一种考虑最大供电能约束的配电网络优化降损重构方法

申请号 CN201710006210.5 申请日 2017-01-05 公开(公告)号 CN106786543A 公开(公告)日 2017-05-31
申请人 国网江苏省电力公司电力科学研究院; 国家电网公司; 天津大学; 发明人 安海云; 穆云飞; 周前; 刘建坤; 陈哲; 陈静; 龙禹; 王晓英; 周琪;
摘要 本 发明 公开了一种考虑最大供 电能 力 约束的配 电网 络优化降损重构方法,首先构建配电网最大供电能力指标的数学模型,根据此数学模型,通过变步长的连续潮流 算法 对配电网不同运行方式下的最大供电能力指标进行评估,得到配电网的最大供电能力;同时基于多场景法计及配电网不同负荷方式的变化,构建可综合考虑最大供电能力指标约束的配电网络降损重构模型,采用基于动态惯性权重调整的二进制粒子群算法,求解设定的重构时间段内的配电网络的重构方案。该发明方法可在实现配电网降损的同时,维持系统需求的供电能力裕度,有效保障复杂不确定性环境下配电网的供电可靠性。
权利要求

1.一种考虑最大供电能约束的配电网络优化降损重构方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,构建配电网最大供电能力指标的数学模型;
步骤二,根据步骤一中的数学模型,通过变步长的连续潮流算法对配电网不同运行方式下的最大供电能力指标进行评估,得到配电网的最大供电能力;
步骤三、基于多场景法及配电网不同负荷方式的变化,构建可综合考虑最大供电能力指标约束的配电网络降损重构模型;
步骤四,采用基于动态惯性权重调整的二进制粒子群算法,求解设定的重构时间段内的配电网络的网络优化降损重构方案,并保证最大供电能力指标的约束。
2.根据权利要求1所述的一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,其特征在于:所述步骤一中,配电网最大供电能力指标的数学模型为:
其中,S为供电能力评估的配电区域所能供给的最大负荷量;Sini,j为节点j的当前实际负荷;N为负荷节点总数;Sd,j为供电能力评估的配电区域中节点j的负荷增长基数,kg为负荷增长系数;D为进行供电能力评估的配电区域。
3.根据权利要求2所述的一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,其特征在于:所述步骤三中,配电网络降损重构模型为:
其中:F为重构时间段内的综合网损,M为所考虑的负荷方式数;Δtk为第k种负荷方式在重构时间段内所占时间的百分比系数; 为第k种负荷方式下的网络有功损耗,具体表达式为:
其中,L为配电网络中的支路总数; 和 分别为第k种负荷方式下流过支路bi的有功功率和无功功率; 为支路bi的支路电阻; 为第k种负荷方式下支路bi的末端电压;F为重构时间段内的综合网损。
4.根据权利要求1所述的一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,其特征在于:所述步骤四具体为:
4.1读入配电网络原始数据;
4.2设置粒子群算法参数;
4.3初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;进行各种运行方式下的潮流计算,按式(5)求出每一组开关状态下的配电网络在重构时段内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置为全局最优粒子;
4.4进行粒子速度和位置更新,检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其相应的限值;
4.5辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子,直到都满足;
4.6计算适应值:即计算每一个粒子对应开关状态下的网络在各种负荷方式下的状态变量及有功网损并校验粒子是否满足节点电压、支路电流、供电能力裕度的约束,若满足约束,按式(5)计算其适应值;如果不满足,给适应值加惩罚项;
4.7更新粒子的历史最优位置以及全局最优粒子位置;
4.8动态调整惯性权重ω;
4.9结束判断:若满足结束条件,即达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否则,迭代次数加1,转到步骤4.4继续进行,直到结束条件得到满足,优化计算过程结束。
5.根据权利要求4所述的一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,其特征在于:所述步骤四中,二进制粒子群算法中粒子位置和速度的更新公式为:
其中:xi,d和vi,d分别为粒子i的第d维位置和速度分量;ω为惯性权重;c1、c2为加速系数;r、r1、r2为[0,1]之间的随机数;pBesti,d与gBestd分别为粒子i的历史最优位置和种群最优粒子位置, 为是第t代粒子种群中粒子i的第d维位置分量,r为[0,1]上的随机数;T是同一个环路的所有开关的集合;t为粒子群代数, 是第(t+1)代粒子种群中粒子i的第d维位置分量, 为第(t+1)代粒子种群中粒子i的第d维速度分量。
6.根据权利要求5所述的一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,其特征在于:所述步骤四中,动态惯性权重调整策略中的惯性权重ω自适应调整模型为:
其中:ωmax和ωmin分别是ω的最大值和最小值;Iter和Itermax分别是当前迭代次数和最大迭代次数;r为均匀分布于[0,1]间的随机数;g为种群在进化设定代数内全局最优值的变化率。

说明书全文

一种考虑最大供电能约束的配电网络优化降损重构方法

技术领域

[0001] 本发明属于配电网线损管理领域,具体涉及一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法。

背景技术

[0002] 配电网作为联系发、输电系统和终端用户的重要纽带,直接面向终端电能用户,是保证供电质量、提高电网运行效率的关键环节之一。近年来,随着分布式电源在配电网的大量接入,配电网面临着前所未有的不确定性外部环境,给配电网的可靠运行带来前所未有的挑战。一方面,分布式电源可充分利用能、太阳能等清洁可再生能源进行发电,在实现电力系统的“低化、节能化”方面具有重要的现实意义;然而,基于风能、太阳能等可再生能源的分布式电源的出力具有间歇性和随机性的特点,会给配电网带来如潮流双向流动、馈线间潮流失衡、电压间歇性波动等一系列问题,严重影响终端用户的电能品质。
[0003] 配电网重构是提高配电网络运行的经济性和可靠性的重要手段之一。通过网络重构,不仅可以降低网损、均衡线路负荷、消除过载,还可有效提高供电可靠性和电压质量等。理论上,配电网络重构是一个复杂的非线性组合优化问题。目前,配电网络重构模型主要有静态模型和动态模型。静态重构模型简单易行,但没有考虑分布式电源接入后的随机出力特性;动态重构模型求解需要进行频繁的开关操作,当前的配电网自动化平无法满足其动作要求,同时会降低开关使用寿命。常用的配电网络重构方法大致可以分为两类:一是启发式算法,包括最优流模式法,支路交换法等;二是人工智能算法,如遗传算法,模拟退火法,人工神经网络,粒子群算法等智能化方法。启发式算法把开关的组合操作问题转化为开关的启发式单开问题,使复杂问题简单化,其缺点是重构结果与启发式规则关系密切,容易收敛于局部最优解。智能化方法,从理论上讲,可以收敛到最优解。且算法对初始条件和目标函数要求较松,实现起来比较简单,但在迭代过程中会产生大量的不可行解,存在寻优时间长,有时会陷入局部最优解等缺点。同时,配电网在重构后还应当保障在分布式电源高比例接入这种不确定性环境下的供电能力。因此为考虑含分布式电源配电网络的实际运行特征以及开关操作实现的可行性,亟需一种考虑最大供电能力约束的配电网络降损重构方法。

发明内容

[0004] 针对上述问题,本发明充分考虑了含分布式电源配电网络的实际运行特征以及开关操作实行的可行性,提出一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,其采用 可以在实现配电网络降损的同时,维持系统需求的供电能力裕度,有效保障复杂不确定性环境下配电网络的供电可靠性。
[0005] 实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
[0006] 一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,包括以下步骤:
[0007] 步骤一,构建配电网最大供电能力指标的数学模型;
[0008] 步骤二,根据步骤一中的数学模型,通过变步长的连续潮流算法对配电网不同运行方式下的最大供电能力指标进行评估,得到配电网的最大供电能力;
[0009] 步骤三、基于多场景法及配电网不同负荷方式的变化,构建可综合考虑最大供电能力指标约束的配电网络降损重构模型;
[0010] 步骤四,采用基于动态惯性权重调整的二进制粒子群算法,求解设定的重构时间段内的配电网络的网络优化降损重构方案,并保证最大供电能力指标的约束。
[0011] 进一步地,所述步骤一中,配电网最大供电能力指标的数学模型为:
[0012]
[0013] 其中,S为供电能力评估的配电区域所能供给的最大负荷量;Sini,j为节点j的当前实际负荷;N为负荷节点总数;Sd,j为供电能力评估的配电区域中节点j的负荷增长基数,kg为负荷增长系数;D为进行供电能力评估的配电区域。
[0014] 进一步地,所述步骤三中,配电网络降损重构模型为:
[0015]
[0016] 其中:F为重构时间段内的综合网损,M为所考虑的负荷方式数;Δtk为第k种负荷方式在重构时间段内所占时间的百分比系数; 为第k种负荷方式下的网络有功损耗,具体表达式为:
[0017]
[0018] 其中,L为配电网络中的支路总数; 和 分别为第k种负荷方式下流过支路bi的有功功率和无功功率; 为支路bi的支路电阻; 为第k种负荷方式下支路bi的末端电压;F为重构时间段内的综合网损。
[0019] 进一步地,所述步骤四具体为:
[0020] 4.1读入配电网络原始数据;
[0021] 4.2设置粒子群算法参数;
[0022] 4.3初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;进行各种运行方式下的潮流计算,按式(5)求出每一组开关状态下的配电网络在重构时段内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置为全局最优粒子;
[0023] 4.4进行粒子速度和位置更新,检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其相应的限值;
[0024] 4.5辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子,直到都满足;
[0025] 4.6计算适应值:即计算每一个粒子对应开关状态下的网络在各种负荷方式下的状态变量及有功网损并校验粒子是否满足节点电压、支路电流、供电能力裕度的约束,若满足约束,按式(5)计算其适应值;如果不满足,给适应值加惩罚项;
[0026] 4.7更新粒子的历史最优位置以及全局最优粒子位置;
[0027] 4.8动态调整惯性权重ω;
[0028] 4.9结束判断:若满足结束条件,即达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否则,迭代次数加1,转到步骤4.4继续进行,直到结束条件得到满足,优化计算过程结束。
[0029] 所述步骤四中,二进制粒子群算法中粒子位置和速度的更新公式为:
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 其中:xi,d和vi,d分别为粒子i的第d维位置和速度分量;ω为惯性权重;c1、c2为加速系数;r、r1、r2为[0,1]之间的随机数;pBesti,d与gBestd分别为粒子i的历史最优位置和种群最优粒子位置, 为是第t代粒子种群中粒子i的第d维位置分量,r为[0,1]上的随机数;T是同一个环路的所有开关的集合;t为粒子群代数, 是第(t+1)代粒子种群中粒子i的第d维位置分量, 为第(t+1)代粒子种群中粒子i的第d维速度分量。
[0034] 进一步地,所述步骤四中,动态惯性权重调整策略中的惯性权重ω自适应调整模型为:
[0035]
[0036] 其中:ωmax和ωmin分别是ω的最大值和最小值;Iter和Itermax分别是当前迭代次数和最大迭代次数;r为均匀分布于[0,1]间的随机数;g为种群在进化设定代数内全局最优值的变化率。
[0037] 本发明的有益效果:
[0038] 本发明首先构建了配电网最大供电能力评估指标,并通过变步长的重复潮流算法对配电网不同运行方式下的最大供电能力指标进行评估;同时基于多场景法计及配电网不同负荷方式的变化,构建可综合考虑最大供电能力指标约束的配电网络降损重构模型,并采用二进制粒子群优化算法进行求解。该发明方法在实现配电网降损的同时,维持系统需求的供电能力裕度,有效保障复杂不确定性环境下配电网的供电可靠性。附图说明
[0039] 图1为本发明一种实施例的IEEE-33节点配电系统示意图;
[0040] 图2为本发明一种实施例的配电网重构方案结构示意图;
[0041] 图3为本发明一种实施例的整个配电网最大PSCI迭代曲线;
[0042] 图4为本发明一种实施例的流程示意图;图5为将本发明方法结果与不考虑最大供电能力裕度指标的结果进行对比示意图。

具体实施方式

[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0044] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0045] 一种考虑最大供电能力约束的配电网络优化降损重构方法,包括以下步骤:
[0046] 步骤一,构建配电网最大供电能力指标的数学模型;
[0047] 步骤二,根据步骤一中的数学模型,通过变步长的连续潮流算法对配电网不同运行方式下的最大供电能力指标进行评估,得到配电网的最大供电能力;
[0048] 步骤三、基于多场景法及配电网不同负荷方式的变化,构建可综合考虑最大供电能力指标约束的配电网络降损重构模型;
[0049] 步骤四,采用基于动态惯性权重调整的二进制粒子群算法,求解设定的重构时间段内的配电网络的网络优化降损重构方案,并保证最大供电能力指标的约束。
[0050] 进一步地,所述步骤一中,配电网最大供电能力指标的数学模型为:
[0051]
[0052] 其中,S为供电能力评估的配电区域所能供给的最大负荷量;Sini,j为节点j的当前实际负荷;N为负荷节点总数;Sd,j为供电能力评估的配电区域中节点j的负荷增长基数,kg为负荷增长系数;D为进行供电能力评估的配电区域。
[0053] 进一步地,所述步骤三中,配电网络降损重构模型为:
[0054]
[0055] 其中:F为重构时间段内的综合网损,M为所考虑的负荷方式数;Δtk为第k种负荷方式在重构时间段内所占时间的百分比系数; 为第k种负荷方式下的网络有功损耗,具体表达式为:
[0056]
[0057] 其中,L为配电网络中的支路总数; 和 分别为第k种负荷方式下流过支路bi的有功功率和无功功率; 为支路bi的支路电阻; 为第k种负荷方式下支路bi的末端电压;F为重构时间段内的综合网损。
[0058] 进一步地,所述步骤四具体为:
[0059] 4.1读入配电网络原始数据;
[0060] 4.2设置粒子群算法参数;
[0061] 4.3初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度;进行各种运行方式下的潮流计算,按式(5)求出每一组开关状态下的配电网络在重构时段内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置为全局最优粒子;
[0062] 4.4进行粒子速度和位置更新,检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其相应的限值;
[0063] 4.5辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的网络结构是否满足辐射状约束,如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子,直到都满足;
[0064] 4.6计算适应值:即计算每一个粒子对应开关状态下的网络在各种负荷方式下的状态变量及有功网损并校验粒子是否满足节点电压、支路电流、供电能力裕度的约束,若满足 约束,按式(5)计算其适应值;如果不满足,给适应值加惩罚项;
[0065] 4.7更新粒子的历史最优位置以及全局最优粒子位置;
[0066] 4.8动态调整惯性权重ω;
[0067] 4.9结束判断:若满足结束条件,即达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;否则,迭代次数加1,转到步骤4.4继续进行,直到结束条件得到满足,优化计算过程结束。
[0068] 所述步骤四中,二进制粒子群算法中粒子位置和速度的更新公式为:
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 其中:xi,d和vi,d分别为粒子i的第d维位置和速度分量;ω为惯性权重;c1、c2为加速系数;r、r1、r2为[0,1]之间的随机数;pBesti,d与gBestd分别为粒子i的历史最优位置和种群最优粒子位置, 为是第t代粒子种群中粒子i的第d维位置分量,r为[0,1]上的随机数;T是同一个环路的所有开关的集合;t为粒子群代数, 是第(t+1)代粒子种群中粒子i的第d维位置分量, 为第(t+1)代粒子种群中粒子i的第d维速度分量。
[0073] 进一步地,所述步骤四中,动态惯性权重调整策略中的惯性权重ω自适应调整模型为:
[0074]
[0075] 其中:ωmax和ωmin分别是ω的最大值和最小值;Iter和Itermax分别是当前迭代次数和最大迭代次数;r为均匀分布于[0,1]间的随机数;g为种群在进化设定代数内全局最优值的变化率。
[0076] 实施例一
[0077] 1、配电网最大供电能力指标
[0078] 1.1最大供电能力指标定义及其数学模型
[0079] 配电网最大供电能力是指:配电网在满足支路功率约束和节点电压约束的条件下,所能供给的最大负荷。为此,本发明定义配电网最大供电能力指标(Power Supply Capability Index,PSCI)的数学模型表述为:
[0080]
[0081] 式中,S为进行供电能力评估的配电区域所能供给的最大负荷量;Sini,j为节点j的当前实际负荷;N为负荷节点总数,目标函数中的第一项即为当前实际负荷;Sd,j为供电能力评估的配电区域中节点j的负荷增长基数,本实施例中,取Sd,j=Sini,j;kg为负荷增长系数;D为进行供电能力评估的配电区域;
[0082] 式(1)的约束条件包括潮流方程约束、节点电压约束及支路的容量约束,即:
[0083] Ai=I   (2)
[0084] Vp≥VLp   (3)
[0085] il≤ilmax   (4)
[0086] 式中,A为节点/支路关联矩阵;i为所有支路的复电流矢量;I为所有节点的复电流注入矢量;Vp、VLp分别为节点p的电压及电压下限;il、ilmax分别为各支路流过的电流和允许的最大载流量。
[0087] 为方便计算且直观反应配电网的供电能力,引入最大供电倍数K,当目标函数中S达到最大值时,对应的kg就为kg,max,此时K=1+kg,max。K越大表明配电网的最大供电能力水平越高,所能承受的外界扰动水平也就越大。因此,K可用来表征配电网的最大供电能力,用于深入分析配电网目前所能达到的供电能力裕度。
[0088] 根据步骤一中的数学模型,通过变步长的连续潮流算法对配电网不同运行方式下的最大供电能力指标进行评估,得到配电网的最大供电能力。得到的最大供电能力是在后面配电网络降损重构模型公式(5)的约束(9)而存在的,即对公式(5)进行优化求解的时候,最大供电能力K要大于或等于给定的预设值(Kmargin),所述的不同运行方式指的是包含了多种负荷方式的运行方式,此计算过程采用的是现有技术,因此,本发明中不做过多的赘述。
[0089] 1.2配电网最大供电能力指标影响因素
[0090] 配电网的最大供电能力指标主要由配电网的拓扑结构、负荷水平、负荷增长模式与分布式电源出力四个因素决定:
[0091] (1)通过改变配网联络开关和分段开关的状态可改变配电网的拓扑结构及运行方式,提高最大供电能力;
[0092] (2)不同的负荷水平决定不同的配网供电能力,负荷水平较低时,配网供电能力增 长空间较大,反之较小;
[0093] (3)本发明的负荷增长模式分为两种:一是整个配电网当前实际负荷呈比例增长,直到约束条件起作用为止;二是局部区域当前负荷呈正比例增长,仅评估区域内的负荷持续增加,其他负荷维持当前水平不变,直到约束条件起作用为止;
[0094] (4)在拓扑一定的情况下,分布式电源接入配电网的出力随机变化将改变网络潮流的分布,直接影响供电能力的大小。
[0095] 2、建立配电网重构模型
[0096] 以降低配电网损为目标,考虑不同场景(即不同运行方式)下多种负荷方式的配电网络重构的数学模型如(5)所示:
[0097]
[0098] 式中:F为重构时间段内的综合网损,M为所考虑的负荷方式数;Δtk为第k种负荷方式在重构时间段内所占时间的百分比系数; 为第k种负荷方式下的网络有功损耗,具体计算公式为:
[0099]
[0100] 式中,L为网络中的支路总数; 和 为第k种负荷方式下流过支路bi的有功功率和无功功率; 为支路bi的支路电阻; 为第k种负荷方式下支路bi的末端电压。在重构过程中,对于每一种重构方案,所考虑的约束条件为:
[0101] (1)配电网络的潮流方程,即必须满足功率平衡:
[0102]
[0103] 式中: 是第k种负荷方式下节点i的注入功率;Pik和 分别为第k种负荷方式下节点i的注入有功功率和无功功率(含负荷和分布式电源); 是第k种负荷方式下节点i的电压相量;Yij是网络节点导纳矩阵的元素; 是网络节点导纳矩阵的元素的共轭值;N是系统总节点数, 是第k种负荷方式下节点j的电压相量的共轭值。
[0104] (2)支路电流及节点电压约束:
[0105]
[0106] 式中, 和 分别为支路bi的电流和其上限;Uj.max和Uj.min为节点j允许电压上限和电压下限。
[0107] (3)最大供电能力指标约束:为保障配电网免受分布式电源出力等外部不确定性因素随机变动所带来的可靠运行问题,为配电网配备一定的供电能力裕度,如式(9)所示:
[0108] K≥Kmargin   (9)
[0109] 其中Kmargin为系统要求的最小供电能力裕度指标。
[0110] (4)供电约束:重构后的配电网络不能存在电力“孤岛”。
[0111] (5)网络拓扑约束:重构后的配电网络必须为辐射状运行结构。
[0112] 在该模型中,考虑的负荷方式越多,计算量越大。为了提高重构效率,本发明的优选实施例中,取三种负荷方式,即最大、一般及最小负荷方式,分别反应了负荷曲线上较大的、一般的及较小的负荷水平。每种负荷方式下都有一个典型负荷,该典型负荷为负荷方式下对应的时间段中各时刻负荷的平均值。对于这三种负荷方式在重构时间段内所占的比例,根据运行经验,本发明更优选地的实施例中,取最大负荷为25%,最小负荷为25%,一般负荷为50%。
[0113] 3、粒子群优化算法
[0114] 3.1二进制粒子群优化算法的数学模型
[0115] 由于配电网网络拓扑是由参与重构的开关决定的,而开关只存在开、合两种状态,故采用二进制粒子群算法更为合适。粒子位置表示开关的开合状态(‘0’代表打开,‘1’代表闭合),则每个粒子表示一种开关状态组合。相应的,粒子速度表示对应位置取0或1的概率。为了使其更符合实际要求,取速度的Sigmoid函数将其转换到[0,1]上,以此进行开关状态的选择。粒子速度和位置更新公式如(10):
[0116]
[0117] 式中,xi,d和vi,d分别为粒子i的第d维位置和速度分量;ω为惯性权重;c1、c2为加速系数;r、r1、r2为[0,1]之间的随机数;pBesti,d与gBestd分别为粒子i的历史最优位置和种群最优粒子位置, 为是第t代粒子种群中粒子i的第d维位置分量。为了防止饱和, 速度一般被限制在区间[-4,4]内,Sigmoid函数表示如下:
[0118]
[0119] 为满足辐射状结构约束,配电网络中每个环路必须有且只有一个开关打开,即打开的开关数必须等于环路数。同时必须保证配电网络不能有电力“孤岛”,则所有不在任何环路上的支路开关必须全部闭合。为了降低不可行解产生的概率,位置更新公式改为:
[0120]
[0121]
[0122] 式中:ri,d是更新后粒子i的第d维位置分量,r为[0,1]上的随机数;T是同一个环路的所有开关的集合。式(12)、(13)能够确保打开的开关数等于环路数,有效地减少了不可行开关状态组合的产生概率。
[0123] 3.2动态惯性权重调整策略
[0124] 惯性权重ω能够有效地平衡全局搜索能力和局部搜索能力,对粒子群优化算法有较大影响。在考虑实际优化问题时,往往希望先取较大的ω进行全局搜索,使搜索空间快速收敛于某一区域,然后取较小的ω进行局部搜索以获得更高精度的解。
[0125] 目前最常采用的是在迭代过程中ω线性递减的方式。然而试验表明,该方式并不一定适用于每一种优化问题。本发明采用了一种自适应动态惯性权重调整策略,根据寻优过程中全局最优值的变化率,在线性递减的ω曲线上叠加了一个随机分量,改变了单一的线性调整模式,使粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)能够根据进化信息更好地调节自身的收敛能力。
[0126] 首先定义一个变化率g:
[0127]
[0128] 式中,f(t)表示种群在第t代的全局最优值,则g为种群在进化10代内全局最优值的变化率。
[0129] 在本发明的其他实施例中,g可以为种群在进化设定代(不局限是10代)内全局最优值的变化率。比如15、20等。
[0130] 惯性权重ω按下式自适应调整:
[0131]
[0132] 式中,ωmax和ωmin分别是ω的最大值和最小值;Iter和Itermax分别是当前迭代次数和最大迭代次数;r为均匀分布于[0,1]间的随机数。
[0133] 该发明所采用的调整策略有以下几个优点:其一,可以达到先全局搜索提高收敛速度后局部搜索以获得高精度解的目的;其二,ω加入了随机扰动,将使得粒子历史速度对当前速度的影响是随机的,在一定程度上类似遗传算法中的变异算子,这将有助于保持种群的多样性;其三,能够根据种群最优适应值的变化来动态调整ω,可以更灵活地调节全局搜索与局部搜索能力,从而能更好地适应不同的优化问题。
[0134] 4、算法步骤
[0135] 基于二进制粒子群优化考虑多种负荷方式的含分布式电源的配电网络重构算法流程如下:
[0136] (1)读入配电网络原始数据:支路参数(电阻、电抗),各种负荷方式下的负荷大小及支路开关状态(打开、关闭)等;
[0137] (2)设置粒子群算法参数:种群规模大小,惯性权重范围,加速系数和速度取值范围;
[0138] (3)初始化:迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度。进行各种方式下的潮流计算,按式(1)求出每一组开关状态下的网络在该时段内的综合网损作为其初始适应值以及历史最优适应值,网损最小的粒子位置为全局最优粒子;
[0139] (4)速度和位置更新:按式(10)、(13)进行粒子速度和位置更新。检查粒子位置更新后各变量是否越限,若某一变量越限,则取其相应的限值;
[0140] (5)辐射状校验:校验更新后的粒子位置对应的开关状态组合下的网络结构是否满足辐射状约束(公知技术);如果某些粒子不满足,重新初始化该粒子,直到都满足;
[0141] (6)计算适应值:即计算每一个粒子对应开关状态下的网络在各种负荷方式下的状态变量及有功网损并校验粒子是否满足节点电压、支路电流、供电能力裕度的约束。若满足约束,按式(5)计算其适应值;如果不满足,给适应值加罚函数;
[0142] (7)更新粒子的历史最优位置以及全局最优粒子位置;
[0143] (8)惯性权重调整:按式(15)动态调整ω;
[0144] (9)结束判断:若满足结束条件,如达到最大允许迭代次数,则停止并输出结果;
[0145] 否则,迭代次数加1,转到步骤(4)继续进行。
[0146] 实施例
[0147] 本发明利用IEEE-33节点配电系统进行算例验证,相关参数可参照IEE Proceedings Generation,Transmission and Distribution期刊于1997年第114卷第4期345到350页发表的Distribution network reconfiguration for loss reduction using fuzzy controlled evolutionary programming文献中公开的数据。IEEE-33节点配电网络拥有32条线路,5条联络开关支路(25-29,8-21,12-22,9-15和18-33),基准电压为10kV。由于五条联络开关支路上存在联络开关,使得配电网络中出现了5个环路,除了与电源点1相连的1-2支路不能断开外,在保证网络中无“孤岛”和环路的前提下,其余所有的开关都将参与网络重构。将IEEE-33节点配电网分为4个区域:区域1支路电流上限取595A,区域2支路电流上限取160A,区域3支路电流上限取325A,区域4支路电流上限取460A,节点电压下限取为
0.9。本实施例初始网络拓扑结构如图1所示。
[0148] 采用本发明的方法对该配电系统进行重构,以一天为重构时段,取三种负荷方式。Kmargin取1.4;种群大小取50,加速系数取2.05;惯性权重上限和下限分别为1.2和0.4;迭代次数上限为100。在计算K时,整个配电网的所有负荷呈比例地持续增加,直到约束条件起作用为止,即公式(2)~(4)。考虑供电能力约束的配电网重构结果如表1和图2所示,重构前后各种负荷方式下的最低节点电压幅值如表2所示,最优重构方案为支路8-21、32-33、10-11、
14-15、28-29打开。
[0149] 表1
[0150]
[0151] 表2
[0152]
[0153] 由结果可见,优化后系统在该时间段内的网损下降了32.93%,三种负荷方式下的节点电压都符合要求且节点最低电压得到提高,供电能力指标提升了38.31%。配电网重构模型优化过程中的最大供电能力指标变化如图3所示,证明了可有效改善供电能力指标。
[0154] 为了测试动态惯性权重调整的效果,与ω线性递减的二进制粒子群算法作比较。分别运行20次,结果如表3所示。可见,两种惯性权重调整方式的重构算法都能够收敛,但动态调整的惯性权重具有更好的效果,平均收敛代数减少,并且收敛到最优解的比例提高。
[0155] 表3
[0156]
[0157] 为了比较结果的有效性,将本文方法结果与不考虑最大供电能力裕度指标的结果进行对比,如果图5所示。可以看出在考虑最大供电裕度指标约束后,系统网损略有增加,原因是最大供电裕度约束减小了系统重构优化的空间,在满足最大供电裕度的指标范围内,寻求最优的降损重构方案。可以说最大供电裕度指标的提升是以牺牲了一小部分降损效果为代价的,然而却极大的提升了系统应当外界环境扰动的能力。
[0158] 本发明从配电网络的实际运行情况出发,建立了一种考虑最大供电能力指标约束的配电网络降损重构方法。该发明通过引入配电网供电最大能力指标作为约束来克服负荷水平的变化以及分布式电源出力的不确定性给配电网运行可靠性带来的影响,同时以网损最小为目标构建配电网络的优化重构模型,求解到对应运行区段内的配电网络较优的重构方案,该发明能够保证未来一定时间段内配电网处于一种综合均衡较优的网络拓扑结构,既保证了配电网一定的供电能力裕度,又避免了反复重构所导致频繁的开关操作,具有较好的工程实用价值。
[0159] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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