基于改进杜鹃搜索算法的主动配电网双层风电规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统主动配电网的应用领域，具体涉及一种基于改进杜鹃搜索算 法的主动配电网双层风电规划方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着环境污染的加剧、化石能源的短缺以及新能源技术的重大突破，传 统能源发电的地位受到极大的削弱，而同时，作为互补，新能源的发展突飞猛进，尤其是 能源充足且技术成熟的风电越来越受到各国电力公司的亲睐。2013年中国新安装风电 16088MW，使得风电总装机容量达到91412MW，位居世界第一，德国则新安装3238MW风电，达 到总装机34250MW，美国、西班牙、印度等国家也在大力发展风电，风电的总装机占电力总装 机的比例越来越大。由于风电的分布式属性以及容量的限制，所以风电一般安装在配电网 中。然而，风电的大规模接入使得传统的配电网由无源变成了有源配电网，这会改变系统原 来的潮流分布，进而对电网的诸多方面都产生了深远的影响。
[0003] 从规划的角度来看，配电网的规划已经不能单纯的只考虑网架和负荷，风电作为 一种分布式的电源必须被考虑进来。一些文献以配电公司为投资主体进行建模并考虑了风 电机组出力的随机性，将机会约束规划、模糊规划等随机规划应用于DWG的选址定容规划 中。在文南犬《Scenario Model and Algorithm for the Reconfiguration of Distribution Network With Wind Power Generators》中考虑风电出力的随机性，构造了含风电的配电网 重构的场景模型。在文献《A novel multi-objective PSO for electrical distribution system planning incorporating distributed generation〉〉中从配电公司投资角度出发 将联络线和DG分开进行规划，从而得到相应的网络布局。它先通过联络线投资最小和供电 可靠性最佳多目标规划模型确定联络线的位置，然后再利用DG渗透率最低和网损最小多 目标规划模型确定DG位置容量。
[0004] 由上可知，风电的消纳已经被广泛的考虑进配电网规划方案中，但是，由于风电的 间歇性和不确定性，且对电网的控制极不友好，为了确保电网的正常运行，当出现电气约束 不满足的情况的时候，风电被赋予最高的切除优先级。因而这种风电的消纳是一种被动消 纳，这极大的限制了风电的利用率，不利于促进清洁新能源的使用。且对于风电公司来说， 并网容量的减少会直接导致收益的减少。
[0005] 同时含有风电和配电网的双层规划问题是一个同时含有离散和连续决策变量、多 约束且非凸的问题，采用常规的数学方法进行处理难以获得较好的优化结果，且优化过程 缓慢，迭代次数过多，收敛性能差。近年来，众多专家学者将很多现代启发式优化方法（如 GA、PS0、CS等）引入到电力系统中的求解过程中来，获得了很好的效果。其中杜鹃搜索算 法（CS)是Yang于2009年提出的一种新型元启发式算法，并且结合了 Levy飞行这种随机 游走方法来更新解，具有仿生特征强、控制参数少、易于操作、优化效果好等特点。但是由于 Levy飞行产生的解并不能保证满足决策变量的约束条件，所以对越界的随机解需要进行惩 罚处理，导致系统寻优效率降低。而且，双层规划问题的一次迭代求解需要两次调用该启发 式算法，这会大大的降低求解的效率，且不易找到最优解。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术中的不足，本发明的目的提供一种求解效率高，求解准确性高， 自动满足决策变量的约束要求的可进行局部精细搜索的基于改进杜鹃搜索算法的主动配 电网双层风电规划方法。
[0007] 为实现上述技术目的，本发明锁采用的技术方案如下：
[0008] -种基于改进杜鹃搜索算法的主动配电网双层风电规划方法，步骤如下：
[0009] 步骤一：建立双层规划模型；
[0010] 步骤二：进行潮流计算，并将潮流计算进行线性化；
[0011] 步骤三：构建含有正弦载波的Levy飞行函数的杜鹃搜索算法；
[0012] 步骤四：将步骤一建立的双层规划模型转化为单层单目标规划模型；
[0013] 步骤五：根据步骤四中的单层单目标规划模型构造一个双目标优化问题；
[0014] 步骤六：利用步骤三中的含有正弦载波的Levy飞行函数的杜鹃搜索算法对步骤 五中的双目标优化问题进行求解。
[0015] 在步骤一中，所述双层规划模型包括上层规划层的模型和下层规划层的模型；风 电场为上层规划层，配电网公司为下层规划层。
[0016] 上层规划层的决策变量为分布式电源的位置、容量和主动管理费用；上层规划层 的目标是实现净收益的最大化，该净收益考虑了风电场售电收益以及支付配电网公司的主 动管理费用，还计及了年运行成本和年值化之后的风电投资成本；因受制于占地面积、空 间风功率密度等因素，风电装机容量必须小于一定值，此外，风电机组的最小装机台数限定 了风电装机容量的下限值；所述上层规划层的模型为：
[0021] 其中，Bdtc是风电场公司的净收益，P DWS是单位电量风电的上网电价，P ?是单位电 量的主动管理价格，At是运行模拟周期中一个时段的时长，Cii是单位时间段内第k个风 电场节点处所发的功率，Xk是二值变量，取〇表示不安装风电，取1表示安装风电；T和Ω _ 分别是时间间隔集合和DWG候选点集合；F (d，m)是年值化系数，d是折损率，而m是对应设 备的服务周期是风电场单位装机容量的投资成本，6是k节点处的风电装机容量； 力f0是风电单位容量的年运行成本；efiT和Ce分别是风电场的最小和最大装机容量。
[0022] 下层规划层的决策变量为购电量；下层规划层的目标是实现系统的最优潮流分 布，从而获得最大净收益；该净收益考虑了常规的售电收益和对风电进行主动消纳的主动 管理收益，并计及了网损成本以及购电成本；其中购电成本包括从主网购电的成本和从风 电场购电的成本；约束条件考虑了有功平衡约束、节点电压约束、支路载流量约束，以及电 源的最大出力限制；所述下层规划层的模型为：
[0034] 其中，Psal是单位电量的售电电价，^是第i个节点处第t个时间段内负荷消耗 的功率；Ndtc是配电网中总的风电场数目；P ^iss是单位电量网损的电价，是第t个时 间段内线路ij的功率损耗，Ptold是从主网购买单位电量的价格，广是第t个时间段内 主网提供的功率；ΩΝ、Ωρ 分别是系统中负荷节点集合、线路集合和主网接入点集合； 4、琨、RjP Z U分别是线路ij的始端、终端有功功率和电阻、阻抗值；I ^和分别是 第t个时间段内线路ij的电流及其线路载流量；Ulit是第t个时间段内节点i的电压，U _ 和Uniax分别是节点电压上下限；是最大主网供电功率；ρΓ5是第k个风电场实际可用 的风电功率，，ξ是根据典型日风速数据计算出的风机出力标幺值数据。
[0035] 在步骤三中，采用基于正弦载波的Levy飞行作为杜鹃搜索算法产生新解的机制， 可实现全局搜索和局部精确搜索；Levy飞行是一个服从Levy分布的随机游走过程，Levy分 布为：
[0036] L(A)~ιι = ?λ，（1< λ <3) (15)；
[0037] 振幅为Α，角频率为ω，周期为2Τ/ω的正弦函数为：
[0038] y = Asin (ω t) +b (16)；
[0039] 将式（15)中Levy飞行的结果LU)作为式（16)中正弦函数的自变量t，并将自 变量t的下限定为b-A，上限定为b+A，则正弦函数的因变量y就是满足决策变量上下限的 任意取值，无需考虑变量越界的情况；
[0040] 在步骤四中，双层规划模型的双层规划问题如下：
[0042] 其中，对固定的X，f (X，y)和g(x, y)关于y都是可微和凸的；
[0043] 先利用KKT条件对下层规划问题进行优化等价，BP
[0045] 然后，将下层规划问题用式（18)代替，即把非线性的双层规划问题等价转化为单 层单目标规划问题，具体如下：
[0047] 其中，E1Ocj, γ)和NjOcj, γ)分别代表式（18)的等式约束和式（17)中的不等 式约束。
[0048] 在步骤五中，为了有效的解决步骤四