基于改進人工蜂群算法的分布式電源規(guī)劃

婁寧娜+毛弋+黃媛玉

摘 要 通過改進人工蜂群算法， 建立了系統(tǒng)網(wǎng)損最小、電壓質(zhì)量最優(yōu)的綜合優(yōu)化目標(biāo)， 應(yīng)用判斷矩陣法確定多目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)， 進一步優(yōu)化分布式電源的選址與定容.在改進的算法中， 運用均勻設(shè)計-反向?qū)?yōu)的方法來優(yōu)化初始群體， 提高全局尋優(yōu)率.同時， 為了解決基于比例適應(yīng)度選擇不足的問題， 用基于適應(yīng)度排序的選擇概率代替了基于比例適應(yīng)度的選擇概率， 不僅使種群的多樣性得到了保護， 而且擴大了全局搜索的范圍.最后采用IEEE33標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點配電網(wǎng)仿真， 通過算例分析來驗證該算法的有效性和可靠性.

關(guān)鍵詞 分布式電源；人工蜂群算法；適應(yīng)度排序選擇；均勻設(shè)計；反向?qū)?yōu)

中圖分類號 TM714 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-2537（2016）03-0056-06

Abstract In order to further optimize the sitting and sizing of distributed generation， a comprehensive optimization goal was proposed， which aims to minimize the transmission loss and maintain better voltage level， and determine the weight coefficient of different objectives using judgment matrix method. In order to improve the rate of global optimization， the uniform design and opposition-based optimizing were used. Meanwhile， in the improved algorithm， to overcome the shortage of selection based on the proportion of fitness， the selection based on fitness ranking probability is adopted instead of depending on the proportion of fitness， which not only protects the diversity of the population but also expands the global search range. Calculation results of standards IEEE 33-bus radial distribution system show that the proposed model is effective and reliable.

Key words distributed power； artificial bee colony algorithm； rank fitness selection； uniform design； opposition-based optimizing

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展和進步， 人們總是在尋求更好的辦法來解決各種弊端， 電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和負(fù)荷的持續(xù)增加給大電網(wǎng)帶來了諸多問題， 比如輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)損耗過大、電網(wǎng)可靠性降低、跟蹤負(fù)荷變化的靈活性降低、對環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重[1]等.本文通過采用分布式發(fā)電（Distributed Generation， DG）與大型電網(wǎng)相結(jié)合的供電方式， 提高了供電的可靠性、減輕了環(huán)境污染等， 最終實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展[2-3].

分布式電源一般是指獨立分散的小容量電源， 通過較小容量的發(fā)電設(shè)備（容量一般小于30 MW）為其獨立供電， 來滿足特定用戶的需求.近幾年， 越來越多的智能算法比如免疫學(xué)算法、蟻群算法等應(yīng)用到DG的選址與定容.文獻[4]和文獻[5]對分布式電源的大小及接入點分別采用了標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法和模糊的遺傳算法進行研究.文獻[6]提出了采用量子微分進化算法對分布式電源接入配電網(wǎng)進行優(yōu)化配置.文獻[7]采用粒子群算法進行尋優(yōu)， 并以系統(tǒng)的有功網(wǎng)損為目標(biāo)進行優(yōu)化.但是， 為了獲取全局最優(yōu)解， 多種智能算法結(jié)合用于配電網(wǎng)問題造成算法的復(fù)雜性.人工蜂群（Artificial Bee Colony， ABC）算法[8]是Karaboga在2005年提出的一種新的智能算法.它最突出的特點是操作簡便， 魯棒性強.本文建立了以系統(tǒng)網(wǎng)損及節(jié)點電壓為目標(biāo)的優(yōu)化模型， 應(yīng)用判斷矩陣法確定多目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)， 進一步優(yōu)化分布式電源的選址與定容.傳統(tǒng)人工蜂群算法具有收斂速度慢， 易陷入局部最優(yōu)等缺點， 會發(fā)生失真現(xiàn)象.本文提出均勻設(shè)計-反向?qū)?yōu)來初始化群體， 并且采用基于排序的選擇策略可以對目標(biāo)進行一次搜尋， 能避免算法陷入局部最優(yōu)解， 提高收斂率.

（2）雇傭蜂先在蜜源的某個區(qū)域進行一次搜索， 算出并與原位置蜜源的適應(yīng)度值進行對比， 進行貪婪選擇， 若新位置適應(yīng)度值大于原位置， 則取代原位置的蜜源.

（3）雇傭蜂進行全部搜索后在固定的區(qū)域內(nèi)以跳舞的形式將蜜源的信息傳遞給觀察蜂， 觀察蜂以輪賭盤的形式通過概率對雇傭蜂傳遞過來的信息重新選擇蜜源.

（4）若某個蜜源經(jīng)過多次搜索仍沒有更新， 則與之對應(yīng)的雇傭蜂放棄該處的蜜源， 并轉(zhuǎn)換成一偵查蜂， 按照公式（1）在搜索空間探尋新蜜源位置替代原來的位置.

3 基于IABC算法的分布式電源選址與定容的實現(xiàn)

IABC算法流程見圖1，具體步驟如下：

（1）輸入配電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)， 獲取系統(tǒng)節(jié)點和支路的信息.

（2）雇傭蜂在蜜源附近的有效區(qū)域內(nèi)依據(jù)公式（2）對蜜源搜索， 并與原來蜜源進行貪婪選擇觀察蜂根據(jù)選擇概率公式（3）和（4）對食物源進行選擇， 并按照公式（2）搜索， 并在新舊蜜源之間進行貪婪選擇.

（3）以limit為依據(jù)判定是否存在未被選擇的蜜源， 如果存在， 放棄該位置， 此處的雇傭蜂轉(zhuǎn)換為一偵查蜂， 重新搜索新位置的蜜源.

（4）首先記錄當(dāng)前的最優(yōu)解， 根據(jù)最大迭代次數(shù) Mmax來判斷最優(yōu)解是否符合要求， 若當(dāng)前的迭代次數(shù)達到Mmax， 計算停止， 將此時的最優(yōu)解輸出， 否則， 返回（2）循環(huán)執(zhí)行命令.

4 算例分析

采用標(biāo)準(zhǔn)IEEE33節(jié)點配電測試系統(tǒng)作為算例來驗證改進人工蜂群算法的有效性， 首先進行DG的布點規(guī)劃， 如圖2所示， 數(shù)字代表節(jié)點的編號.IEEE33節(jié)點網(wǎng)絡(luò)是輻射狀的配電網(wǎng)絡(luò)， 該系統(tǒng)的額定電壓為12.66 kV， 相角為0， 分布式電源接在1～32任意節(jié)點上[13]， 總有功和無功功率分別是3 715.0 kW，2 300.0 kW.在該算法中， 設(shè)置參數(shù)為： 權(quán)重系數(shù)α=0.5， β=0.5，Sn取30， 交叉概率CR取0.5， limit取8， Mmax取60次， 有功功率的權(quán)重系數(shù)為w1=0.6；電壓水平的權(quán)重系數(shù)為w2=0.4.運行算法程序.未接入DG時， 系統(tǒng)有功損耗是220.15 kW， 優(yōu)化后系統(tǒng)的有功損耗是62.85 kW.

兩種算法在收斂性的比較如圖3， 由圖3可知， IABC算法較ABC算法在迭代次數(shù)以及收斂快慢上有著明顯的提升.

表2為IABC和其他算法尋優(yōu)結(jié)果.比較可得IABC算法中接入配電網(wǎng)中DG的總?cè)萘啃∮谄溆嗨惴ǎ?而且系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗更小.因此IABC算法對于DG規(guī)劃更加行之有效.

合理的規(guī)劃DG的選址與定容， 也可以提高系統(tǒng)電壓水平.在接入DG前后， 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點最低電壓由0.913 1 p.u.上升到0.942 8 p.u.配電系統(tǒng)電壓普遍有明顯的改善.圖4給出了系統(tǒng)節(jié)點電壓比較.

5 結(jié)論

本文以降低配電網(wǎng)的網(wǎng)損及提高電壓質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)， 為了避免陷入局部最優(yōu)， 在標(biāo)準(zhǔn)人工蜂群算法的基礎(chǔ)上， 運用均勻設(shè)計-反向?qū)?yōu)的方法來優(yōu)化初始群體， 加快了全局尋優(yōu)率.同時， 為了解決基于比例適應(yīng)度選擇不足的問題， 用基于適應(yīng)度排序的選擇概率代替了基于比例適應(yīng)度的選擇概率， 不僅使種群的多樣性得到了保護， 而且擴大了全局搜索的范圍.通過比較DG接入前后的配電網(wǎng)規(guī)劃方案可以得出， DG的接入降低了網(wǎng)損， 改善了系統(tǒng)電壓水平.

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（編輯 CXM）