CN116826708A - 一种含软开关的多目标优化的配电网重构方法 - Google Patents

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王庆华
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Abstract

本发明公开了一种含软开关的多目标优化的配电网重构方法，包括：初始化配电网种群；设定模型目标函数，将软开关有功功率和软开关无功功率调节范围、视在功率范围、母线电压范围、线路容量范围作为模型的优化范围，确定有功功率损耗最小和母线电压幅值最小作为优化目标，确定软开关的有功功率和无功功率作为模型优化的决策变量，作为约束条件；将约束条件对NSGA‑II模型进行模型训练，训练完成后得到配电网优化模型；采用配电网模型确定配电网中软开关的有功功率和无功功率参数，根据软开关有功功率和无功功率参数对配电网进行调节，用于提高配电网系统的稳定性。

Description

一种含软开关的多目标优化的配电网重构方法
技术领域
本发明涉及配电网重构(DNR)领域，具体涉及一种含软开关的多目标优化的配电网重构方法用于重构配电网网络结构以提高配电网系统的可靠性。
背景技术
近年来，发电量占比稳步提升，成本快速下降，已基本进入平价无补贴发展的新阶段。同时，新能源的广泛应用带动了电动汽车的爆发式增长。这种现象导致了配电网调度运行受到影响的问题，配电网输电可靠性下降、电能损耗上升等问题日益严重。新能源受天气因素影响具有很大的不确定性是影响配电网电能质量波动的问题。然而，随着车辆到电网的发展，电动汽车展现出惊人的储能能力。一方面，大量储能电池可实现削峰填谷，实现发电和用电平衡。另一方面，电动汽车可以实现在极端天气情况下为新能源的不稳定性提供一定的保障能力。电网形态发生了重大改变，新能源、储能、电力交易等新型技术和商业模式将快速发展，同时电力用户对配电网可靠性也有更高的要求。配电网一旦发生故障或者遭受极端灾害破坏时会造成巨大的经济损失，电力公司的目标是利用可用资源可靠且经济地为用户供电，因此增强配电系统的可靠性为客户提供不间断的电力供应是必要的，配电网可以通过改变拓扑提高其供电电压的可靠性和质量。基于软开关的柔性互联技术显着增强了配电网运行的可控性，使联络线开关的通断状态成为可控的潮流模型。与传统的联络线相比，线路软开关操作可精确控制有功功率和无功功率流向，降低运行成本。
在这个背景下，本发明提出一种含软开关的多目标优化系统用于提高配电网系统的稳定性。DNR可以通过本文所提模型优化现有资源通过精准控制有功功率和无功功率来降低配电网运行成本，保证配电网的供电可靠性，进一步提高怕配电网运行的经济性。
分布式发电机(DG)的渗透和负荷不确定性的快速增长给配电网的安全稳定带来隐患，传统的配电网重构(DNR)是改变联络线开关的操作方式连接应急电源，以提高供电的可靠性，或改变配电网网架结构改善配电网运行状况。基于软开关(SOP)的柔性互联技术显着增强了配电网运行的可控性，使联络线开关的通断状态成为可控的潮流模型。
由于电力系统潮流约束的非凸性，寻找联络线开关通断状态的整数规划模型往往难以求解。许多基于分析的智能算法的出现提供了解决DNR问题的思路，例如遗传算法、模拟退火算法、蚁群搜索算法等。但是以上基于分析的智能算法有以下不足：(1)基于分析的DNR方法的准确性和有效性严重依赖于所使用模型的建模精度，然而精确模型具有模型缺失鲁棒性的问题。(2)需要基于几个近似值来推导出数学模型，这需要完整的系统信息(3)智能算法的共同缺陷是当系统规模增大时算法搜索量大，计算量大，难以在实时应用中使用。与传统联络线相比，软开关操作可以精确控制有功功率和无功功率，降低运行成本，进一步提高配电网运行的经济性。
发明内容
考虑到以上问题，本发明就配电网重构(DNR)问题提供了一种含软开关的多目标优化模型用于提高配电网系统的可靠性，本文研究了包含光伏、风电及负荷的配电网系统，提出将最下化有功功率损耗和母线最小电压幅值作为优化目标，建立多目标非支配排序遗传算法优化模型。
本发明的目的是利用所提模型优化配电网结构，提高配电网的供电可靠性。针对上述所提到近似数学模型和启发式算法的缺点，对现有的DNR方法进行改进，采用多目标优化的DNR模型提供一种可靠的优化DNR方式，可靠的原因在于提出使用软开关代替传统联络线操作能够精准控制有功功率和无功功率，保证系统运行稳定。
目标函数：
本文采用配电网正常运行条件下最小化有功损耗和最大化节点最小电压作为目标函数，因为这些因素将直接影响电网的运行成本和运行状态。这两个目标函数如公式1表示：
其中PLoss是配电网所有支路的有功功率损耗，n表示它的第n个支路，Rn代表支路n的电阻值，In表示支路n当前的电流值，Vi代表母线i的电压幅值。
公式(1)中给出的目标函数受制于下面提到的约束条件的限制。
约束条件：
(1)配电网中的电压约束
优化过程中，配电网中的电压应当保持在正常的范围内
Vmin≤Vi≤Vmax (2)
其中Vmin和Vmax分别是配电网母线i的最小和最大电压值。
(2)线路容量约束
Sn≤Sn max (3)
其中Sn max代表允许通过线路的最大视在功率。
(3)径向配置的约束
系统的配置应始终是径向的
(4)隔离约束
配电网结构优化后，所有线路都必须能够重新通电，以确保所有负载都得到供电。
(5)软开关约束
软开关主要用于替代传统的联络线开关，可以控制线路间传输的有功功率，提供一定的电压和无功功率支持，正常工作时，一个变流器实现对直流电压的稳定控制，另一个变流器控制传输功率。因此，SOP的控制变量为线路传输的有功功率和注入两侧节点的无功功率。运行约束如下：
其中是软开关在母线i在t时刻传输的有功功率，/>是第i个软开关在t时刻的注入的无功功率，/>是软开关操作所造成的损耗，ηSOP是损耗转换因子，取值为2％～5％，/>是允许运行的最大功率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
在单目标优化问题中，通常只有一个最优解，其最优解可以通过比较简单和常用的数学方法得到。在多目标优化问题中，各个目标相互制约，可能导致性能的提高一个目标是以失去其他目标的性能为代价的，想通过软开关传输更多的有功功率，就需要放弃无功功率注入以支持维持电压质量。所以对于多目标优化问题，NSGA-II算法除了遗传算法的交叉变异和进化计算外，还需要对生成的父子组成的种群进行非支配排序，以生成更好的下一代。基于此建立基于NSGA-II的考虑软开路点的配电网重构多目标优化模型。以最小化配电网线损和电压失调为两个目标函数生成Pareto前沿，获得更可行的运行方案，为配电网选择合适的运行策略。
附图说明
图1为本发明的含软开关的多目标优化的配电网重构系统的流程图；
具体实施方式
利用改进遗传算法进行求解，该方法在不增加计算复杂度的前提下，克服了网格配电网承载能力计算高维的问题，收敛速度更快。利用本发明所提模型求解计算一个场景下所有配电网系统的总时间小于30分钟，而基于遗传算法计算往往需要3小时，在求解相同精度相同的情况下，本发明所提模型速度快得多。
具体的以33个节点的配电网系统来举例，本系统是一个100kVA，12.66kV具有33个用户节点，32条分支线，5条联络线组成的配电网系统。因此这个系统的分支数共有37条，系统的用电总负载是3.71MW，对系统进行50回合的训练。
如图1所示，一种含软开关的多目标优化的配电网重构方法，包括：
(1)首先将配电网区域内的联络线开关等量换成软开关，计算视在功率范围、母线电压范围、线路容量范围、软开关有功功率和无功功率调节范围，初始化种群，交叉率为70％，变异率为30％，种群大小为200，循环次数为50。
(2)设定模型目标函数，将步骤(1)中计算得到的软开关有功功率和无功功率调节范围、视在功率范围、母线电压范围、线路容量范围作为模型的优化范围，确定有功功率损耗最小PLoss和母线电压幅值最小Vi作为优化目标，确定软开关的有功功率和无功功率作为模型优化的决策变量。
其中是软开关在母线i在t时刻传输的有功功率，/>是第i个软开关在t时刻的注入的无功功率，/>是软开关操作所造成的损耗，ηSOP是损耗转换因子，取值为2％～5％，/>是允许运行的最大功率。
(3)输入参数和约束条件对NSGA-II模型进行模型训练，进行常规的选择、交叉、变异操作产生子代解后，先进行非支配排序再进行拥挤距离排序，根据结果更新模型向量、有功功率以及无功功率参数，训练完成后得到配电网优化模型。
(4)采用步骤(3)得到的配电网模型确定配电网中软开关的有功功率和无功功率参数，根据软开关有功功率和无功功率参数对配电网进行调节。

Claims (5)

1.一种含软开关的多目标优化的配电网重构方法，其特征在于，包括：
(1)首先将配电网区域内的联络线开关等量换成软开关，计算视在功率范围、母线电压范围、线路容量范围、软开关有功功率和软开关无功功率调节范围，初始化配电网种群；
(2)设定模型目标函数，将步骤(1)中计算得到的软开关有功功率和软开关无功功率调节范围、视在功率范围、母线电压范围、线路容量范围作为模型的优化范围，确定有功功率损耗最小PLoss和母线电压幅值最小Vi作为优化目标，确定软开关的有功功率和无功功率作为模型优化的决策变量，作为约束条件；
(3)将步骤(2)获得的约束条件对NSGA-II模型进行模型训练，进行选择、交叉、变异操作产生子代解后，先进行非支配排序再进行拥挤距离排序，根据结果更新模型向量、有功功率以及无功功率参数，训练完成后得到配电网优化模型；
(4)采用步骤(3)得到的配电网模型确定配电网中软开关的有功功率和无功功率参数，根据软开关有功功率和无功功率参数对配电网进行调节。
2.根据权利要求1所述的含软开关的多目标优化的配电网重构方法，其特征在于，步骤(1)中，初始化配电网种群的条件：交叉率为65～70％，变异率为28～32％，种群大小为180～300。
3.根据权利要求1所述的含软开关的多目标优化的配电网重构方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的模型目标函数为式(1)所示：
其中PLoss是配电网所有支路的有功功率损耗，n表示第n个支路，Rn代表支路n的电阻值，In表示支路n当前的电流值，Vi代表母线i的电压幅值，f1代表有功功率损耗最小值，f2代表母线电压最小值。
4.根据权利要求1所述的含软开关的多目标优化的配电网重构方法，其特征在于，步骤(2)中，采用式(2)确定软开关的有功功率和无功功率作为模型优化的决策变量；
其中是软开关在母线i在t时刻传输的有功功率，/>是第i个软开关在t时刻的注入的无功功率，/>是软开关操作所造成的损耗，ηSOP是损耗转换因子，/>是允许运行的最大功率，/>是软开关在母线j在时刻传输的有功功率，/>是第j个软开关在t时刻的注入的无功功率，/>是软开关操作所造成的损耗，ηSOP是损耗转换因子，/>是允许运行的最大功率。
5.根据权利要求4所述的含软开关的多目标优化的配电网重构方法，其特征在于，ηSOP取值为2％～5％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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