一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法
一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法。
【背景技术】
[0002] 分布式电源是安装在用户侧的小型发电装置，因具有良好的经济效益和环境效益 而得到快速的发展，大量分布式电源的接入改变了配电网络的结构，影响配电网络的运行 方式。电力市场环境下，分布式电源在满足用户需求的同时，还可以向电网供电。供电公司 可以同时从电力市场和安装有分布式电源的用户购电，向用户售电。为获得最大利润，供电 公司需综合考虑电厂，用户与分布式电源的协调关系。
[0003] 配网重构是配电网络中一种以降低网络损耗、均衡负荷、提高供电可靠性为目的 配网运行方式。配网重构中基于单时间断面的静态重构，寻优的目标函数是该时间断面下 一个或多个性能指标最优，重构过程中认为配电网络的负荷不会发生变化，考虑的约束条 件(包括开关动作次数约束、线路配电能力约束、节点电压约束等)也都是该时间断面下的 静态约束，而实际配电系统中分布式电源受环境因素的影响出力不断变化，同时线路上供 应的负荷也动态地随时间发生变化，因此静态网络重构只能应用于规划领域，很难胜任具 有多个连续时间段落变化特点的运行领域。为了在负荷动态变化过程中更好地保证配电系 统的安全、优质、经济运行，常常需要对配电网络结构进行动态调整，即需要进行动态重构。
[0004] 目前国内外对动态重构的研究中通常都先对时间区段进行划分，并将各个时段简 化为恒定负荷的时段进行静态重构，然后利用解析法优化动态重构的开关组合状态，但需 要的静态重构次数较多，耗费的计算时间较长，难以满足电网实际运行时的需要。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决上述问题，提出了一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构 方法，本方法利用模拟植物培训算法进行全局优化，同时从电厂和用户侧的分布式电源购 电，向用户售电的运营模式，克服现有的配电网络重构算法难以适应分布式电源出力和线 路负荷实时变化问题。
[0006] 本发明的工作原理为:利用预测得到分布式电源出力数据和负荷变化数据，对用 户目标周期内负荷曲线和分布式电源出力曲线进行区段划分，以目标周期内供电公司的运 行效益之和最大为寻优的目标函数，利用模拟植物培育算法进行区段内的静态重构和不同 区段重构方案的动态协调，得到整个重构周期内各开关的最优组合状态。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，包括以下步骤：
[0009] (1)读取配电网络的网络参数、市场电价、开关动作成本和未来周期内负荷数据和 分布式电源出力数据的预测值；
[0010] (2)根据配电网络的网络参数形成配电网的网络结构，得到配电网的环路信息；
[0011] (3)根据负荷变化情况，将最大重构次数作为区段数，以保证得到的重构方案满足 最大重构次数的限制条件，进行重构区段划分；
[0012] (4)利用模拟植物培育算法以各区段内供电公司的运行效益一致性指标最大为目 标，在各个重构区段内进行配电网络的静态重构；
[0013] (5)利用模拟植物培育算法以目标周期内供电公司的运行效益一致性指标值最大 为寻优的目标函数，对各区段静态重构得到的静态重构方案进行动态协调。
[0014] 所述步骤⑶中，具体方法为:将目标周期分为多个时间间隔相同的自然时段，若 干自然时段构成一个重构区段，划分区段的目标函数表为:各区段内所有节点负荷变化的 方差之和取最小值。
[0015] 所述步骤(4)中，具体方法为，各区段内供电公司的一致性运行效益指标值最大值 为区段内网络损耗的倒数、供电公司购电成本满意度指数、全网电压均衡指数和负荷均衡 率与各自权重系数乘积的和。
[0016] 所述步骤(4)中，多目标静态重构的约束需要同时满足以下条件：
[0017] (1)配电网络辐射状运行条件约束，网络中无环路和孤岛；
[0018] (2)电压约束:节点电压不超过节点电压的上限和下限；
[0019] (3)支路容量约束:支路上的复功率小于最大允许容量。
[0020] 所述步骤(4)中，多目标静态重构的步骤为：
[0021] (4-1)读入配电网络的参数、运行数据和网络结构；
[0022] (4-2)以配电网分段开关闭合、联络开关断开的网络状态为初始状态，闭合当前的 联络开关，通过拓扑分析获取该联络开关所在环路的所有支路和节点，断开该联络开关，使 网络恢复初始状态，对其余所有联络开关完成上述操作，得到配电网的环路信息；
[0023] (4-3)将当前网络结构作为最优网络结构；
[0024] (4-4)以最优网络结构为初始状态通过模拟植物培育算法的新枝生长原则得到一 组新的网络状态；
[0025] (4-5)对新的网络结构进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算各个新网络结构 下供电公司的运行效益一致性指标，从中选出运行效益一致性指标最大的网络结构同已有 的最优网络结构进行比较，若新网络结构的运行效益一致性指标值大于原有的最优网络结 构，则将新网络结构作为最优网络结构，并转入步骤(4-3)的操作，否则，将已有的最优网络 结构作为静态重构结果输出。
[0026] 进一步的，所述步骤(4-4)的具体方法包括：
[0027] (i)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中；
[0028] (ii)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个 环路执行步骤(i)的操作；
[0029] (i i i)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三 个环路执行步骤(i)的操作。
[0030] 所述步骤(5)中，具体方法包括以下步骤：
[0031] (5-1)将静态重构得到的各区段的解作为动态重构各区段的代表解，表征各区段 的网络状态，将各区段代表解的集合作为动态重构的最优解；
[0032] (5-2)保持其他区段网络状态不变，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物 培育算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，计算在当前区段为新网络结构，其他 区段为代表解的网络结构时供电公司目标周期内的运行效益一致性指标值，选择使供电公 司的运行效益一致性指标值最大的网络结构作为当前区段的代表解；
[0033] (5-3)判断是否对所有区段完成了步骤(5-2)的操作，若是，则进入步骤(5-4)，否 贝1J，转入步骤(5-2 )，对下一个区段进行操作；
[0034] (5-4)将各区段代表解构成的新解与原有的最优解进行比较，若新解的运行效益 一致性指标值更高，则将新解作为最优解，并转入步骤(5-2)继续迭代，否则，输出最优解， 得到动态重构方案。
[0035] 进一步的，所述步骤(5-2)中，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育 算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，具体步骤包括：
[0036] (I)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中；
[0037] (II)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个 环路执行步骤(1)的操作；
[0038] (III)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三 个环路执行步骤(1)的操作。
[0039] 所述步骤(5-2)中，供电公司目标周期内的运行效益 一致性指标值为:所有区段的 一致性指标收益之和与重构过程中目标周期内的开关动作次数与开关动作的成本系数乘 积之差。
[0040] 本发明的有益效果为：
[0041] (1)根据负荷的变化情况划分区段后对配电网进行动态重构，提高了重构方案跟 踪负荷变化的能力；
[0042] (2)重构过程中充分考虑分布式电源的出力变化情况，提高了分布式电源的利用 率；
[0043] (3)配网重构过程中考虑了供电公司的市场效益，有利于供电公司综合利用各种 电能来源，提高了供电公司的收益；
[0044] (4)采用模拟植物培育算法进行区段内静态重构和不同区段方案的动态协调能快 速得到网络重构方案，对提高重构跟踪负荷变化的能力，提高配电网实际运行的经济性具 有重要的意义。
【附图说明】
[0045] 图1为本发明的配电网动态重构算法流程图；
[0046]图2为本发明的配电网静态重构算法流程图；
[0047]图3为本发明的配电网动态协调算法流程图。
【具体实施方式】：
[0048]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0049] 如图1所示，以目标周期为一天对本发明进行解释：
[0050] 一种面向电力市场的配电网络多目标动态重构算法，包括如下步骤：
[0051] 步骤1，读入配电网络的网络参数、市场电价、开关动作成本和预测得到的未来一 天内的负荷数据和分布式电源出力数据；
[0052] 步骤2,根据配电网络的网络参数形成配电网的网络结构，得到配电网的环路信 息；
[0053] 步骤3,基于负荷变化情况进行区段划分。将一日分为24个时间间隔相同的自然时 段，若干自然时段构成一个重构区段h。划分区段时，将最大重构次数作为区段数，保证得 到的重构方案满足最大重构次数的限制条件，同时当相邻两区段闭合开关集合完全相同 时，说明在实际运行时两区段内无需进行开关动作，此时实际的区段数小于最大重构次数。 划分区段的目标函数表示如下：
[0054]
[0055] 式中，Fv为对各区段内所有节点负荷变化的方差之和，η为配电网中的负荷节点，Nn 为配电网中负荷节点的数目，Ντ为重构区段的数目，Py和Qy分别为节点η在区段j的有功 负荷和无功负荷；
[0056] 步骤4,利用模拟植物培育算法以各区段内供电公司的运行效益一致性指标最大 为目标在各个区段内进行配电网络的静态重构，得到各个区段的重构方案；
[0057] 步骤5,利用模拟植物培育算法以一天内供电公司的运行效益一致性指标值最大 为寻优的目标函数对各区段静态重构得到的重构方案进行动态协调，得到动态重构方案， 输出结果。
[0058] 步骤4中，多目标静态重构的目标函数可表示为：
[0059] maxf=wifi+W2f2+W3f3+W4f4
[0060] 其中f为某区段内供电公司的一致性运行效益指标值，和f4分别表示区段 内网络损耗的倒数、供电公司购电成本满意度指数、全网电压均衡指数和负荷均衡率， W1、 W2、W3和W4分别为对应的权重系数。网络损耗的倒数可以表示为：/4 = W-，其中，Pl〇ss为网络 loss. 损耗，可以表示；
、式中PdPQi分别为支路i的有功功率和无功功率，η为支 路i的阻抗，仏为支路i末端节点的电压幅值，Τ为配电网的支路集合供电公司的购电成本的 满意度函数可表示为：
[0061]
[0062] Cost-为优化前初始工况下的购电成本，其对应的满意度为0.5，CostminS理想工 况下的购电成本，对应的满意度为1，Cost为供电公司的实际购电成本，Cost = Costup+ CostDG，Costup为从电力市场的购电支出，Cost,ijD _+￡fp/i^p，其中，<和if是从电 力市场购买的有功功率和无功功率，4和確分别是有功功率和无功功率的价格， s ，匕和Ploss分别是负荷需求的有功功率和线路消耗的有功功率，PDG 表示从分布式电源发出的有功功率，驾和Qioss分别是负荷需求的 无功功率和线路消耗的无功功率，QDC表示从分布式电源发出的无功功率;Cost DC分布式电 源的运行成本，c〇siDe = +r。全网的电压均衡指数的目标函数表示为：
'其中α为所有联络开关两端的顶点，VBL为电压均衡指数，定义为VBL^=max
[1]1，山]/1^11[1]1，1].1]，其中，1] 1和山分别为联络开关两端的节点电压。负荷均衡目标函数可表 示为:
_中Pi、Qi和Si, max分别为流经支路i的有功功率、无功功率和额定容 量。
[0063]步骤4中，多目标静态重构的约束条件为：
[0064] (1)配电网络辐射状运行条件约束，网络中无环路和孤岛。
[0065] (2)电压约束:Umin < Ui < Umax。式中，Uma4PUmin分别为节点电压的上限和下限。
[0066] (3)支路容量约束士^1_式中义为支路丨上的复功率义_为支路丨的最大允许 容量。
[0067]多目标静态重构的步骤为：
[0068] (1)，读入配电网络的参数、运行数据和网络结构；
[0069] (2)，以配电网分段开关闭合、联络开关断开的网络状态为初始状态。闭合当前的 联络开关，通过拓扑分析获取该联络开关所在环路的所有支路和节点，断开该联络开关，使 网络恢复初始状态，对其余所有联络开关完成上述操作，得到配电网的环路信息；
[0070] (3)，将当前网络结构作为最优网络结构；
[0071] (4)，以最优网络结构为初始状态通过模拟植物培育算法的新枝生长原则得到一 组新的网络状态；
[0072] (5)，对新的网络结构进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算各个新网络结构下 供电公司的运行效益一致性指标，从中选出运行效益一致性指标最大的网络结构同已有的 最优网络结构进行比较，若新网络结构的运行效益一致性指标值大于原有的最优网络结 构，则将新网络结构作为最优网络结构，并转入步骤(3)的操作，否则，将已有的最优网络结 构作为静态重构结果输出。
[0073] 以最优网络结构为初始树枝通过生长得到一组新的网络状态，具体操作为：
[0074] (a)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合T中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合T中；
[0075] (b)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环 路执行步骤(a)的操作；
[0076] (c)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个 环路执行步骤(a)的操作。
[0077]步骤5中，利用模拟植物培育算法以一天内供电公司的运行效益最大为寻优的目 标函数对各区段静态重构得到的重构方案进行动态协调，步骤包括：
[0078] (5-1)将静态重构得到的各区段的解作为动态重构各区段的代表解，表征各区段 的网络状态，将各区段代表解的集合作为动态重构的最优解；
[0079] (5-2)保持其他区段网络状态不变，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物 培育算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，计算在当前区段为新网络结构，其他 区段为代表解的网络结构时，供电公司一天的运行效益一致性指标值，选择使供电公司的 日运行效益一致性指标值最大的网络结构作为当前区段的代表解；
[0080] (5-3)判断是否对所有区段完成了步骤(5-2)的操作，若是，则进入步骤(5-4)，否 贝1J，转入步骤(5-2 )，对下一个区段进行操作；
[0081] (5-4)将各区段代表解构成的新解与原有的最优解进行比较，若新解的运行效益 一致性指标值 更高，则将新解作为最优解，并转入步骤(5-2)继续迭代，否则，输出最优解， 得到动态重构方案。
[0082] 进一步地，在步骤(5-2)中将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育算法 的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，具体操作为：
[0083] (a)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合T中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合T中；
[0084] (b)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环 路执行步骤(a)的操作；
[0085] (c)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个 环路执行步骤(a)的操作；
[0086] 在步骤(卜2冲，供电公司一^的运行效益一致性指标值可以表示为：
其中:f1为区段i的一致性指标收益;N为划分的总区段，NR(3。重构过程中一日的开关动作次 数，λΚ(3。为开关动作的成本系数。
[0087] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是:包括以下步骤： (1) 读取配电网络的网络参数、市场电价、开关动作成本和未来周期内负荷数据和分布 式电源出力数据的预测值； (2) 根据配电网络的网络参数形成配电网的网络结构，得到配电网的环路信息； (3) 根据负荷变化情况，将最大重构次数作为区段数，以保证得到的重构方案满足最大 重构次数的限制条件，进行重构区段划分； (4) 利用模拟植物培育算法以各区段内供电公司的运行效益一致性指标最大为目标， 在各个重构区段内进行配电网络的静态重构； (5) 利用模拟植物培育算法以目标周期内供电公司的运行效益一致性指标值最大为寻 优的目标函数，对各区段静态重构得到的静态重构方案进行动态协调。2. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(3)中，具体方法为:将目标周期分为多个时间间隔相同的自然时段，若干自然时 段构成一个重构区段，划分区段的目标函数表为:各区段内所有节点负荷变化的方差之和 取最小值。3. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4)中，具体方法为，各区段内供电公司的一致性运行效益指标值最大值为区段内 网络损耗的倒数、供电公司购电成本满意度指数、全网电压均衡指数和负荷均衡率与各自 权重系数乘积的和。4. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4)中，多目标静态重构的约束需要同时满足下列条件： (1) 配电网络辐射状运行条件约束，网络中无环路和孤岛； (2) 电压约束:节点电压不超过节点电压的上限和下限； (3) 支路容量约束:支路上的复功率小于最大允许容量。5. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4)中，多目标静态重构的步骤为： (4-1)读入配电网络的参数、运行数据和网络结构； (4-2)以配电网分段开关闭合、联络开关断开的网络状态为初始状态，闭合当前的联络 开关，通过拓扑分析获取该联络开关所在环路的所有支路和节点，断开该联络开关，使网络 恢复初始状态，对其余所有联络开关完成上述操作，得到配电网的环路信息； (4-3)将当前网络结构作为最优网络结构； (4-4)以最优网络结构为初始状态通过模拟植物培育算法的新枝生长原则得到一组新 的网络状态； (4-5)对新的网络结构进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算各个新网络结构下供 电公司的运行效益一致性指标，从中选出运行效益一致性指标最大的网络结构同已有的最 优网络结构进行比较，若新网络结构的运行效益一致性指标值大于原有的最优网络结构， 则将新网络结构作为最优网络结构，并转入步骤(4-3)的操作，否则，将已有的最优网络结 构作为静态重构结果输出。6. 如权利要求5所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4-4)的具体方法包括： (i) 闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开关，判 断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结构添 加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中； (ii) 将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环路 执行步骤(i)的操作； (iii) 将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个环 路执行步骤(i)的操作。7. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(5)中，具体方法包括以下步骤： (5-1)将静态重构得到的各区段的解作为动态重构各区段的代表解，表征各区段的网 络状态，将各区段代表解的集合作为动态重构的最优解； (5-2)保持其他区段网络状态不变，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育 算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，计算在当前区段为新网络结构，其他区段 为代表解的网络结构时供电公司目标周期内的运行效益一致性指标值，选择使供电公司的 运行效益一致性指标值最大的网络结构作为当前区段的代表解； (5-3)判断是否对所有区段完成了步骤(5-2)的操作，若是，则进入步骤(5-4)，否则，转 入步骤(5-2)，对下一个区段进行操作； (5-4)将各区段代表解构成的新解与原有的最优解进行比较，若新解的运行效益一致 性指标值更高，则将新解作为最优解，并转入步骤(5-2)继续迭代，否则，输出最优解，得到 动态重构方案。8. 如权利要求7所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(5-2)中，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育算法的新枝生长规则 得到该区段新的网络结构，具体步骤包括： (I) 闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开关，判 断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结构添 加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中； (II) 将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环路 执行步骤(I)的操作； (III) 将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个环 路执行步骤(I)的操作。9. 如权利要求7所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(5-2)中，供电公司目标周期内的运行效益一致性指标值为:所有区段的一致性指 标收益之和与重构过程中目标周期内的开关动作次数与开关动作的成本系数乘积之差。
【专利摘要】本发明公开了一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，本方法利用预测得到分布式电源出力数据和负荷变化数据，对用户目标周期内负荷曲线和分布式电源出力曲线进行区段划分，以目标周期内供电公司的运行效益之和最大为寻优的目标函数，利用模拟植物培育算法进行区段内的静态重构和不同区段重构方案的动态协调，得到整个重构周期内各开关的最优组合状态，配电公司同时从电厂和用户侧的分布式电源购电，向用户售电的运营模式，克服现有的配电网络重构算法难以适应分布式电源出力和线路负荷实时变化问题。
【IPC分类】G06Q50/06
【公开号】CN105488743
【申请号】CN201510997716
【发明人】吉兴全, 刘琪, 于永进, 李可军, 樊淑娴, 白星振, 吴娜
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法。
【背景技术】
[0002] 分布式电源是安装在用户侧的小型发电装置，因具有良好的经济效益和环境效益 而得到快速的发展，大量分布式电源的接入改变了配电网络的结构，影响配电网络的运行 方式。电力市场环境下，分布式电源在满足用户需求的同时，还可以向电网供电。供电公司 可以同时从电力市场和安装有分布式电源的用户购电，向用户售电。为获得最大利润，供电 公司需综合考虑电厂，用户与分布式电源的协调关系。
[0003] 配网重构是配电网络中一种以降低网络损耗、均衡负荷、提高供电可靠性为目的 配网运行方式。配网重构中基于单时间断面的静态重构，寻优的目标函数是该时间断面下 一个或多个性能指标最优，重构过程中认为配电网络的负荷不会发生变化，考虑的约束条 件(包括开关动作次数约束、线路配电能力约束、节点电压约束等)也都是该时间断面下的 静态约束，而实际配电系统中分布式电源受环境因素的影响出力不断变化，同时线路上供 应的负荷也动态地随时间发生变化，因此静态网络重构只能应用于规划领域，很难胜任具 有多个连续时间段落变化特点的运行领域。为了在负荷动态变化过程中更好地保证配电系 统的安全、优质、经济运行，常常需要对配电网络结构进行动态调整，即需要进行动态重构。
[0004] 目前国内外对动态重构的研究中通常都先对时间区段进行划分，并将各个时段简 化为恒定负荷的时段进行静态重构，然后利用解析法优化动态重构的开关组合状态，但需 要的静态重构次数较多，耗费的计算时间较长，难以满足电网实际运行时的需要。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决上述问题，提出了一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构 方法，本方法利用模拟植物培训算法进行全局优化，同时从电厂和用户侧的分布式电源购 电，向用户售电的运营模式，克服现有的配电网络重构算法难以适应分布式电源出力和线 路负荷实时变化问题。
[0006] 本发明的工作原理为:利用预测得到分布式电源出力数据和负荷变化数据，对用 户目标周期内负荷曲线和分布式电源出力曲线进行区段划分，以目标周期内供电公司的运 行效益之和最大为寻优的目标函数，利用模拟植物培育算法进行区段内的静态重构和不同 区段重构方案的动态协调，得到整个重构周期内各开关的最优组合状态。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，包括以下步骤：
[0009] (1)读取配电网络的网络参数、市场电价、开关动作成本和未来周期内负荷数据和 分布式电源出力数据的预测值；
[0010] (2)根据配电网络的网络参数形成配电网的网络结构，得到配电网的环路信息；
[0011] (3)根据负荷变化情况，将最大重构次数作为区段数，以保证得到的重构方案满足 最大重构次数的限制条件，进行重构区段划分；
[0012] (4)利用模拟植物培育算法以各区段内供电公司的运行效益一致性指标最大为目 标，在各个重构区段内进行配电网络的静态重构；
[0013] (5)利用模拟植物培育算法以目标周期内供电公司的运行效益一致性指标值最大 为寻优的目标函数，对各区段静态重构得到的静态重构方案进行动态协调。
[0014] 所述步骤⑶中，具体方法为:将目标周期分为多个时间间隔相同的自然时段，若 干自然时段构成一个重构区段，划分区段的目标函数表为:各区段内所有节点负荷变化的 方差之和取最小值。
[0015] 所述步骤(4)中，具体方法为，各区段内供电公司的一致性运行效益指标值最大值 为区段内网络损耗的倒数、供电公司购电成本满意度指数、全网电压均衡指数和负荷均衡 率与各自权重系数乘积的和。
[0016] 所述步骤(4)中，多目标静态重构的约束需要同时满足以下条件：
[0017] (1)配电网络辐射状运行条件约束，网络中无环路和孤岛；
[0018] (2)电压约束:节点电压不超过节点电压的上限和下限；
[0019] (3)支路容量约束:支路上的复功率小于最大允许容量。
[0020] 所述步骤(4)中，多目标静态重构的步骤为：
[0021] (4-1)读入配电网络的参数、运行数据和网络结构；
[0022] (4-2)以配电网分段开关闭合、联络开关断开的网络状态为初始状态，闭合当前的 联络开关，通过拓扑分析获取该联络开关所在环路的所有支路和节点，断开该联络开关，使 网络恢复初始状态，对其余所有联络开关完成上述操作，得到配电网的环路信息；
[0023] (4-3)将当前网络结构作为最优网络结构；
[0024] (4-4)以最优网络结构为初始状态通过模拟植物培育算法的新枝生长原则得到一 组新的网络状态；
[0025] (4-5)对新的网络结构进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算各个新网络结构 下供电公司的运行效益一致性指标，从中选出运行效益一致性指标最大的网络结构同已有 的最优网络结构进行比较，若新网络结构的运行效益一致性指标值大于原有的最优网络结 构，则将新网络结构作为最优网络结构，并转入步骤(4-3)的操作，否则，将已有的最优网络 结构作为静态重构结果输出。
[0026] 进一步的，所述步骤(4-4)的具体方法包括：
[0027] (i)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中；
[0028] (ii)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个 环路执行步骤(i)的操作；
[0029] (i i i)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三 个环路执行步骤(i)的操作。
[0030] 所述步骤(5)中，具体方法包括以下步骤：
[0031] (5-1)将静态重构得到的各区段的解作为动态重构各区段的代表解，表征各区段 的网络状态，将各区段代表解的集合作为动态重构的最优解；
[0032] (5-2)保持其他区段网络状态不变，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物 培育算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，计算在当前区段为新网络结构，其他 区段为代表解的网络结构时供电公司目标周期内的运行效益一致性指标值，选择使供电公 司的运行效益一致性指标值最大的网络结构作为当前区段的代表解；
[0033] (5-3)判断是否对所有区段完成了步骤(5-2)的操作，若是，则进入步骤(5-4)，否 贝1J，转入步骤(5-2 )，对下一个区段进行操作；
[0034] (5-4)将各区段代表解构成的新解与原有的最优解进行比较，若新解的运行效益 一致性指标值更高，则将新解作为最优解，并转入步骤(5-2)继续迭代，否则，输出最优解， 得到动态重构方案。
[0035] 进一步的，所述步骤(5-2)中，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育 算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，具体步骤包括：
[0036] (I)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中；
[0037] (II)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个 环路执行步骤(1)的操作；
[0038] (III)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三 个环路执行步骤(1)的操作。
[0039] 所述步骤(5-2)中，供电公司目标周期内的运行效益 一致性指标值为:所有区段的 一致性指标收益之和与重构过程中目标周期内的开关动作次数与开关动作的成本系数乘 积之差。
[0040] 本发明的有益效果为：
[0041] (1)根据负荷的变化情况划分区段后对配电网进行动态重构，提高了重构方案跟 踪负荷变化的能力；
[0042] (2)重构过程中充分考虑分布式电源的出力变化情况，提高了分布式电源的利用 率；
[0043] (3)配网重构过程中考虑了供电公司的市场效益，有利于供电公司综合利用各种 电能来源，提高了供电公司的收益；
[0044] (4)采用模拟植物培育算法进行区段内静态重构和不同区段方案的动态协调能快 速得到网络重构方案，对提高重构跟踪负荷变化的能力，提高配电网实际运行的经济性具 有重要的意义。
【附图说明】
[0045] 图1为本发明的配电网动态重构算法流程图；
[0046]图2为本发明的配电网静态重构算法流程图；
[0047]图3为本发明的配电网动态协调算法流程图。
【具体实施方式】：
[0048]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0049] 如图1所示，以目标周期为一天对本发明进行解释：
[0050] 一种面向电力市场的配电网络多目标动态重构算法，包括如下步骤：
[0051] 步骤1，读入配电网络的网络参数、市场电价、开关动作成本和预测得到的未来一 天内的负荷数据和分布式电源出力数据；
[0052] 步骤2,根据配电网络的网络参数形成配电网的网络结构，得到配电网的环路信 息；
[0053] 步骤3,基于负荷变化情况进行区段划分。将一日分为24个时间间隔相同的自然时 段，若干自然时段构成一个重构区段h。划分区段时，将最大重构次数作为区段数，保证得 到的重构方案满足最大重构次数的限制条件，同时当相邻两区段闭合开关集合完全相同 时，说明在实际运行时两区段内无需进行开关动作，此时实际的区段数小于最大重构次数。 划分区段的目标函数表示如下：
[0054]
[0055] 式中，Fv为对各区段内所有节点负荷变化的方差之和，η为配电网中的负荷节点，Nn 为配电网中负荷节点的数目，Ντ为重构区段的数目，Py和Qy分别为节点η在区段j的有功 负荷和无功负荷；
[0056] 步骤4,利用模拟植物培育算法以各区段内供电公司的运行效益一致性指标最大 为目标在各个区段内进行配电网络的静态重构，得到各个区段的重构方案；
[0057] 步骤5,利用模拟植物培育算法以一天内供电公司的运行效益一致性指标值最大 为寻优的目标函数对各区段静态重构得到的重构方案进行动态协调，得到动态重构方案， 输出结果。
[0058] 步骤4中，多目标静态重构的目标函数可表示为：
[0059] maxf=wifi+W2f2+W3f3+W4f4
[0060] 其中f为某区段内供电公司的一致性运行效益指标值，和f4分别表示区段 内网络损耗的倒数、供电公司购电成本满意度指数、全网电压均衡指数和负荷均衡率， W1、 W2、W3和W4分别为对应的权重系数。网络损耗的倒数可以表示为：/4 = W-，其中，Pl〇ss为网络 loss. 损耗，可以表示；
、式中PdPQi分别为支路i的有功功率和无功功率，η为支 路i的阻抗，仏为支路i末端节点的电压幅值，Τ为配电网的支路集合供电公司的购电成本的 满意度函数可表示为：
[0061]
[0062] Cost-为优化前初始工况下的购电成本，其对应的满意度为0.5，CostminS理想工 况下的购电成本，对应的满意度为1，Cost为供电公司的实际购电成本，Cost = Costup+ CostDG，Costup为从电力市场的购电支出，Cost,ijD _+￡fp/i^p，其中，<和if是从电 力市场购买的有功功率和无功功率，4和確分别是有功功率和无功功率的价格， s ，匕和Ploss分别是负荷需求的有功功率和线路消耗的有功功率，PDG 表示从分布式电源发出的有功功率，驾和Qioss分别是负荷需求的 无功功率和线路消耗的无功功率，QDC表示从分布式电源发出的无功功率;Cost DC分布式电 源的运行成本，c〇siDe = +r。全网的电压均衡指数的目标函数表示为：
'其中α为所有联络开关两端的顶点，VBL为电压均衡指数，定义为VBL^=max
[1]1，山]/1^11[1]1，1].1]，其中，1] 1和山分别为联络开关两端的节点电压。负荷均衡目标函数可表 示为:
_中Pi、Qi和Si, max分别为流经支路i的有功功率、无功功率和额定容 量。
[0063]步骤4中，多目标静态重构的约束条件为：
[0064] (1)配电网络辐射状运行条件约束，网络中无环路和孤岛。
[0065] (2)电压约束:Umin < Ui < Umax。式中，Uma4PUmin分别为节点电压的上限和下限。
[0066] (3)支路容量约束士^1_式中义为支路丨上的复功率义_为支路丨的最大允许 容量。
[0067]多目标静态重构的步骤为：
[0068] (1)，读入配电网络的参数、运行数据和网络结构；
[0069] (2)，以配电网分段开关闭合、联络开关断开的网络状态为初始状态。闭合当前的 联络开关，通过拓扑分析获取该联络开关所在环路的所有支路和节点，断开该联络开关，使 网络恢复初始状态，对其余所有联络开关完成上述操作，得到配电网的环路信息；
[0070] (3)，将当前网络结构作为最优网络结构；
[0071] (4)，以最优网络结构为初始状态通过模拟植物培育算法的新枝生长原则得到一 组新的网络状态；
[0072] (5)，对新的网络结构进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算各个新网络结构下 供电公司的运行效益一致性指标，从中选出运行效益一致性指标最大的网络结构同已有的 最优网络结构进行比较，若新网络结构的运行效益一致性指标值大于原有的最优网络结 构，则将新网络结构作为最优网络结构，并转入步骤(3)的操作，否则，将已有的最优网络结 构作为静态重构结果输出。
[0073] 以最优网络结构为初始树枝通过生长得到一组新的网络状态，具体操作为：
[0074] (a)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合T中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合T中；
[0075] (b)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环 路执行步骤(a)的操作；
[0076] (c)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个 环路执行步骤(a)的操作。
[0077]步骤5中，利用模拟植物培育算法以一天内供电公司的运行效益最大为寻优的目 标函数对各区段静态重构得到的重构方案进行动态协调，步骤包括：
[0078] (5-1)将静态重构得到的各区段的解作为动态重构各区段的代表解，表征各区段 的网络状态，将各区段代表解的集合作为动态重构的最优解；
[0079] (5-2)保持其他区段网络状态不变，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物 培育算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，计算在当前区段为新网络结构，其他 区段为代表解的网络结构时，供电公司一天的运行效益一致性指标值，选择使供电公司的 日运行效益一致性指标值最大的网络结构作为当前区段的代表解；
[0080] (5-3)判断是否对所有区段完成了步骤(5-2)的操作，若是，则进入步骤(5-4)，否 贝1J，转入步骤(5-2 )，对下一个区段进行操作；
[0081] (5-4)将各区段代表解构成的新解与原有的最优解进行比较，若新解的运行效益 一致性指标值 更高，则将新解作为最优解，并转入步骤(5-2)继续迭代，否则，输出最优解， 得到动态重构方案。
[0082] 进一步地，在步骤(5-2)中将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育算法 的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，具体操作为：
[0083] (a)闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开 关，判断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结 构添加到集合T中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合T中；
[0084] (b)将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环 路执行步骤(a)的操作；
[0085] (c)将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个 环路执行步骤(a)的操作；
[0086] 在步骤(卜2冲，供电公司一^的运行效益一致性指标值可以表示为：
其中:f1为区段i的一致性指标收益;N为划分的总区段，NR(3。重构过程中一日的开关动作次 数，λΚ(3。为开关动作的成本系数。
[0087] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是:包括以下步骤： (1) 读取配电网络的网络参数、市场电价、开关动作成本和未来周期内负荷数据和分布 式电源出力数据的预测值； (2) 根据配电网络的网络参数形成配电网的网络结构，得到配电网的环路信息； (3) 根据负荷变化情况，将最大重构次数作为区段数，以保证得到的重构方案满足最大 重构次数的限制条件，进行重构区段划分； (4) 利用模拟植物培育算法以各区段内供电公司的运行效益一致性指标最大为目标， 在各个重构区段内进行配电网络的静态重构； (5) 利用模拟植物培育算法以目标周期内供电公司的运行效益一致性指标值最大为寻 优的目标函数，对各区段静态重构得到的静态重构方案进行动态协调。2. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(3)中，具体方法为:将目标周期分为多个时间间隔相同的自然时段，若干自然时 段构成一个重构区段，划分区段的目标函数表为:各区段内所有节点负荷变化的方差之和 取最小值。3. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4)中，具体方法为，各区段内供电公司的一致性运行效益指标值最大值为区段内 网络损耗的倒数、供电公司购电成本满意度指数、全网电压均衡指数和负荷均衡率与各自 权重系数乘积的和。4. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4)中，多目标静态重构的约束需要同时满足下列条件： (1) 配电网络辐射状运行条件约束，网络中无环路和孤岛； (2) 电压约束:节点电压不超过节点电压的上限和下限； (3) 支路容量约束:支路上的复功率小于最大允许容量。5. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4)中，多目标静态重构的步骤为： (4-1)读入配电网络的参数、运行数据和网络结构； (4-2)以配电网分段开关闭合、联络开关断开的网络状态为初始状态，闭合当前的联络 开关，通过拓扑分析获取该联络开关所在环路的所有支路和节点，断开该联络开关，使网络 恢复初始状态，对其余所有联络开关完成上述操作，得到配电网的环路信息； (4-3)将当前网络结构作为最优网络结构； (4-4)以最优网络结构为初始状态通过模拟植物培育算法的新枝生长原则得到一组新 的网络状态； (4-5)对新的网络结构进行潮流计算，根据潮流计算的结果计算各个新网络结构下供 电公司的运行效益一致性指标，从中选出运行效益一致性指标最大的网络结构同已有的最 优网络结构进行比较，若新网络结构的运行效益一致性指标值大于原有的最优网络结构， 则将新网络结构作为最优网络结构，并转入步骤(4-3)的操作，否则，将已有的最优网络结 构作为静态重构结果输出。6. 如权利要求5所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(4-4)的具体方法包括： (i) 闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开关，判 断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结构添 加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中； (ii) 将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环路 执行步骤(i)的操作； (iii) 将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个环 路执行步骤(i)的操作。7. 如权利要求1所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(5)中，具体方法包括以下步骤： (5-1)将静态重构得到的各区段的解作为动态重构各区段的代表解，表征各区段的网 络状态，将各区段代表解的集合作为动态重构的最优解； (5-2)保持其他区段网络状态不变，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育 算法的新枝生长规则得到该区段新的网络结构，计算在当前区段为新网络结构，其他区段 为代表解的网络结构时供电公司目标周期内的运行效益一致性指标值，选择使供电公司的 运行效益一致性指标值最大的网络结构作为当前区段的代表解； (5-3)判断是否对所有区段完成了步骤(5-2)的操作，若是，则进入步骤(5-4)，否则，转 入步骤(5-2)，对下一个区段进行操作； (5-4)将各区段代表解构成的新解与原有的最优解进行比较，若新解的运行效益一致 性指标值更高，则将新解作为最优解，并转入步骤(5-2)继续迭代，否则，输出最优解，得到 动态重构方案。8. 如权利要求7所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(5-2)中，将当前区段的代表解作为新枝，通过基于植物培育算法的新枝生长规则 得到该区段新的网络结构，具体步骤包括： (I) 闭合当前环路断开的开关，分别断开该环路顺时针和逆时针方向的下一个开关，判 断得到的新的网络结构是否存在孤立节点，若网络中无孤立节点，则将得到的网络结构添 加到集合中，分别对各个环路进行上述操作，将得到的网络结构添加到集合中； (II) 将网络中的环路两两组合，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有两个环路 执行步骤(I)的操作； (III) 将网络中的环路三个为一组，得到所有的组合形式，对各个组合中的所有三个环 路执行步骤(I)的操作。9. 如权利要求7所述的一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，其特征是： 所述步骤(5-2)中，供电公司目标周期内的运行效益一致性指标值为:所有区段的一致性指 标收益之和与重构过程中目标周期内的开关动作次数与开关动作的成本系数乘积之差。
【专利摘要】本发明公开了一种面向电力市场的多目标配电网络动态重构方法，本方法利用预测得到分布式电源出力数据和负荷变化数据，对用户目标周期内负荷曲线和分布式电源出力曲线进行区段划分，以目标周期内供电公司的运行效益之和最大为寻优的目标函数，利用模拟植物培育算法进行区段内的静态重构和不同区段重构方案的动态协调，得到整个重构周期内各开关的最优组合状态，配电公司同时从电厂和用户侧的分布式电源购电，向用户售电的运营模式，克服现有的配电网络重构算法难以适应分布式电源出力和线路负荷实时变化问题。
【IPC分类】G06Q50/06
【公开号】CN105488743
【申请号】CN201510997716
【发明人】吉兴全, 刘琪, 于永进, 李可军, 樊淑娴, 白星振, 吴娜
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日
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