一种基于改进海象算法的分布式发电和储能规划方法

本发明属于配电网规划，具体地说是一种配电网中分布式发电和储能选址定容规划方法。

背景技术：

1、电力工业作为碳排放占比最高的行业，其对气候变化造成的不利影响愈发突出，以分布式风机发电(distribution wind turbine，dwt)和分布式光伏发电(distributionphotovoltaic，dpv)为代表的分布式电源凭借其无污染、分布广的特点在众多发电方式中脱颖而出，得到政府、资本的青睐。随着分布式商业模式与相关法律政策的逐步成熟，在用电成本上升、传统化石能源面临转型、缺乏足够的输电容量而导致持续的电力供应紧张的背景下，分布式发电(distribution generation，dg)就近接入配电网，具有因地制宜、就地消纳、延缓配电网升级改造等优势，在配电网中应用的潜力巨大。

2、在传统配电网运行中，存在着由于供电线路长、负荷变化快，各种设备消耗功率较多，导致末端电压偏低、线路损耗较大等问题。传统配电网通过引入dg，可以在一定范围内改善电压质量、优化无功潮流、提高供电可靠性。但是接入时常常缺乏合理的规划指导，建设过于集中，新能源出力较大时段会导致接入点及附近区域电压明显抬升，同时由于逆变器允许电压上限常常高于节点电压上限，进一步加剧了用户侧过电压水平，导致dg出力受限，变压器过载。

3、dg发电的间歇性、随机性和波动性加剧了配电网运行的不确定性，配套储能系统(energy storage system，ess)可以起到解决风光出力高峰与负荷高峰错配问题，平滑功率输出，改善供电品质，降低配网功率波动，有效降低网损。

4、传统配电网区域划分方式都按照行政区域或者是地理位置划分，无法反应电气上的联系，有必要在规划阶段考虑了节点间功率互补特性，将配电网按照电气距离进行划分，合理规划dpv和ess在配电网的布局和容量，避免局部区域过多接入，导致线路过载、功率失调，从而提高电网的运行效率。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于改进海象算法(improvedwalrus optimization algorithm，iwaoa)的考虑集群划分的dpv-ess选址定容方法，并将该模型转换为双层模型以降低模型复杂度，分别提出了kmeans++聚类算法、具有优异的跳出局部最优能力的改进海象算法求解该模型，实现整个系统经济效益和运行质量的最大化。

2、本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：

3、步骤1、获得选定配电网参数，包括拓扑结构、线路阻抗、节点负荷，获得配电网所在区域的光照和风速预测曲线；

4、步骤2、按照节点之间电压幅值与注入功率之间的灵敏度关系来计算配电网电气距离；

5、步骤3、根据配电网各节点之间的电气距离，给定集群数，选取高密度节点作为初始聚类中心，计算网络电气距离，将其余节点分配到最近集群，更新聚类中心，簇内误差平方和达到最小，输出划分结果，通过kmeans++聚类得到集群划分结果；

6、步骤4、针对已经划分完成的配电网，建立分布式发电和储能选址定容双层规划模型，其中上层优化目标为配电网年综合费用，包括分布式发电和储能年投资成本和年运行费用、主网购电成本、配网网损费用，约束条件为节点最大安装容量、集群内最大安装数目；下层优化目标为配电网年运行费用，约束条件为功率约束、主网联络线功率约束、配电网潮流约束；上层将分布式发电和储能位置及容量传递给下层，下层将分布式发电和储能运行情况传递给上层，循环求解，具体步骤如下：

7、步骤5、采用kent混沌映射、levy飞行策略、柯西-精英保留混合变异对海象算法进行改进，利用改进的海象算法对模型进行求解，得到选址数据和定容结果；

8、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

9、1、本发明针对配电网dg、ess并网数量节点多，难以确定的问题，建立基于电气距离的配电网划分集群方法，有效降低了并网节点选址的复杂度。

10、2、本发明建立了包含dg和ess的配电网双层规划模型，有效的解决了dg和ess选址定容问题，显著的提高了配电网经济指标及运行指标。

11、3、本发明开发了一款融合了tent映射、自适应惯性权重，levy飞行策略和cauchy变异的iwaoa算法。

12、4、本发明方法为配电网dg和ess规划提供参考，还可以进一步推广到无功设备、变压器等电气设备的规划。

技术特征：

1.本发明提供一种基于改进海象算法的分布式发电和储能规划方法，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的集群划分结果，建立分布式发电和储能选址定容双层规划模型，其中上层优化目标为配电网年综合费用，包括分布式发电和储能年投资成本和年运行费用、主网购电成本、配网网损费用，约束条件为节点最大安装容量、集群内最大安装数目；下层优化目标为配电网年运行费用，约束条件为功率约束、主网联络线功率约束、配电网潮流约束；上层将分布式发电和储能位置及容量传递给下层，下层将分布式发电和储能运行情况传递给上层，循环求解，具体步骤如下：

3.在权利要求2的基础上，采用kent混沌映射、levy飞行策略、柯西-精英保留混合变异对海象算法进行改进，利用改进的海象算法对模型进行求解，得到选址数据和定容结果，具体实现方法为：

技术总结
本发明为基于改进海象算法的考虑集群划分的分布式发电和储能选址定容方法，建立一种含有分布式风机、分布式光伏和储能系统的配电网络规划模型，基于电气距离采用Kmeans++聚类算法对配电网络进行划分，考虑到模型的高维度、多约束、非线性，采用双层规划理论将该模型进行分层，最后提出了引入Kent映射、动态惯性权重、莱维飞行、柯西‑精英保留混合变异策略的改进海象算法用于求解该模型，确定分布式发电和储能系统接入配电网最优的位置和容量，优化配电网潮流分布，减少电网压力、提升电压质量并促进可再生能源利用与节约成本。

技术研发人员：李玲玲,李浩源,李成亮
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24