一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法技术

本发明专利技术提供了一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，包括如下步骤：建立包含个负载以及条母线的配电网，令电网中的每条母线上都配备DVR；根据DVR简化模型获取每条母线上的DVR的输出功率与各线路的电压降；建立配电网的优化模型，确定配电网的优化模型的输入参数、目标函数和约束条件；采用基于改进型的单纯形法与萤火虫算法，对DVR的优化模型的输入参数进行优化，获取最优的输入参数，使配电网中所有DVR的容量最小。本方案通过合理配置使DVR的容量最小，建立相应的优化模型，构建目标函数以及约束条件通过优化算法使其达到最优的效果。其达到最优的效果。其达到最优的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法


[0001]本专利技术涉及电压暂降治理设备
，尤其涉及一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法。

技术介绍

[0002]随着国民经济的快速发展，用户端电力设备种类、数量不断增加，电网侧出现电压跌落、波动闪变等事件的概率也逐渐上升，导致许多敏感性电气设备不能正常工作，对用户端也造成了巨大的经济损失。引起终端用户电能质量问题最主要的原因就是电压跌落和短时间中断，其中以电压跌落最为突出。IEEE将电压暂降定义为供电系统中某连接点电压的均方根值，突然快速下降到0.1~0.9倍额定电压，且持续0.5个周波至1分钟后恢复正常的短时扰动现象,线路中短路故障、雷击、开关操作、变压器或电容器投切、大功率感应电机等事件都有可能造成电压暂降。电压暂降会引起设备停机、生产中断，甚至人身伤亡，给电力用户造成巨大的经济损失和安全风险。
[0003]动态电压恢复器DVR (Dynamic Voltage Restorer)是治理电压暂降的有效手段之一。治理效果取决于DVR的安装位置和容量，无序安装不但无法达到预期的治理效果，还好带来较大的维护工作量。CN112039082A的中国专利申请公开了一种基于损耗最小的配电网电压调节设备优化配置方法及系统，该方案是基于损耗最小的目标，根据视在容量对电压调节设备选型，获取各电压不合格节点的节点损耗变化值，调节电压到额定电压，直到所有节点的电压合格。但是该方案是基于损耗最小而不是容量最小的目标来对DVR选型，当负载具有多条母线并具有多样的电压需求时，则不一定适用，容易造成DVR设备的容量浪费，仍然会增大DVR消耗的资源。因此，有必要针对配电网使用多台DVR设备情况，基于配电网的拓扑结构和DVR设备的容量进行优化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种针对电网需求的DVR的容量作为优化目标的、多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，包括如下步骤：建立包含个负载以及条母线的配电网，令电网中的每条母线上都配备DVR；根据DVR简化模型获取每条母线上的DVR的输出功率与各线路的电压降；建立配电网的优化模型，确定配电网的优化模型的输入参数、目标函数和约束条件；采用基于改进型的单纯形法与萤火虫算法，对DVR的优化模型的输入参数进行优化，获取最优的输入参数，使配电网中所有DVR的容量最小。
[0006]在以上技术方案的基础上，优选的，所述建立包含个负载以及条母线的配电网，是配置条独立母线，将电源与母线之间，以及相邻的母线之间划为一个线路，线路总
数为，在每条线路上对应配置负载和一个DVR。
[0007]优选的，所述根据DVR简化模型获取每条母线上的DVR的输出功率与各线路的电压降，是将DVR等效为与电网电压相位相同、幅值为负载电压期望值与电网电压之差的受控电压源。
[0008]优选的，所述建立配电网的优化模型，是分别获取各母线上的等效电阻与电抗、负载功率、电网电压额定值、功率因数与最大跌落比的取值，以各母线上的等效电阻与电抗、负载功率、电网电压额定值、功率因数与最大跌落比的取值作为DVR的配电网的优化模型的输入参数；令每个母线上的DVR的同相位补偿电压为，其中；令流过每个DVR的电流为；对于配电网中各DVR的补偿容量为，则目标函数为配电网中全部DVR的最小总容量。
[0009]优选的，所述配电网的优化模型的约束条件，是分别包括负载约束、母线电压约束和回路约束；其中：负载约束是令含有个负载和条母线的配电网，电源暂降后的电压为与DVR的同相位补偿电压的相位相同，电源骤升后的电压为与DVR的同相位补偿电压的相位相反，只进行幅值补偿，使得每一个负载的工作电压保持在工作电压区间即，其中，，为负载的工作电压的下限，为负载的工作电压的上限，为发生电压暂降后的电网侧残余电压，为补偿电压；母线电压约束，是对配电网而言，满足，，其中为母线上的电压，；为上一级母线上的电压；为母线电压下限，为该母线上所有负载的工作电压的下限最大值；为母线电压上限，为该母线上所有负载的工作电压上限最小值；为母线与之间的电压差；每个线路均满足KVL和KCL，各线路的电流分别流向当前线路上的负载与下一级母线，配电网的所有线路的电压矢量均满足如下关系：。
[0010]优选的，所述采用基于改进型的单纯形法与萤火虫算法，对DVR的优化模型的输入参数进行优化，包括如下步骤：第一步：设置并初始化萤火虫算法的参数，包括萤火虫数目、移动步长因子、随机步长因子、介质吸收因子、吸引因子和最大迭代次数N；第二步：随机初始化个萤火虫的空间位置S，；萤火虫的吸引度的大小与其亮度大小成正比，亮度由目标函数决定；令萤火虫在空间位置S的亮度与其目标函数的关系为，为目标函数；再计算各自的目标值作为萤火虫的最大亮度；第三步：计算各萤火虫之间的相对亮度，根据相对亮度的大小确定萤火
虫的移动方向；第四步：对萤火虫的位置进行更新，随机扰动处在最好位置的萤火虫；第五步：根据单纯形法来更新处在非最好位置的萤火虫，重新计算位置更新后的萤火虫的亮度；第六步：判断t时刻是否满足结束条件，如是，则跳转至第七步；否则在t+1时刻跳转到第三步，进行下一次搜索；第七步：输出最优位置和最优解。
[0011]优选的，所述第四步对萤火虫的位置进行更新，随机扰动处在最好位置的萤火虫，是获得各萤火虫的最大亮度，计算萤火虫的相对亮度，相对亮度的计算公式为，其中为萤火虫相对其欧式距离为0处的亮度，为自然对数的底，上标为两个不同的萤火虫h与j之间的欧式距离，；萤火虫的行为：，其中，和分别为萤火虫h与j的空间位置，为萤火虫h进行随机扰动后的更新的位置，为吸引因子，为萤火虫h在空间位置的相对亮度，为萤火虫j在空间位置的相对亮度，rand为区间[0，1]上服从均与分布的随机因子。
[0012]优选的，所述第五步根据单纯形法来更新处在非最好位置的萤火虫，重新计算位置更新后的萤火虫的亮度，是包括如下步骤：令初始顶点为，顶点的个数为=8，计算所有初始点的目标函数值，单纯形的重心为；计算所有搜索点的目标函数值，找到最优点W1，选取次优点W2，，，t为缩放因子，令对应的目标函数值f(W1)和f(W2)；令最优点W1和次优点W2的中心位置为W4，W4=（W1+W2）/2；并随机找出若干各非最优萤火虫位置和非次优萤火虫位置，取其中一个为W3，其目标函数值记为f(W3)，对W3执行反射操作得到反射点W5，W5=W4+μ（W4
‑
W3），μ为反射系数；如果反射点的目标函数值f(W5)>f(W1)，说明反射方向正确，继续执行扩张操作得到扩张点W6，W6=W4+λ（W5
‑
W4），λ为扩张系数；如果扩张点的目标函数值f(W6)>f(W1)，则用扩张点W6取代W3，如果扩张点的目标函数值f(W6)<f(W1)，则用反射点W5取代W本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，其特征在于，包括如下步骤：建立包含个负载以及条母线的配电网，令电网中的每条母线上都配备DVR；根据DVR简化模型获取每条母线上的DVR的输出功率与各线路的电压降；建立配电网的优化模型，确定配电网的优化模型的输入参数、目标函数和约束条件；采用基于改进型的单纯形法与萤火虫算法，对DVR的优化模型的输入参数进行优化，获取最优的输入参数，使配电网中所有DVR的容量最小。2.根据权利要求1所述的一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，其特征在于，所述建立包含个负载以及条母线的配电网，是配置条独立母线，将电源与母线之间，以及相邻的母线之间划为一个线路，线路总数为，在每条线路上对应配置负载和一个DVR。3.根据权利要求2所述的一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，其特征在于，所述根据DVR简化模型获取每条母线上的DVR的输出功率与各线路的电压降，是将DVR等效为与电网电压相位相同、幅值为负载电压期望值与电网电压之差的受控电压源。4.根据权利要求2所述的一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，其特征在于，所述建立配电网的优化模型，是分别获取各母线上的等效电阻与电抗、负载功率、电网电压额定值、功率因数与最大跌落比的取值，以各母线上的等效电阻与电抗、负载功率、电网电压额定值、功率因数与最大跌落比的取值作为DVR的配电网的优化模型的输入参数；令每个母线上的DVR的同相位补偿电压为，其中；令流过每个DVR的电流为；对于配电网中各DVR的补偿容量为，则目标函数为配电网中全部DVR的最小总容量。5.根据权利要求4所述的一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，其特征在于，所述配电网的优化模型的约束条件，是分别包括负载约束、母线电压约束和回路约束；其中：负载约束是令含有个负载和条母线的配电网，电源暂降后的电压为与DVR的同相位补偿电压的相位相同，电源骤升后的电压为与DVR的同相位补偿电压的相位相反，只进行幅值补偿，使得每一个负载的工作电压保持在工作电压区间即，其中，，为负载的工作电压的下限，为负载的工作电压的上限，为发生电压暂降后的电网侧残余电压，为补偿电压；母线电压约束，是对配电网而言，满足，，其中为母线上的电压，；为上一级母线上的电压；为母线
电压下限，为该母线上所有负载的工作电压的下限最大值；为母线电压上限，为该母线上所有负载的工作电压上限最小值；为母线与之间的电压差；每个线路均满足KVL和KCL，各线路的电流分别流向当前线路上的负载与下一级母线，配电网的所有线路的电压矢量均满足如下关系：。6.根据权利要求4所述的一种多台串联设备在配电网中的协调控制与优化配置方法，其特征在于，所述采用基于改进型的单纯形法与萤火虫算法，对DVR的优化模型的输入参数进行优化，包括如下步骤：第一步：设置并初始化萤火虫算法的参数，包括萤火虫数目、移动步长因子、随机步长因子、介质吸收因子、吸引因子和最大迭代次数N；第二步：随机初始化个萤火虫的空间位置S，；萤火虫的吸引度的大小与其亮度大小成正比，亮度由目标函数决定；令萤火虫在空间位置S的亮度与其目标函数的关系为，为目标函数；再计算各自的目标值作为萤火虫的最大亮度；第三步：计算各...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，朱晋，王红树，李建威，肖峥，刘单华，李薛剑，蒋卓宇，熊为军，秦雅岚，魏纯晓，贺兴，罗杰，侯婷婷，侯慧，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：