基于改进混沌算法的多端柔性直流配网可控技术优化

2023-02-20王瑞

粘接 2023年12期

王瑞

摘要：一旦电力电子设备发生故障或者运行状态不稳定，会直接影响多端柔性直流配电网的稳定性，可以用潮流调度方式维护配电网的稳定性。但多端柔性直流配电网潮流调度需要同时考虑多个条件，具有调度优化难度大的问题，为此，应用基于改进混沌算法的多端柔性直流配电网潮流调度优化方法，以多端柔性直流配电网运行特性，确定配電网潮流可控调节变量；选择大容量电压源型换流器作为调节设备，扩展配电网潮流调节范围；通过粒子群算法改进混沌算法，将可控变量表示为混沌粒子实现潮流调度优化。实验结果表明，在全天范围对多端柔性直流配电网系统进行潮流调度，能够保证配电网功率保持在理想潮流状态，具有应用价值。

关键词：混沌算法；多端柔性直流配电网；潮流调度优化；粒子群算法

中图分类号：TP39

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）12-0179-05

Optimization method for controllable technology of multi-terminal flexible DC distribution network based on improved chaotic algorithm

WANG Rui

（Alxa Power Supply Company，Ejina Banner，Alxa League 735400，Inner Mongolia Autonomous Region China）

Abstract：Once power electronic equipment fails or the operation state is unstable，it will directly affect the stability of the multi terminal flexible DC distribution network.The stability of the distribution network can be maintained through power flow scheduling.However，the power flow scheduling of multi terminal flexible DC distribution networks requires simultaneous consideration of multiple conditions，which is difficult for scheduling optimization.Therefore，the multi-terminal flexible DC distribution network power flow scheduling optimization method based on the improved chaos algorithm was applied to determine the controllable power flow regulation variables of the distribution network based on the operation characteristics of the multi-terminal flexible DC distribution network，the large-capacity voltage source inverter was selected as the regulation equipment to expand the power flow regulation range of the distribution network，the chaos algorithm was improved by the particle swarm optimization algorithm，and the controllable variables were represented as chaotic particles to realize the power flow scheduling optimization.The experimental results showed that the power flow scheduling of the multi-terminal flexible DC distribution network system in the whole day can ensure that the power of the distribution network is kept in the ideal power flow state，which has application value.

Key words：chaos algorithm;multi terminal flexible DC distribution network; optimization of power flow dispatch;particle swarm algorithm

随着直流输配电网工程的普及和新能源并网的快速增加，为了实现城市供配电，多端柔性直流配电网在中国得到了广泛应用。尽管多端柔性直流配电网具有良好的应用优势，但也存在许多问题和挑战，如难以调度多端柔性直流输电网。许多研究人员对多端柔性直流配电网的潮流调度方法进行了广泛的研究，并在一些领域成功地进行了验证。其中，在文献中，通过改进和声搜索算法设计了一个配电网潮流调度优化方法，以此突出配电网中电压质量与配电网运行的关系。通过改进算法构建的调度模型，能够直接对所需的参数进行求解和调度，使配电网的潮流调度具有稳定性，保证配电网的安全运行。在文献中，提出了一种考虑拥塞管理方式的交直流柔性配电网协调优化调度方法，为推动电力系统的可持续发展提供理论支持。

1运行特性下确定多端柔性直流配电网可控调节变量

在多端柔性直流配电网的运行特性下，对多端柔性直流配电网的可调控变量进行分析和确定，具体如图1所示。

由图1可知，以某一个节点接入多端柔性直流配电网为分析前提，用q表示该节点，节点q的电压为eq。将与节点q相邻的各节点等效为一个节点，用w表示，此时该节点的电压为ew。为保证多端柔性直流配电网的正常运行，需要保证各个节点的电压维持在基准电压的上下最大偏差范围之内。其中，Δe为允许的最大电压波动;er为基准电压。通过节点接入多端柔性直流配电网的运行特性，对节点的输出功率进行计算：

yq=eq×∑tt=1eq－etuqt（1）

yq=eq×eq－ewuw（2）

通过对多个相邻节点等效为一个节点的设定，式（2）为式（1）的简化过程。yq为节点q的输出功率；e1，e2，...，et为与节点q相邻节点的电压，并且q≠t；uq1，uq2，...，uqt为节点q与相邻节点之间的线路电阻；uw为节点q与节点w之间的线路电阻。

2以大容量电压源型换流器扩展配电网潮流调节范围

选择的大容量电压源型换流器为三相两电平形式，能够直接对接配电网的三相电压，首先对其自身的电压与配电网的直流电压关系进行分析：

ps，Aps，Bps，C=udfAfBfC+usfAfBfC+oApd，AoBpd，BoCpd，C（3）

fAfBfC=1ud－usud－pd，gudoAoBoC，g=A，B，C（4）

og=12，s相上臂桥导通，下臂桥关闭－12，s相上臂桥导通，下臂桥关闭，g=A，B，C（5）

式中：pd，A、pd，B、pd，C为换流器直流侧电压基波分量；ps，A、ps，B、ps，C为直流配电网三相电压基波分量；ud为换流器电阻；fA、fB、fC为三相线路电流；us为配电网电阻；og，g=A，B，C为直流配电网与换流器连接时各相的逻辑开关函数。通过直流配电系统与换流器的电压关系，在理想开关状态下，将开关函数涵盖的所属范围直接对应为配电网潮流调节的扩展范围：

oA=i2sinδ+βoB=i2sinδ+β－23πoC=i2sinδ+β+23π（6）

式中：i为换流器的调节制度；δ为配电网的基波频率；β为换流器与配电网输出电压的夹角。当三相两电平大容量电压源型换流器在应用过程中，其三相桥臂在不同时刻会处于不同的开关状态，只有在换流器与配电网连接时的开关函数值，大于配电网三相电压的基波频率，即og>δ，才能够实现配电网的潮流调节。在确定配电网的潮流调节参数以及范围后，通过改进的混沌算法对其潮流分布进行调度优化。

3改进混沌算法优化调度多端柔性直流配电网潮流分布

利用粒子群算法对混沌算法的改进过程如下：

kl+1=4kl1－kl→k1，k2，…，kz，kl∈0，1（7）

kx=cx－vbnb－vb x=1，2，…，z;b=1，2，…，m（8）

cx=vb+nb－vbkx x=1，2，…，z;b=1，2，…，m（9）

式（7）为混沌矢量的迭代方式，式（8）为混沌矢量的粒子映射过程，式（9）为粒子变量的计算过程。

式中：kl∈0，1为混沌矢量；z为混沌矢量数量；m为混沌矢量维度；k1为混沌矢量初始值；cx∈vb，nb为不在设定范围0，1内的粒子，用于表示配电网中的各维度调度变量；nb、vb分别为优化控制变量约束的上下限。

由于kl∈0，1会经过区域内的任意地方，对于取值不在区域的变量cx∈vb，nb，能够通过计算进行有效映射，这个过程可视作配电网潮流可控变量的调度优化过程，即kxx=1，2，...，z遍历转换范围，就是配电网潮流调度优化的解空间。由于此次选择的主要调度设备为电压换流器，而配电网的潮流功率也与电压相关，因此，在选择粒子代表的变量时，直接表示为配电网的电压、换流器投切组数以及换流器调节变比，如下：

c1=ezdnd=ez1…ezmd1…dmnd1…ndm（10）

c2=ez×ζznd×d=ez1×ζ1…ezm×ζmn1×1…ndm×dm（11）

Qkx=cx－ζxex－ζx，x=1，2，…，z（12）

式中：c1表示每一个粒子个体c代表的控制变量向量；c2为每一个粒子个体c代表的状态变量向量；ez为配电网任意节点电压，并且，q∈z、w∈z；nd为换流器投切组数；d为换流器调节变比；ζ为粒子群规模；Q·为调节函数。通过对调节变量的选择以及在混沌粒子群中的区间，完成对配电网潮流的调度优化。至此，基于改进的混沌算法而实现多端柔性直流配电网潮流调度优化方法设计。

4实验测试分析

在分析多端柔性直流配电网的运行特性后，发现多端柔性直流配电网的运行会直接影响电力系统的发电情况，为实现最佳状态的直流配电网发电，需要对多端柔性直流配电网进行潮流调度。此次采用改进混沌算法设计了一个全新的潮流调度方法，为验证该方法具有应用价值，能够对配电网的状态进行有效调度，通过实验测试的方式进行论证。在MATLAB测试平台模拟柔性直流配电网在某种特定状态下的理想潮流状态，具体情况见图2。

由图2可知，此次以某一天内配电网所希望达到的理想状态作为模擬案例，在模拟多端柔性直流配电网理想潮流状态时，同时涵盖了典型系统发电、风力系统发电以及光伏系统发电。其中，节点A1、A2、A3为典型系统发电负荷数据；A4、A5为风力系统的发电负荷数据；A6为光伏系统的发电负荷数据。因此，此次模拟的配电网为多端柔性直流配电网，符合测试要求。但即使在多端柔性直流配电网

中设计了理想的潮流状态，受配电网自身结构和参数等特性影响，其在实际运行中会与理想状态具有一定差距，而应用潮流调度方法的目的就是对差距进行调控。为此，对该配电网的全天实际潮流发电数据进行统计，统计结果如表1所示。

由表1可知，通过对配电网各端的实际潮流数据获取，能够发现其与理想状态具有一定的差距，可以应用在潮流调度优化测试实验中，能够将其作为此次测试的样本数据。

分别用基于改进和声搜索算法调度优化方法、计及阻塞管理的调度优化方法以及提出的新方法。将3组方法同时应用在配电网中进行全天的潮流调度，使该配电网的运行情况与理想状态保持一致，结果如图3所示。

由图3可知，新方法在应用过程中，其对配电网的潮流调度优化结果，与设定的配电网理想状态保持一致，说明新方法能够实现全天不间断的监控，当出现偏差时及时完成潮流调度优化，使其保持在理想状态下运行，具有应用价值。

5结语

对多端柔性直流配电网的潮流调度优化具有必要性，由于多端柔性直流配电网中的多设备与多端口形式，其在进行电力传输和交换时容易产生设备故障和电力波动。基于此问题进行深入分析，采用改进混沌算法设计了一个多端柔性直流配电网调度优化方法，并在案例应用中验证了其有效性，可以实现配电网的灵活调度，满足配电网的负荷需求。

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