基于改进粒子群算法的配电网扩展规划研究.pdf
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1、2023年9月计算机应用文摘第39 卷第17 期基于改进粒子群算法的配电网扩展规划研究安颖坤(国网湖北省电力有限公司恩施供电公司,湖北恩施4450 0 0)摘要:传统方法在配电网扩展规划中应用效果不佳,不仅扩展投资成本比较高,而且扩展后配电网节点电压波动比较大,无法实现预期的扩展效果,因此提出基于改进粒子群算法的配电网扩展规划研究。以扩展投资成本最小、配电网净负荷量最小为目标建立双层目标函数,将2 个目标函数进行整合并建立配电网扩展规划模型,对配电网电压与潮流约束设定约束条件,利用改进后的粒子群算法对规划模型求解,输出最优规划策略,以完成基于改进粒子群算法的配电网扩展规划。实验证明,该设计方法
2、扩展投资成本比较小,节点电压标么值接近1,电压波动比较小,扩展方案经济性与稳定性良好。关键词:改进粒子群算法;配电网;扩展规划;投资成本;净负荷量AN Yingkun中图法分类号:TM727Research on distribution network expansion planning based on(Enshi Power Supply Company of State Grid Hubei Electric Power Co.,Ltd.,Enshi,Hubei 445000,China)Abstract:The traditional method is not effective
3、 in distribution network expansion planning,not onlythe expansion investment cost is relatively high,but also the voltage fluctuation of distributionnetwork nodes after expansion is relatively large,which cannot achieve the expected expansion effect.Therefore,a distribution network expansion plannin
4、g based on improved particle swarm optimizationis proposed research.The two objective functions are integrated and the distribution networkexpansion planning model is established.Constraints are set on the voltage and power flowconstraints of the distribution network.The improved particle swarm algo
5、rithm solves the planningmodel and outputs the optimal planning strategy to complete the distribution network expansionplanning based on the improved particle swarm algorithm.Experiments show that the expansioninvestment cost of this design method is relatively small,the node voltage scale value is
6、close to 1,the voltage fluctuation is relatively small,and the expansion scheme has good economy and stability.Key words:improved particle swarm algorithm,distribution network,expansion planning,investmentcost,net load1引言配电网是电力系统中非常关键的组成部分,位于电力系统的末端,主要功能是为用户配电,根据用户需求对电能进行分配,能够保障电能可靠供能。随着用电需求的不断增加,配电
7、网负荷不断增长,配电网电压会出现随机性、剧烈性波动,导致配电网供电不稳定,严重影响用户用电质量。在此背景下,为了满足用户用电需求,需要对配电网进行扩展,增加配电网配电线路。配电网线路扩展需要考虑多方面因素,根据实际情况和需求对其进行规划。由于国内关于配电网扩展规划研究起步比较晚,相关理论还不够完善与成熟,虽然近年来配电网扩展问题受到研究领域文献标识码:Aimproved particle swarm algorithm的高度重视与关注,相关学者与专家对其开展了一系列研究,提出了一些方法和思路,但目前尚处于初步探索阶段,现行方法在实际工程中应用效果不佳,对电气设备利用率较低,扩展投资存在较大的风
8、险,扩展投资成本较高,而且扩展后配电网节点电压波动与电压标幺值上下波动也比较大,实际电压与基准电压存在较大的差距,传统方法规划方案在电网经济性与稳定性方面都无法达到预期的效果,为此提出基于改进粒子群算法的配电网扩展规划研究。2建立配电网扩展规划模型配电网扩展规划问题实际为目标优化问题,故根据配电网扩展需求,建立目标函数,实现对配电网扩114展规划模型的建立,为了保证建立规划模型的适用性,提出如下假设。假设1:配电网扩展规划必须满足用户供电需求;假设2:规划方案需要接受分布式电源并网;假设3:规划方案必须综合考虑配电网中的不确定性与灵活性要素。结合以上假设条件,以综合投资成本最小、配电网净负荷量
9、最小为目标,建立双层目标函数 1。综合投资成本为配电网扩展过程中产生的费用与网损费用的总和,假设配电网扩展过程中需要更换的电气设备数量为n,需要加装的电气设备数量为m,配电网变压器与电缆使用年限均为k,则配电网扩展过程中产生的费用计算公式为:Yri=hZ Cur+hEChin=1式中,Y,表示配电网规划过程中产生的费用;表示更换电气设备的固定投资平均费用系数,通常情况下该系数取值为0.1;Cur表示更换第n台电气设备的费用;表示加装电气设备的固定投资平均费用系数,通常情况下该系数取值为0.15;C,表示加装第m台电气设备的费用 2 。假设配电网所有导线数量为p,一年内典型日的天数为p,根据配电
10、网潮流情况,对配电网的线损成本进行计算,其用公式表示为:Y,=F.ZL.ZAW式中,Y,表示配电网扩展造成的导线损失费用F表示单位电价 3。W表示第L个典型日配电网有功损耗,配电网有功损耗W计算公式为:W=P.Q式中,I表示第L个典型日配电网的电流;Q表示配电网导线的电阻值 4。根据以上分析,建立综合投资最小成本目标函数为:minY=%iYr;+y2Yry式中,minY表示配电网扩展最小投资成本;为配电网扩展过程中产生的费用的权重系数;2 表示配电网损失费用的权重系数 5。其次以配电网净负荷量最小为目标,建立目标函数为:minP=Z B,t=1式中,minP表示扩展后配电网净负荷总量最小值;B
11、,表示t时刻配电网节点的净负荷 6 。将以上2 个目标函数整合为1个综合目标函数,则建立的配电网扩展规划模型用公式表示为:minf()=minY+minPsth0le=0式中,minf(x)表示配电网扩展规划综合优化目标函计算机应用文摘数;h表示配电网扩展规划要满足的不等式约束;e表示配电网扩展规划要满足的等式约束。3配电网扩展规划约束上文建立的规划目标函数需要满足不等式约束与等式约束条件,根据配电网扩展规划需求建立不等式约束条件与等式约束条件。规划后的配电网电压约束用公式表示为:UminUUmmax式中,U表示规划后配电网节点电压值;Umin,U mx 分别表示规划后配电网节点电压最小值与最
12、大值 7 。其次配电网需要满足潮流约束,其用公式表示为:S-Te=ZS.a+S.101(1)t=1m=1式中,S表示配电网从一节点流向另一节点的有功功率;r表示配电网配电线路上的电阻值;8 表示配电网配电线路上的电流幅值;St,u表示配电网从一节点流向另一节点的无功功率;Sw表示配电网节点的无功注人功率 8 。利用以上建立的不等式约束条件与等式约束条件对配电网扩展规划进行约束。4基于改进粒子群算法的最优规划策略计算(2)若要利用上文建立的模型实现配电网扩展规划,则需要根据约束条件对模型中的目标函数进行求解。目标函数存在众多个可能解,假设可能解数量为N个,建立目标函数解集为X,需要从解集X中寻找
13、出(3)与规划目标最为接近的解,该解对应的规划策略为最优规划策略。根据规划需求,此次采用粒子群算法对目标函数求解。粒子群算法运算过程为鸟类在特定的场景中对食物搜索,将每一个可能解拟作为一个鸟(4)类个体,搜索食物到的最远距离与最优值。距离最近的鸟类个体为最优解,其计算过程如下:首先对算法参数进行初始化。根据实际情况设定算法迭代次数,将目标函数解集X中的可能解映射到二维空间中,生成鸟类个体搜索场景,并生成粒子群。鸟类个体的搜索过程为动态移动过程,因此需要(5)对个体速度和位置进行更新 9。传统粒子群算法在鸟类个体位置与速度更新方面没有考虑到鸟类个体的惯性因素,在算法运算过程中可能会出现局部最优,
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