TWI436230B - 直流微電網最佳化線損分析方法 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Description

直流微電網最佳化線損分析方法
本發明是有關於一種直流微電網最佳化線損分析方法，尤指一種可快速解決直流微電網開關重新配置之問題，用以減少線路損失及達到恢復電力調度之功能，達到可得到更有效率之網路配置以及降低線路損失之功效者。
按，一般微電網的電力來源通常採用再生能源，如太陽光電、風力發電、燃料電池及水力發電等，而電池、超級電容器(Super Capacitors)及飛輪(Flywheels)一般作為儲能設備，這些型式的電力來源及儲能設備將產生直流電壓或是與市電不同振幅及頻率的交流電壓，因此需要電能轉換器(Power Converter)作為與市電併聯的介面，當微電網與市電併聯時，再生能源將產生實功(Active Power)及虛功(Reactive Power)；然而，微電網運作於孤島模式(Island Mode)時，電力來源必須能進行電壓及頻率之調節，各種不同的再生能源操作模式亦陸續被提出。
而再生能源之電力調度也可採「直流微電網」架構，此電力系統架構可平穩的引進分散式發電(Distributed Generations)，且有高品質的電力供應，此電力傳輸透過三線式直流分散式配電線路，電壓必須穩定以維持高品質電力供應；結合高可靠度及降低損失的資料中心，可運用在直流微電網上。應用於商業性電力系統的敏感性電子負載，採用低壓直流要優於交流電壓。
因此，直流微電網架構除了節省能源及降低損失外，尚可 節省順向整流器(Forward Rectifiers)的成本，且儲能設備可直接連接至系統上，而由於直流微電網的分散式配電迴路中有很多常閉及常開的開關，在正常運作情況下，配電工程師可將區域重新配置以降低配電損失，而藉由改變區域開關的狀態，負載電流可由某一區域傳輸至其他再生能源區(Renewable Energy Resources Zone,RERZ)；在故障期間，開關可作為隔離故障及恢復服務之用途。
然而，直流微電網之重新配置也是一重要技術，可提升網路可靠度及運作可用性，進而改善系統安全性。在分散式配電系統中有許多開關操作是危險可怕的，調度員可依據故障辨識程序來遠端隔離故障，而負載的重新連接乃運用調度員的經驗，並未依據降低損失的策略。
本發明之主要目的係在於，可快速解決直流微電網開關重新配置之問題，用以減少線路損失及達到恢復電力調度之功能，達到可得到更有效率之網路配置以及降低線路損失之功效。
為達上述之目的，本發明係一種直流微電網最佳化線損分析方法，至少包含下列步驟：初始化及統計數據：收集微電網目中之損失功率狀況以及開關狀態；突變：找出微電網目中所有迴路的組合，且以 [y i +p ]=[S ,j +Q ] m ．1 ．,、m=ceil(N(μ,σ2 ))以及， 作為找出最佳解之方式，並依此方式計算出最少損失； 競爭與收斂試驗：利用其中
以及運算到收斂準則被設定為當最大的產出數 達到時選擇過程就終結； 適應性衰變：利用之方式進 行適當之參數調整；以及禁忌蒐尋：將不需要之狀況予以刪除。
請參閱『第1圖~第6圖』所示，係分別為本發明之方塊流程示意圖、本發明直流微電網之實施例示意圖、本發明之開關順序安排示意圖、本發明之所有可能開關數組合示意圖、本發明之強健性測試示意圖及本發明之負載測試示意圖。如圖所示：本發明係一種直流微電網最佳化線損分析方法，其至少包含初始化及統計數據20、突變21、競爭與收斂試驗22、適應性衰變23以及禁忌蒐尋24等步驟，當進行分析時，今以第2圖為實施例，其包括三個再生能源區A、B、C，內有13個常閉之線路分段開關S11、S12、S13、S14、S16、S17、S18、S19、S20、S22、S23、S24、S25；3個常開之互連開關S15、S21、S26；及16個備用開關1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16。在網路中互連開關S15、 S16、S26正常時是開路，並將網路的結構從放射狀轉換成網目狀，為了從新回復成放射狀，一系列的備用開關1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16必須被識別出來，而這一系列在混合規劃程式技術中的備用開關1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16就稱為個體開關，如同人口由許多的個體組成一樣，而個體開關的總和稱之為開關總額；混合規劃程式技術降低損耗的步驟如下所述：
(一)、初始化及統計數據：收集微電網目中之損失功率狀況以及開關狀態，設Sj,Q 表示在網目j上的一個開關，而所有在網目j上的開關以集合{Sj,Q }表示，式中的Q表示順序的開關碼，如第2圖所示有三個再生能源區A、B、C；令初始開關數矩陣Yi =[y1 y2 ...yp ]T =[Sj,Q ],y1 =y2 =yp =[S19 S21 S26]≡[S1,4 S2,3 S3,3 ]，此處的P是開關總額，我們再定義S19=S1,4 ,S18=S1,5 =S3,9 ,S15=S1,3 =S3,11 ，也就是說如第3圖為可以考慮圓形的安排。
定義於的成本函數被用於開 關個體的符合函數上，每一次產生的最小符合函數Fmin 以及平均符合函數Favg 可被計算出來。
(二)、突變：於混合規劃程式技術中所提出的演算法，每一個個別的網目都會突變；令一個在Yi 有著n元素第i網目個體，每一yi 突變且會被指定到yi+p ；總共有2p個網目個體被加上p個網目個體而產生。
對於相同的j，網目個體將經由開關順序被突變，令yi =Sj,Q 我們可定義突變元素為[y i +p ]=[S j ,Q +m ]j =1 ,…,n
此處Q是在順序中的開關碼，而m=ceil(N(μ,σ2 ))
式中參數定義如下：N(μ,σ2 )是有著平均值為μ而變異數為σ2 的高斯函數，β為突變大小，js 為網目j中的開關數，Favg 為平均符合函數，Fi 為第ith 開關個體符合函數。對新的產生，β突變大小能適時被調整並一般地描述。對於圖1的樣品系統，假定初始的開關數y1=y2 =y3 =[S19 S21 S26]=[S1,4 S2,3 S3,3 ]。
我們可得出
突變矩陣m可由隨機性的可找出
收集所有的突變網目個體的Q sub-indices，且突變網目個體可表為
第4圖係顯示所有可能的開關數組合，其中具有最低成本的三個開關個體會被選擇出作為下一次的產出以建立起初始的開關數。
(三)、競爭與收斂試驗：具有最好的符合函數值的開關個體能夠自動地保留旁側的網目突變；有(2p-k)大小的開關總額組合必須互相間競爭，一個權值為Wi 被定義為競爭指數，對第ith 個開關個體而言
此處N是競爭數，比p小且隨機產生；在可能的開關數組合中，作為一個ith 開關個體與一個隨機選擇的第rth 開關個體競爭後，Wi,t 不是輸(0)就是贏(1)，重寫Wi,t 的值：
經過競爭後，2p-k個開關個體將依照Wi ’s降幂排列，對於具有相同權值的開關個體而言，符合函數值會被拿出來作比較；除了被保留的k個開關個體之外，領先的p-k個開關個體會被選出來為下一次的產生作準備，而收斂準則被設定為當最大的產出數達到時選擇過程就終結
此處e在所提出的演算法中被定為0.05。
(四)、適應性衰變：我們可以更改控制變數n來避免本發明效率的預熟；若Fmin 不變，則解不是趨近區域就是全域的最小值；n可以依照下列的式子適應性地調整：
此處g為產生數。
(五)、禁忌蒐尋：如下列禁忌列表，我們可建立並定義出「禁止的移動」：
(1)在目前的產出裡，追到最好的解後，拜訪行程即停止。
(2)訪到最新的區域最佳解。
(3)開關個體違反電氣限制。
(4)那些無法重新獲得圓弧結構及任意式的卸載的嘗試錯誤式的規則；例如：兩個相鄰的網目的邊界無法包含超過兩個同時開路的開關。
模擬結果： 本發明可被用來模擬複雜的網路；p=10不同的負載狀況被研究探討，使強度的成本降低如第5圖所示；從圖中可看出解是穩定的以6倍產生，而本發明的解一般於以小於10倍的產出收斂，且其效能在輕/中/重之負載型態如第6圖所示。
本發明之分析方法可決定直流微電網配電網路的最佳組態以將線上的損耗降到最低及恢復服務，減少解決的空間並加速搜尋速度，避免預熟，而禁忌列表被用來增進更大的效能；模擬的結果顯示出本發明時常以少於10倍的產出收斂，當服務恢復階段，候選的開關被考慮用來恢復斷掉的負載點，這種過程包括了適用狀態的大小；除了擁有能提供更佳解的人工智慧能力，本發明較其他大部分人工智慧的方法更快速，許多的試驗顯示本發明技術更強韌也更具效率，而且同時符合計畫及運作成本降低的雙重目的。
綜上所述，本發明直流微電網最佳化線損分析方法可有效改善習用之種種缺點，可快速解決直流微電網開關重新配置之問題，用以減少線路損失及達到恢復電力調度之功能，達到可得到更有效率之網路配置以及降低線路損失之功效，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確 已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
20‧‧‧初始化及統計數據
21‧‧‧突變
22‧‧‧競爭與收斂試驗
23‧‧‧適應性衰變
24‧‧‧禁忌蒐尋
A、B、C‧‧‧再生能源區
S11、S12、S13、S14‧‧‧線路分段開關
S16、S17、S18、S19‧‧‧線路分段開關
S20、S22、S23‧‧‧線路分段開關
S24、S25‧‧‧線路分段開關
S15、S21、S26‧‧‧互連開關
1、2、3、4‧‧‧備用開關
5、6、7、8‧‧‧備用開關
9、10、11、12‧‧‧備用開關
13、14、15、16‧‧‧備用開關
第1圖，係本發明之方塊流程示意圖。
第2圖，係本發明直流微電網之實施例示意圖。
第3圖，係本發明之開關順序安排示意圖。
第4圖，係本發明之所有可能開關數組合示意圖。
第5圖，係本發明之強健性測試示意圖。
第6圖，係本發明之負載測試示意圖。
20‧‧‧初始化及統計數據
21‧‧‧突變
22‧‧‧競爭與收斂試驗
23‧‧‧適應性衰變
24‧‧‧禁忌蒐尋

Claims (1)

  1. 一種直流微電網最佳化線損分析方法，其包括下列步驟：初始化及統計數據：收集微電網目中之損失功率狀況以及開關狀態；突變：找出微電網目中所有迴路的組合，且以 [y i +p ]=[S j ,Q +m ]j =1 ,…,n 、m=ceil(N(μ,σ2 ))以及， 作為找出最佳解之方式，並依此方式計算出最少損失，其中，y是開關數，Sj,Q 是在網目j上的一個開關，Q是在順序中的開關碼，p是網目個體，m是突變矩陣，N(μ,σ2 )是有著平均值為μ而變異數為σ2 的高斯函數，β為突變大小，js 為網目j中的開關數，Favg 為平均符合函數，Fi 為第ith 開關個體符合函數； 競爭與收斂試驗：利用其中以及運算到收斂準則被設定為當最大的產出 數達到時選擇過程就終結，其中Fmin 為最小符合函數，Wi 為競爭指數，此處N是競爭數，Fr 為隨機選擇的第ith 開關個體符合函數，ε為0.05； 適應性衰變：利用之方式進行適當之參數調整，其中，n為控制變數，g為 產生數；以及禁忌蒐尋：將不需要之狀況予以刪除。
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