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基于博弈论的含DG配电网动态重构研究.docx
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基于博弈论的含DG配电网动态重构研究.docx
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随着分布式电源 DG(Distributed Generation,DG)大规模并入配电网,负荷
与 DG 出力的波动性使配电网的运行状况更加复杂多变
[1]
。针对有源配电网运
行的灵活多变性,对含 DG 的有源配电网实施动态重构。基于不同工况调整其
运行方式可有效提高有源配电网运行的经济性并保障其安全运行水平
[2,3,4]
。
配电网重构可分为静态重构和动态重构。静态重构是基于某一时间断面的
电力系统状态对网络进行重构,不涉及随时间变化各状态量也随时间变化的问
题。配电网静态重构常用传统数学方法、启发式方法、人工智能法和随机优化
法等
[5,6,7,8,9]
。动态重构则考虑到分布式电源和负荷的时变性,对某一时间区间内
的网络进行实时性重构。与静态重构相比,现实生活中的电力系统网络内的相
关状态量是具有实时性的,所以动态重构的研究更具有现实意义。但动态重构
是涉及到时间维度的高维非线性组合优化问题,容易出现维数灾问题。因此随
着对环境问题的重视程度不断加强,求解含 DG 配电网的动态重构问题逐渐成
为国内外的热点问题。文献[10]以研究对象的有功网损最小为目标函数,提出了
按时间分段的方法,在对应时间段起始阶段通过开关动作降低网损,得到对应时
间段内最优解;文献[11]考虑到运行成本问题,按照日负荷曲线分割动态重构时
段,通过限制开关动作次数来控制成本;文献[12]先以网损最小为目标函数,并根
据负荷变化确定重构时间,在采用改进的遗传算法求解重构问题。上述文献中
主要的方法是以负荷变化为标准划分重构时间,再以有功网损为目标函数或以
开关动作次数为参考标准对相应时间段内的研究对象做静态重构,然后对结果
进行合并。但这种合并带有一定的人为主观臆断,含有主观性。随着 DG 的快
速发展和国家的大力提倡清洁能源使用,上述文献中所采用的方法大多存在对
分布式电源的利用率不高的情况。另外,动态重构本身作为一种高维非线性组
合优化问题,大部分文献中采用人工智能算法对该问题进行多时段全局寻优,计
算量大且效率低,甚至会出现无法得到最优解的情况。
本文采用的博弈论是一种以多个目标为研究对象的最优决策理论。本文将
以降低网损、增大 DG 功率输出和开关动作次数作为综合优化目标进行动态重
构研究,对半不变量法进行改进,对接入电网的风电光伏站出力和配电网区域负
荷进行预测计算,对建立的多目标重构模型求解。最后,通过对 IEEE 的经典 33
节点含 DG 配电网进行算例仿真,并将结果与其他算法进行对比以验证本文方
法的合理性和可行性。
1 风电、光伏机组出力模型
近年来新型清洁能源中以风电和光伏发电技术最成熟,以此为目标最具有
现实意义。随着相关技术的不断成熟,风电光伏电站在电网中的重要性也越来
越高,是电网重构必须考虑的重要因素
[13,14,15,16,17,18]
。
有源配电网的重构是以预测数据为基础制定的重构方案,具有不确定性。
本文考虑分布式电源出力误差和负荷变化误差,采用半不变量法进行随机潮流
变量求解,为求解重构方案做准备。
1.1 风电出力数学 模型
由于风电发电量与风速相关,因此考虑风电机出力 P
w
与风速 V 的关系近似
得出风机发电计算式
P
w
= 0,V<Vin,V≥VoutPrVr3-Vin3V3-Vin3Vr3-
Vin3Pr,Vin<V<VrPr,Vr<V<Vout
(1)
式中,V
in
、V、V
out
依次分别为风电机组切入风速、额定风速和切出风速;P
r
为额定输出功率。
由式(1)可知,风电机组只有在 V∈(V
in
,V
out
)时才会发出功率,否则将从电力
系统中解列。
1.2 光伏发电出力 数学模型
由于光照强度在一天中具有一定的规律性,所以可根据季节对光伏电站发
出的功率按时间段进行预测并列出光照强度分布方程,如式(2)所示。
P
P
= GAη860.4
(2)
式中,G 为太阳辐射强度;A 为受光面积; η 为光伏电站的转化效率。其中,光
伏转化效率如式(3)所示。
η=η
0
1-0.0045Tp-15
(3)
式中,η
0
为光伏发电机组的基准转化效率。
2 配电网重构博弈模型
本文提出的博弈重构模型是一种多目标重构模型,是解决在重构过程中考
虑多个重构目标之间相互制约关系的重构方法。
2.1 相关要素分析
在含有 DG 的配电网中,将网络重构目的设为减小网络损耗,消纳更多清洁
能源和开关动作量。在保证各目标函数收益最大的情况下,考虑重构的经济性。
将上述要素记为 3 个不同的博弈者,则博弈集为{P
a
|a=1,2,3},P
a
为重构中的
第 a 个最优目标函数。其对应策略应为网络达到最优时的开关状态,对应策略
集为
S
a
= S1a,S2a,…,Ska,…·
(4)
式中,S
ka
为博弈者 P
a
的第 k 个重构策略。
各个博弈者须在不同开关状态下做权衡,既希望在消纳最多清洁能源的情
况下网络损耗最小,又希望减少开关动作次数以达到减小运行成本的目的。因
此对各博弈者采用加权形式的数学模型,如式(5)所示。
F
a
Ska=αf
a
Ska+βf
a
Ska+γf
a
Ska
(5)
式中,α、β 和 γ 为函数的权重因子。
2.2 博弈理论中的 多目标函数
在配电网络的重构中,应保证网络呈辐射状结构
[4]
。所以本文有功功率网损
最小目标函数
minf
1
= ∑i=1tk
i
r
i
Pi2+Qi2Ui2
(6)
式中,i 表示各节点序号;t 表示支路总数;k 表示开合状态;r 表示电阻值;P、Q
分别指有功和无功功率;U 为线路末端电压。
配电网络中要消纳最多的清洁能源 指的是在不影响 供电质量的前提 下尽
可能多的使用清洁能源。因此,其目标函数为
maxf
2
= ∑i=1mP
P
+ ∑i=1nP
w
(7)
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