基于禁忌搜索算法的含分布式電源配電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制方法

【關(guān)鍵詞】禁忌搜索算法；分布式電源；配電網(wǎng)；自動(dòng)控制；潮流約束

引言

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，電壓和無(wú)功功率是兩個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。它們的穩(wěn)定控制不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，還直接影響著電力設(shè)備的壽命以及整個(gè)系統(tǒng)的安全性。因此，電壓無(wú)功自動(dòng)控制（Voltage and Reactive PowerControl， VARC）一直是電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用，分布式電源（Distributed Generation， DG）如風(fēng)電、光伏等逐漸接入配電網(wǎng)，給傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此，如何在新的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的電壓無(wú)功自動(dòng)控制，成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。因此無(wú)功電壓控制具有較高的難度，在實(shí)際中難以把控配電網(wǎng)電壓無(wú)功控制精度，不僅電壓偏差較大，而且有功網(wǎng)損比較高，為此提出基于禁忌搜索算法的含分布式電源配電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制。

一、建立電壓無(wú)功控制多目標(biāo)函數(shù)

本文以含分布式電源配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)成本最小、節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)最小、配電網(wǎng)有功損耗最小以及節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值與額定電壓值的偏差絕對(duì)值最小為目標(biāo)，建立電壓無(wú)功控制多目標(biāo)函數(shù)。含分布式電源配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)成本包括配電網(wǎng)線(xiàn)損成本、購(gòu)電成本和充放電成本，三個(gè)成本計(jì)算公式為：

三、基于禁忌搜索算法的最優(yōu)控制策略求解

在搜索過(guò)程中將以上設(shè)定的約束條件轉(zhuǎn)換為目標(biāo)函數(shù)的懲罰項(xiàng)，通過(guò)對(duì)不符合約束條件的解懲罰，生成禁忌搜索算法的初始解。為了保證禁忌搜索算法計(jì)算效率，利用多維背包準(zhǔn)則生成候選解，假設(shè)每個(gè)解為一個(gè)物品，每個(gè)物品占用資源不同，因此利用偽效率比對(duì)每個(gè)物品進(jìn)行評(píng)價(jià)，物品的偽效率比計(jì)算公式為：

式中， 表示物品的偽效率比； 表示物品消耗的資源；表示背包的資源容量； 表示物品的對(duì)應(yīng)價(jià)值。根據(jù)物品的偽效率比進(jìn)行降序排序，將偽效率比超出一定數(shù)值的物品放入背包中，以此生成用于禁忌搜索算法迭代的候選解。假設(shè)候選解中的每一個(gè)解為一個(gè)物種，通過(guò)相鄰交換、互換以及插入等，生成新的種群，并利用藐視準(zhǔn)則從新的物種中選取全局最好解，藐視準(zhǔn)則是指當(dāng)目標(biāo)函數(shù)解優(yōu)于目前為止最好的目標(biāo)函數(shù)解，則對(duì)之前的最好的解推翻，將其釋放到禁忌列表中，限制該解的移動(dòng)和屬性。其決策依據(jù)為適應(yīng)度值，利用適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算出新的種群的適應(yīng)度值，適應(yīng)度值是指?jìng)€(gè)體與目標(biāo)的接近程度，適應(yīng)度值越大，則說(shuō)明個(gè)體越接近搜索目標(biāo)。當(dāng)禁忌搜索算法達(dá)到最大迭代次數(shù)時(shí)，停止搜索，輸出禁忌列表之外的解，該解為符合約束條件的目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解。

四、實(shí)驗(yàn)論證

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)

以某含分布式電源配電網(wǎng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該配電網(wǎng)包含14個(gè)節(jié)點(diǎn)，8個(gè)支路，基準(zhǔn)電壓為23kV，整個(gè)配電網(wǎng)總負(fù)荷為35.15MW·A，節(jié)點(diǎn)電壓最大幅值為1.08p.u.，最小幅值設(shè)置為0.93p.u.直流線(xiàn)路電阻為0.02p.u.。根據(jù)該配電網(wǎng)實(shí)際情況，對(duì)禁忌搜索算法參數(shù)設(shè)置如下：最大迭代次數(shù)設(shè)置為200次，交叉概率為0.05%，變異概率為0.15%，算法種群大小為100。利用本文方法對(duì)該含分布式電源配電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本次實(shí)驗(yàn)以配電網(wǎng)電壓幅值和有功網(wǎng)損為電壓無(wú)功自動(dòng)控制效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)16h內(nèi)配電網(wǎng)電壓幅值情況，以及各種支路的有功網(wǎng)損情況。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的說(shuō)明性，將本文方法與兩種主流方法對(duì)比，表1、表2給出了三種方法應(yīng)用下配電網(wǎng)電壓幅值和有功網(wǎng)損數(shù)據(jù)。

表1 含分布式電源配電網(wǎng)電壓幅值（p.u.）

表2 含分布式電源配電網(wǎng)有功網(wǎng)損（MW）

對(duì)比表1中數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)計(jì)方法應(yīng)用下配電網(wǎng)電壓幅值在0.96p.u.-0.99p.u.之間，數(shù)值非常接近1p.u.，說(shuō)明配電網(wǎng)電壓與基準(zhǔn)電壓相符，電壓偏差較小，并且在規(guī)定范圍內(nèi)。而主流方法A應(yīng)用下配電網(wǎng)電壓幅值在0.83p.u.-1.23p.u.之間，主流方法B應(yīng)用下配電網(wǎng)電壓幅值在0.74p.u.-1.16p.u.之間，電壓偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)方法。對(duì)比表2中數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)計(jì)方法應(yīng)用下配電網(wǎng)總有功網(wǎng)損僅為0.28MW，相比較兩種主流方法，配電網(wǎng)有功網(wǎng)損得到了明顯的降低。通過(guò)以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析，證明了本文方法在含分布式電源配電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，控制效果良好。

結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的控制策略和方法在面對(duì)這種新型電力系統(tǒng)形態(tài)時(shí)，顯得力不從心，亟待新的理論和技術(shù)支持?；诮伤阉魉惴ǖ暮植际诫娫磁潆娋W(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制研究，正是對(duì)這一挑戰(zhàn)的積極回應(yīng)和有益探索。本文深入探討了禁忌搜索算法在含分布式電源配電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制中的應(yīng)用，通過(guò)構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓和無(wú)功的精確控制。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際案例的分析結(jié)果表明，基于禁忌搜索算法的電壓無(wú)功自動(dòng)控制策略能夠有效提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量和運(yùn)行效率，顯示出其在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力，為含分布式電源配電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制提供參考依據(jù)。