基于模糊評價的配電網(wǎng)絡多目標優(yōu)化研究.pdf

1、配電網(wǎng)絡是連接輸電網(wǎng)絡和用戶側(cè)的中間環(huán)節(jié)，直接為廣大用戶提供電能，具有電壓等級低、損耗大、自動化程度低等特點。配電網(wǎng)絡的運行工況是否合理，不僅關系到用戶側(cè)電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且直接影響到網(wǎng)絡運行的安全性和經(jīng)濟性。配電網(wǎng)絡的優(yōu)化運行主要包括電壓/無功優(yōu)化和重構(gòu)。電壓/無功優(yōu)化是以變壓器分接頭和并聯(lián)補償電容器為控制變量，通過合理調(diào)整無功潮流的分布，減少無功功率傳輸造成的壓降和網(wǎng)損。配電網(wǎng)絡重構(gòu)以分段開關和聯(lián)絡開關為控制手段，通過合理調(diào)整網(wǎng)絡結(jié)

2、構(gòu)，重新分配各饋線的負荷。由于控制變量均為離散變量，因此配網(wǎng)電壓/無功優(yōu)化和重構(gòu)問題均可表示為含有約束條件的非線性組合優(yōu)化問題，并具有多目標、多極值點、目標函數(shù)和約束條件為非線性方程組、目標函數(shù)難以由控制變量顯式表達等特點。 本文引入了模糊評價、智能搜索和多目標優(yōu)化等理論和方法，針對配電網(wǎng)絡的優(yōu)化運行進行深入研究，具有重要的理論意義和實際意義。取得的創(chuàng)新性成果和主要研究工作如下： 1．基于模糊評價的中低壓配電網(wǎng)絡電壓調(diào)整

3、在我國中低壓配電網(wǎng)絡中廣泛使用的電壓/無功調(diào)節(jié)手段是無載調(diào)壓變壓器和固定補償電容器，其調(diào)整頻率只能達到每年幾次的水平，傳統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)電壓／無功優(yōu)化方法并不適用。 計及調(diào)節(jié)頻率的限制和電壓/無功優(yōu)化問題的多目標性，提出了一種基于模糊評價的中低壓配電網(wǎng)絡電壓多目標優(yōu)化模型和算法。該模型以提高節(jié)點電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)絡損耗為目標，以變壓器分接頭和并聯(lián)補償電容器為控制變量。約束條件包括潮流方程等。優(yōu)化中同時考慮最大、最小兩種運行方式，以計

4、及較長時間段內(nèi)工況變化對節(jié)點電壓的影響。即認為，如果各節(jié)點電壓在極端工況條件下滿足要求，則該周期內(nèi)所有時段的節(jié)點電壓均能保證合格。采用模糊評價將模型轉(zhuǎn)化為單目標優(yōu)化，運用主動禁忌搜索算法求解。首先構(gòu)造模糊隸屬度函數(shù)對各目標的滿意度進行評價，將各目標函數(shù)值折算為該目標的滿意度，使得不同量綱、不同工況的各個目標之間可以相互比較。然后在模糊評價的基礎上，用加權(quán)求和法將多目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為單目標優(yōu)化問題。最后對轉(zhuǎn)化后的單目標優(yōu)化問題采用主動禁忌

5、搜索算法求解。由于引入了反饋機制，主動禁忌搜索算法能夠根據(jù)優(yōu)化的過程對主要參數(shù)進行自適應性的調(diào)整，顯著提高了算法的優(yōu)化效率和適應性。對實際系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果表明，電壓多目標優(yōu)化模型能夠同時考慮節(jié)點電壓和網(wǎng)絡損耗目標，有效計及較長時間段內(nèi)負荷變化對節(jié)點電壓的影響。求解方法可以合理評價不同量綱的目標函數(shù)，并有效求得最優(yōu)解。優(yōu)化后，各工況下的節(jié)點電壓合格率顯著提高，網(wǎng)絡損耗也均有一定程度的降低。 2．計及：DG影響的配網(wǎng)多目標電壓/無功

6、優(yōu)化隨著高效小容量發(fā)電技術(shù)的成熟和社會對環(huán)境保護問題的日益關注，分布在負荷附近的分布式發(fā)電(DG)設備越來越多地接入配電網(wǎng)絡。配電網(wǎng)絡將由單一電源、輻射形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楸椴茧娫春拓摵傻膹碗s網(wǎng)絡，傳統(tǒng)的規(guī)劃、運行等面臨重大變化。DG的功率注入對配電網(wǎng)絡的電壓分布和功率損耗都將造成影響，啟停和出力的變化則可能引起節(jié)點電壓的波動。 針對DG接入后配電網(wǎng)絡運行優(yōu)化問題的特點，提出了一種計及DG的配電網(wǎng)絡多目標電壓/無功優(yōu)化模型和算法。該模型

7、以提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗和抑制電壓波動等為目標，以變壓器分接頭和并聯(lián)補償電容器等為控制手段，適應DG接入造成的影響。采用基于模糊評價的主動禁忌搜索算法求解多目標優(yōu)化模型。為便于反映"電壓合格"和"電壓偏差最小"兩者重要性的差別，分別構(gòu)造"電壓合格"和"電壓偏差"兩個不同參數(shù)的隸屬度函數(shù)分別對節(jié)點電壓進行評價。根據(jù)各目標兩兩之間的相對重要性構(gòu)建判斷矩陣，采用判斷矩陣法確定各目標的權(quán)重值。在目標函數(shù)增多的情況下，利用該方法可以保證權(quán)重系

8、數(shù)的合理性和一致性，提高了優(yōu)化求解方法的適應性。算例系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果表明，該方法能夠充分考慮DG接入對配電網(wǎng)絡電壓/無功優(yōu)化可能造成的影響，求解過程中可以兼顧各個目標，在保證電壓合格的基礎上，有效提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗、抑制電壓波動。 3．配網(wǎng)重構(gòu)及綜合優(yōu)化配電網(wǎng)絡重構(gòu)屬于帶約束的非線性組合優(yōu)化問題，傳統(tǒng)的數(shù)學優(yōu)化方法和啟發(fā)式方法均難以保證獲得全局最優(yōu)解。智能優(yōu)化算法具有逃離局部最優(yōu)解陷阱、搜索得到全局最優(yōu)解的能力。對網(wǎng)絡中分

9、段開關和聯(lián)絡開關的狀態(tài)進行編碼，是利用智能優(yōu)化算法求解重構(gòu)問題的關鍵步驟，編碼方案的優(yōu)劣對優(yōu)化效率和計算結(jié)果有直接的影響。提出了基于環(huán)路分析的配網(wǎng)重構(gòu)問題的十進制編碼方案，即在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)分析的基礎上，對每個聯(lián)絡開關對應環(huán)路中的全部開關依次編號，從而形成編碼。該方案具有簡便易行、物理意義明晰、編碼效率高等優(yōu)點。采用主動禁忌搜索算法求解配網(wǎng)重構(gòu)問題，不同方法的優(yōu)化計算和結(jié)果比較表明，該方法可以以更少的目標函數(shù)計算次數(shù)得到最優(yōu)解，具有更高的

10、搜索效率。在研究配網(wǎng)重構(gòu)問題的基礎上，提出了一種配電網(wǎng)絡綜合優(yōu)化模型，綜合應用電壓/無功調(diào)節(jié)設備和分段、聯(lián)絡開關兩類不同性質(zhì)的控制手段，實現(xiàn)降低網(wǎng)損、提高電壓質(zhì)量和均衡負荷等優(yōu)化目標。利用判斷矩陣法確定各目標的權(quán)重系數(shù)，采用基于模糊評價的主動禁忌搜索算法求解綜合優(yōu)化模型。仿真算例表明，該方法可以利用電壓/無功調(diào)節(jié)手段和分段、聯(lián)絡開關兩類控制手段，并兼顧多個優(yōu)化目標，顯著提高節(jié)點電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗和均衡負荷。 4．配電網(wǎng)絡優(yōu)化

11、運行分析軟件根據(jù)配電系統(tǒng)運行的實際需要，開發(fā)了實用化的配電網(wǎng)絡運行優(yōu)化軟件包。該軟件包具有歷史數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)維護、潮流計算、電壓/無功優(yōu)化、配網(wǎng)重構(gòu)和配電網(wǎng)絡綜合優(yōu)化等功能，可用于配電網(wǎng)絡的優(yōu)化運行分析。開發(fā)過程中，利用標準模板庫提供的基本算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)效率高、可讀性好的高質(zhì)量代碼。采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷霕?gòu)建軟件的體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對應的函數(shù)對軟件功能進行劃分和封裝，可以提高代碼的可復用度，降低系統(tǒng)維護的難度。以智能優(yōu)化