[發(fā)明專利]基于混合整數(shù)PSO算法的有源配電網(wǎng)日內(nèi)滾動優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910436490.2
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110059897B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 吳紅斌;曾希;徐斌;駱晨;丁津津;陳洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學;國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;H02J3/18;H02J3/38
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于混合整數(shù)PSO算法的有源配電網(wǎng)日內(nèi)滾動優(yōu)化方法，所述有源配電網(wǎng)接入有分布式發(fā)電DG、離散型調(diào)控設備和連續(xù)型調(diào)控設備；所述分布式發(fā)電DG包含分布式光伏發(fā)電和分布式風力發(fā)電；所述離散型調(diào)控設備包含有載調(diào)壓變壓器OLTC和投切電容器組CB；所述連續(xù)型調(diào)控設備包含靜止無功發(fā)生器SVC；其特征是，所述有源配電網(wǎng)日內(nèi)滾動優(yōu)化方法是按如下步驟進行：

步驟一、建立日內(nèi)優(yōu)化階段的檔位時間序列：

步驟1.1、確定日內(nèi)滾動優(yōu)化的時間尺度：

日前調(diào)度階段D以T^D為時間尺度，以H^D×T^D為日前調(diào)度階段的區(qū)間長度，其中H^D為整數(shù)倍數(shù)；

日內(nèi)滾動優(yōu)化以T^IN為時間尺度，以H^IN×T^IN為日內(nèi)滾動優(yōu)化的區(qū)間長度，其中H^IN為整數(shù)倍數(shù)；并有T^D＝M×T^IN，M為整數(shù)倍數(shù)，上標IN表示日內(nèi)優(yōu)化階段；

步驟1.2、建立日前調(diào)度階段的檔位時間序列：

由已知的日前調(diào)度階段優(yōu)化結(jié)果，分別建立有載調(diào)壓變壓器OLTC在日前調(diào)度階段D的檔位時間序列投切電容器組CB在日前調(diào)度階段D的檔位時間序列和配電網(wǎng)與大電網(wǎng)在日前調(diào)度階段D的交互功率時間序列其中，N^OLTC表示有載調(diào)壓變壓器OLTC的總個數(shù)，表示編號為i的有載調(diào)壓變壓器OLTC在日前調(diào)度階段D的t時段的檔位；表示編號為i的投切電容器組CB在日前調(diào)度階段D的t時段的檔位，表示配電網(wǎng)與大電網(wǎng)在日前調(diào)度階段D的t時段的交互功率，下標grid表示配電網(wǎng)與大電網(wǎng)功率交互；

步驟1.3、建立日內(nèi)優(yōu)化階段的檔位時間序列：

根據(jù)時間尺度T^D和T^IN的設置情況，由日前調(diào)度階段的各時間序列分別得到有載調(diào)壓變壓器OLTC在日內(nèi)優(yōu)化階段的檔位時間序列投切電容器組CB在日內(nèi)優(yōu)化階段的檔位時間序列和配電網(wǎng)與大電網(wǎng)在日內(nèi)優(yōu)化階段的交互功率時間序列其中，和分別表示編號為i的有載調(diào)壓變壓器OLTC在日內(nèi)優(yōu)化階段的t時段的檔位、編號為i的投切電容器組CB在日內(nèi)優(yōu)化階段的t時段的檔位，表示配電網(wǎng)與大電網(wǎng)在日內(nèi)優(yōu)化階段的t時段的交互功率；

步驟二、日內(nèi)滾動優(yōu)化初始化：

步驟2.1、建立檔位變化時段變量：

根據(jù)離散型調(diào)控設備發(fā)生檔位變化的次數(shù)，建立編號為i且設備類型為的離散型調(diào)控設備的第s次檔位變化時段變量且的值為第s次檔位變化發(fā)生時對應的時段編號，設備類型取值為OLTC或CB，分別表示有載調(diào)壓變壓器、投切電容器組；

定義由日前調(diào)度階段的檔位時間序列得到的日內(nèi)優(yōu)化階段的檔位時間序列為日內(nèi)優(yōu)化階段的初始檔位時間序列，并建立編號為i且設備類型為的離散型調(diào)控設備的第s次初始檔位變化時段變量是常值變量，且的值是的初值，上標0表示初始信息；

步驟2.2、日內(nèi)滾動優(yōu)化初始化：

定義日內(nèi)優(yōu)化階段的第K次日內(nèi)滾動優(yōu)化區(qū)間為[k,k+H^IN-1]，k是日內(nèi)滾動優(yōu)化的起始時段，k+H^IN-1是日內(nèi)滾動優(yōu)化的最末時段，且有K＝k，定義日內(nèi)滾動優(yōu)化的最大優(yōu)化次數(shù)為K^max；初始化當前日內(nèi)滾動優(yōu)化為第1次日內(nèi)滾動優(yōu)化，第1次日內(nèi)滾動優(yōu)化區(qū)間為[1,H^IN]；

步驟三、建立考慮檔位修正的日內(nèi)滾動優(yōu)化數(shù)學模型：

步驟3.1、建立分布式發(fā)電DG出力不確定區(qū)間：

根據(jù)當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]上分布式發(fā)電DG出力預測信息，利用式(1)得到編號為i的分布式發(fā)電DG的t時段的出力的不確定區(qū)間：

式(1)中，N^DG是配電網(wǎng)中分布式發(fā)電DG的總個數(shù)，和分別是編號為i的分布式發(fā)電DG的t時段的出力預測標準值和預測偏差最大值；

步驟3.2、利用式(2)得到日內(nèi)滾動優(yōu)化的雙層目標函數(shù)：

式(2)中，fp表示首端和末端節(jié)點分別是節(jié)點f和節(jié)點p的支路，Φ表示所有支路組成的集合，I_fp,t是t時段流過支路fp的電阻r_fp上的電流，N^SVC是靜止無功發(fā)生器SVC的總個數(shù)，C_SVC是折算后的靜止無功發(fā)生器SVC的單位功率輸出成本，表示編號為i的靜止無功發(fā)生器SVC的t時段的無功功率輸出決策變量，α、β是權(quán)重系數(shù)；P^DG表示所有分布式發(fā)電DG在當前滾動優(yōu)化區(qū)間的各時段出力的集合，P^DG的元素是內(nèi)層優(yōu)化的決策變量；表示所有靜止無功發(fā)生器SVC在當前滾動優(yōu)化區(qū)間的各時段的無功功率輸出決策變量的集合，表示所有離散型調(diào)控設備在當前滾動優(yōu)化區(qū)間的各時段的檔位變化時段決策變量的集合，和的元素是外層優(yōu)化的決策變量；

步驟3.3、利用式(3)得到離散型調(diào)控設備的檔位變化時段決策變量的調(diào)節(jié)約束：

式(3)中，表示編號為i且設備類型為的離散型調(diào)控設備的第s次檔位變化時段決策變量；

步驟3.4、利用式(4)得到t時段的含有載調(diào)壓變壓器OLTC的支路潮流約束：

式(4)中，V_f,t和V_p,t分別是節(jié)點f和節(jié)點p在t時段的電壓幅值，P_fp,t和Q_fp,t分別是t時段支路fp上的有功和無功功率，x_fp是支路fp的電抗，是接在節(jié)點p上的靜止無功發(fā)生器SVC的t時段的無功功率輸出，和分別是接在節(jié)點p上的負荷L的t時段的有功和無功功率，K_fp,t是接在支路fp上的有載調(diào)壓變壓器OLTC的t時段的變比，是接在節(jié)點p上的投切電容器組CB的t時段的無功功率輸出，U(p)表示所有以節(jié)點p為首端節(jié)點的支路的末端節(jié)點集合，r∈U(p)表示屬于集合U(p)的節(jié)點r；

步驟3.5、利用式(5)得到t時段的編號為i的靜止無功發(fā)生器SVC無功功率輸出的約束：

式(5) 中，和分別是編號為i的靜止無功發(fā)生器SVC的無功功率最大輸出、最小輸出；

步驟3.6、利用式(6)得到t時段的配電網(wǎng)與大電網(wǎng)交互功率的約束：

式(6)中，k_grid表示在日內(nèi)優(yōu)化階段配電網(wǎng)與大電網(wǎng)交互功率偏離日前調(diào)度的程度，N^node是配電網(wǎng)中節(jié)點的總數(shù)；

步驟3.7、利用式(7)和式(8)得到t時段的配電網(wǎng)的安全約束：

式(7)中，和分別是支路fp允許流過的最小、最大電流；

式(8)中，和分別是節(jié)點p允許的最小、最大電壓；

步驟四、利用混合整數(shù)PSO算法對日內(nèi)滾動優(yōu)化模型進行求解：

步驟4.1、粒子編碼：

判斷在當前日內(nèi)滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]內(nèi)各離散型調(diào)控設備是否發(fā)生檔位變化，以及發(fā)生的是第幾次檔位變化，從而將發(fā)生檔位變化的離散型調(diào)控設備的相關(guān)檔位變化時段決策變量納入粒子編碼；

利用式(9)得到由靜止無功發(fā)生器SVC的無功功率輸出決策變量、發(fā)生檔位變化的有載調(diào)壓變壓器OLTC的檔位變化時段決策變量和發(fā)生檔位變化的投切電容器組CB的檔位變化時段決策變量組成的粒子向量

式(9)中，表示編號為N^SVC的靜止無功發(fā)生器SVC的k+H^IN-1時段的無功功率輸出決策變量；下標1，…，N^SVC分別表示N^SVC個靜止無功發(fā)生器SVC的設備編號；

表示編號為Ch的有載調(diào)壓變壓器OLTC的第S_Ch+N_Ch-1次檔位變化時段決策變量，下標C1、C2、…、Ch分別表示在當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]內(nèi)h個發(fā)生檔位變化的有載調(diào)壓變壓器OLTC的設備編號，下標S_C1、…、S_C1+N_C1-1分別表示編號為C1的有載調(diào)壓變壓器OLTC發(fā)生的第S_C1次、…、第S_C1+N_C1-1次檔位變化；N_C1表示在當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]內(nèi)編號為C1的有載調(diào)壓變壓器OLTC共發(fā)生了N_C1次檔位變化；

表示編號為Dg的投切電容器組CB的第S_Dg+N_Dg-1次檔位變化時段決策變量，下標D1、D2、…、Dg分別表示在當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]內(nèi)g個發(fā)生檔位變化的投切電容器組CB的設備編號，下標S_D1、…、S_D1+N_D1-1分別表示編號為D1的投切電容器組CB發(fā)生的第S_D1次、…、第S_D1+N_D1-1次檔位變化；N_D1表示在當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]內(nèi)編號為D1的投切電容器組CB共發(fā)生了N_D1次檔位變化；

步驟4.2、粒子初始化：

步驟4.2.1、對于粒子中分量

的初值取內(nèi)的隨機值；

步驟4.2.2、對于粒子中分量和

的初值取內(nèi)的隨機整數(shù)，max{·}表示取大括號內(nèi)所有數(shù)的最大值，min{·}表示取大括號內(nèi)所有數(shù)的最小值；

步驟4.2.3、初始化得到h+g個原始粒子其中，表示編號為w的原始粒子；

步驟4.3、粒子迭代初始化：

初始化當前迭代代數(shù)z＝1，最大迭代代數(shù)為z^max；將原始粒子同時作為第1代粒子和第1代歷史最優(yōu)粒子，在h+g個原始粒子中選擇一個使目標函數(shù)值最小的作為初始的粒子群最優(yōu)粒子上標best表示最佳，下標PS表示粒子群；

步驟4.4、粒子更新：

步驟4.4.1、粒子速度更新：

利用式(10)對第z代粒子的第d個分量的運動速度進行更新，從而得到第z+1代粒子的第d個分量的運動速度

式(10)中，表示編號為w的第z代粒子的第d個分量，和分別表示第z代歷史最優(yōu)粒子的第d個分量和粒子群最優(yōu)粒子的第d個分量，π、分別為衰減因子、學習因子，θ₁、θ₂為[0，1]范圍的隨機數(shù)；

粒子的第da個分量的運動速度范圍為且da∈[1,(N^SVC×H^IN)]，下標i_da表示第da個分量對應的調(diào)控設備的設備編號，k_SVC是運動速度調(diào)節(jié)參數(shù)；粒子的第dc個分量的運動速度范圍為[-1,1]，且dc≠da；

步驟4.4.2、粒子更新：

利用式(11)對第z代粒子的第da個分量進行更新，從而得到第z+1代粒子的第da個分量且粒子的第da個分量的取值范圍為

利用式(12)、式(13)對第z代粒子的第dc個分量進行更新，從而得到第z+1代粒子的第dc個分量粒子的第dc個分量的取值范圍為內(nèi)的整數(shù)：

式(12)中，sigmoid(·)表示sigmoid函數(shù)，θ₃和θ₄為[0-1]范圍的隨機數(shù)，ρ為取值為1或-1的輔助變量；σ為取值為0或1的輔助變量；

步驟4.4.3、通過粒子更新得到第z+1代粒子

步驟4.5、粒子解碼：

步驟4.5.1、將得到的第z+1代粒子的離散型調(diào)控設備的檔位變化時段決策變量轉(zhuǎn)換為對應的離散型調(diào)控設備的檔位時間序列：

第一種情況，若的值為gn，的值為km，定義為第z+1代粒子解碼轉(zhuǎn)換后得到的編號為i的且設備類型為的離散型調(diào)控設備的t時段的檔位，則將的值賦給將的值賦給下標t1表示時段編號，且滿足和t1∈[k,k+H^IN-1]；

第二種情況，若則將的值賦給將的值賦給下標t2表示時段編號，且滿足和t2∈[k,k+H^IN-1]；

第三種情況，若則將的值賦給下標t3表示時段編號，且滿足t3∈[k,k+H^IN-1]；

步驟4.5.2、得到第z+1代粒子對應的所有離散型調(diào)控設備的檔位時間序列

利用式(14)得到由第z+1代粒子解碼轉(zhuǎn)換后得到的離散型調(diào)控設備檔位時間序列

式(14)中，分別表示第z+1代粒子解碼轉(zhuǎn)換后得到的編號為i的有載調(diào)壓變壓器OLTC、投切電容器組CB的t時段的檔位；

將和當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]上未發(fā)生檔位變化的離散型調(diào)控設備的檔位時間序列聯(lián)合，從而得到第z+1代粒子對應的所有離散型調(diào)控設備的檔位時間序列

步驟4.6、產(chǎn)生最優(yōu)粒子：

步驟4.6.1、利用式(15)得到接在支路fp上的有載調(diào)壓變壓器OLTC的t時段的變比K_fp,t：

式(15)中，K_fp,0和ΔK_fp分別是接在支路fp上的有載調(diào)壓變壓器OLTC的標準變比和調(diào)節(jié)步長，表示中對應接在支路fp上的有載調(diào)壓變壓器OLTC的t時段的檔位，當支路中不含有載調(diào)壓變壓器OLTC時，K_fp,t＝1；

步驟4.6.2、利用式(16)得到編號為i的投切電容器組CB的t時段的無功功率輸出

式(16)中，是編號為i的投切電容器組CB的單組電容器補償功率；

步驟4.6.3、利用式(17)得到?jīng)Q策變量集合和中元素的取值確定后的目標函數(shù)：

式(17)中，目標函數(shù)是單層目標函數(shù)，約束條件包括式(4)、式(6)、式(7)、式(8)、式(15)和式(16)，對單層目標函數(shù)進行求解，得到第z+1代粒子的目標函數(shù)值，再與當前第z 代歷史最優(yōu)粒子的目標函數(shù)值進行比較，若第z+1代粒子的目標函數(shù)值小于當前第z代歷史最優(yōu)粒子的目標函數(shù)值，則對歷史最優(yōu)粒子進行更新，將第z+1代粒子作為第z+1代歷史最優(yōu)粒子否則不進行更新，即將當前第z代歷史最優(yōu)粒子作為第z+1代歷史最優(yōu)粒子在所有歷史最優(yōu)粒子中選擇目標函數(shù)值最小的粒子作為粒子群的最優(yōu)粒子

步驟4.7、迭代結(jié)束判斷和優(yōu)化結(jié)果輸出：

將z+1賦值給z，并判斷z＞z^max是否成立，若不成立，返回步驟4.4，若成立，表示迭代結(jié)束，并將粒子群最優(yōu)粒子對應的有載調(diào)壓變壓器OLTC的k時段的檔位投切電容器組CB的k時段的檔位和靜止無功發(fā)生器SVC的k時段的無功功率輸出分別作為有載調(diào)壓變壓器OLTC、投切電容器組CB和靜止無功發(fā)生器SVC在當前k時段的實際控制輸出，而舍去其余時段的檔位和無功功率輸出；

步驟五、滾動優(yōu)化結(jié)束判斷：

將K+1賦值給K，并判斷K＞K^max是否成立，若成立，則表示滾動優(yōu)化結(jié)束，否則，用得到的當前滾動優(yōu)化區(qū)間[k,k+H^IN-1]上粒子群最優(yōu)粒子對應的所有離散型調(diào)控設備的檔位時間序列替換日內(nèi)優(yōu)化階段區(qū)間[k,k+H^IN-1]上的離散型調(diào)控設備的檔位時間序列和并返回步驟3.1。