檢查粒子位置更新后各變量是否越限，若某一變量越限，則取其相應(yīng) 的限值；
[0010] 步驟5)輻射狀校驗：校驗更新后的粒子位置對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)組合下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 是否滿足輻射狀約束，如果某些粒子不滿足，重新初始化該粒子，直到都滿足輻射狀約束；
[0011] 步驟6)計算適應(yīng)值：即計算每一個粒子對應(yīng)開關(guān)狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)在各種負(fù)荷方式 下的狀態(tài)變量及有功網(wǎng)損，并校驗粒子是否滿足節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流的約束，若滿足約束， 按配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的數(shù)學(xué)模型計算其適應(yīng)值；如果不滿足，給適應(yīng)值加罰函數(shù)；
[0012] 步驟7)更新最優(yōu)位置：更新粒子的歷史最優(yōu)位置以及全局最優(yōu)粒子位置；
[0013] 步驟8)慣性權(quán)重調(diào)整：依照動態(tài)慣性權(quán)重調(diào)整策略動態(tài)調(diào)整慣性權(quán)重w;
[0014] 步驟9)結(jié)束判斷：若滿足結(jié)束條件，如達(dá)到最大允許迭代次數(shù)，則停止并輸出結(jié) 果；否則，迭代次數(shù)加1，轉(zhuǎn)到步驟4)繼續(xù)進(jìn)行。
[0015] 在步驟3)中，所述的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的數(shù)學(xué)模型為：
【主權(quán)項】
1. 一種含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，其特征在于：所述的含分布式電源的配電 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟： 步驟1)準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)：根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，收集配電網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)，包括支路參數(shù)、 各種負(fù)荷方式下的負(fù)荷及支路開關(guān)狀態(tài)等； 步驟2)設(shè)置算法參數(shù)：設(shè)置粒子群算法參數(shù)，包括種群規(guī)模、慣性權(quán)重范圍、加速系數(shù) 和速度取值范圍等； 步驟3)初始化：將迭代次數(shù)置0,初始化所有粒子位置和速度，根據(jù)步驟1)獲得的原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行各種方式下的潮流計算，按配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的數(shù)學(xué)模型求出每一組開關(guān)狀態(tài) 下的網(wǎng)絡(luò)在該時段內(nèi)的綜合網(wǎng)損作為其初始適應(yīng)值以及歷史最優(yōu)適應(yīng)值，網(wǎng)損最小的粒子 位置為全局最優(yōu)粒子； 步驟4)速度和位置更新：基于上述算法參數(shù)，按粒子速度和位置更新公式進(jìn)行粒子速 度和位置更新，并檢查粒子位置更新后各變量是否越限，若某一變量越限，則取其相應(yīng)的限 值； 步驟5)輻射狀校驗：校驗更新后的粒子位置對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)組合下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否 滿足輻射狀約束，如果某些粒子不滿足，重新初始化該粒子，直到都滿足輻射狀約束； 步驟6)計算適應(yīng)值：即計算每一個粒子對應(yīng)開關(guān)狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)在各種負(fù)荷方式下的 狀態(tài)變量及有功網(wǎng)損，并校驗粒子是否滿足節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流的約束，若滿足約束，按配 電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的數(shù)學(xué)模型計算其適應(yīng)值；如果不滿足，給適應(yīng)值加罰函數(shù)； 步驟7)更新最優(yōu)位置：更新粒子的歷史最優(yōu)位置以及全局最優(yōu)粒子位置； 步驟8)慣性權(quán)重調(diào)整：依照動態(tài)慣性權(quán)重調(diào)整策略動態(tài)調(diào)整慣性權(quán)重w ; 步驟9)結(jié)束判斷：若滿足結(jié)束條件，如達(dá)到最大允許迭代次數(shù)，則停止并輸出結(jié)果；否 貝IJ，迭代次數(shù)加1，轉(zhuǎn)到步驟4)繼續(xù)進(jìn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，其特征在于：在步驟3) 中，所述的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的數(shù)學(xué)模型為： M nun F = ^P1I-Atk *=! ( 1 ) 式中：M為所考慮的負(fù)荷方式數(shù)；Λ tk為第k種負(fù)荷方式在拓?fù)湔{(diào)整時間段內(nèi)所占時 間的百分比系數(shù)；（:為第k種負(fù)荷方式下的網(wǎng)絡(luò)有功損耗，具體計算公式為：
AT，L刀網(wǎng)瑨ψ的義蹐況、數(shù)；、和V z刀、別刀弟k種貝何力叭卜孤過支路1^的有功功 率和無功功率；Λ為支路h的支路電阻；M為第k種負(fù)荷方式下支路h的末端電壓；則F 為該時間段內(nèi)的綜合網(wǎng)損； 在拓?fù)湔{(diào)整過程中，對于每一種拓?fù)湔{(diào)整方案，所考慮的配電網(wǎng)絡(luò)的潮流方程： =If+JQ^ (3) 尸1 (/ = LZ ….AU = LZ …J/) 式中，是第k種負(fù)荷方式下節(jié)點(diǎn)i的注入功率； < 和這分別為第k種負(fù)荷方式下節(jié) 點(diǎn)i的注入有功功率和無功功率；.是第k種負(fù)荷方式下節(jié)點(diǎn)i的電壓相量；Yu是網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的元素；N是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，其特征在于：在步驟4) 中，所述的粒子位置和速度更新公式如下： t+λ t / t X
/ T-V 廣、 /·、 式中，Xm和V i，d分別為粒子i的第d維位置和速度分量；ω為慣性權(quán)重；c i、C2為加速 系數(shù)；為[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)；pBest ^與gBest及別為粒子i的歷史最優(yōu)位置和 種群最優(yōu)粒子位置；為了防止飽和，速度一般被限制在區(qū)間[-4, 4]內(nèi)；Sigmoid函數(shù)表示如 下：
由于參與拓?fù)湔{(diào)整的開關(guān)只存在開、合兩種狀態(tài)，故采用二進(jìn)制粒子群算法更為合適； 粒子位置表示開關(guān)的開合狀態(tài)（〇代表打開，1代表閉合），則每個粒子表示一種開關(guān)狀態(tài)組 合；相應(yīng)的，粒子速度表示對應(yīng)位置取0或1的概率；為了使其更符合實際要求，取速度的 Sigmoid函數(shù)將其轉(zhuǎn)換到[0, 1]上，以此進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)的選擇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，其特征在于：在步驟5) 中，為滿足輻射狀結(jié)構(gòu)約束，配電網(wǎng)絡(luò)中每個環(huán)路必須有且只有一個開關(guān)打開，即打開的開 關(guān)數(shù)必須等于環(huán)路數(shù)；同時必須保證配電網(wǎng)絡(luò)不能有電力"孤島"，則所有不在任何環(huán)路上 的支路開關(guān)必須全部閉合；為了降低不可行解產(chǎn)生的概率，位置更新公式（6)改為：
式中，r為[0, 1]上的隨機(jī)數(shù)；K是與開關(guān)d屬于同一個環(huán)路的所有開關(guān)的集合；式（7)、 (8)能夠確保打開的開關(guān)數(shù)等于環(huán)路數(shù)，有效地減少了不可行開關(guān)狀態(tài)組合的產(chǎn)生概率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，其特征在于：在步驟6) 中，所述的支路電流及節(jié)點(diǎn)電壓約束如下所示：
式中，^和分別為支路bi的電流和其上限；U」._和U為節(jié)點(diǎn)j允許電壓上限 和下限。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，其特征在于：在步驟8) 中，階段中，所述的依照動態(tài)慣性權(quán)重調(diào)整策略調(diào)整慣性權(quán)重的方法為： 根據(jù)尋優(yōu)過程中全局最優(yōu)值的變化率，在線性遞減的慣性權(quán)重ω曲線上疊加一個隨 機(jī)分量，改變了單一的線性調(diào)整模式，使用粒子群算法能夠根據(jù)進(jìn)化信息更好地調(diào)節(jié)自身 的收斂能力；首先定義一個變化率g:
式中，f(t)表示種群在第t代的全局最優(yōu)值，則g為種群在進(jìn)化10代內(nèi)全局最優(yōu)值的 變化率； 慣性權(quán)重ω按下式自適應(yīng)調(diào)整：
式中，〇_和ωmin分別是慣性權(quán)重ω的最大值和最小值；Iter和Itermax分別是當(dāng)前 迭代次數(shù)和最大迭代次數(shù)；r為均勻分布于[0, 1]間的隨機(jī)數(shù)。
【專利摘要】一種含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法。本發(fā)明提供的含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法從配電網(wǎng)絡(luò)的實際運(yùn)行情況出發(fā)，建立了一種考慮多種負(fù)荷方式的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整模型，具有較好的實用價值。同時，根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整的特點(diǎn)，采用了二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行拓?fù)湔{(diào)整，并提出了一種動態(tài)慣性權(quán)重調(diào)整方式，能更好地協(xié)調(diào)全局收斂的速度與局部收斂的精度，具有較好的尋優(yōu)效果。IEEE-33節(jié)點(diǎn)典型配電系統(tǒng)的拓?fù)湔{(diào)整結(jié)果及分析證明了本方法的有效性和實用性。
【IPC分類】G06N3-00, H02J3-00
【公開號】CN104734153
【申請?zhí)枴緾N201510173535
【發(fā)明人】劉聰, 遲福建, 劉明志, 孟健
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司, 天津大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月14日