考虑开关运行费用的配电网动态重构研究
4页1、考虑开关运行费用的配电网动态重构研究 姚玉海,李燕青 (华北电力大学 电气与电子工程学院,河北 保定 071003) 摘 要: 本文针对配电网网络重构问题的特点提出了模拟退 火-离散粒子群算法,该算法结合了模拟退火算法的鲁棒性 好、 全局寻优能力强和粒子群算法计算速度快、 收敛速度快 的优点, 从而克服了模拟退火算法效率低和粒子群算法 “早 熟” 的缺点。 本文在网络重构模型中考虑了开关操作成本的 影响, 而不是通过开关操作次数来约束, 使降损和操作次数 限制这对矛盾得到了很好解决。 算例分析表明文中的方法和 模型在实用性、可行性等方面有良好表现。 关键词:配电网;网络重构;模拟退火算法;粒子群算法 0 引言 配电系统处于电网的末端,是与负荷直接相连 的环节,是电力系统的重要组成部分。配电网为保 证供电可靠性呈现环形设计,运行时成辐射状,即 开环运行。配电网中含有大量的常闭、常开开关, 运行人员可通过调整和组合开关的分、合状态使配 电网处于一个有利的运行状态,即网络重构。 配电网网络重构问题分为静态优化1和动态优 化2两大类。静态优化是面向时间断面,以优化时 刻的系统有功网损为最小目标
2、,变量仅为优化时刻 下的各开关组合情况,解空间规模相对较小,可在 短期内获得优化解。但此类方法仅能计算出某一时 刻负荷下的重构情况,无法考虑开关操作次数影响 和负荷变动下的实际情况,往往不具备现实操作性 3。动态优化基于未来一天的负荷预测结果分为若 干时段,将设备操作次数考虑在内进行优化,比较 符合实际的情况,但是常规动态优化通常将全天人 为的分解为三到四段就显得粗糙,难以获得全局最 优解。 本文采用改进的优化模型,把全天分为 24 个 时段,并非像常规动态优化一样采取分段少来自动 符合开关操作次数约束,而是将全天看成一个整 体,考虑开关操作成本进行优化,更加容易逼近全 局最优。本文采用模拟退火-粒子群算法, 将模拟退 火算法的全局寻优和离散粒子群算法计算速度快 的优点相结合进行寻优计算。 1 配电网动态重构的数学模型 1.1 目标函数 22 2 1 1 min N n jj E ij j j j K kjj j PQ fK Tk r U Kkk = = + = + (1) 式中: E K为单位电能费用系数; i T为优化时 间间隔,本文 取一小时为一个时段;n 为系统支路 总数;j
3、为支路编号;rj为支路 j 的电阻;Pj、Qj为 支路 j 流过的有功功率和无功功率;Uj为支路 j 末 端的节点电压;kj为开关的状态变量,0 代表打开, 1 代表闭合; k K为开关操作一次的费用系数; N K 为系统中可操作的开关总数; j k和 j k分别为开关 当前时刻和之前时刻的开合状态。 = = 23 0 min i i fF (2) 式中: i f为 i T时刻下的目标函数;F为基于全 天时间下的目标函数; 1.2 约束条件 1)网络符合运行要求,呈辐射状且连通,即无 环路和孤立节点。 2)潮流约束 0),(=qXG (3) 式中:X为系统的状态变量;q为系统的控制 变量; 3)支路容量约束 Simin Ej则 接 受 新 状 态 j 为 当 前 状 态 ; 否 则 , 若 概 率 exp-(Ej-Ei)/T大于0,1区间内的随机数则仍旧接受 新状态 j 为当前状态,若不成立则保留状态 i 为当 前状态,这种接受准则成为 Metropolis 准则。对于 min f(x)问题, 模拟退火算法的一般框架为: 设定起、 止温度和初始解;由状态产生函数产生新解并计算 新解的目
4、标函数;按照 Metropolis 准则接受新解并 进行降温操作,否则不降温。常见的退火策略有对 数下降、快速降温、直线下降、指数退温等,指数 退温是最常用的一种策略,本文即采用指数退温策 略,即 Tk=Tk-1。当这种“产生新解-判断-接受/舍 弃”的过程多次重复,直到满足终止条件,则输出 当前解为最优解4。 模拟退火算法有很好的鲁棒性,即最终解不十 分依赖初始解的选取,从而可任意选取一个初始 解。由于模拟退火算法采用 Metropolis 准则在开始 T 温度下不仅仅只接受新状态,而且还以一定概率 接受旧状态;但随着 T 值的减小就只能接受较好的 状态,从而避免了陷入局部最优,以一种近似概率 1 收敛于全局最优解的全局优化算法。但是模拟退 火算法不能利用已试探过的信息引导收索,犹如 “随机漫步” ,导致计算时间长、计算量大、效率 低,在很大程度上影响了它在电网重构中的应用。 2.2 二进制粒子群优化算法 粒子群算法5(Particle Swarm Optimization,简 称 PSO)是一种新兴的优化技术,PSO 算法最初是 用于解决连续空间的优化问题。二进制粒子群算法 是在
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