基于量子進(jìn)化算法的微網(wǎng)孤島劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于量子進(jìn)化算法的微網(wǎng)孤島劃分方法，特別是針對含分布式電 源、考慮負(fù)荷等級和微源可控性的配電網(wǎng)孤島劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著配電網(wǎng)建設(shè)的加強(qiáng)和微電網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，分布式發(fā)電（distributed generation，DG)在電網(wǎng)中的滲透率不斷提高。DG接入配電網(wǎng)雖然能夠滿足日益增長的負(fù) 荷需求、提高能源的綜合利用率，但也使得配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得越發(fā)的復(fù)雜，一旦配電網(wǎng)發(fā)生 故障，若無法快速制定相應(yīng)的故障恢復(fù)策略，有可能導(dǎo)致停電面積的擴(kuò)大，造成巨大的經(jīng)濟(jì) 損失。2003年制定的IEEE Std 1547-2003支持通過DG之間的協(xié)調(diào)控制等技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn) 孤島運(yùn)行。2011年修訂的IEEE Stdl547. 4-2011則將微網(wǎng)的定義延伸至含DG的配電網(wǎng)系 統(tǒng)中，且具有并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行新模式。當(dāng)配電網(wǎng)區(qū)域發(fā)生故障或其他原因而造成與上 級大電網(wǎng)脫離時，可以通過合理的孤島劃分來實(shí)現(xiàn)對孤島區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷恢復(fù)供電，提高配 電網(wǎng)的供電可靠性。因此，含DG配電網(wǎng)的孤島劃分策略對于配網(wǎng)的安全性至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種基于量子進(jìn)化算法的微網(wǎng)孤島劃分 方法。
[0004] 本發(fā)明方法結(jié)合量子進(jìn)化算法和SOS生物進(jìn)化算法的選擇機(jī)制，用于制定考慮微 源的調(diào)頻特性、負(fù)荷的優(yōu)先等級、負(fù)荷的可控性、配電網(wǎng)的潮流等約束的配電網(wǎng)孤島劃分方 法。整個方法的流程圖如圖1所示，發(fā)明方法詳細(xì)步驟敘述如下：
[0005] 1)輸入網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：配電網(wǎng)絡(luò)的原始結(jié)構(gòu)，各條支路的線路參數(shù)，各個節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷 有功和無功功率、DG的有功功率PD(；i j，負(fù)荷的可控性、DG的類型，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)為Nncid，線 路總數(shù)為Nline。
[0006] 2)將配電網(wǎng)與大電網(wǎng)相連的PCC點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)置0,開始進(jìn)入孤島劃分算法。
[0007] 3)設(shè)置量子進(jìn)化算法的維度M、粒子的個數(shù)N、迭代次數(shù)Iterniax，設(shè)定初始的旋轉(zhuǎn) 角集合、量子比特位集合、局部最優(yōu)向量和全局最優(yōu)向量。
[0008] 設(shè)定粒子的旋轉(zhuǎn)角集合和量子比特位集合，和可控負(fù)荷比例集合，如公式（1) - (6) 所示。
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[0016] 其中，?k為第k次迭代時所有粒子的旋轉(zhuǎn)角集合，為第i個粒子在第k次迭 代時旋轉(zhuǎn)角集合；為第i個粒子在第k次迭代時第m位的旋轉(zhuǎn)角值；Qk為第k次迭代時 所有粒子的量子比特位集合，g為第i個粒子在第k次迭代時量子比特位集合；乂,"為第i 個粒子在第k次迭代時第m位的量子比特位值;Ak為第k次迭代時所有粒子的可控負(fù)荷比 例集合，為第i個粒子在第k次迭代時可控負(fù)荷比例集合't為第i個粒子在第k次迭 代時第j位的可控負(fù)荷比例值。
[0017] 4)配電網(wǎng)狀態(tài)確定。根據(jù)以下步驟，分別確定各個粒子位置值所對應(yīng)的配電網(wǎng)狀 態(tài)，直至所有粒子計算完畢。
[0018] 4. 1)根據(jù)公式⑶得出各個粒子的量子比特位，結(jié)合公式（6)中各個可控負(fù)荷的 比例，按照公式（9)-(10)設(shè)定為各個粒子的位置值。
[0022] 其中，Xk為第k次迭代時粒子的位置集合；Λ1為第i個粒子第k次迭代時的位置 值；M = Nn JNline0
[0023] 4. 2)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)矩陣生成。根據(jù)粒子的量子比特位值，設(shè)定相應(yīng)開關(guān)的狀態(tài)。若某 一位量子比特位的值為1，則對應(yīng)開關(guān)的狀態(tài)為閉合；若某一位量子比特位的值為〇,則對 應(yīng)開關(guān)的狀態(tài)為打開。
[0024] 4.3)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分。結(jié)合圖論和floodfill算法，根據(jù)配電網(wǎng)中各個開關(guān)的狀態(tài)， 確定配電網(wǎng)中的孤島區(qū)域，記芯為第k次迭代時粒子i中所有孤島的節(jié)點(diǎn)集合;拉為第k次 迭代時粒子i中孤島內(nèi)的線路集合。
[0025] 4. 4)根據(jù)公式（11)和公式（12)確定配電網(wǎng)中各個節(jié)點(diǎn)的得電狀態(tài)以及各個節(jié)點(diǎn) 上的負(fù)荷有功功率。
[0028]其中，m e Jj, i = 1，2,…，N，j = 1，2,…，Nnod, k = 1，2,…，Itermax; X!/為在第 k 次迭代時粒子i中節(jié)點(diǎn)j的得電狀態(tài)，為節(jié)點(diǎn)j相連的線路集合；為第k次迭代時 粒子i中節(jié)點(diǎn)j上負(fù)荷的有功功率，P^j為節(jié)點(diǎn)j上負(fù)荷可控有功功率；P 為節(jié)點(diǎn)j上 負(fù)荷不可控有功功率；公式（11)表示每個節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)值與其相鄰的線路狀態(tài)有關(guān)，若相鄰 的線路任何一條得電，則該節(jié)點(diǎn)得電；公式（12)表示每個節(jié)點(diǎn)上負(fù)荷的有功功率值為其可 控有功容量和不可控有功容量的總和；
[0029] 5)貪婪選擇。由于隨機(jī)生成的配電網(wǎng)狀態(tài)可能不滿足一定的約束條件，即公式 (13)-(16)。因此，根據(jù)貪婪選擇，隨機(jī)置粒子i中某一位量子比特位為0或1，直至每個粒 子滿足其滿足約束條件或達(dá)到貪婪選擇允許的最大次數(shù)。
[0033] 其中，4 i = 1，2,…，N，j = 1，2,…，Nnod, k= 1，2,…，Iter一Pdgij 為節(jié)點(diǎn)j上微源的有功功率；Δ 為第k次迭代時粒子i中線路m上有功網(wǎng)損；為第k 次迭代時粒子i中第1個孤島內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，if為第k次迭代時粒子i中所有孤島的節(jié)點(diǎn) 集合；Zt,為第k次迭代時粒子i中第1個孤島內(nèi)的線路集合，it為第k次迭代時粒子i中 所有孤島的線路集合；C]為節(jié)點(diǎn)j上的微源類型，可調(diào)頻微源為2,不可調(diào)頻微源為1，沒有 微源為〇 ; 為第k次迭代時粒子i中節(jié)點(diǎn)j的電壓值，Vniax和V _分別為節(jié)點(diǎn)上電壓允許 的最大值和最小值；上述約束條件中，公式（13)為功率平衡約束，即每個孤島中，負(fù)荷和線 路上消耗的功率必須等于微源發(fā)出的功率；公式（14)為微源的調(diào)頻約束，即每個孤島中必 須包含具有調(diào)頻功能的微源；公式（15)輻射狀網(wǎng)絡(luò)約束，即每個孤島必須滿足配電網(wǎng)輻射 狀結(jié)構(gòu)。
[0034] 5. 1)設(shè)定孤島中調(diào)頻微源所在的節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)，其余微源為PV節(jié)點(diǎn)，所有的負(fù) 荷節(jié)點(diǎn)為PQ節(jié)點(diǎn)，運(yùn)用牛拉法計算整個配電網(wǎng)的潮流狀態(tài)，并得出各個線路上的有功功率 損耗APfu,。
[0035] 5. 2)檢驗各個粒子的位置值所對應(yīng)的配電網(wǎng)狀態(tài)是否滿足約束條件，即公式 (13) - (15)，若滿足，則進(jìn)入步驟(6)，若不滿足，則隨機(jī)置粒子i中表示線路狀態(tài)的ρ丨某一 位的量子比特位狀態(tài)為其相反值，再次檢驗其是否滿足約束條件，直至其滿足所有的約束 條件或達(dá)到貪婪機(jī)制的最大允許次數(shù)。
[0036] 6)粒子的適應(yīng)度計算
[0037] 按以下步驟，根據(jù)各個粒子的位置值分別計算粒子的適應(yīng)度值，直至所有粒子均 計算完畢。本發(fā)明中粒子的適應(yīng)度包含三個方面，即負(fù)荷斷電損失、潮流損失和開關(guān)動作次 數(shù)損失。計算步驟如下：
[0038] 6. 1)負(fù)荷斷電損失是指當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障后，不同負(fù)荷等級的負(fù)荷因切除所造成的 損失。其相應(yīng)的表達(dá)式為：
[0040] 其中，i = 1，2,…，N, k = 1，2,…，Itermax; /1,表示第k次迭代時粒子i的負(fù)荷斷 電損失。
[0041] 6.2)開關(guān)動作次數(shù)
[0042] 開關(guān)動作次數(shù)相應(yīng)的表達(dá)式如公式（17)所示：
[0044] 其中，i = 1, 2,…，N, k = 1, 2,…，Itermax; 表示第k次迭代時粒子i的開關(guān)動 作損失；表示線路m原先的狀態(tài)。
[0045] 6. 3)有功功率損耗
[0046] 故障恢復(fù)方案確定后，應(yīng)保證整個連通的配網(wǎng)以及各個孤島的有功功率損耗最 小，相應(yīng)的表達(dá)式為：
[0048] 其中，i = 1，2,…，N, k = 1，2,…，Itermax; /?表示第k次迭代時粒子i的線路網(wǎng) 損；Δ 0ιη為第k次迭代時粒子i中線路m上有功網(wǎng)損；
[0049] 根據(jù)上述三個表達(dá)式，計算出粒子的適應(yīng)值，即目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式如公式（19)所 示：
[0051] 其中，i = 1，2,…，N, k = 1，2,…，Itermax;域為第k次迭代時粒子i的適應(yīng)度函 數(shù)。公式中，三個參數(shù)/1、/L.和/1,,在計算時均已歸一化；α、β、γ分別表示三者相應(yīng)的 權(quán)重因子。
[0052] 7)更新粒子的局部最優(yōu)向量xpJP全局最優(yōu)向量xg。
[0056] 其中，i = 1, 2,…，N，k = 1, 2,…，ItermaxJg據(jù)公式（20)更新各個粒子的局部最 優(yōu)向量。同時，選擇當(dāng)次迭代過程中粒子的適應(yīng)度最小的粒子作為更新全局最優(yōu)向量的參 考值，根據(jù)公式（22)更新粒子的