一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法技术

本发明专利技术公开一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法，步骤为：以网损最小和电容器投切代价最低为目标函数，建立配电网的动态无功优化数学模型；获取配电网系统的节点数据；在约束范围内初始化天牛的位置x0，设置变步长参数eta，最大迭代次数N和补偿装置动作代价；随机化天牛左、右须的方向建立天牛左、右须的位置x

【技术实现步骤摘要】
一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法


[0001]本专利技术涉及电力系统无功控制技术，具体为一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，配电网的结构日益复杂，用户对电能质量的要求也越来越高。无功优化不仅能有效的降低网损，节约运行成本，还能提高电压质量，使配电网更可靠、安全的运行。
[0003]配电网的无功优化属于最优潮流的一部分，它指的是通过优化无功控制设备的调节方式，使系统运行过程中的一些指标达到最优。这种传统的优化方法由于只考虑一个固定时间下的系统参数，通常称为静态无功优化，而动态无功优化，指的是给定一天内的节点负荷变化情况，综合考虑控制设备的动作方式，优化系统的性能指标。
[0004]由于动态无功优化问题具有复杂的约束耦合性，难以直接进行处理，所以通常先将其简化为各个时段的静态无功优化问题，再用静态无功优化方法解决，最终达到动态无功优化的目的。在静态无功优化问题中，对于目标函数的选取，从系统经济性角度出发，通常以网损最小或补偿设备动作代价最低为目标函数。从系统安全性考虑，通常以电压偏移量最低为目标函数。对于求解方法，传统方法一般包括线性规划法、非线性规划法、动态规划法等。传统方法的求解效果通常依赖于目标函数的性质，如线性和非线性、凸性和非凸性等，通常目标函数的性质越复杂，求解的效果就越差，所以这类方法在配电网无功优化中是难以实施的。而出现的启发式搜索方法虽然不依赖于目标函数的性质和梯度信息，但是其中的大多数都存在计算量大、过程复杂以及寻优精度不高等问题，不适用于配电网运行过程中的实时调节。

技术实现思路

[0005]为了有效的解决配电网在实际运行中的动态无功优化问题，本专利技术提出一种计算量小、过程简单适用于配电网运行过程中实时调节的基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法，包括以下步骤：
[0008]1)首先，考虑一天内的节点负荷变化情况，从配电网运行的经济性角度出发，以网损最小和电容器投切代价最低为目标函数，建立配电网的动态无功优化数学模型；
[0009]2)获取配电网系统的节点数据，选取无功补偿装置放置的节点位置，设置控制变量的个数及取值范围；
[0010]3)初始化参数：在约束范围内初始化天牛的位置x0，即无功补偿量的初始值，并设置变步长参数eta，最大迭代次数N和补偿装置动作代价；
[0011]4)随机化天牛左、右须的方向建立天牛左、右须的位置x
l
、x
r
；
[0012]5)对控制变量进行调整，修正越界的状态变量，即约束天牛须的位置更新范围；
[0013]6)天牛须的气味强度计算：根据天牛左、右须的方向和修正后的位置x，分别对左、右须方向下天牛位置进行潮流计算，计算网损和补偿装置动作代价，得到天牛当前的最优位置x
′
opt
；
[0014]7)进行变步长调整；
[0015]8)终止条件判断：若天牛须算法达到最大迭代次数N，则执行步骤9)，若不满足，则回到步骤4)；
[0016]9)停止迭代，输出最终的最优无功补偿量x
opt
和最优值f
opt
。
[0017]步骤1)中配电网动态无功优化数学模型的建立，包括：
[0018]101)选取以网损最小、电容器投切代价最低的目标函数：
[0019][0020]其中f为目标函数，ΔP
tloss
为t时段的有功网损，C
S
为补偿装置投切开关的调节代价，n
Q
为无功补偿节点个数，Δu
cj
为t时段第j个补偿节点的补偿装置动作次数，N
T
＝0,1,2,...,23；
[0021]102)潮流计算方程：
[0022][0023]其中N为配电网节点总数，P
ti
、Q
ti
分别为t时段注入节点的有功和无功功率，U
ti
、U
tj
分别为t时段节点i和j的节点电压，G
ij
、B
ij
分别为支路电导和电纳，δ
ij
为节点i和j之间的电压相位差。
[0024]步骤2)中获取配电网系统的节点数据，设置控制变量的个数及取值范围：
[0025][0026]其中U
timax
、U
timin
分别为节点i在t时段允许的电压幅值波动上、下限，Q
gitmax
、Q
gitmin
分别在t时段无功补偿装置发出的无功功率上、下限。
[0027]步骤3)中初始化参数：在约束范围内初始化天牛的位置x0，即无功补偿量的初始值，并设置变步长参数eta、最大迭代次数N。
[0028]步骤4)中随机化天牛须的方向，建立天牛须的位置；
[0029]随机化天牛须的方向：
[0030][0031]建立天牛须的位置：
[0032][0033]其中为天牛须的方向，rand为随机化函数，k表示解决问题的维度，d0为两须之间的距离，x
l
、x
r
分别为左、右须的位置。
[0034]步骤5)中约束天牛位置更新的范围；
[0035]天牛须的位置表示无功补偿量Q，在更新后需要满足步骤2)中给出的无功约束范围条件。
[0036]步骤6)中天牛须气味强度的计算，根据天牛左、右须的方向和修正后的位置x，分别对左、右须方向下天牛位置进行潮流计算，公式为步骤102)中的计算方程，计算网损和电容器投切代价即目标函数f，得到天牛当前的最优位置：
[0037][0038]其中step为步长，为天牛须的方向，sign为符号函数，f(x
l
)、f(x
r
)分别为天牛左、右须的气味强度。
[0039]步骤7)中变步长调整为：
[0040]step＝step*eta
[0041]其中eta在0～1之间，接近1。
[0042]步骤8)中终止条件判断：若天牛须算法达到最大迭代次数N，则执行步骤9)；若不满足，则回到步骤4)，继续向后依次执行，直至达到最大迭代次数条件；
[0043]步骤9)中停止迭代，输出最终的最优解x
opt
和最优值f
opt
，其中最优解即为最优的无功补偿量，最优值为系统运行的最小代价，也就是网损和补偿装置动作代价。
[0044]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0045]1.本专利技术提出了一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法，其中引入的变步长策略有效的提高了原始天牛须算法的寻优精度，并且与传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)首先，考虑一天内的节点负荷变化情况，从配电网运行的经济性角度出发，以网损最小和电容器投切代价最低为目标函数，建立配电网的动态无功优化数学模型；2)获取配电网系统的节点数据，选取无功补偿装置放置的节点位置，设置控制变量的个数及取值范围；3)初始化参数：在约束范围内初始化天牛的位置x0，即无功补偿量的初始值，并设置变步长参数eta，最大迭代次数N和补偿装置动作代价；4)随机化天牛左、右须的方向建立天牛左、右须的位置x
l
、x
r
；5)对控制变量进行调整，修正越界的状态变量，即约束天牛须的位置更新范围；6)天牛须的气味强度计算：根据天牛左、右须的方向和修正后的位置x，分别对左、右须方向下天牛位置进行潮流计算，计算网损和补偿装置动作代价，得到天牛当前的最优位置x
′
opt
；7)进行变步长调整；8)终止条件判断：若天牛须算法达到最大迭代次数N，则执行步骤9)，若不满足，则回到步骤4)；9)停止迭代，输出最终的最优无功补偿量x
opt
和最优值f
opt
。2.根据权利要求1所述的变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法，其特征在于步骤1)中配电网动态无功优化数学模型的建立，包括：101)选取以网损最小、电容器投切代价最低的目标函数：其中f为目标函数，ΔP
tloss
为t时段的有功网损，C
S
为补偿装置投切开关的调节代价，n
Q
为无功补偿节点个数，Δu
cj
为t时段第j个补偿节点的补偿装置动作次数，N
T
＝0,1,2,...,23；102)潮流计算方程：其中N为配电网节点总数，P
ti
、Q
ti
分别为t时段注入节点的有功和无功功率，U
ti
、U
tj
分别为t时段节点i和j的节点电压，G
ij
、B
ij
分别为支路电导和电纳，δ
ij
为节点i和j之间的电压相位差。3.根据权利要求1所述的变步长天牛须算法的配电网动态无功优化方法，其特征在于步骤2)中获取配电网系统的节点数据，设置控制变量的个数及取值范...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄川，薛思萌，钟栗广，蒋和军，白挺玮，闫春生，张幼明，许小鹏，王畅，杨璐羽，王达，徐嘉欣，孙宏伟，张欢，
申请(专利权)人：辽宁电能发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：