一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)運行優(yōu)化算法。特別是涉及一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的 配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著分布式發(fā)電、儲能、需求側(cè)響應(yīng)、電動汽車等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn) 變?yōu)榧娔艿纳a(chǎn)、傳輸、存儲與分配等多種角色于一體的新型能源系統(tǒng)，也是未來智能電 網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的核心。智能配電網(wǎng)將主動地對分布式電源、儲能、需求側(cè)響應(yīng)資源、電動汽車、 無功補償設(shè)備、智能開關(guān)等的運行進(jìn)行優(yōu)化與控制，必將徹底地改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè) 計以及運行方式，形成新的運行模式。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)運行方式的主要手段， 在保證配電網(wǎng)輻射狀運行的條件下，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)（TieSwitch，TS)倒閘操作來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。但是，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)在數(shù)學(xué)上屬于大規(guī)模非線性整數(shù)優(yōu)化問題，眾多研宄致力 于提高求解的計算速度和尋優(yōu)能力，卻仍然沒有一個行之有效的方法解決這一NP難問題。 在實際應(yīng)用過程中，還涉及到倒閘操作、合環(huán)電流沖擊、開關(guān)動作損耗等問題，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問 題的計算效率很難滿足實時優(yōu)化的需求。
[0003] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子裝置廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)中。智能軟開 關(guān)（SoftNormallyOpenPoint，SNOP)是安裝于傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的電力電子裝置，它能夠 準(zhǔn)確控制其所連接兩側(cè)饋線的有功與無功功率。SNOP的引入徹底改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)閉環(huán)設(shè) 計、開環(huán)運行的供電方式，形成的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了放射狀和環(huán)網(wǎng)狀供電方式的優(yōu)點，給配電 網(wǎng)的運行帶來了諸多益處?？紤]到SNOP的投資運行成本較高，現(xiàn)階段SNOP不可能完全取 代系統(tǒng)中所有的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，因而導(dǎo)致配電系統(tǒng)的運行優(yōu)化問題需要從整體上考慮聯(lián)絡(luò)開關(guān) 和SNOP并存的情況。
[0004] 從數(shù)學(xué)本質(zhì)上看，該問題屬于混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題，而目前還很難找到一種 快速、有效的求解方法。對于該問題的求解目前已經(jīng)提出和發(fā)展了多種優(yōu)化方法，主要有以 下三個方面：1)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，其中包括解析法、連續(xù)消去法等；2)啟發(fā)式算法，其中 包括靈敏度分析法、專家系統(tǒng)等；3)隨機優(yōu)化方法，其中包括遺傳算法、粒子群算法等。
[0005] 雖然上述方法或技術(shù)都有一定的應(yīng)用成效，但也都存在著明顯的不足，如傳統(tǒng)數(shù) 學(xué)優(yōu)化方法雖然理論上可進(jìn)行全局尋優(yōu)，但在實際應(yīng)用時不可避免地存在"維數(shù)災(zāi)"問題， 計算時間往往呈現(xiàn)爆炸式激增；啟發(fā)式優(yōu)化算法在時間復(fù)雜性方面要求有一個多項式時間 界，計算速度快，但得到的最優(yōu)解或者缺乏數(shù)學(xué)意義上的最優(yōu)性或者只是局部最優(yōu)解；雖然 隨機優(yōu)化方法所搜尋的最終解與初始解無關(guān)，但對于不同規(guī)模的配電網(wǎng)需要重新設(shè)置其控 制參數(shù)、種群數(shù)量、迭代次數(shù)等，從而來保證以較大的幾率找到全局最優(yōu)解。啟發(fā)式和隨機 方法多適用于求解整數(shù)規(guī)劃問題，但對于聯(lián)絡(luò)開關(guān)和SNOP并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題，數(shù) 學(xué)本質(zhì)上是混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題，所以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、啟發(fā)式算法對于求解這類 問題上，速度或精度多不能同時滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在計算時間和精度上提高對混合整數(shù)非 線性優(yōu)化問題的求解能力，能夠快速、準(zhǔn)確地尋求到優(yōu)化方案的基于模擬退火和錐優(yōu)化的 配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的配電網(wǎng)運行優(yōu)化方 法，包括如下步驟：
[0008] 1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)輸入基本參數(shù)及信息，包括系統(tǒng)元件參數(shù)、負(fù)荷水平、網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)溥B接關(guān)系、智能軟開關(guān)接入位置與容量、基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率的初值；
[0009] 2)依據(jù)步驟1)的基本參數(shù)及信息建立聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運 行優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，包括：選取根節(jié)點為平衡節(jié)點，分別設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束、系統(tǒng)潮流 約束、運行電壓水平約束、支路電流約束、智能軟開關(guān)運行約束和容量約束的配電網(wǎng)運行約 束；
[0010] 3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模設(shè)置旋轉(zhuǎn)錐約束
[0011] 2??彡SiZ+Ti/，i= 1，...，n，jGN(i)
[0012] 式中，n為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)；N⑴為節(jié)點i的相鄰節(jié)點的集合；氏、Sf分別為節(jié)點
【主權(quán)項】
1. 一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 根據(jù)選定的配電系統(tǒng)輸入基本參數(shù)及信息，包括系統(tǒng)元件參數(shù)、負(fù)荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?連接關(guān)系、智能軟開關(guān)接入位置與容量、基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率的初值； 2) 依據(jù)步驟1)的基本參數(shù)及信息建立聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化 問題的數(shù)學(xué)模型，包括：選取根節(jié)點為平衡節(jié)點，分別設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束、系統(tǒng)潮流約束、運 行電壓水平約束、支路電流約束、智能軟開關(guān)運行約束和容量約束的配電網(wǎng)運行約束； 3) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模設(shè)置旋轉(zhuǎn)錐約束 2RiRj>Si/+Ti/，i= 1，…，n，jGNa) 式中，n為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)；N(i)為節(jié)點i的相鄰節(jié)點的集合；而、Su、Tu分別為節(jié)點電壓 幅值Ui、Uj和相角0。的函數(shù)，
步驟2)和步驟3)共同形成了聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的錐 優(yōu)化模型； 4) 依據(jù)模擬退火法的基本原理與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束，隨機產(chǎn)生可行的開關(guān)狀態(tài)組合，采用 錐優(yōu)化工具對所述的聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的錐優(yōu)化模型進(jìn) 行求解； 5) 輸出步驟4)的求解結(jié)果，包括開關(guān)狀態(tài)、智能軟開關(guān)最優(yōu)傳輸功率值、網(wǎng)絡(luò)潮流結(jié) 果W及目標(biāo)函數(shù)值，利用模擬退火原理分析最優(yōu)解情況，即分析當(dāng)前溫度和所有溫度下解 的最優(yōu)性，如果不是最優(yōu)解，則返回步驟4)，如果是最優(yōu)解，則結(jié)束，并輸出結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，其特征 在于，步驟2)所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束表示為：
式中，L為系統(tǒng)支路數(shù)A為初始網(wǎng)絡(luò)支路1的開關(guān)狀態(tài)，a巧網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后支路1的開 關(guān)狀態(tài)，開關(guān)斷開時為0,開關(guān)閉合時為1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)支路的最大值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，其特征 在于，步驟2)所述的智能軟開關(guān)運行約束與容量約束表示為：
式中，PsWDM、QsWDM、PsMM、QsMM分別為智能軟開關(guān)連接節(jié)點i和連接節(jié)點j變流器的有 功功率和無功功率，并規(guī)定W注入智能軟開關(guān)的功率方向為功率傳輸?shù)恼较?；Sswwi、Sswwj 分別為智能軟開關(guān)連接節(jié)點i和連接節(jié)點j變流器的接入容量。
【專利摘要】一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的配電網(wǎng)運行優(yōu)化方法：根據(jù)選定的配電系統(tǒng)輸入基本參數(shù)及信息；依據(jù)基本參數(shù)及信息建立聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型以及根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模設(shè)置旋轉(zhuǎn)錐約束，從而形成了聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的錐優(yōu)化模型；依據(jù)模擬退火法的基本原理與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束，隨機產(chǎn)生可行的開關(guān)狀態(tài)組合，采用錐優(yōu)化工具對所述的聯(lián)絡(luò)開關(guān)和智能軟開關(guān)并存的配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的錐優(yōu)化模型進(jìn)行求解；輸出求解結(jié)果并利用模擬退火原理分析最優(yōu)解情況。本發(fā)明從配電系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性角度來考慮配電系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)以及SNOP的傳輸功率，確定配電網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)開關(guān)的最佳開關(guān)組合和SNOP的最佳傳輸功率。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-06
【公開號】CN104794541
【申請?zhí)枴緾N201510191833
【發(fā)明人】王成山, 宋關(guān)羽, 趙金利, 李鵬, 孫充勃, 冀浩然, 丁茂生, 耿多
【申請人】天津大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)寧夏電力公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月21日