劉佳芳,譚 敏,鐘建偉

(湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000)

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基于改進模擬植物生長法的含分布式電源配電網(wǎng)重構(gòu)

劉佳芳,譚 敏,鐘建偉*

(湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000)

將著手于不同類型分布式電源接入配網(wǎng)的等效模型，結(jié)合特定潮流計算處理方案，利用改進的模擬植物生長算法對分布式電源接入配網(wǎng)之后在最優(yōu)流模式下尋求新的生長點，然后確立配網(wǎng)重構(gòu)時的目標(biāo)函數(shù)，并利用此算法對建立的重構(gòu)模型進行配網(wǎng)重構(gòu)，而后對配網(wǎng)的整個節(jié)點進行可行性分析，以確保重構(gòu)的可行性與優(yōu)越性.

分布式電源；配電網(wǎng)；重構(gòu)；前推回代法；模擬植物生長法

當(dāng)配網(wǎng)處于一個“閉環(huán)設(shè)計開環(huán)運行”的網(wǎng)絡(luò)時，在滿足相應(yīng)約束條件的前提之下，通過改變一些開關(guān)狀態(tài)從而達到配網(wǎng)重構(gòu)的目的，可以實現(xiàn)減損和提高電能質(zhì)量的目標(biāo)[1-6].

隨著當(dāng)今社會對能源和電力需求的不斷增加，環(huán)境污染和能源匱乏的形勢也變的日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的集中式發(fā)電已經(jīng)不能滿足其要求[7-10].與此同時分布式發(fā)電具有集中式發(fā)電所不具有的一系列優(yōu)點.比如說建設(shè)周期短、前期投資少、事故范圍小及調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點，很好地適應(yīng)了整個配網(wǎng)大環(huán)境的變化[11-14].

但是當(dāng)分布式電源在接入配網(wǎng)的時候卻存在著很多需要解決的問題.譬如說當(dāng)系統(tǒng)中接入分布式電源之后整個系統(tǒng)的功率將會受到影響[15-17]，而且DG還會造成一些擾動，對故障電流以及系統(tǒng)的保護也會產(chǎn)生一些影響.但對配網(wǎng)進行重構(gòu)卻能有效的解決DG所帶來的一系列問題[18-20].故為了能充分發(fā)揮DG在配網(wǎng)中的作用，研究含有DG接入的配網(wǎng)重構(gòu)也是一個很具備理論價值和社會價值的課題.

1 含DG的潮流計算

1.1 P、Q恒定DG模型

該DG模型中，功率反向，對此類DG在潮流計算中，可以視其為負(fù)的負(fù)荷.潮流計算的模型為：

(1)

式中：Ps、Qs分別為DG的有功功率和無功功率.

1.2 P、V恒定DG模型

該DG模型中，P、V是恒定的.潮流計算的模型為：

(2)

式中，Vs、Ps分別為DG的電壓和有功功率.但前推回代的節(jié)點模型要求為PQ，故需對此類DG進行相應(yīng)處理，(利用節(jié)點電壓偏差處理)即：

(3)

式中：t、f(ΔUt)分別為迭代次數(shù)和無功功率修正值.

為了避免經(jīng)修正的無功功率超出要求范疇，可將上述修正方程作如下修改：

(4)

1.3 P、I恒定DG模型

該DG電源中，P、I是恒定的.潮流計算的模型為：

(5)

式中：Ps、Is分別為DG的有功功率和電流.為滿足模型要求，將模型作如下處理：

(6)

式中：t、Ut分別為迭代次數(shù)和第t次迭代電壓的幅值.

1.4 P不變、Q=f(V)分布式電源模型

潮流計算的模型為：

(7)

2 潮流計算的流程

1)系統(tǒng)初始化，并形成n×5的DG節(jié)點電抗矩陣，設(shè)定最大迭代次數(shù)Nmax；

2)DG設(shè)定且修正節(jié)點負(fù)荷；

3)支路潮流前推計算；

4)節(jié)點電壓回代計算；

6)輸出結(jié)果.

3 改進算法下的配網(wǎng)重構(gòu)

將配網(wǎng)中一個環(huán)路作為一個搜索區(qū)域并將模擬植物生長法作為算法核心.此算法中若配網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)開關(guān)較少，那么環(huán)網(wǎng)就較少，搜索區(qū)域就相對少；反之亦反.此外，若關(guān)閉聯(lián)絡(luò)開關(guān)，環(huán)網(wǎng)中便會產(chǎn)生很多支路，那么每次迭代時便會產(chǎn)生大量生長點，從而讓潮流計算的速度變得緩慢，故可用啟發(fā)式交換規(guī)則來減少計算量.

本文采用改進模擬植物生長法與最優(yōu)流相結(jié)合的混合算法，保留兩者之間固有特性確保綜合有效的分析計算能力.

3.1 算法控制變量選擇

目前配網(wǎng)重構(gòu)的常規(guī)做法是以開關(guān)的打開閉合狀態(tài)作為變量因子，通過對其打開閉合狀態(tài)的改變來滿足目標(biāo)函數(shù)對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的要求.

如圖1為9節(jié)點配電弱環(huán)網(wǎng).1為根節(jié)點.圖中不算DG與接入點的支路共有10條支路，每條支路兩個端點潮流流向按從小號端點流向大號端點的原則，以大號為其支路標(biāo)號，虛線為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，其編號隱藏為10、11.

如圖2為輻射性配電網(wǎng)絡(luò)，此時的生長節(jié)點寫成x0=(1011).環(huán)網(wǎng)的開關(guān)即為改進模擬植物生長算法的生長點，其維數(shù)則為此環(huán)網(wǎng)的個數(shù).然后閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)，若閉合10，此時的配網(wǎng)中就構(gòu)成了弱環(huán)，然后根據(jù)最優(yōu)流模式打開最優(yōu)流模式下的支路最小電流支路，若打開為7，那么將得到如圖3所示的新配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，此時將得到一個新生長點x1=(7,11).

圖1 弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)圖 圖2 輻射性配電網(wǎng)絡(luò) 圖3 重構(gòu)后的配電網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Weak ring network diagram Fig.2 Radioactive distribution network Fig.3 The distribution network reconstruction

圖4 算法流程圖Fig.4 Algorithm flow chart

表1 假設(shè)接入配置表Tab.1 Imaging access configuration table

表2 配網(wǎng)重構(gòu)結(jié)果Tab.2 Distribution network reconfiguration results

3.2 算法迭代流程

如圖4所示，其具體方法流程如下.

1)初始化，導(dǎo)入初始數(shù)據(jù)；

2)選取初始基點(樹根)x0.計算初耗f(x0)；

3)重新構(gòu)成單獨環(huán)網(wǎng)，再次潮流計算，根據(jù)計算數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)節(jié)點負(fù)載轉(zhuǎn)為注入電流；

4)由KCL、KVL確定最優(yōu)流模式，打開計算模式下支路最小電流支路開關(guān)，構(gòu)建新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，找尋新生長點x1計算有功損耗f(x1)；

5)收斂判定；

6)若不滿足收斂則計算各個生長點形態(tài)素濃度，重新取基點；

7)然后返回到(3)繼續(xù)，直到滿足收斂條件.

4 算法仿真

如圖5所示，系統(tǒng)共有33個節(jié)點，電源點與平衡點為1；其他32點為負(fù)荷節(jié)點，當(dāng)作PQ節(jié)點來處理.系統(tǒng)32條支路對應(yīng)32個分段開關(guān)并依次編號，虛線表示五個聯(lián)絡(luò)開關(guān)，依次為34、35、36、37、38.

圖5IEEE33節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖

Fig.5IEEE33nodenetworkdiagram

現(xiàn)不妨設(shè)系統(tǒng)接入兩臺分布式電源，按三種方案接入得表1.

結(jié)合上表1中的數(shù)據(jù)與本文所提到的算法可得到如下表2所示重構(gòu)結(jié)果.

由表2可看出方案1中8、10、15、33、38打開，此時網(wǎng)損為135kW；在方案2中8、10、15、33、38打開，此時網(wǎng)損121kW，同比降低10.37%，這可以從某些方面說明分布式電源接入電網(wǎng)之后有效的降低了整個網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗；在方案3中8、11、15、33、38打開，此時網(wǎng)損為100kW，同比1降低了25.93%，同比2降低了17.36%.這也表明不同容量的分布式電源在接入配網(wǎng)之后不會對其重構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果產(chǎn)生影響.

由表3數(shù)據(jù)可得，當(dāng)分布式電源在接入配網(wǎng)的時候，對其接入的節(jié)點電壓能起到支撐作用；且數(shù)據(jù)還表明接入點接入的分布式電源容量與其對接入點電壓的支撐能力是成正比的.

表3 節(jié)點電壓標(biāo)幺值Tab.3 The stondard unitary value of node voltage

5 結(jié)論

文章利用改進的模擬植物生長算法來對配網(wǎng)進行改造重構(gòu)，然后對重構(gòu)后的配網(wǎng)進行仿真實驗，仿真的結(jié)果顯示文章所采用的算法可以很好的適用于配網(wǎng)重構(gòu)的改造中，且根據(jù)分布式電源接入配網(wǎng)之后的重構(gòu)結(jié)果可知，配網(wǎng)中接入分布式電源容量的大小不會對配網(wǎng)的重構(gòu)產(chǎn)生影響，并且分布式電源在接入配網(wǎng)之后可以對接入節(jié)點電壓起到一定的支撐作用，還可以降低接入點的網(wǎng)損

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責(zé)任編輯：時 凌

Distributed Power Distribution Network Reconfiguration Based on Improved Plant Growth Simulation Method

LIU Jiafang，TAN Min，ZHONG Jianwei*

(School of Information and Engineering,Hubei University for Nationalities，Enshi 445000，China)

Based on the equivalent model in which different types of distributed power are integrated into the distribution network,as well as the specific flow calculation processing scheme,we used the improved plant growth simulation algorithm to seek new growing point in the optimal flow mode,and established the objective function when the distribution network is reconfigured.Then we used this algorithm to reconstruct the distribution network for the reconfiguration mode.Finally,we conducted a feasibility analysis of the entire distribution network nodes to ensure the feasibility and superiority of the reconstruction.

distributed power；distribution network；reconfiguration；forward-backward substitution method；plant growth simulation method

2016-10-25.

湖北省自然科學(xué)基金計劃項目(2013CFC125).

劉佳芳(1991- )，女，碩士生，主要從事配電自動化及分布式發(fā)電方面的研究；*

鐘建偉(1972- )，男，教授，主要從事電力電子技術(shù)與分布式發(fā)電的研究.

1008-8423(2016)04-0408-04

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2016.12.011

TM762

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