基于影響指數(shù)和權(quán)衡技術(shù)的分布式風(fēng)電多目標(biāo)規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于影響指數(shù)和權(quán)衡技術(shù)的分布式風(fēng)電多目標(biāo)規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了降低功率損耗和峰值運(yùn)行成本，更好地調(diào)節(jié)電壓，提高系統(tǒng)的完整性、可靠性 和效率，分布式風(fēng)力發(fā)電（distributed wind gerneration，DWG)近年來(lái)在配電網(wǎng)中得到較 為廣泛的運(yùn)用。DWG是可接入配電網(wǎng)的一種小型風(fēng)力發(fā)電裝置。目前已有較多的對(duì)DG(分 布式電能，distributed gerneration)和DWG規(guī)劃目標(biāo)的研究。
[0003] 作為多目標(biāo)不確定動(dòng)態(tài)非線性規(guī)劃問(wèn)題，若規(guī)劃區(qū)內(nèi)成百上千個(gè)節(jié)點(diǎn)接入分布式 風(fēng)電，或者在分布式風(fēng)機(jī)組多類型、分布式電源多樣化等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)布置最優(yōu)方 案的確定會(huì)很困難。在對(duì)DWG接入的配電網(wǎng)的多目標(biāo)規(guī)劃模型研究中，須考慮服務(wù)可靠性、 系統(tǒng)運(yùn)行效率、發(fā)電成本、電能質(zhì)量、系統(tǒng)安全等系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)要素。該多目標(biāo)模型所包括 的這些目標(biāo)要素彼此間存在矛盾和權(quán)衡關(guān)系。但傳統(tǒng)的做法沒(méi)有考慮到一些重要的要素目 標(biāo)，比如服務(wù)和線路安全邊際的可靠性。一些如電壓上升的實(shí)際情形也沒(méi)有被考慮。較多 的文獻(xiàn)認(rèn)為負(fù)載是恒定的。但事實(shí)上，系統(tǒng)的負(fù)載具有電壓依賴性，因此，假設(shè)負(fù)載是恒定 的分析會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果。故而傳統(tǒng)將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題并得出一個(gè)不妥協(xié)的 解決方案的優(yōu)化方法是有缺陷的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種有效的基于影響指數(shù)和權(quán)衡 技術(shù)的分布式風(fēng)電多目標(biāo)規(guī)劃方法。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是基于影響指數(shù)和權(quán)衡技術(shù)的分布式風(fēng)電多目標(biāo)規(guī) 劃方法，
[0006] 步驟一：求得未接入DWG的五個(gè)影響指標(biāo)；可靠性指標(biāo)IR，有功功率損失系數(shù) ICL，電力采購(gòu)相關(guān)系數(shù)ICE，最小化節(jié)點(diǎn)電壓偏差影響指標(biāo)IVD，安全影響指數(shù)ISS ;
[0007] 可靠性指標(biāo)IR的計(jì)算公式為：
[0009] SAIDI為系統(tǒng)平均停電持續(xù)指數(shù)，SAIFI為系統(tǒng)平均停電頻率指數(shù)，用于測(cè)算每一 用戶的持續(xù)停電累計(jì)時(shí)間和頻率；
[0012] 式中，N1是第i次發(fā)生斷電的用戶的數(shù)量，Nt是用戶的總數(shù)量，i和R分別是第i 次斷電的恢復(fù)時(shí)間和斷電次數(shù)；
[0013] WjPW2是權(quán)重，分別為0.4和0.6 ;斷電持續(xù)權(quán)重高于斷電頻率，IR值下降表明可 靠性提尚。
[0014] 有功功率損失的系數(shù)ICL的計(jì)算公式為：
[0016] 含DWG和不含DWG的有功功率損失成本分別表示為Cuwt^P
[0019] 式中，Puiwt^P Puj是在第j個(gè)分支上含DWG和不含DWG的有功功率損失。λ ^ t 時(shí)的電力價(jià)格。At是運(yùn)行持續(xù)的時(shí)間，nbr是網(wǎng)絡(luò)中的分支數(shù)；ICL值小于1，表明有功功 率損失成本降低；ICL等于1，表明系統(tǒng)不含DWG。
[0020] 電力采購(gòu)相關(guān)系數(shù)ICE的計(jì)算公式為：
[0022] 含DWG和不含DWG的電力采購(gòu)成本分別為CEtws和CE c:
[0025] 式中，PDit是t時(shí)節(jié)點(diǎn)i的所需負(fù)荷；λ屬t時(shí)的電力價(jià)格；Δ t是運(yùn)行持續(xù)的時(shí) 間；Pmrei是節(jié)點(diǎn)i的DWG的功率；η為節(jié)點(diǎn)數(shù)；C lvDW(；是DWG供電的平準(zhǔn)化電力成本；
[0026] ICE數(shù)值小于1，表明DWG運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)的；當(dāng)ICE等于1，表明系統(tǒng)不含DWG ;當(dāng)ICE 數(shù)值大于1，表明DWG運(yùn)行是不經(jīng)濟(jì)的。
[0027] 最小化節(jié)點(diǎn)電壓偏差I(lǐng)VD的計(jì)算公式為：
[0029] 含DWG和不含DWG的系統(tǒng)電壓較參考點(diǎn)的平均偏差分別是VDDWG、VD :
[0032] 式中，Vdtci和V身別是含DWG和不含DWG的節(jié)點(diǎn)i的電壓；V i是參考節(jié)點(diǎn)的電壓；
[0033] IVD數(shù)值小于1，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)得到改進(jìn)；IVD等于1，說(shuō)明系統(tǒng)不含DWG。
[0034] 安全的影響指數(shù)ISS的計(jì)算公式為：
[0036] MVAa@ MVACAP "分別是線路的平均潮流和線路的容量，表達(dá)如下：
[0039] 式中，MVA jP MVACAP j是線路j的實(shí)際潮流和最大容量，nbr是分支數(shù)；ISS數(shù)值降 低表明系統(tǒng)容量的釋放。
[0040] 步驟二：DWG規(guī)劃方法的多目標(biāo)函數(shù)為：
[0041] min C (X) = min [IR (X)，ICL (X)，ICE (X)，IVD (X)，ISS (X) ]τ，
[0042] 式中X是位置和大小的向量，用于決定最小的影響指標(biāo)，T為轉(zhuǎn)置矩陣，相關(guān)約束 條件如下：
[0043] ￡i=e Δε-
[0044] ε i是目標(biāo)i的最大允許極限值；ε 3表示目標(biāo)i的初始非劣解，規(guī)劃者的折衷偏 好為Δ ε 1;
[0045] 等式約束：有功和無(wú)功的功率保護(hù)必須滿足網(wǎng)絡(luò)的需要，包括輸入輸出功率，所有 節(jié)點(diǎn)的DWG功率，整個(gè)配電網(wǎng)的線路損耗的代數(shù)和必須等于0 ;
[0048] 式中，PjP Q i分別是節(jié)點(diǎn)i的輸入的有功功率和無(wú)功功率；P Dl和Q Dl分別是節(jié)點(diǎn) i的有功和無(wú)功功率負(fù)荷；Pu^P Q Ui是支路k的有功和無(wú)功功率損失；P DW(；1是節(jié)點(diǎn)i的DWG 的有功功率，nbr是配電網(wǎng)的支路數(shù)量；
[0049] 不等式約束必須被滿足：
[0050] (a)線路的容量MVA :系統(tǒng)中任何支路的潮流不允許超過(guò)線路的容量：
[0051] Sij ^ CSij
[0052] 式中，Si j和CSi j分別是連接節(jié)點(diǎn)i和j分支的實(shí)際潮流容量；
[0053] (b)節(jié)點(diǎn)電壓限制：包括抵消電壓上升現(xiàn)象，含DWG與否的所有負(fù)荷條件下滿足電 壓限制的約束條件：
[0054] VO ^ Vmax ；
[0055] Vend I max load? no DG ^ V min ；
[0056] VDffG I min load? max DWG ^ V max ；
[0057] VDWG I min load，max DWG < VO, i ;
[0058] Vmin ^ Vi ^ Vmax ；
[0059] 式中，VO是電源點(diǎn)的電壓，Vmin和Vmax分別是節(jié)點(diǎn)電壓的最小允許值和最大允許 值；Vi是節(jié)點(diǎn)i的電壓；Vend I max IoacUno DWG是當(dāng)負(fù)荷最大且不含DWG時(shí)饋電電壓； VDWG I min IoacUmax DWG是最小負(fù)荷和最大DWG滲透時(shí)DWG接入位置的電壓；
[0060] 設(shè)定交互計(jì)數(shù)r = 1 ;
[0061] 步驟三：選擇五個(gè)影響指標(biāo)中的一個(gè)作為主目標(biāo)；
[0062] 步驟四：對(duì)每個(gè)指標(biāo)設(shè)定相應(yīng)的偏差妥協(xié)確定最大或最小允許限制，將其余 的目標(biāo)作為約束條件；
[0063] 步驟五：運(yùn)算遺傳算法計(jì)算；隨機(jī)生成DWG的節(jié)點(diǎn)位置和大小對(duì)：
[0064] DWG_location = round(2+rand*(number_of_buses-2))
[0065] DffG_size = (rand*maximum_DWG_size)
[0066] 式中，round是四舍五入函數(shù)，非整數(shù)值趨于最近的整數(shù)值時(shí)生成節(jié)點(diǎn)位置，rand 是隨機(jī)生成0~1之間的任意數(shù)的函數(shù)；
[0067] 步驟六：若結(jié)果是可妥協(xié)的，則進(jìn)入步驟十；否則，進(jìn)入下一步；
[0068] 步驟七：交互計(jì)數(shù)增加1，r = r+Ι ;
[0069] 步驟八：設(shè)定新的偏差妥協(xié)&€+$，并重復(fù)步驟五一一步驟八；
[0070] 步驟九：若主目標(biāo)需要更換，則返回步驟四；
[0071] 步驟十：求得最折衷的解決方案。
[0072] 采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下的積極的效果：本發(fā)明提出了分布式風(fēng) 電規(guī)劃中關(guān)鍵獨(dú)立目標(biāo)的多目標(biāo)函數(shù)模型，綜合考慮了 5個(gè)目標(biāo)要素包括服務(wù)可靠性、系 統(tǒng)運(yùn)行效率、發(fā)電成本、電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全，本方法采用交互式的權(quán)衡求解算法，即求解 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的ε-約束方法。通過(guò)應(yīng)用這種方法，規(guī)劃者可以自主決策折衷的非支配 解，無(wú)論包含負(fù)荷模型與否，本方法均有效。
【附圖說(shuō)明】
[0073] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0074] 圖1為含RCS位置和保護(hù)熔斷器的33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0075] 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)11KV，28節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1和表2所示。該系統(tǒng) 的基準(zhǔn)值是1000KVA和11KV?？紤]DWG的容量范圍在0~lp. u.，系統(tǒng)總需求為I. 0884p. u.，DWG是以單位功率因數(shù)運(yùn)行的。DWG供電的平準(zhǔn)化電力成本包括安裝的資金成本，運(yùn) 行和維護(hù)費(fèi)用，運(yùn)行時(shí)間以及DWG的壽命周期等，DWG的上網(wǎng)電價(jià)約為0. 51~0. 58元/ kwh[19]。除了松弛節(jié)點(diǎn)外，系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)均可被用于配置相應(yīng)容量大小范圍內(nèi)的DWG。 在0. 94 - I. 06p. u.外的節(jié)點(diǎn)電壓被認(rèn)為是電壓崩潰，如果DWG所配置的節(jié)點(diǎn)電壓高于變電 站電壓，電壓上升的現(xiàn)象將出現(xiàn)。任何線路的潮流超過(guò)該線路的容量將被認(rèn)為是違反線路 限制。任何產(chǎn)生電壓上升現(xiàn)象的DWG的位置和容量，違反電壓約束，或者違反線路限制的， 都不予在配電網(wǎng)中分配位置。
[0076] 除了主斷路器發(fā)揮DWG的能力使得系統(tǒng)的可靠性提高外，兩個(gè)重合閘須配置在配 電網(wǎng)中標(biāo)箭頭的位置處。為應(yīng)對(duì)故障，這些重合閘將配電網(wǎng)系統(tǒng)分為3塊區(qū)域，即Z1，Z2和 Z3。離故障位置最近的重合閘必須將故障隔離，盡可能減少斷電的用戶數(shù)。本研究假設(shè)緊 急情況下兩重合閘同時(shí)運(yùn)行工作。如果DWG配置在非故障區(qū)域，且DWG能夠滿足區(qū)域負(fù)荷 容量要求，區(qū)域內(nèi)的用戶將不會(huì)面臨斷電。該方法可減少系統(tǒng)的平均停電頻率指數(shù)（SAIFI) 和平均停電持續(xù)指數(shù)（SAIDI)，從而提高系統(tǒng)可靠性。函數(shù)中使用的電壓約束能保證任何節(jié) 點(diǎn)沒(méi)有電壓越限。因此，通過(guò)使用LTC變壓器，將變電站電壓設(shè)置為額定電壓的103%。
[0077] 表1 28節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)和負(fù)荷數(shù)據(jù)

[0080] SL =線路最大MVA(p. u) ;PD =有功功率（p. u.);負(fù)荷功率系數(shù)cos Φ = 0. 7 ;無(wú) 功負(fù)荷QL = tan Φ PD ;T =負(fù)荷類型；I =工業(yè)用電；R =居民用電；C =商業(yè)用電。
[0081] 表2架空線的停電頻率和修復(fù)時(shí)間
[0083] 下面進(jìn)行兩個(gè)具體的算例來(lái)證實(shí)本發(fā)明的方法有效。
[0084] (算例 1):
[0085] 算例1的結(jié)果見(jiàn)表3,從不含DWG的初始方案獲得開(kāi)始，可靠性