基于量子进化算法的微网孤岛划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于量子进化算法的微网孤岛划分方法，特别是针对含分布式电 源、考虑负荷等级和微源可控性的配电网孤岛划分方法。
【背景技术】
[0002] 随着配电网建设的加强和微电网技术的日趋成熟，分布式发电（distributed generation，DG)在电网中的渗透率不断提高。DG接入配电网虽然能够满足日益增长的负 荷需求、提高能源的综合利用率，但也使得配电网的结构变得越发的复杂，一旦配电网发生 故障，若无法快速制定相应的故障恢复策略，有可能导致停电面积的扩大，造成巨大的经济 损失。2003年制定的IEEE Std 1547-2003支持通过DG之间的协调控制等技术手段来实现 孤岛运行。2011年修订的IEEE Stdl547. 4-2011则将微网的定义延伸至含DG的配电网系 统中，且具有并网和孤岛两种运行新模式。当配电网区域发生故障或其他原因而造成与上 级大电网脱离时，可以通过合理的孤岛划分来实现对孤岛区域内的负荷恢复供电，提高配 电网的供电可靠性。因此，含DG配电网的孤岛划分策略对于配网的安全性至关重要。
【发明内容】
[0003] 本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于量子进化算法的微网孤岛划分 方法。
[0004] 本发明方法结合量子进化算法和SOS生物进化算法的选择机制，用于制定考虑微 源的调频特性、负荷的优先等级、负荷的可控性、配电网的潮流等约束的配电网孤岛划分方 法。整个方法的流程图如图1所示，发明方法详细步骤叙述如下：
[0005] 1)输入网络参数：配电网络的原始结构，各条支路的线路参数，各个节点的负荷 有功和无功功率、DG的有功功率PD(；i j，负荷的可控性、DG的类型，网络中节点总数为Nncid，线 路总数为Nline。
[0006] 2)将配电网与大电网相连的PCC点的开关状态置0,开始进入孤岛划分算法。
[0007] 3)设置量子进化算法的维度M、粒子的个数N、迭代次数Iterniax，设定初始的旋转 角集合、量子比特位集合、局部最优向量和全局最优向量。
[0008] 设定粒子的旋转角集合和量子比特位集合，和可控负荷比例集合，如公式（1) - (6) 所示。
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[0016] 其中，?k为第k次迭代时所有粒子的旋转角集合，为第i个粒子在第k次迭 代时旋转角集合；为第i个粒子在第k次迭代时第m位的旋转角值；Qk为第k次迭代时 所有粒子的量子比特位集合，g为第i个粒子在第k次迭代时量子比特位集合；乂,"为第i 个粒子在第k次迭代时第m位的量子比特位值;Ak为第k次迭代时所有粒子的可控负荷比 例集合，为第i个粒子在第k次迭代时可控负荷比例集合't为第i个粒子在第k次迭 代时第j位的可控负荷比例值。
[0017] 4)配电网状态确定。根据以下步骤，分别确定各个粒子位置值所对应的配电网状 态，直至所有粒子计算完毕。
[0018] 4. 1)根据公式⑶得出各个粒子的量子比特位，结合公式（6)中各个可控负荷的 比例，按照公式（9)-(10)设定为各个粒子的位置值。
[0022] 其中，Xk为第k次迭代时粒子的位置集合；Λ1为第i个粒子第k次迭代时的位置 值；M = Nn JNline0
[0023] 4. 2)网络状态矩阵生成。根据粒子的量子比特位值，设定相应开关的状态。若某 一位量子比特位的值为1，则对应开关的状态为闭合；若某一位量子比特位的值为〇,则对 应开关的状态为打开。
[0024] 4.3)网络区域划分。结合图论和floodfill算法，根据配电网中各个开关的状态， 确定配电网中的孤岛区域，记芯为第k次迭代时粒子i中所有孤岛的节点集合;拉为第k次 迭代时粒子i中孤岛内的线路集合。
[0025] 4. 4)根据公式（11)和公式（12)确定配电网中各个节点的得电状态以及各个节点 上的负荷有功功率。
[0028]其中，m e Jj, i = 1，2,…，N，j = 1，2,…，Nnod, k = 1，2,…，Itermax; X!/为在第 k 次迭代时粒子i中节点j的得电状态，为节点j相连的线路集合；为第k次迭代时 粒子i中节点j上负荷的有功功率，P^j为节点j上负荷可控有功功率；P 为节点j上 负荷不可控有功功率；公式（11)表示每个节点的状态值与其相邻的线路状态有关，若相邻 的线路任何一条得电，则该节点得电；公式（12)表示每个节点上负荷的有功功率值为其可 控有功容量和不可控有功容量的总和；
[0029] 5)贪婪选择。由于随机生成的配电网状态可能不满足一定的约束条件，即公式 (13)-(16)。因此，根据贪婪选择，随机置粒子i中某一位量子比特位为0或1，直至每个粒 子满足其满足约束条件或达到贪婪选择允许的最大次数。
[0033] 其中，4 i = 1，2,…，N，j = 1，2,…，Nnod, k= 1，2,…，Iter一Pdgij 为节点j上微源的有功功率；Δ 为第k次迭代时粒子i中线路m上有功网损；为第k 次迭代时粒子i中第1个孤岛内的节点集合，if为第k次迭代时粒子i中所有孤岛的节点 集合；Zt,为第k次迭代时粒子i中第1个孤岛内的线路集合，it为第k次迭代时粒子i中 所有孤岛的线路集合；C]为节点j上的微源类型，可调频微源为2,不可调频微源为1，没有 微源为〇 ; 为第k次迭代时粒子i中节点j的电压值，Vniax和V _分别为节点上电压允许 的最大值和最小值；上述约束条件中，公式（13)为功率平衡约束，即每个孤岛中，负荷和线 路上消耗的功率必须等于微源发出的功率；公式（14)为微源的调频约束，即每个孤岛中必 须包含具有调频功能的微源；公式（15)辐射状网络约束，即每个孤岛必须满足配电网辐射 状结构。
[0034] 5. 1)设定孤岛中调频微源所在的节点为平衡节点，其余微源为PV节点，所有的负 荷节点为PQ节点，运用牛拉法计算整个配电网的潮流状态，并得出各个线路上的有功功率 损耗APfu,。
[0035] 5. 2)检验各个粒子的位置值所对应的配电网状态是否满足约束条件，即公式 (13) - (15)，若满足，则进入步骤(6)，若不满足，则随机置粒子i中表示线路状态的ρ丨某一 位的量子比特位状态为其相反值，再次检验其是否满足约束条件，直至其满足所有的约束 条件或达到贪婪机制的最大允许次数。
[0036] 6)粒子的适应度计算
[0037] 按以下步骤，根据各个粒子的位置值分别计算粒子的适应度值，直至所有粒子均 计算完毕。本发明中粒子的适应度包含三个方面，即负荷断电损失、潮流损失和开关动作次 数损失。计算步骤如下：
[0038] 6. 1)负荷断电损失是指当配网发生故障后，不同负荷等级的负荷因切除所造成的 损失。其相应的表达式为：
[0040] 其中，i = 1，2,…，N, k = 1，2,…，Itermax; /1,表示第k次迭代时粒子i的负荷断 电损失。
[0041] 6.2)开关动作次数
[0042] 开关动作次数相应的表达式如公式（17)所示：
[0044] 其中，i = 1, 2,…，N, k = 1, 2,…，Itermax; 表示第k次迭代时粒子i的开关动 作损失；表示线路m原先的状态。
[0045] 6. 3)有功功率损耗
[0046] 故障恢复方案确定后，应保证整个连通的配网以及各个孤岛的有功功率损耗最 小，相应的表达式为：
[0048] 其中，i = 1，2,…，N, k = 1，2,…，Itermax; /?表示第k次迭代时粒子i的线路网 损；Δ 0ιη为第k次迭代时粒子i中线路m上有功网损；
[0049] 根据上述三个表达式，计算出粒子的适应值，即目标函数，表达式如公式（19)所 示：
[0051] 其中，i = 1，2,…，N, k = 1，2,…，Itermax;域为第k次迭代时粒子i的适应度函 数。公式中，三个参数/1、/L.和/1,,在计算时均已归一化；α、β、γ分别表示三者相应的 权重因子。
[0052] 7)更新粒子的局部最优向量xpJP全局最优向量xg。
[0056] 其中，i = 1, 2,…，N，k = 1, 2,…，ItermaxJg据公式（20)更新各个粒子的局部最 优向量。同时，选择当次迭代过程中粒子的适应度最小的粒子作为更新全局最优向量的参 考值，根据公式（22)更新粒子的