基于模拟退火鸡群算法的配电网无功优化方法技术

本发明专利技术属于电力系统潮流计算技术领域，尤其涉及一种基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法，包括：建立包括以电网损耗最小化为目标函数、区间潮流方程为等式约束、分布式电源出力和无功补偿容量为不等式约束在内的区间无功优化模型；采用区间牛顿法对区间潮流方程进行求解，给定初始电压，扩展变量导数的包含单调性区间得到区间牛顿算子后进行迭代，得到区间潮流方程的电压和相角区间解；利用基于模拟退火鸡群算法，对区间无功优化模型求解。本发明专利技术对考虑分布式电源出力不确定性的配电网无功优化得到较好的优化效果，而且收敛速度较乐观，得到的目标函数为较为合理的区间，且包含了确定性优化的结果，具有良好的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于模拟退火鸡群算法的配电网无功优化方法
本专利技术属于电力系统潮流计算
，尤其涉及一种基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法。
技术介绍
电力系统无功优化是指当系统有功负荷、有功电源及有功潮流分布已经确定的情况下，通过优化计算确定某些控制变量的值，找到在满足约束条件的前提下，使系统的一个或者多个性能指标达到最优。在数学上，无功优化是典型的非线性规划问题，具有非线性、不连续、不确定因素较多等特点。电力系统无功优化是提高电力系统安全性、经济性的一种有效手段，是调高电压质量的重要措施。分布式电源以及负荷的不确定性可能造成无功优化无法得到最优解，因此有必要研究不确定性对无功优化的影响。目前，应用于电力系统无功优化的最主要的方法是(1)线性规划法，它的数学模型简单直观,物理概念清晰,计算速度快；(2)非线性规划法，它的数学模型比较精确，计算精度较高,但运算量大,占用内存多,对不等式约束处理难度高，难以应用于大型系统；(3)混合整数规划法，它先确定整数变量,再与线性规划法协调处理连续变量，模型比较准确，但两步优化的方法削弱了总体最优性,同时求解过程中易发生振荡发散,计算过程十分复杂,计算量大；(4)人工智能算法，可以处理多种约束，求解各种目标函数，但是易于出现陷入局部最优的情况，无法求得全局最优解。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法，包括：步骤1、建立包括以电网损耗最小化为目标函数、区间潮流方程为等式约束、分布式电源出力和无功补偿容量为不等式约束在内的区间无功优化模型；步骤2、采用区间牛顿法对区间潮流方程进行求解，给定初始电压，扩展变量导数的包含单调性区间得到区间牛顿算子后进行迭代，得到区间潮流方程的电压和相角区间解；步骤3、利用基于模拟退火鸡群算法，对区间无功优化模型求解。所述目标函数为：式中：n为节点个数，分别为节点i、j的电压区间值；Gij，Bij分别为节点i、j间的电导值和电纳值；为节点i、j的相角差区间值；为节点i处电压期望值；Uimin、Uimax分别为节点i处电压上下限值；为考虑无功越限节点j处的无功区间值；Qjmax为考虑无功越限节点j处最大允许无功值；μ1,μ2为越限惩罚因子。所述等式约束为：式中：ΔPi为节点i处有功功率变化值，ΔQi为节点i处无功功率变化值，为节点i处发电机组有功功率和无功功率出力区间；为节点i处分布式电源有功功率和无功功率出力区间；为节点i处有功负荷和无功负荷波动区间；分别为节点i，j的电压区间值；为节点i，j的相角差区间值。所述不等式约束为：式中：PDi、QDi分别为分布式电源的有功功率出力、无功功率出力；PDimin、PDimax分别为分布式电源有功功率出力上下限值；QDimin、QDimax分别为分布式电源无功功率出力上下限值；QCi为无功补偿容量；QCimin、QCimax为无功补偿容量上下限值；Tk为有载调压变压器分接头档位；Tkmin、Tkmax为有载调压变压器分接头档位上下限值；Ui为节点i处电压；Uimin、Uimax为节点i处电压上下限值。所述步骤2包括：将式子(2)表示为：h(x)＝0(4)，同时记区间中点值记号为mid(*)，其中*代表一个区间数，给定初始电压，相角区间为：式中：为电压幅值区间，Umin、Umax为电压幅值上限和下限；为电压相角区间，θmin、θmax为电压相角上限和下限；记中间变量y＝mid(X)，表示区间变量X的中点值；方程组(5)中的关于电压幅值U、电压相角θ的导数的包含单调性区间扩展为：这就得到了区间牛顿算子N：N＝y-[H'(X)]-1h(y)(7)利用区间牛顿算子进行迭代：X(k+1)＝X(k)∩N(k)，(k＝1，2，3...)(8)即可得到区间潮流方程(2)的电压和相角区间解。所述步骤3包括：步骤301：对鸡群个体进行初始化，式中：为发电机端电压调压区间；为无功补偿设备补偿容量区间；为有载调压变压器分接头档位区间；并确定鸡群个数N；公鸡，母鸡，小鸡，妈妈母鸡个数分别为NR,NH,NC,NM；最大迭代次数kmax，初始化令k＝0；步骤302：如果k％G＝1，其中G为重建等级制度参数，比较适应度区间大小，重新建立鸡群的等级制度，将鸡群分成数个子鸡群，并确定好每个子鸡群的唯一公鸡，还有母鸡，以及妈妈母鸡和相应的小鸡；步骤303：给定电压和相角初始区间，利用区间牛顿法求解区间潮流方程(2)，得到收敛的电压幅值和相角区间后，计算鸡群每个个体适应度区间，确定初始个体的pbest和gbest；步骤304：对每只鸡个体，将其适应度区间与所经历过最好的位置进行比较，如果更好，则用当前位置更新个体最好位置，并作为该鸡个体最优区间pbest；步骤305：对每个子鸡群的公鸡，将其适应度区间与gbest进行比较，如果更好，则用该公鸡的位置更新全局最好位置，并作为鸡群最优区间gbest；步骤306：按下列方法分别更新公鸡，母鸡，小鸡位置：公鸡位置更新方法，为了保证得到全局最优解，首先按公式(9)-(10)生成公鸡新的位置：式中：为公鸡i的第k次迭代后的位置，t为所有公鸡中除去公鸡i后的个体；分别为公鸡i，t对应适应度区间，σ2为中间变量；其次，若则接受该新位置否则，按公式(11)选择是否接受该新位置；式中：T为模拟退火温度；lamda为衰减系数；kB为玻尔兹曼常数；为公鸡i位置更新后的适应度区间；为公鸡i位置更新前的适应度区间，s为在0～1之间产生的随机数，pT表示为选择更新当前位置的概率；母鸡位置更新方法，按公式(12)-(14)进行更新：式中：r1为第i只母鸡所在子鸡群的公鸡；r2为整个鸡群中公鸡和母鸡中随机选取的任意个体且r1≠r2；rand为[0,1]的随机数；分别为鸡个体i,r1,r2对应适应度区间，L1、L2为母鸡位置更新因子；小鸡位置更新方法，按公式(15)进行更新：其中，w按公式(16)确定式中：为鸡个体i,r对应适应度区间；r为小鸡所在子鸡群公鸡；m为小鸡对应的妈妈母鸡；w为惯性系数；u为随机权重值，umax取0.7,umin取0.4；FM为[0,2]的随机数。步骤307：判断是否达到最大迭代次数；是，则转步骤308；否，则令迭代计数器k＝k+1，进入步骤302；步骤308：输出最优解，结束。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了区间无功优化模型，以及利用基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法，对所述区间无功优化模型求解，算例分析表明，本专利技术可以对考虑分布式电源出力不确定性的配电网无功优化得到较好的优化效果，而且收敛速度较乐观，对比发现，采用本专利技术的方法得到的目标函数是一个较为合理的区间，且包含了确定性优化的结果，具有良好的工程应用前景。具体实施方式下面对实施例作详细说明。本专利技术实施例的基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法：步骤1、提供区间无功优化模型。目标函数：式中：n为节点个数，分别为节点i、j的电压区间值；Gij，Bij分别为节点i、j间的电导值和电纳值；为节点i、j的相角差区间值；为节点i处电压期望值；Uimin、Uimax分别为节点i处电压上下限值；为考虑无功越限节点j处的无功区间值；Qjmax为考虑无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法，其特征在于，包括：步骤1、建立包括以电网损耗最小化为目标函数、区间潮流方程为等式约束、分布式电源出力和无功补偿容量为不等式约束在内的区间无功优化模型；步骤2、采用区间牛顿法对区间潮流方程进行求解，给定初始电压，扩展变量导数的包含单调性区间得到区间牛顿算子后进行迭代，得到区间潮流方程的电压和相角区间解；步骤3、利用基于模拟退火鸡群算法，对区间无功优化模型求解。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟退火鸡群算法的含分布式电源配电网无功优化方法，其特征在于，包括：步骤1、建立包括以电网损耗最小化为目标函数、区间潮流方程为等式约束、分布式电源出力和无功补偿容量为不等式约束在内的区间无功优化模型；步骤2、采用区间牛顿法对区间潮流方程进行求解，给定初始电压，扩展变量导数的包含单调性区间得到区间牛顿算子后进行迭代，得到区间潮流方程的电压和相角区间解；步骤3、利用基于模拟退火鸡群算法，对区间无功优化模型求解。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述目标函数为：式中：n为节点个数，分别为节点i、j的电压区间值；Gij，Bij分别为节点i、j间的电导值和电纳值；为节点i、j的相角差区间值；为节点i处电压期望值；Uimin、Uimax分别为节点i处电压上下限值；为考虑无功越限节点j处的无功区间值；Qjmax为考虑无功越限节点j处最大允许无功值；μ1,μ2为越限惩罚因子。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述等式约束为：式中：ΔPi为节点i处有功功率变化值，ΔQi为节点i处无功功率变化值，为节点i处发电机组有功功率和无功功率出力区间；为节点i处分布式电源有功功率和无功功率出力区间；为节点i处有功负荷和无功负荷波动区间；分别为节点i，j的电压区间值；为节点i，j的相角差区间值。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述不等式约束为：式中：PDi、QDi分别为分布式电源的有功功率出力、无功功率出力；PDimin、PDimax分别为分布式电源有功功率出力上下限值；QDimin、QDimax分别为分布式电源无功功率出力上下限值；QCi为无功补偿容量；QCimin、QCimax为无功补偿容量上下限值；Tk为有载调压变压器分接头档位；Tkmin、Tkmax为有载调压变压器分接头档位上下限值；Ui为节点i处电压；Uimin、Uimax为节点i处电压上下限值。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤2包括：将式子(2)表示为：h(x)＝0(4)，同时记区间中点值记号为mid(*)，其中*代表一个区间数，给定初始电压，相角区间为：式中：为电压幅值区间，Umin、Umax为电压幅值上限和下限；为电压相角区间，θmin、θmax为电压相角上限和下限；记中间变量y＝mid(X)，表示区间变量X的中点值；方程组(5)中的关于电压幅值U、电压相角θ的导数的包含单调性区间扩展为：

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，王金丽，吕军，刘日亮，刘楠，陈艳波，段祥骏，王利，宋祺鹏，方恒福，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网江西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11