基于模糊評(píng)價(jià)的配電網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)優(yōu)化研究.pdf

1、配電網(wǎng)絡(luò)是連接輸電網(wǎng)絡(luò)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(jí)低、損耗大、自動(dòng)化程度低等特點(diǎn)。配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行工況是否合理，不僅關(guān)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(luò)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化運(yùn)行主要包括電壓/無(wú)功優(yōu)化和重構(gòu)。電壓/無(wú)功優(yōu)化是以變壓器分接頭和并聯(lián)補(bǔ)償電容器為控制變量，通過(guò)合理調(diào)整無(wú)功潮流的分布，減少無(wú)功功率傳輸造成的壓降和網(wǎng)損。配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為控制手段，通過(guò)合理調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)

2、構(gòu)，重新分配各饋線的負(fù)荷。由于控制變量均為離散變量，因此配網(wǎng)電壓/無(wú)功優(yōu)化和重構(gòu)問(wèn)題均可表示為含有約束條件的非線性組合優(yōu)化問(wèn)題，并具有多目標(biāo)、多極值點(diǎn)、目標(biāo)函數(shù)和約束條件為非線性方程組、目標(biāo)函數(shù)難以由控制變量顯式表達(dá)等特點(diǎn)。 本文引入了模糊評(píng)價(jià)、智能搜索和多目標(biāo)優(yōu)化等理論和方法，針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行深入研究，具有重要的理論意義和實(shí)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(píng)價(jià)的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)電壓調(diào)整

3、在我國(guó)中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的電壓/無(wú)功調(diào)節(jié)手段是無(wú)載調(diào)壓變壓器和固定補(bǔ)償電容器，其調(diào)整頻率只能達(dá)到每年幾次的水平，傳統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電壓／無(wú)功優(yōu)化方法并不適用。 計(jì)及調(diào)節(jié)頻率的限制和電壓/無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題的多目標(biāo)性，提出了一種基于模糊評(píng)價(jià)的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)電壓多目標(biāo)優(yōu)化模型和算法。該模型以提高節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)絡(luò)損耗為目標(biāo)，以變壓器分接頭和并聯(lián)補(bǔ)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(shí)考慮最大、最小兩種運(yùn)行方式，以計(jì)

4、及較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)工況變化對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的影響。即認(rèn)為，如果各節(jié)點(diǎn)電壓在極端工況條件下滿足要求，則該周期內(nèi)所有時(shí)段的節(jié)點(diǎn)電壓均能保證合格。采用模糊評(píng)價(jià)將模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化，運(yùn)用主動(dòng)禁忌搜索算法求解。首先構(gòu)造模糊隸屬度函數(shù)對(duì)各目標(biāo)的滿意度進(jìn)行評(píng)價(jià)，將各目標(biāo)函數(shù)值折算為該目標(biāo)的滿意度，使得不同量綱、不同工況的各個(gè)目標(biāo)之間可以相互比較。然后在模糊評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，用加權(quán)求和法將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。最后對(duì)轉(zhuǎn)化后的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題采用主動(dòng)禁忌

5、搜索算法求解。由于引入了反饋機(jī)制，主動(dòng)禁忌搜索算法能夠根據(jù)優(yōu)化的過(guò)程對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)性的調(diào)整，顯著提高了算法的優(yōu)化效率和適應(yīng)性。對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果表明，電壓多目標(biāo)優(yōu)化模型能夠同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)電壓和網(wǎng)絡(luò)損耗目標(biāo)，有效計(jì)及較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷變化對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的影響。求解方法可以合理評(píng)價(jià)不同量綱的目標(biāo)函數(shù)，并有效求得最優(yōu)解。優(yōu)化后，各工況下的節(jié)點(diǎn)電壓合格率顯著提高，網(wǎng)絡(luò)損耗也均有一定程度的降低。 2．計(jì)及：DG影響的配網(wǎng)多目標(biāo)電壓/無(wú)功

6、優(yōu)化隨著高效小容量發(fā)電技術(shù)的成熟和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益關(guān)注，分布在負(fù)荷附近的分布式發(fā)電(DG)設(shè)備越來(lái)越多地接入配電網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)絡(luò)將由單一電源、輻射形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楸椴茧娫春拓?fù)荷的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行等面臨重大變化。DG的功率注入對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)電壓的波動(dòng)。 針對(duì)DG接入后配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題的特點(diǎn)，提出了一種計(jì)及DG的配電網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)電壓/無(wú)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(luò)損耗和抑制電壓波動(dòng)等為目標(biāo)，以變壓器分接頭和并聯(lián)補(bǔ)償電容器等為控制手段，適應(yīng)DG接入造成的影響。采用基于模糊評(píng)價(jià)的主動(dòng)禁忌搜索算法求解多目標(biāo)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(gè)不同參數(shù)的隸屬度函數(shù)分別對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)各目標(biāo)兩兩之間的相對(duì)重要性構(gòu)建判斷矩陣，采用判斷矩陣法確定各目標(biāo)的權(quán)重值。在目標(biāo)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(yīng)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(duì)配電網(wǎng)絡(luò)電壓/無(wú)功優(yōu)化可能造成的影響，求解過(guò)程中可以兼顧各個(gè)目標(biāo)，在保證電壓合格的基礎(chǔ)上，有效提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、抑制電壓波動(dòng)。 3．配網(wǎng)重構(gòu)及綜合優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)屬于帶約束的非線性組合優(yōu)化問(wèn)題，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(duì)網(wǎng)絡(luò)中分

9、段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行編碼，是利用智能優(yōu)化算法求解重構(gòu)問(wèn)題的關(guān)鍵步驟，編碼方案的優(yōu)劣對(duì)優(yōu)化效率和計(jì)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(wèn)題的十進(jìn)制編碼方案，即在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)環(huán)路中的全部開(kāi)關(guān)依次編號(hào)，從而形成編碼。該方案具有簡(jiǎn)便易行、物理意義明晰、編碼效率高等優(yōu)點(diǎn)。采用主動(dòng)禁忌搜索算法求解配網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題，不同方法的優(yōu)化計(jì)算和結(jié)果比較表明，該方法可以以更少的目標(biāo)函數(shù)計(jì)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(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了一種配電網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化模型，綜合應(yīng)用電壓/無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備和分段、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩類不同性質(zhì)的控制手段，實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)損、提高電壓質(zhì)量和均衡負(fù)荷等優(yōu)化目標(biāo)。利用判斷矩陣法確定各目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，采用基于模糊評(píng)價(jià)的主動(dòng)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(wú)功調(diào)節(jié)手段和分段、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩類控制手段，并兼顧多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，顯著提高節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗和均衡負(fù)荷。 4．配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

11、運(yùn)行分析軟件根據(jù)配電系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際需要，開(kāi)發(fā)了實(shí)用化的配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(hù)、潮流計(jì)算、電壓/無(wú)功優(yōu)化、配網(wǎng)重構(gòu)和配電網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化等功能，可用于配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化運(yùn)行分析。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，利用標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)提供的基本算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)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(duì)應(yīng)的函數(shù)對(duì)軟件功能進(jìn)行劃分和封裝，可以提高代碼的可復(fù)用度，降低系統(tǒng)維護(hù)的難度。以智能優(yōu)化