基于改进粒子群算法的低压配电网综合治理方法及装置与流程

本发明涉及低压配电网，尤其是涉及一种基于改进粒子群算法的低压配电网综合治理方法及装置。

背景技术：

1、随着国家双碳战略和整县分布式光伏的推进，大规模分布式光伏接入到低压配电网，尤其是单相光伏的接入导致低压配电网产生了较为广泛的安全稳定和经济运行问题，包括低压台区节点电压越限、三相不平衡加剧、网损增加等。当前大多数低压配电网的治理方法、控制目标比较单一，只通过添加储能装置或电抗器解决光伏并网后所引起的电压越限、电压波动或三相不平衡中的某一个问题。但是这种通过单一的治理装置进行电压问题治理都有较大的缺点。如果选择电抗器进行电压问题的治理，电抗器可以有效防止电压越限问题，价格也比较便宜，但是大量电抗器接入会使线路的无功电流增大导致网损大大增加，非常不利于电网的经济运行；如果选择储能装置进行治理，储能装置可以将光伏产生的多余的有功存储起来，同时还可以利用逆变器剩余的容量进行无功补偿，最大程度的防止电压越限问题，同时也能在一定程度上减少网损，非常适合电压问题的治理，但是大型的储能装置造价很高，容量越大价格越高，这不适用于大规模分布式光伏接入下的低压配电网。

2、在中国专利文献上公开的“一种并联电抗器操作过电压治理回路及其治理方法”，其公开号为cn103280802b，公开日期为2015-03-11，包括母线，所述母线上安装有第一开关；所述第一开关通过电缆与并联电抗器相连，所述并联电抗器与第二开关一端线路相连，且所述第二开关的另一端三相短接作为中性点；所述并联电抗器与第二开关之间与避雷器一端相连，且所述避雷器另一端接地。该技术提供了一种并联电抗器操作过电压治理回路及其治理方法，其设置的第一开关承担保护开断，第二开关承担正常投切；通过遏制首开相复燃的连续发展，实现治理操作过电压的目的。但是单纯使用电抗器只能解决光伏并网后所引起的电压越限、电压波动或三相不平衡中的某一个问题，且大量电抗器接入会使线路的无功电流增大导致网损大大增加，非常不利于电网的经济运行。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中在使用单一的储能装置或电抗器解决光伏并网后的电压问题时，存在线路网损大或成本高不适合大规模分布式光伏接入下的低压配电网的问题，提供了一种基于改进粒子群算法的低压配电网综合治理方法及装置，采用基于储能变换器与电抗器的协调运行实现低压配网的综合优化治理，在网损增加量尽可能小的前提下，治理电压越限，最大程度的缓解电压三相不平衡，可以有效地治理大量单相光伏接入后带来的电压问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于改进粒子群算法的低压配电网综合治理方法，包括：

4、建立包含目标函数和约束条件的综合治理装置数学模型；

5、所述目标函数为网损增加量最小、电压越限问题最少和电压三相不平衡程度最轻的多目标优化函数；

6、基于改进粒子群算法对目标函数进行求解得到最优解，作为低压配电网综合治理方案对低压配电网进行治理。

7、本发明中的综合治理装置使用在大量分布式光伏接入的低压配电网，在低压配电网中，由于三相负载不平衡导致三相电压不平衡、网损增加，严重影响配电设备和用户的安全运行，比如越来越多的分布式光伏开始接入到农村的低压配电网中，尤其是以乡村屋顶光伏为代表的单相光伏的不断接入，加剧了低压配电网的三相不平衡问题，同时在中午光伏出力比较大的时刻，也容易产生电压越限问题；需要通过添加治理装置对配电网中三相不平衡问题进行治理；因此设计了一种基于小容量储能变换器和电抗器相配合的综合治理装置，在网损增加量尽可能小的前提下，治理电压越限，最大程度的缓解电压三相不平衡。

8、作为优选，所述目标函数为：

9、minf＝wlfl+wvolfvol+wvuffvuf

10、

11、其中wl、wvol和wvuf分别为网损、电压越限和电压三相不平衡的权重系数；fl、fvol和fvuf分别为线路的网损、电压越限系数、电压三相不平衡系数；ρl、ρvol和ρvuf分别为网损、电压越限和电压三相不平衡的权重，三者之和为1；和分别为优化前线路的网损、电压越限系数、电压三相不平衡系数。

12、本发明中基于小容量储能变换器和电抗器相配合的综合治理装置，对大量分布式光伏接入低压配电网带来的如电压越限、加剧电压的三相不平衡等问题进行治理；由于电抗器的接入可以有效治理电压越上限问题，但同时也会增加线路的网损，因此模型的目标函数需要综合考虑网损增加量和治理效果，在网损增加量尽可能小的情况下，治理电压越限问题，同时最大程度的缓解电压三相不平衡，从而建立多目标优化函数。

13、作为优选，所述线路的网损为配电网中各支路阻抗与该支路每一相流过的电流值平方的乘积求总和；

14、所述电压越限系数为节点电压低于电压下限部分或高于电压上限部分的平方和；

15、所述电压三相不平衡系数为节点电压与三相平均电压之差的绝对值的总和。

16、本发明中对线路的网损、电压越限系数和电压三相不平衡系数三者进行加权求和得到目标函数；对于线路的网损按照拓扑关系对每一条支路进行网损计算以后求和；对于电压越限系数则对每一节点的电压越限进行计算以后再求所有节点对应结果的和；对于电压三相不平衡系数则以三相平均电压为标准，计算每一节点的三相不平衡结果在对所有节点进行求和。

17、作为优选，所述约束条件包括功率平衡约束：

18、某时刻流入配电网的有功功率、分布式光伏产生的总有功功率以及综合治理装置补偿的总有功功率的总和等于该时刻有功负荷与有功网损之和；和

19、某时刻流入配电网的无功功率、分布式光伏产生的总无功功率以及综合治理装置补偿的总无功功率的总和等于该时刻无功负荷与无功网损之和。

20、本发明中功率平衡约束即表示提供的功率和消耗的功率是动态平衡的，提供功率方包括配电网的输入部分、分布式光伏和综合治理装置，综合治理装置补偿的功率为正时表明向配电网补偿功率，为负时表明吸收部分功率。

21、作为优选，所述约束条件还包括综合治理装置约束：

22、

23、

24、

25、

26、其中和分别为综合治理装置t时刻相的有功功率、无功功率和逆变器的最大容量；eess,t为综合治理装置t时刻的电量；δ和ηc分别为综合治理装置的自放电率和充放电效率。

27、本发明中综合治理装置包括有电抗器和储能变换器(储能装置)，因此综合治理装置约束主要包括储能变换器对应的约束，即电量的约束、充放电功率的约束等以保证综合治理装置的正常工作；综合治理装置逆变器的最大容量是指最大功率或视在功率，qmax表示综合治理装置提供用功功率以后剩余可以提供的最大无功功率。

28、作为优选，所述改进粒子群算法对目标函数进行求解的过程包括：

29、产生初始种群并计算初始种群各粒子的目标函数值，设置个体和全局最优位置；

30、随迭代次数增加更新惯性权重、个体学习系数和全局学习系数；更新粒子的速度和位置；计算各粒子的目标函数值并更新粒子的个体和全局最优位置；

31、当满足停止迭代条件时输出所有粒子中的最优解。

32、本发明中粒子群算法的每次迭代所有粒子都会根据全局最优和个体最优值更新自己的速度和位置，直到满足判断条件才停止更新；在迭代过程中惯性权重、个体学习系数、全局学习系数都会影响粒子群的寻优过程和结果；惯性权重代表粒子前一次迭代的速度对当前速度的影响能力；个体学习系数代表个体最优位置对下一步动作的影响能力，全局学习系数代表全局最优位置对下一步动作的影响能力；因此采用改进粒子群算法，迭代更新公式中的系数会随着迭代次数的改变而改变，从而找到最优解。

33、作为优选，所述随迭代次数增加更新惯性权重、个体学习系数和全局学习系数包括：

34、

35、

36、

37、其中t和tmax分别为当前的迭代次数和最大迭代次数；wmax、wmin分别为惯性权重的最大最小值；c1,max、c1,min分别为个体学习系数的最大最小值；c2,max、c2,min分别为全局学习系数的最大最小值。

38、本发明中惯性权重越大，全局搜索能力越强，局部搜索能力越弱；惯性权重越小，局部搜索能力越强，全局搜素能力越弱；在粒子群迭代更新的前期，惯性权重应较大，个体系数也应较大，提高粒子的全局搜索能力；在迭代更新的后期，惯性权重应较小，全局学习系数应较大，提高粒子的局部搜索能力和在最优区域的搜索能力，从而避免陷入局部最优，找到全局的最优解。

39、一种基于改进粒子群算法的低压配电网综合治理装置，所述综合治理装置安装在配电网的线路末端，监测每一相的电压大小并调节有功功率和无功功率；

40、所述综合治理装置包括储能变换器和电抗器，配电网中的每一相线路都接入有储能变换器和电抗器。

41、本发明中综合治理装置通过监测到的每相的电压大小，自动调节每相的有功、无功大小，完成三相不平衡的治理；在光伏功率无法消纳的时刻，可以吸收有功功率将部分有功通过储能装置储存起来，同时还可通过调节接入的感性无功进一步防止电压越上限；在傍晚负荷较大电压易越下限的时刻，可以提供部分有功功率，达到削峰填谷的作用，同时还可以利用逆变器剩余的容量提供容性无功，进一步提高电压幅值。

42、本发明具有如下有益效果：采用基于储能变换器(储能装置)与电抗器的协调运行实现低压配网的综合优化治理，在网损增加量尽可能小的前提下，治理电压越限，最大程度的缓解电压三相不平衡，可以有效地治理大量单相光伏接入后带来的电压问题；改善强波动环境下的低压配网安全稳定运行水平，提升分布式光伏就地消纳率，减少线路改造升级投资，助力能源转型。