一种含分布式电源的配电网络重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于含分布式电源配电网优化控制相关领域，特别是涉及一种含分布式电 源的配电网络重构方法。
【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，从而给配电网的安全运行带来前 所未有的挑战。一方面，分布式电源可充分利用风能、太阳能等清洁可再生能源进行发电， 在实现电力系统的"低碳化、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，结果严重影响了终端用户的电能品 质。因此，寻求高效的优化控制手段来解决上述问题，成为分布式电源未来能否实现大规模 应用的关键环节之一。
[0003] 配电网络拓扑调整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 网络拓扑调整，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，配电网络拓扑调整是一个复杂的非线性组合优化问题。目前，配电 网络拓扑调整模型主要有静态模型和动态模型。静态拓扑调整模型简单易行，但没有考虑 分布式电源接入后的随机出力特征，不符合配电网络的运行实际；而动态拓扑调整模型求 解需要进行频繁的开关操作，当前的配电网自动化水平不能满足其动作要求，同时会降低 开关使用寿命甚至引发系统故障。常用的配电网络拓扑调整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，其缺点是拓扑调整结果与启发式规则关系密切， 容易收敛于局部最优解。从理论上讲，智能化方法可以收敛到最优解，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。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种含分布式电源的配电网络重构方 法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供的含分布式电源的配电网络重构方法包括按顺序 执行的下列步骤：
[0006] 步骤1)准备原始数据：根据配电网运行状态，收集配电网络原始数据，包括支路 参数、各种负荷方式下的负荷及支路开关状态等；
[0007] 步骤2)设置算法参数：设置粒子群算法参数，包括种群规模、惯性权重范围、加速 系数和速度取值范围等；
[0008] 步骤3)初始化：将迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度，根据步骤1)获得 的原始数据进行各种方式下的潮流计算，按配电网络拓扑调整的数学模型求出每一组开关 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；
[0009] 步骤4)速度和位置更新：基于上述算法参数，按粒子速度和位置更新公式进行粒 子速度和位置更新，并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；
[0010] 步骤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，直到都满足辐射状约束；
[0011] 步骤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、支路电流的约束，若满足约束， 按配电网络拓扑调整的数学模型计算其适应值；如果不满足，给适应值加罚函数；
[0012] 步骤7)更新最优位置：更新粒子的历史最优位置以及全局最优粒子位置；
[0013] 步骤8)惯性权重调整：依照动态惯性权重调整策略动态调整惯性权重w;
[0014] 步骤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；否则，迭代次数加1，转到步骤4)继续进行。
[0015] 在步骤3)中，所述的配电网络拓扑调整的数学模型为：
【主权项】
1. 一种含分布式电源的配电网络重构方法，其特征在于：所述的含分布式电源的配电 网络重构方法包括按顺序执行的下列步骤： 步骤1)准备原始数据：根据配电网运行状态，收集配电网络原始数据，包括支路参数、 各种负荷方式下的负荷及支路开关状态等； 步骤2)设置算法参数：设置粒子群算法参数，包括种群规模、惯性权重范围、加速系数 和速度取值范围等； 步骤3)初始化：将迭代次数置0,初始化所有粒子位置和速度，根据步骤1)获得的原 始数据进行各种方式下的潮流计算，按配电网络拓扑调整的数学模型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； 步骤4)速度和位置更新：基于上述算法参数，按粒子速度和位置更新公式进行粒子速 度和位置更新，并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； 步骤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，直到都满足辐射状约束； 步骤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、支路电流的约束，若满足约束，按配 电网络拓扑调整的数学模型计算其适应值；如果不满足，给适应值加罚函数； 步骤7)更新最优位置：更新粒子的历史最优位置以及全局最优粒子位置； 步骤8)惯性权重调整：依照动态惯性权重调整策略动态调整惯性权重w ; 步骤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；否 贝IJ，迭代次数加1，转到步骤4)继续进行。
2. 根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网络重构方法，其特征在于：在步骤3) 中，所述的配电网络拓扑调整的数学模型为： M nun F = ^P1I-Atk *=! ( 1 ) 式中：M为所考虑的负荷方式数；Λ tk为第k种负荷方式在拓扑调整时间段内所占时 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：
AT，L刀网瑨ψ的义蹐况、数；、和V z刀、別刀弟k种贝何力叭卜孤过支路1^的有功功 率和无功功率；Λ为支路h的支路电阻；M为第k种负荷方式下支路h的末端电压；则F 为该时间段内的综合网损； 在拓扑调整过程中，对于每一种拓扑调整方案，所考虑的配电网络的潮流方程： =If+JQ^ (3) 尸1 (/ = LZ ….AU = LZ …J/) 式中，是第k种负荷方式下节点i的注入功率； < 和这分别为第k种负荷方式下节 点i的注入有功功率和无功功率；.是第k种负荷方式下节点i的电压相量；Yu是网络节 点导纳矩阵的元素；N是系统节点数。
3. 根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网络重构方法，其特征在于：在步骤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 广、 /·、 式中，Xm和V i，d分别为粒子i的第d维位置和速度分量；ω为惯性权重；c i、C2为加速 系数；为[0, 1]之间的随机数；pBest ^与gBest及别为粒子i的历史最优位置和 种群最优粒子位置；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：
由于参与拓扑调整的开关只存在开、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（〇代表打开，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。
4. 根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网络重构方法，其特征在于：在步骤5) 中，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（6)改为：
式中，r为[0, 1]上的随机数；K是与开关d属于同一个环路的所有开关的集合；式（7)、 (8)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。
5. 根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网络重构方法，其特征在于：在步骤6) 中，所述的支路电流及节点电压约束如下所示：
式中，^和分别为支路bi的电流和其上限；U」._和U为节点j允许电压上限 和下限。
6.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网络重构方法，其特征在于：在步骤8) 中，阶段中，所述的依照动态惯性权重调整策略调整惯性权重的方法为： 根据寻优过程中全局最优值的变化率，在线性递减的惯性权重ω曲线上叠加一个随 机分量，改变了单一的线性调整模式，使用粒子群算法能够根据进化信息更好地调节自身 的收敛能力；首先定义一个变化率g:
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； 惯性权重ω按下式自适应调整：
式中，〇_和ωmin分别是惯性权重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。
【专利摘要】一种含分布式电源的配电网络重构方法。本发明提供的含分布式电源的配电网络重构方法从配电网络的实际运行情况出发，建立了一种考虑多种负荷方式的配电网络拓扑调整模型，具有较好的实用价值。同时，根据配电网络拓扑调整的特点，采用了二进制粒子群优化算法进行拓扑调整，并提出了一种动态惯性权重调整方式，能更好地协调全局收敛的速度与局部收敛的精度，具有较好的寻优效果。IEEE-33节点典型配电系统的拓扑调整结果及分析证明了本方法的有效性和实用性。
【IPC分类】G06N3-00, H02J3-00
【公开号】CN104734153
【申请号】CN201510173535
【发明人】刘聪, 迟福建, 刘明志, 孟健
【申请人】国家电网公司, 国网天津市电力公司, 天津大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月14日