[发明专利]基于混合整数PSO算法的有源配电网日内滚动优化方法

摘要

本发明公开了一种基于混合整数PSO算法的有源配电网日内滚动优化方法，其步骤包括：1确定日内滚动优化的时间尺度、建立日内优化阶段的档位时间序列、建立档位变化时段变量；2建立考虑档位修正的日内滚动优化数学模型；3通过混合整数PSO算法输出优化结果。本发明能够对离散型调控设备的档位进行修正，克服分布式发电随机性和不确定性的影响，从而保障在分布式发电出力最恶劣场景下配电网的有功损耗和调控成本最小化。

主权项

1.一种基于混合整数PSO算法的有源配电网日内滚动优化方法，所述有源配电网接入有分布式发电DG、离散型调控设备和连续型调控设备；所述分布式发电DG包含分布式光伏发电和分布式风力发电；所述离散型调控设备包含有载调压变压器OLTC和投切电容器组CB；所述连续型调控设备包含静止无功发生器SVC；其特征是，所述有源配电网日内滚动优化方法是按如下步骤进行：步骤一、建立日内优化阶段的档位时间序列：步骤1.1、确定日内滚动优化的时间尺度：日前调度阶段D以T^D为时间尺度，以H^D×T^D为日前调度阶段的区间长度，其中H^D为整数倍数；日内滚动优化以T^IN为时间尺度，以H^IN×T^IN为日内滚动优化的区间长度，其中H^IN为整数倍数；并有T^D＝M×T^IN，M为整数倍数，上标IN表示日内优化阶段；步骤1.2、建立日前调度阶段的档位时间序列：由已知的日前调度阶段优化结果，分别建立有载调压变压器OLTC在日前调度阶段D的档位时间序列投切电容器组CB在日前调度阶段D的档位时间序列和配电网与大电网在日前调度阶段D的交互功率时间序列其中，N^OLTC表示有载调压变压器OLTC的总个数，表示编号为i的有载调压变压器OLTC在日前调度阶段D的t时段的档位；表示编号为i的投切电容器组CB在日前调度阶段D的t时段的档位，表示配电网与大电网在日前调度阶段D的t时段的交互功率，下标grid表示配电网与大电网功率交互；步骤1.3、建立日内优化阶段的档位时间序列：根据时间尺度T^D和T^IN的设置情况，由日前调度阶段的各时间序列分别得到有载调压变压器OLTC在日内优化阶段的档位时间序列投切电容器组CB在日内优化阶段的档位时间序列和配电网与大电网在日内优化阶段的交互功率时间序列其中，和分别表示编号为i的有载调压变压器OLTC在日内优化阶段的t时段的档位、编号为i的投切电容器组CB在日内优化阶段的t时段的档位，表示配电网与大电网在日内优化阶段的t时段的交互功率；步骤二、日内滚动优化初始化：步骤2.1、建立档位变化时段变量：根据离散型调控设备发生档位变化的次数，建立编号为i且设备类型为的离散型调控设备的第s次档位变化时段变量且的值为第s次档位变化发生时对应的时段编号，设备类型取值为OLTC或CB，分别表示有载调压变压器、投切电容器组；定义由日前调度阶段的档位时间序列得到的日内优化阶段的档位时间序列为日内优化阶段的初始档位时间序列，并建立编号为i且设备类型为的离散型调控设备的第s次初始档位变化时段变量是常值变量，且的值是的初值，上标0表示初始信息；步骤2.2、日内滚动优化初始化：定义日内优化阶段的第K次日内滚动优化区间为[k,k+H^IN‑1]，k是日内滚动优化的起始时段，k+H^IN‑1是日内滚动优化的最末时段，且有K＝k，定义日内滚动优化的最大优化次数为K^max；初始化当前日内滚动优化为第1次日内滚动优化，第1次日内滚动优化区间为[1,H^IN]；步骤三、建立考虑档位修正的日内滚动优化数学模型：步骤3.1、建立分布式发电DG出力不确定区间：根据当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]上分布式发电DG出力预测信息，利用式(1)得到编号为i的分布式发电DG的t时段的出力的不确定区间：式(1)中，N^DG是配电网中分布式发电DG的总个数，和分别是编号为i的分布式发电DG的t时段的出力预测标准值和预测偏差最大值；步骤3.2、利用式(2)得到日内滚动优化的双层目标函数：式(2)中，fp表示首端和末端节点分别是节点f和节点p的支路，Φ表示所有支路组成的集合，I_fp,t是t时段流过支路fp的电阻r_fp上的电流，N^SVC是静止无功发生器SVC的总个数，C_SVC是折算后的静止无功发生器SVC的单位功率输出成本，表示编号为i的静止无功发生器SVC的t时段的无功功率输出决策变量，α、β是权重系数；P^DG表示所有分布式发电DG在当前滚动优化区间的各时段出力的集合，P^DG的元素是内层优化的决策变量；表示所有静止无功发生器SVC在当前滚动优化区间的各时段的无功功率输出决策变量的集合，表示所有离散型调控设备在当前滚动优化区间的各时段的档位变化时段决策变量的集合，和的元素是外层优化的决策变量；步骤3.3、利用式(3)得到离散型调控设备的档位变化时段决策变量的调节约束：式(3)中，表示编号为i且设备类型为的离散型调控设备的第s次档位变化时段决策变量；步骤3.4、利用式(4)得到t时段的含有载调压变压器OLTC的支路潮流约束：式(4)中，V_f,t和V_p,t分别是节点f和节点p在t时段的电压幅值，P_fp,t和Q_fp,t分别是t时段支路fp上的有功和无功功率，x_fp是支路fp的电抗，是接在节点p上的静止无功发生器SVC的t时段的无功功率输出，和分别是接在节点p上的负荷L的t时段的有功和无功功率，K_fp,t是接在支路fp上的有载调压变压器OLTC的t时段的变比，是接在节点p上的投切电容器组CB的t时段的无功输出功率，U(p)表示所有以节点p为首端节点的支路的末端节点集合，r∈U(p)表示属于集合U(p)的节点r；步骤3.5、利用式(5)得到t时段的编号为i的静止无功发生器SVC无功功率输出的约束：式(7)中，和分别是编号为i的静止无功发生器SVC的无功功率最大输出、最小输出；步骤3.6、利用式(6)得到t时段的配电网与大电网交互功率的约束：式(6)中，k_grid表示在日内优化阶段配电网与大电网交互功率偏离日前调度的程度，N^node是配电网中节点的总数；步骤3.7、利用式(7)和式(8)得到t时段的配电网的安全约束：式(7)中，和分别是支路fp允许流过的最小、最大电流；式(8)中，和分别是节点p允许的最小、最大电压；步骤四、利用混合整数PSO算法对日内滚动优化模型进行求解：步骤4.1、粒子编码：判断在当前日内滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]内各离散型调控设备是否发生档位变化，以及发生的是第几次档位变化，从而将发生档位变化的离散型调控设备的相关档位变化时段决策变量纳入粒子编码；利用式(9)得到由静止无功发生器SVC的无功功率输出决策变量、发生档位变化的有载调压变压器OLTC的档位变化时段决策变量和发生档位变化的投切电容器组CB的档位变化时段决策变量组成的粒子向量式(9)中，表示编号为N^SVC的静止无功发生器SVC的k+H^IN‑1时段的无功输出功率决策变量；下标1，…，N^SVC分别表示N^SVC个静止无功发生器SVC的设备编号表示编号为Ch的有载调压变压器OLTC的第S_Ch+N_Ch‑1次档位变化时段决策变量，下标C1、C2、…、Ch分别表示在当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]内h个发生档位变化的有载调压变压器OLTC的设备编号，下标S_C1、…、S_C1+N_C1‑1分别表示编号为C1的有载调压变压器OLTC发生的第S_C1次、…、第S_C1+N_C1‑1次档位变化；N_C1表示在当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]内编号为C1的有载调压变压器OLTC共发生了N_C1次档位变化；表示编号为Dg的投切电容器组CB的第S_Dg+N_Dg‑1次档位变化时段决策变量，下标D1、D2、…、Dg分别表示在当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]内g个发生档位变化的投切电容器组CB的设备编号，下标S_D1、…、S_D1+N_D1‑1分别表示编号为D1的投切电容器组CB发生的第S_D1次、…、第S_D1+N_D1‑1次档位变化；N_D1表示在当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]内编号为D1的投切电容器组CB共发生了N_D1次档位变化；步骤4.2、粒子初始化：步骤4.2.1、对于粒子中分量的初值取内的随机值；步骤4.2.2、对于粒子中分量和的初值取内的随机整数，max{·}表示取大括号内所有数的最大值，min{·}表示取大括号内所有数的最小值；步骤4.2.3、初始化得到h+g个原始粒子其中，表示编号为w的原始粒子；步骤4.3、粒子迭代初始化：初始化当前迭代代数z＝1，最大迭代代数为z^max；将原始粒子同时作为第1代粒子和第1代历史最优粒子，在h+g个原始粒子中选择一个使目标函数值最小的作为初始的粒子群最优粒子上标best表示最佳，下标PS表示粒子群；步骤4.4、粒子更新：步骤4.4.1、粒子速度更新：利用式(10)对第z代粒子的第d个分量的运动速度进行更新，从而得到第z+1代粒子的第d个分量的运动速度式(10)中，表示编号为w的第z代粒子的第d个分量，和分别表示第z代历史最优粒子的第d个分量和粒子群最优粒子的第d个分量，π、分别为衰减因子、学习因子，θ₁、θ₂为[0，1]范围的随机数；粒子的第da个分量的运动速度范围为且da∈[1,(N^SVC×H^IN)]，下标i_da表示第da个分量对应的调控设备的设备编号，k_SVC是运动速度调节参数；粒子的第dc个分量的运动速度范围为[‑1,1]，且dc≠da；步骤4.4.2、粒子更新：利用式(11)对第z代粒子的第da个分量进行更新，从而得到第z+1代粒子的第da个分量且粒子的第da个分量的取值范围为利用式(12)、式(13)对第z代粒子的第dc个分量进行更新，从而得到第z+1代粒子的第dc个分量粒子的第dc个分量的取值范围为内的整数：式(12)中，sigmoid(·)表示sigmoid函数，θ₃和θ₄为[0‑1]范围的随机数，ρ为取值为1或‑1的辅助变量；σ为取值为0或1的辅助变量；步骤4.4.3、通过粒子更新得到第z+1代粒子步骤4.5、粒子解码：步骤4.5.1、将得到的第z+1代粒子的离散型调控设备的档位变化时段决策变量转换为对应的离散型调控设备的档位时间序列：第一种情况，若令的值为gn，令的值为km，定义为第z+1代粒子解码转换后得到的编号为i的且设备类型为的离散型调控设备的t时段的档位，则将的值赋给将的值赋给下标t1表示时段编号，且满足和t1∈[k,k+H^IN‑1]；第二种情况，若则将的值赋给将的值赋给下标t2表示时段编号，且满足和t2∈[k,k+H^IN‑1]；第三种情况，若则将的值赋给下标t3表示时段编号，且满足t3∈[k,k+H^IN‑1]；步骤4.5.2、得到第z+1代粒子对应的所有离散型调控设备的档位时间序列利用式(14)得到由第z+1代粒子解码转换后得到的离散型调控设备档位时间序列式(14)中，分别表示第z+1代粒子解码转换后得到的编号为i的有载调压变压器OLTC、投切电容器组CB的t时段的档位；将和当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]上未发生档位变化的离散型调控设备的档位时间序列联合，从而得到第z+1代粒子对应的所有离散型调控设备的档位时间序列步骤4.6、产生最优粒子：步骤4.6.1、利用式(15)得到接在支路fp上的载调压变压器OLTC的t时段的变比K_fp,t：式(14)中，K_fp,0和ΔK_fp分别是接在支路fp上的有载调压变压器OLTC的标准变比和调节步长，表示中对应接在支路fp上的有载调压变压器OLTC的t时段的档位，当支路中不含有载调压变压器OLTC，令K_fp,t＝1；步骤4.6.2、利用式(16)得到编号为i的投切电容器组CB的t时段的无功输出功率式(15)中，是编号为i的投切电容器组CB的单组电容器补偿功率；步骤4.6.3、利用式(17)得到决策变量集合和中元素的取值确定后的目标函数：式(17)中，目标函数是单层目标函数，约束条件包括式(4)、式(6)、式(7)、式(8)、式(15)和式(16)，对单层目标函数进行求解，得到第z+1代粒子的目标函数值，再与当前第z代历史最优粒子的目标函数值进行比较，若第z+1代粒子的目标函数值小于当前第z代历史最优粒子的目标函数值，则对历史最优粒子进行更新，将第z+1代粒子作为第z+1代历史最优粒子否则不进行更新，即将当前第z代历史最优粒子作为第z+1代历史最优粒子在所有历史最优粒子中选择目标函数值最小的粒子作为粒子群的最优粒子步骤4.7、迭代结束判断和优化结果输出：将z+1赋值给z，并判断z＞z^max是否成立，若不成立，返回步骤4.4，若成立，表示迭代结束，并将粒子群最优粒子对应的有载调压变压器OLTC的k时段的档位投切电容器组CB的k时段的档位和静止无功发生器SVC的k时段的无功输出功率分别作为有载调压变压器OLTC、投切电容器组CB和静止无功发生器SVC在当前k时段的实际控制输出，而舍去其余时段的档位和无功输出功率；步骤五、滚动优化结束判断：将K+1赋值给K，并判断K＞K^max是否成立，若成立，则表示滚动优化结束，否则，用得到的当前滚动优化区间[k,k+H^IN‑1]上粒子群最优粒子对应的所有离散型调控设备的档位时间序列替换日内优化阶段区间[k,k+H^IN‑1]上的离散型调控设备的档位时间序列和并返回步骤3.1。