本發(fā)明涉及分布式電源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式電源的選址定容優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，以清潔能源為主分布式發(fā)電技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)展迅速，對(duì)社會(huì)來(lái)說(shuō)，具有節(jié)能減排的積極作用，對(duì)電網(wǎng)而言，對(duì)于緩解用電矛盾有積極意義。從可持續(xù)發(fā)展、國(guó)家能源戰(zhàn)略、降低環(huán)境污染和建設(shè)和諧社會(huì)來(lái)看，發(fā)展分布式電源技術(shù)是我國(guó)的必然選擇。
分布式電源能夠顯著提高負(fù)荷可靠性。在發(fā)生故障時(shí)，能夠迅速形成計(jì)劃孤島，確保重要負(fù)荷的運(yùn)行。
當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行是以可靠性為首要因素的保守運(yùn)行，這種運(yùn)行狀態(tài)使得變壓器無(wú)法經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，造成大量的損耗，分布式電源的接入無(wú)疑可以減少壓力。變壓器可以更多的處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)分布式電源靠近負(fù)荷的特性，降低了電能在線路上的損耗，使線路處在正常工作狀態(tài)。同時(shí)，在高密度負(fù)荷地區(qū)，出現(xiàn)低電壓等電能質(zhì)量較低的情況，分布式電源的接入可以極大的改善電能質(zhì)量，提高可靠性。
目前，關(guān)于孤島的研究，大部分是在分布式電源配置確定的情況下進(jìn)行的，而分布式電源優(yōu)化配置的研究并沒有考慮孤島劃分的影響因素，大部分優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)是從損耗或投資角度出發(fā)的，并沒有考慮分布式電源的可靠性因素。
有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種分布式電源選址定容的優(yōu)化方法，本案由此產(chǎn)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種分布式電源選址定容的優(yōu)化配置方法，以缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)函數(shù)，以提高重要負(fù)荷的可靠性為目的，為分布式電源的選址定容優(yōu)化配置作出依據(jù)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種分布式電源的選址定容方法，其特征在于：
步驟1：據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)模型，依據(jù)分布式電源位置容量配置方案，確定數(shù)學(xué)模型，同時(shí)，依據(jù)故障發(fā)生概率生成故障集，依據(jù)經(jīng)濟(jì)密度生成各個(gè)節(jié)點(diǎn)單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失表；
步驟2：結(jié)合配置信息確定染色體編碼，產(chǎn)生初始種群；對(duì)種群中每個(gè)個(gè)體生成計(jì)劃孤島，從故障集中按照輪盤賭法隨機(jī)抽取生成單點(diǎn)故障，依據(jù)負(fù)荷停運(yùn)時(shí)間對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，結(jié)合單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失表評(píng)估個(gè)體適應(yīng)度；
步驟3：開始遺傳操作，實(shí)行精英策略及自適應(yīng)交叉、變異，提高算法收斂速度，避免局部最優(yōu)；
步驟4：進(jìn)行分布式電源的選址定容。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述網(wǎng)絡(luò)模型要標(biāo)記出負(fù)荷點(diǎn)容量、負(fù)荷等級(jí)、單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失等信息；將分布式電源作為容量已定的發(fā)電機(jī)，不再考慮其功率輸出變化；將負(fù)荷點(diǎn)負(fù)荷量作為定值，負(fù)荷點(diǎn)負(fù)荷量的選取依照典型日的最大負(fù)荷為基準(zhǔn)。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：分布式電源的選址定容優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，其目標(biāo)函數(shù)如下：
式中，el表示缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失，i表示節(jié)點(diǎn)，n表示節(jié)點(diǎn)數(shù)量，ei表示在i節(jié)點(diǎn)單位電能缺供造成的經(jīng)濟(jì)損失，li表示節(jié)點(diǎn)i功率，ti表示節(jié)點(diǎn)i的停電時(shí)間。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述目標(biāo)函數(shù)的約束條件如下：
輸電線路的傳輸功率極限約束為
配電網(wǎng)dg穿透功率上限約束為
η為配電網(wǎng)允許穿透功率系數(shù)；k為dg個(gè)數(shù)。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述故障集依據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)發(fā)生供電故障的大數(shù)據(jù)生成，包含每個(gè)可能造成負(fù)荷點(diǎn)停電的元件故障概率，在進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算時(shí)，隨機(jī)生成多次單點(diǎn)故障。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述節(jié)點(diǎn)單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失表依據(jù)節(jié)點(diǎn)所在的國(guó)民生產(chǎn)總值與用電量的關(guān)系得出。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述初始種群以節(jié)點(diǎn)數(shù)量、以0.05mw為單位容量限制要求，在電力可靠性需求、地理?xiàng)l件便利等生成。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述計(jì)劃孤島為從分布式電源所在的節(jié)點(diǎn)出發(fā)，以容量為限制，對(duì)附近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷，在保證分布式電源額定功率允許的前提下，盡量保證權(quán)值大的負(fù)荷優(yōu)先納入孤島范圍，以權(quán)重、負(fù)荷的乘積之和最大為目標(biāo)即：
約束條件為：
孤島內(nèi)功率約束為
孤島聯(lián)通約束為
孤島不相交約束為
d為孤島范圍，wi為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷權(quán)重，li為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，pdg為分布式電源容量，j為節(jié)點(diǎn)間線路，ti表示在i節(jié)點(diǎn)的孤島范圍。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：依據(jù)負(fù)荷停運(yùn)時(shí)間對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，包括以下過程，以輪盤賭法從故障集中隨機(jī)選取，生成單點(diǎn)故障，檢測(cè)故障位置，以此對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分類，分類規(guī)則如下：
(1)故障點(diǎn)與分布式電源在不同分支饋線上，則分布式電源不形成計(jì)劃孤島，故障點(diǎn)下游停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，故障點(diǎn)所在分支線路上游停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
(2)故障點(diǎn)與分布式電源在同一分支饋線上，故障點(diǎn)在分布式電源下游，且不在分布式電源形成的孤島范圍內(nèi)，故障點(diǎn)下游停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，故障點(diǎn)上游節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
(3)故障點(diǎn)與分布式電源在同一分支饋線上，故障點(diǎn)在分布式電源上游，且不在分布式電源形成的孤島范圍內(nèi)，故障點(diǎn)下游(不包括孤島范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn))停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，孤島范圍內(nèi)停止時(shí)間為分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間，分支饋線上的故障點(diǎn)上游停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
(4)故障點(diǎn)與分布式電源在同一分支饋線上，故障點(diǎn)在分布式電源上游且在形成的孤島范圍內(nèi)，則孤島范圍內(nèi)(不包括故障點(diǎn)至計(jì)劃孤島同方向邊緣上的節(jié)點(diǎn))停運(yùn)時(shí)間為分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間，故障點(diǎn)下游孤島范圍外節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，同一分支饋線上，其它節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
(5)故障點(diǎn)處在分布式電源所在分支饋線所連母線的上游，則故障下游(不包括孤島范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn))停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，孤島范圍內(nèi)停止時(shí)間為分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間，故障上游節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
(6)故障點(diǎn)處在分布式電源所在分支饋線所連母線的下游，則故障下游(停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，故障上游節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
按照停運(yùn)時(shí)間，將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類：
a類：故障隔離時(shí)間；
b類：故障隔離+修復(fù)時(shí)間；
c類：分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：評(píng)估個(gè)體適應(yīng)度，其過程包括：
(1)適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)與目標(biāo)函數(shù)保持一致，表示為：
(2)重復(fù)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分類并分別進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)，對(duì)多次評(píng)價(jià)結(jié)果取平均值為個(gè)體的最終適應(yīng)度。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：精英策略為將同代個(gè)體的適應(yīng)值由小到大排序，選取前三個(gè)表現(xiàn)良好的個(gè)體，與子代三個(gè)適應(yīng)值排序后三個(gè)比較，選取適應(yīng)值大的個(gè)體進(jìn)行替換或保留，確保優(yōu)良個(gè)體的遺傳。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：當(dāng)達(dá)到最大遺傳代數(shù)或連續(xù)多代適應(yīng)值不發(fā)生改變時(shí)停止遺傳。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：自適應(yīng)遺傳算子的交叉概率為：
式中：fmax是種群中最大的適應(yīng)度值；favg是種群中平均適應(yīng)度值；f′是即將交叉的兩個(gè)個(gè)體中較大的適應(yīng)度值，pc1＝0.9，pc2＝0.6。
進(jìn)一步改進(jìn)在于：自適應(yīng)遺傳算子的變異概率為：
式中：fmax是種群中最大的適應(yīng)度值；favg是種群中平均適應(yīng)度值；f是即將變異的個(gè)體適應(yīng)度值。pc1＝0.1，pc2＝0.05。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有顯著地技術(shù)效果。
本發(fā)明以缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)函數(shù)，計(jì)及分布式電源在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的孤島效應(yīng)，對(duì)分布式電源的進(jìn)行評(píng)估，充分體現(xiàn)了布式電源接入對(duì)于減少經(jīng)濟(jì)損失的積極作用，進(jìn)一步提高了分布式電源優(yōu)化配置的合理性。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明基于遺傳算法的分布式電源優(yōu)化配置流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的一種分布式電源的選址定容方法，包括以下步驟：步驟1，據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)模型，依據(jù)分布式電源位置容量配置方案，確定數(shù)學(xué)模型，同時(shí)，依據(jù)故障發(fā)生概率生成故障集，依據(jù)經(jīng)濟(jì)密度生成各個(gè)節(jié)點(diǎn)單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失表。
選取ieee33點(diǎn)的電力系統(tǒng)，1號(hào)節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)，對(duì)剩余節(jié)點(diǎn)建立以缺供電量損失最小為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型：
式中，el表示缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失，i表示節(jié)點(diǎn)，n表示節(jié)點(diǎn)數(shù)量，表示在i節(jié)點(diǎn)單位電能缺供造成的經(jīng)濟(jì)損失，表示節(jié)點(diǎn)i功率，表示節(jié)點(diǎn)i的停電時(shí)間。
上述目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：
輸電線路的傳輸功率極限約束為
配電網(wǎng)dg穿透功率上限約束為
η為配電網(wǎng)允許穿透功率系數(shù)；k為dg個(gè)數(shù)。
對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷量，以典型日最大負(fù)荷為基準(zhǔn)，忽略分布式電源隨機(jī)性，出力恒定。
對(duì)建立的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行元件化處理，形成故障表，即每條連接兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的線路對(duì)應(yīng)與相應(yīng)的故障發(fā)生概率，以li，j表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的線路，以pi，j表示li，j發(fā)生故障的概率，以此生成故障集，故障發(fā)生概率由大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出。
統(tǒng)計(jì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與用電量，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量可通過國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值得到，用電量由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到，根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值與用電量的關(guān)系，得出節(jié)點(diǎn)單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失表。
步驟2，結(jié)合配置信息確定染色體編碼，產(chǎn)生初始種群；對(duì)種群中每個(gè)個(gè)體生成計(jì)劃孤島，從故障集中按照輪盤賭法隨機(jī)抽取生成單點(diǎn)故障，依據(jù)負(fù)荷停運(yùn)時(shí)間對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，結(jié)合單位缺供電量造成的經(jīng)濟(jì)損失表評(píng)估個(gè)體適應(yīng)度。
對(duì)平衡節(jié)點(diǎn)以外進(jìn)行二進(jìn)制編碼采用6位碼長(zhǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接入容量采用4位碼長(zhǎng)，單位容量為0.05mw，最終得到碼長(zhǎng)10位的單位個(gè)體。初始種群大小結(jié)合經(jīng)濟(jì)密度、地理信息、計(jì)劃安裝分布式電源數(shù)量等信息，本實(shí)施例中初始種群大小取20。
對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，第一類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)(如政府、醫(yī)院及一旦停運(yùn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的負(fù)荷)、第二類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)(如公共設(shè)施集中、經(jīng)濟(jì)損失較大)、第三類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)(如普通居民集中)權(quán)重系數(shù)分別設(shè)定wi為10、1、0.1。
對(duì)每個(gè)個(gè)體生成計(jì)劃孤島區(qū)域，以分布式電源為中心，以容量為半徑對(duì)附近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷，在保證分布式電源額定功率允許的前提下，盡量保證權(quán)值大的負(fù)荷優(yōu)先納入孤島范圍，以權(quán)重、負(fù)荷的乘積之和最大為目標(biāo)，即：
約束條件為：
d為孤島范圍，wi為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷權(quán)重，li為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，pdg為分布式電源容量，j為節(jié)點(diǎn)間線路。
以輪盤賭法從故障集中隨機(jī)選取，生成單點(diǎn)故障。檢測(cè)故障位置，以此對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分類：
故障點(diǎn)與分布式電源在不同分支饋線上，則分布式電源不形成計(jì)劃孤島，故障點(diǎn)下游停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，故障點(diǎn)所在分支線路上游停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
故障點(diǎn)與分布式電源在同一分支饋線上，故障點(diǎn)在分布式電源下游，且不在分布式電源形成的孤島范圍內(nèi)，故障點(diǎn)下游停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，故障點(diǎn)上游節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
故障點(diǎn)與分布式電源在同一分支饋線上，故障點(diǎn)在分布式電源上游，且不在分布式電源形成的孤島范圍內(nèi)，故障點(diǎn)下游(不包括孤島范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn))停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，孤島范圍內(nèi)停止時(shí)間為分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間，分支饋線上的故障點(diǎn)上游停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
故障點(diǎn)與分布式電源在同一分支饋線上，故障點(diǎn)在分布式電源上游且在形成的孤島范圍內(nèi)，則孤島范圍內(nèi)(不包括故障點(diǎn)至計(jì)劃孤島同方向邊緣上的節(jié)點(diǎn))停運(yùn)時(shí)間為分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間，故障點(diǎn)下游孤島范圍外節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，同一分支饋線上，其它節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
故障點(diǎn)處在分布式電源所在分支饋線所連母線的上游，則故障下游(不包括孤島范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn))停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，孤島范圍內(nèi)停止時(shí)間為分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間，故障上游節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
故障點(diǎn)處在分布式電源所在分支饋線所連母線的下游，則故障下游(停止運(yùn)行，停止時(shí)間為故障隔離+修復(fù)時(shí)間，故障上游節(jié)點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間為故障隔離時(shí)間；
按照停止時(shí)間，將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類。
a類：故障隔離時(shí)間；
b類：故障隔離+修復(fù)時(shí)間；
c類：分布式電源停止+故障隔離+孤島啟動(dòng)+分布式電源啟動(dòng)時(shí)間。
適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)與目標(biāo)函數(shù)保持一致，表示為：
重復(fù)進(jìn)行分類并分別進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)，對(duì)多次評(píng)價(jià)結(jié)果取平均值為個(gè)體的最終適應(yīng)度。
步驟3，開始遺傳操作，實(shí)行精英策略及自適應(yīng)交叉、變異，提高算法收斂速度，避免局部最優(yōu)。
以目標(biāo)函數(shù)為適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)父代種群個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)值評(píng)價(jià)，按照從小到大的順序進(jìn)行排列，選出前三位適應(yīng)度表現(xiàn)良好的個(gè)體，精英保留，參與遺傳操作，等待替換，同時(shí)，被選出的個(gè)體仍然參與遺傳操作。
對(duì)父代種群，計(jì)算其適應(yīng)度，依據(jù)輪盤賭法選擇兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行自適應(yīng)交叉概率和自適應(yīng)變異。適應(yīng)遺傳算子的交叉概率為：
式中：fmax是種群中最大的適應(yīng)度值；favg是種群中平均適應(yīng)度值；f′是即將交叉的兩個(gè)個(gè)體中較大的適應(yīng)度值，pc1＝0.9，pc2＝0.6。
自適應(yīng)遺傳算子的變異概率為：
式中：fmax是種群中最大的適應(yīng)度值；favg是種群中平均適應(yīng)度值；f是即將變異的個(gè)體適應(yīng)度值。pc1＝0.1，pc2＝0.05。
對(duì)子代種群進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算，將子代群體中表現(xiàn)最差的三個(gè)個(gè)體與父代群體中保留的三個(gè)精英個(gè)體比較，得到表現(xiàn)更好的三個(gè)個(gè)體，加入到當(dāng)前種群中。
比較父代種群最優(yōu)個(gè)體與子代種群最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)度，當(dāng)適應(yīng)值差距連續(xù)3代趨于穩(wěn)定時(shí)，停止遺傳；或達(dá)到最大遺傳代數(shù)50時(shí)，停止遺傳以當(dāng)前優(yōu)解作為分布式電源選址定容最優(yōu)方案。