一种基于粒子群算法的交直流混联配电网潮流最优化控制算法的制作方法

本发明属于配电调控领域，尤其涉及一种用于交直流混联配电网的潮流控制算法。

背景技术：

近年来，为了缓解能源危机，减小工业排放的污染，大量的分布式新能源装置并入电网，但这些新能源电源具有地理分散性、间歇性、随机性等特点，以往的发电模式也正在转变为集中式和分布式并存的形式。

电动汽车等新能源直流负载的加入，使得电能管理变得更加困难，传统的电力系统配电系统已经不再能够胜任这样的要求。

采用以多端口电能路由器为核心的多层级交直流混合配电网成为了大规模分布式电源接入的一个有效解决方式。而不同区域的交直流混合配电网之间的潮流优化控制则成为决定电网最优化运行的重要因素。

通过研究多端口电能路由器具有功率流精确控制的特点，可以尽可能减少分布式电源并网以后对配电网的负面影响，提升新能源的利用率，提升节点电压幅值，减少系统的网络损耗。

多端口电能路由器能量路由从电力系统角度来讲，对配电网的作用主要体现两个方面，一个是以单一电能路由器核心，中压交流电网、低压交流电网、中压直流电网和低压直流电网之间进行功率流动，可以实现平衡各个子配电网的功率分布，提升电力系统的稳定性。另一个方面是以电能路由器的中压直流母线为桥梁，多个电能路由器所处的配电区域实现功率互通，将重载配电区域的负荷转移至低载配电区域，由低载配电区域承担，实现整个配电网的全局互通，利用电能路由器的灵活功率调节能力，使网络负荷分配更加均衡，线路最大传输功率也得以提升，供电能力获得显著提升。

而不同配电区域之间的互联存在连接情况复杂、功率流动值范围受限等问题，使得配电区域间的功率流动最优方案求解变得困难。因此亟需一种能够快速及时求取多个配电区域之间互联功率的最优流动方案的算法，以实现整个配电网实现实时潮流最优化控制，使得整个配电网处于最优化状况运行。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于粒子群算法的交直流混联配电网潮流最优化控制算法。本发明的技术方案，采用粒子群算法，对已知的多个交直流混联交直流混合配电网进行潮流计算，根据设定的配电网运行评价标准以及配电网运行的边界条件，采用适当的算法参数，快速得出区域配电网间互联的功率流动最优值。可以通过快速计算不同区域间的交直流混合配电网之间的最优功率流动值来使得计算区域内的交直流混合配电网处于潮流最优化运行，因为该算法的快速性，可以满足整个配电网的快速动态调节要求，使得整个配电网实时保持最优化运行，极大降低配电网运行成本。

本发明的技术方案是：提供一种基于粒子群算法的交直流混联配电网潮流最优化控制算法，其特征是所述的交直流混联配电网潮流最优化控制算法包括下列步骤：

1)根据整个配电网的拓扑结构图确定区域间配电网互联的线路，并编号；

2)设定以线路分类的二维矩阵，关联线路编号与线路上的功率流动值；

3)应用模糊评价理论，设定配电网运行优劣性评价标准，即隶属度函数；

4)初始化粒子群的速度和位置，设定每条线路的功率流动值为零；

5)判断每条线路的功率流动值是否在边界范围内；如果超过边界范围，取边界值；

6)确定每条线路的功率流动值以后，对整个配电网进行潮流计算，得到配电网运行标准评价值，并将该值与之前获得的评价最高值进行对比；

7)判断是否达到了最大迭代次数或者满足了精度要求；

如果满足，则停止迭代，并设定最优方案，同时判断是否有线路的功率流动最优值位于边界；如果有，说明实际线路经过扩展输电容量，可能会优化整个电网运行，对该情况进行记录，并生成报告；

如果没有线路的功率流动最优值位于边界，则说明当前线路建设已经为最优化建设方案，无需扩展输电容量。

具体的，在所述步骤3中，应用模糊评价理论为将多个评价标准进行加权后归一得到。

具体的，在所述步骤6中，对整个配电网进行潮流计算应用交直流混合潮流计算方法。

具体的，在所述步骤7中，如果有线路的功率流动最优值位于边界，说明实际线路经过扩展输电容量，可能会优化整个电网运行，对该情况进行记录，并且整理为报告，为区域配电网互联线路建设提供参考建议。

进一步的，所述的交直流混联配电网潮流最优化控制算法，针对网络损耗，设置隶属度函数f1:

针对节点电压状况，设置隶属度函数f2：

所以，综合评价值可以设定为f:

f＝c1f1+c2f2(3)

其中c1,c2为权重系数，即认为网络损耗和电压状况分别在评价体系中所占的比重。

具体的，在所述步骤6中，如果高于之前获得的评价最高值，则设定该方案为目前最有方案，并将当前评价最高值更新为该值。

如果该值比之前获得的评价最高值低，则放弃该值，并更新粒子的速度和位移。

进一步的，所述的交直流混联配电网潮流最优化控制算法选取网络损耗以及节点电压幅值作为评价标准，进行配电网运行状况评估。

具体的，述的网络损耗至少包括输电线路损耗和多端口电能路由器损耗。

进一步的，所述的粒子更新采用如下公式：

公式中ω表示惯性权重；c1和c2表示学习因子；rand为(0,1)内的随机数。

本发明所述的交直流混联配电网潮流最优化控制算法采用粒子群算法对已知的多个交直流混联交直流混合配电网进行潮流计算，能够快速及时地计算最优功率流动值，使得控制中心可以实时调整区域间输电功率，保持整个配电网时刻处于最优化状态下运行，以实现整个配电网的实时潮流最优化控制，使得整个配电网处于最优化状况运行。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本发明的技术方案，将粒子群算法应用于区域间配电网的最优潮流控制，可以快速及时地计算最优功率流动值，提升电网运行效率，节约成本；

2.本发明的技术方案，通过快速计算不同区域间的交直流混合配电网之间的最优功率流动值，可以满足整个配电网的快速动态调节要求，使得整个配电网实时保持最优化运行，极大降低配电网运行成本；

3.采用本发明的技术方案，可以为输电线路的规划部门提供相应的建设指导意见，建设更加利于整个配电网整体性能的输电线路。

附图说明

图1为本发明的算法实现方法的流程方框示意图；

图2为本发明的一个实例场景应用图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明技术方案中算法的实现流程如下：

针对求解整个多个区域配电网之间互联最优功率流动值困难的问题，先确定整个配电网络的拓扑结构，根据其拓扑结构，确定需要求得功率流动最优值的线路，然后确定每条互联线路的功率流动限定值，设定为最优化求解的约束条件，最后利用粒子群算法，根据实际情景模式设定适当的算法参数，对最优化潮流流动值进行求取。

其中，所述的算法主要流程可以分为以下七步：

步骤1：根据整个配电网的拓扑结构图确定区域间配电网互联的线路，并编号。

步骤2：设定以线路分类的二维矩阵，关联线路编号与线路上的功率流动值。

步骤3：应用模糊评价理论，设定配电网运行优劣性评价标准，即隶属度函数，如：

针对网络损耗，设置隶属度函数f1:

针对节点电压状况，设置隶属度函数f2：

所以，综合评价值可以设定为f:

f＝c1f1+c2f2(3)

其中c1,c2为权重系数，即认为网络损耗和电压状况分别在评价体系中所占的比重。

步骤4：初始化粒子群的速度和位置，设定每条线路的功率流动值为零。

步骤5：判断每条线路的功率流动值是否在边界范围内。如果超过边界范围，取边界值。

步骤6：确定每条线路的功率流动值以后，对整个配电网进行潮流计算，得到配电网运行标准评价值，并将该值与之前获得的评价最高值进行对比。

如果高于之前获得的评价最高值，则设定该方案为目前最有方案，并将当前评价最高值更新为该值。

如果该值比之前获得的评价最高值低，则放弃该值，并更新粒子的速度和位移。

步骤7：判断是否达到了最大迭代次数或者满足了精度要求，如果满足，则停止迭代，并设定最优方案，同时判断是否有线路的功率流动最优值位于边界，如果有，说明实际线路经过扩展输电容量，可能会优化整个电网运行，对该情况进行记录，并生成报告。如果没有线路的功率流动最优值位于边界，则说明当前线路建设已经为最优化建设方案，无需扩展输电容量。

经过以上步骤，可以较快速得到整个配电网运行的配电区域互联最优化输电方案，本技术方案可以满足在给定配电网运行评价标准下的最优化运行，根据本发明技术方案的计算快速性，使得控制中心可以实时调整区域间输电功率，保持整个配电网时刻处于最优化状态下运行。

同时根据得到的最优运行方案，可以对是否达到某条输电线路的运行边界条件进行判断：如果达到了某条线路的运行边界，说明扩大该输电线路的输电容量可能优化整个配电网的运行，因此可以修改算法的运行边界条件，再次运行算法，得到扩大线路容量后的最优化运行方案。

通过实施本发明的技术方案，可以得到为输电线路的规划部门提供相应的建设指导意见，建设更加利于整个配电网的输电线路。

图2中，通过一个简易地实例对本发明进行运行说明：

构建一个两区域的交直流混合配电网系统，每个区域的配电系统都包含中压交流、中压直流、低压交流和低压直流配电网四个部分，每个配电区域的中压直流配电网负责将两个配电区域进行互联。在低压交流和低压直流配电网上，接有光伏、风机等新能源发电装置。系统建立好以后，可以确定互联的线路，并编号，设定互联线路的最大功率传输数值。

接下来设定配电网运行评估标准。对配电网的运行状况评估主要为网络损耗、节点电压幅值和交流电网谐波含量等。

本实施例选取网络损耗(包括输电线路损耗和多端口电能路由器损耗)以及节点电压幅值作为评价标准，进行配电网运行状况评估。但因为其两个评价标准具有不同的单位，因此本技术方案采用模糊评价理论，进行评估。

初始化粒子的速度和位置，构建一个m维的搜索空间，随机释放种群规模为n的粒子，每个粒子为包含两个m维的向量，分别记为xi＝(xi1,xi2,…,im),vi＝(vi1,vi2,…,vim),其中i＝1,2,3，…,n；xi代表第i个粒子的位置信息，vi代表第i个粒子的速度信息。

根据粒子值进行配电网潮流计算，得到隶属度函数值，即整个配电网最优化运行的评价值，并将该值与之前获得的评价最高值进行对比。如果高于之前获得的评价最高值，则设定该方案为目前最有方案，并将当前评价最高值更新为该值。如果该值比之前获得的评价最高值低，则放弃该值，并更新粒子的速度和位移。粒子更新采用如下公式：

公式中ω表示惯性权重；c1和c2表示学习因子；rand为(0,1)内的随机数。

综上所述，本发明技术方案的创新之处包含两点：

1、将粒子群算法应用于区域间配电网的最优潮流控制，可以快速及时地计算最优功率流动值，提升电网运行效率，节约成本。

2、本发明可以为区域间交直流混合配电网互联输电线路的建设提供建议。

本发明的技术方案，将粒子群算法应用于区域间配电网的最优潮流控制，采用粒子群算法对已知的多个交直流混联交直流混合配电网进行潮流计算，可以快速及时地计算最优功率流动值，提升电网运行效率，节约成本；采用本发明的技术方案，可以较快速地得到整个配电网运行的配电区域互联最优化输电方案，为区域间交直流混合配电网互联输电线路建设提供建议，满足在给定配电网运行评价标准下的最优化运行模式。

同时，利用本发明技术方案的计算快速性，使得控制中心可以实时调整区域间输电功率，保持整个配电网时刻处于最优化状态下运行，以实现整个配电网的实时潮流最优化控制，使得整个配电网处于最优化状况运行。

本发明的技术方案，可以为输电线路的规划部门提供相应的建设指导意见，建设更加利于整个配电网整体性能的输电线路。

本发明可广泛用于交直流混联配电网的设计和运行管理领域。