基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法及系统与流程

本发明涉及智能配电，具体为基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法及系统。

背景技术：

1、配电网运行方式优化问题是多目标非线性约束优化问题，涉及到决策变量、目标函数、约束条件等，需要设计合理的优化算法实现开关组合的优化决策，常用的方法包括回路法、整数规划、智能优化等，分布式清洁能源不断渗透的背景下，配电网重构优化需要考虑到电能质量的提升以及清洁能源的消纳能力，实现综合考虑网络损耗、电压偏差、开关次数等的多目标优化。

2、智能优化算法可以用于配电网优化问题，为提升算法的收敛速度和全局搜索能力，研究者对相关模型和算法的改进策略进行了研究，粒子群优化算法由于其实现简单、参数少等特点，可以用于配电网的运行优化问题，由于配电网重构问题是具有二进制求解空间的离散优化问题，需要采用二进制粒子群优化搜索最优的节点调度方案，由于bpso存在收敛不稳定和容易陷入局部最小的缺点，需要对其进行改进以得到更好的优化性能，并综合考虑多个优化目标的综合性能提升，实现基于改进二进制粒子群优化算法的配电网多目标重构优化。

3、本发明针对配电网重构中传统多目标粒子群算法容易陷入局部最优和收敛速度慢的问题，设计了一种自适应变异的改进二进制粒子群优化方法；针对多目标均衡求解问题，通过拥挤距离排序得到帕累托解集分布，采用模糊隶属度方法选择最优折中策略。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的主动配电网重构方法存在稳定性低，效率低，以及如何实现配电网多目标重构优化的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法，包括采集配电管理系统数据，构建多目标优化模型；基于多目标优化模型，设计转换函数并优化算法，计算多优化目标的最优折中解；基于最优折中解，构建主动配电网重构的最终优化方案。

4、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的一种优选方案，其中：所述采集配电管理系统数据包括从配电管理系统采集配电网拓扑模型、网络参数、分布式电源出力曲线以及负荷曲线。

5、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的一种优选方案，其中：所述构建多目标优化模型包括对有功网损、负载均衡、电压偏差以及开关成本进行优化，基于获取配电网拓扑模型、网络参数数据，进行有功网损优化，表示为：

6、

7、其中，n为系统的支路总数，i为支路编号，pi和qi分别为第i条支路的有功功率与无功功率，ui为第i条支路的末端节点电压，ri为第i条支路的电阻，ki为第i条支路的开关投切状态，状态为0表示为断开，状态为1表示为闭合，pmin为总有功损耗。

8、基于获取配电网拓扑模型、网络参数数据，进行负载均衡优化，表示为：

9、

10、其中，j为支路编号，m为配电网中闭合的支路总数，sj为第j条支路注入的复功率，sjmax为第j条支路注入的允许最大复功率，min表示为最小，f1为负荷均衡度。

11、基于获取配电网拓扑模型、网络参数数据，进行电压偏差优化，表示为：

12、

13、其中，t为节点编号，k为网络中的节点总数，uts为第t个节点的真实电压，utn为第t个节点的额定电压，f2为电压偏移量。

14、进行开关成本优化，表示为：

15、

16、其中，c为开关操作一次成本，j为网络中的可用开关总数，t为重构周期内的时段数，si,j表示开关j在i时段的状态，状态值为0时表示为打开，状态值为1时表示为闭合。

17、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的一种优选方案，其中：所述构建多目标优化模型还包括约束条件和决策变量，约束条件包括潮流约束、节点电压约束、支路电流约束、开关次数约束以及网络拓扑约束，基于获取配电网拓扑模型、网络参数数据，构建潮流约束表示为：

18、

19、

20、其中，pit和qit分别为节点i在t时刻的有功功率和无功功率，uit为t时刻支路首末节点i的电压幅值；ujt为t时刻支路首末节点j的电压幅值，为t时刻节点i、j间的电导，bijt为t时刻节点i、j间的电纳，θijt为t时刻节点i、j间的电压相角差。

21、节点电压约束表示为：

22、

23、其中，uimin为节点i在t时刻最小电压幅值，uimax为节点i在t时刻最大电压幅值，ui为i节点在t时刻电压幅值，uimax取1.0ui，uimin取0.9ui。

24、支路电流约束表示为：

25、il≤ilmax

26、其中，il为支路l的载流量，ilmax为支路l载流量上限值。

27、开关次数约束表示为：

28、ni≤nimax

29、ntotal≤ntotalmax

30、其中，ni为单个开关一天的操作次数，nimax为单个开关一天操作次数的上限值，ntotal为所有开关一天的操作次数，ntotalmax为所有开关一天操作次数的上限值；

31、基于获取配电网拓扑模型、网络参数数据，构建网络拓扑约束表示为：

32、g∈g

33、其中，g为既无环网也无孤岛的网络拓扑结构，g为重构后网络拓扑结构。

34、决策变量包括配电网中联络开关及分段开关的状态，用0-1变量表示，0表示开关断开，1表示开关闭合。

35、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的一种优选方案，其中：所述设计转换函数并优化算法包括基于多目标优化模型，自适应变异二进制粒子群优化算法，粒子速度更新方式表示为：

36、

37、其中，为粒子i在第k次迭代中第d-th维的位置值，为粒子i在第k+1次迭代中第d-th维的速度值，w为惯性权重，c1和c2为加速系数，r1和r2为均匀分布在[0,1]范围之内的随机数，表示粒子i所获得的局部最优位置，表示整个种群所获得的全局最优位置。

38、粒子位置的更新方式包括转换函数以及粒子位置变异操作，转换函数表示为：

39、

40、其中，t(·)为转换函数，为粒子i在第k+1次迭代中在第d-th维的速度，exp(·)为指数函数，if表示为如果。

41、基于转换函数，粒子位置更新方式表示为：

42、

43、其中，rand()为均匀分布在[0,1]范围内的随机数，and表示同时发生。

44、粒子位置变异操作表示为：

45、

46、其中，rmu为变异率，决定二进制位转变为相反值的概率，粒子中的每个二进制位都有相同的概率rmu从1变为0或从0变为1，otherwise表示为否则。

47、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的一种优选方案，其中：所述计算多优化目标的最优折中解包括通过拥挤距离排序筛选帕累托最优解和通过模糊隶属度思想计算折中最优解，通过拥挤距离排序筛选帕累托计算最优解表示为：

48、

49、其中，l为拥挤距离，m为目标函数个数，a、c分别为待拥挤判定粒子的相邻粒子，fi(·)为第i个目标函数的适应度值。

50、通过模糊隶属度思想计算最优解表示为：

51、

52、其中，fi为目标函数值，fimax、fimin分别为第i个目标函数的最大值、最小值。

53、标准化最优解满意程度表示为：

54、

55、其中，n为最优解个数，βk为标准化条件下第k个最优解的满意程度值。

56、满意程度βk为评价标准，满意程度值最高的解为pareto分布空间上的最优折中解。

57、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的一种优选方案，其中：所述最终优化方案包括基于最优折中解，构建主动配电网重构的最终优化方案。

58、初始化分布式电源配电网络，设置网络节点的电阻、电抗、有功功率以及无功功率参数，配置配电网络节点电压和潮流约束。

59、初始化自适应变异二进制粒子群优化算法参数，参数包括种群规模、最大迭代次数、惯性权重、学习因子、速度范围、变异率以及适应度函数中指标的权重。

60、满足多目标优化模型约束时，初始化种群中每个粒子的二进制位置和速度值。

61、对每个初始粒子的适应度值fi(·)进行评估，将粒子实时位置设置为个体最优位置，将种群中具有最大适应度值的粒子位置设置为全局最优位置。

62、对每个粒子速度和位置进行更新。

63、评估新生成粒子约束条件，当新生成粒子约束条件不满足多目标优化模型约束条件时，将粒子位置赋值为历史最优位置，评估适应度值。

64、当新生成粒子约束条件满足多目标优化模型约束条件时，评估新生成粒子适应度值fi(·)，当粒子实时的适应度值大于初始值时，个体最优位置更新为实时位置，粒子实时的适应度值小于初始值时，个体最优位置保持布标，种群中具有最大适应度值的粒子位置设置为全局最优位置。

65、评估算法迭代次数，当评估算法迭代次数未达到最大迭代次数时，重新对粒子速度和位置进行更新。

66、当评估算法迭代次数达到最大迭代次数时，进行多优化目标的最优折中解，将种群的全局最优位置，作为主动配电网重构的最终优化方案。

67、本发明的另外一个目的是提供基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构系统，其能通过设计转换函数并优化算法，解决了目前的主动配电网重构含有稳定性低的问题。

68、作为本发明所述的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构系统的一种优选方案，其中：包括多目标优化模块，最优折中解计算模块，重构优化模块；所述多目标优化模块用于采集配电管理系统数据，构建多目标优化模型；所述最优折中解计算模块用于基于多目标优化模型，设计转换函数并优化算法，计算多优化目标的最优折中解；所述重构优化模块用于基于最优折中解，构建主动配电网重构的最终优化方案。

69、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的步骤。

70、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法的步骤。

71、本发明的有益效果：本发明提供的基于改进二进制粒子群优化的主动配电网重构方法采集配电管理系统数据，构建多目标优化模型，综合各种数据，形成一个全面的多目标优化模型，为后续的优化提供全面的基础以及有益于提高主动配电网系统的稳定性和效率性；基于多目标优化模型，设计转换函数并优化算法，计算多优化目标的最优折中解，在多目标之间找到最佳平衡点，通过合理的权衡，实现各项指标的最优性，提高了主动配电网系统的稳定性和效率性；基于最优折中解，构建主动配电网重构的最终优化方案，将优化的结果具体转化为实际操作策略，使得系统能够按照最佳方式运行，提高了主动配电网系统的稳定性，本发明在稳定性、效率性以及实现配电网多目标优化方面都取得更加良好的效果。