含分布式发电和电动汽车的配电网重构研究

摘要

配电网是电力系统中电能从发出到用户使用的最终一个环节，对供电可靠性和供电质量的影响最为直接。配电网重构作为一种优化网络潮流的重要措施，可在不增加额外建设成本的情况下，通过灵活地调整网络拓扑结构来实现系统安全、稳定、经济地运行。近年来，随着社会经济的进步和能源需求的增长，分布式发电(Distributed Generation，DG)技术和电动汽车(Electric Vehice，EV)蓬勃发展，为配电网既带来了机遇又提出了挑战，传统的配电网重构策略越来越难以满足主动配电网的运行要求。因此，研究含有DG和EV的配电网重构问题具有重要意义。本文围绕“考虑DG和EV接入配电网的重构策略”这一主题，展开了以下工作:
　　第一，针对配电网支路众多、呈辐射状运行的特点，提出基于最小环路的编码策略和基于连通矩阵的拓扑约束判断流程。最小环路编码可以减少不合理个体的出现，使优化过程中新生成拓扑结构的可用率大大增加。利用连通矩阵来判断拓扑约束，能简化判断流程，提高计算效率。
　　第二，提出了半不变量的随机潮流算法及其相关改进模型，用以作为评估DG和EV随机性的重要工具。本文先运用基于半不变量的Gram-Charlier级数展开式计算系统状态变量的概率分布，避免了随机变量直接累加带来的大量卷积计算。然后当配电网接入大量DG时，Gram-Charlier级数会产生较大误差，因此提出了离散-正态叠加的改进算法，在处理高渗透率DG的配电网随机潮流时不易失真。最后将相关性引入到随机潮流计算中，得到相关性处理的一般解法，归纳其对系统产生的影响。
　　第三，建立了配电网单目标和多目标的静态重构模型并分别进行优化求解。本文首先利用改进的引力搜索算法，分别以最小网损和最小系统电压不安全率为目标对配电网进行单目标重构，综合优化网络拓扑与DG容量配置，探究结果对两者的不同影响。然后将非支配排序、拥挤距离计算和精英保留策略等方法应用到引力搜索算法中，对配电网最小网损、最小系统电压不安全率和最小DG投入进行多目标优化重构，进而得到Pareto最优解集，为配电网优化运行提供决策支持。
　　第四，提出了基于信息熵减最小的时段划分的配电网动态重构策略，用来解决DG和EV基于概率统计的信息损失的弊端。在动态重构中，配电网日负荷数据分段会在显著减少重构工作量的同时带来信息的丢失，而熵减最小的分段方法能在两者寻求平衡，获得最优的分段方案。算例结果表明，动态重构相对于静态重构能更有效的减小系统的日负荷损失，同时，基于信息熵减最小分段的重构策略在简化计算、降低系统运行损耗、提高电压水平方面也体现出了较大的优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 DG接入配电网的影响

1．2．2 EV对配电网的影响

1．2．3 配电网重构算法

1．3 本文主要工作

第2章 配电网重构数学模型及相关理论基础

2．1 引言

2．2 配电网重构数学模型

2．2．1 单目标优化模型

2．2．2 多目标优化模型

2．3 网络辐射状结构判断及编码规则

2．3．1 基于环网的编码规则

2．3．2 辐射状判断

2．3．3 连通性判断

2．3．4 配电网拓扑约束判断流程

2．4 本章小结

第3章 配电网随机潮流算法原理及改进

3．1 引言

3．2 随机潮流算法概述

3．3 概率基础理论

3．3．1 随机变量的概率数字特征

3．3．2 半不变量在随机变量概率分布中的应用

3．4 线性化潮流计算模型

3．5 分布式发电系统及负荷随机模型

3．5．1 风电系统随机模型

3．5．2 光伏系统随机模型

3．5．3 负荷分布随机模型

3．6 算例分析

3．7 改进随机潮流算法

3．7．1 通过离散变量求取概率分布

3．7．2 Gram-Charlier级数法和离散-正态改进法比较

3．8 计及相关性的随机潮流算法

3．8．1 相关性分析

3．8．2 计及输入相关性对系统运行的影响

3．9 本章小结

第4章 基于改进引力搜索算法的配电网重构

4．1 引言

4．2 引力搜索算法及基本模型

4．3 多目标连续优化的引力搜索算法

4．3．1 Pareto最优

4．3．2 非支配排序

4．3．3 拥挤距离计算

4．3．4 精英保留策略

4．3．5 质量定义

4．3．6 多目标引力搜索算法流程

4．4 算例分析

4．4．1 单目标优化重构

4．4．2 多目标重构

4．5 本章小结

第5章 含DG和EV的配电网动态重构

5．1 引言

5．2 信息熵及熵减最小分段

5．2．1 信息熵的定义

5．2．2 熵减最小分段

5．3 等效日负荷曲线

5．3．1 DG日出力数据

5．3．2 EV日负荷数据

5．3．3 常规日负荷曲线

5．3．4 等效日负荷曲线

5．3．5 等效日负荷曲线分段

5．4 配电系统动态重构

5．4．1 目标函数

5．4．2 算例分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文