基于AHSPSO算法的DG并网位置优化研究*

杨本臣， 曹 留， 和敬祥

(辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105)

基于AHSPSO算法的DG并网位置优化研究*

杨本臣， 曹 留， 和敬祥

(辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105)

为寻求不同接线模式下分布式电源接入位置对配网电压优化的规律性，以系统电压影响参数最小化为目标，以功率平衡、节点电压、支路容量为约束条件，采用自适应和声搜索与粒子群优化混合(AHSPSO)算法对不同接线模式下的DG并网位置进行优化，得出不同接线模式下的最优接入位置。利用IEEE—33节点配网模型进行仿真对比，分析不同接线模式下DG的并网位置对配网电压影响的规律。结果表明:只有正确合理地配置不同接线模式下DG并网位置，才能够更为有效地发挥电压的支撑作用。

分布式电源； 自适应粒子群和声搜索算法； 并网位置； 接线模式

0 引 言

随着能源与环境问题的日益突出，分布式电源(distri-buted generation，DG) 作为一种有效利用可再生能源的新技术越来越多地应用到配电系统当中[1]。DG是指在用户现场或靠近用户现场配置较小的发电机组，用以满足特殊用户的需求，支持现存配电网的经济运行的发电形式[2]。DG接入配网能在保护环境、提高供电可靠性、减少停电事故、延缓输配网建设、解决边远地区电力需求等方面带来良好的效益，但DG并入电网也使得系统结构跟着DG并网位置的变更而不断产生变化，改变了系统潮流，对配网电压产生较大影响。而且我国城乡配网的接线方式又以架空辐射状、架空手拉手以及电缆单环网等三种方式为主，DG并网位置在三种接线模式中的改变，对电压的影响也不尽相同。因此，有必要探究DG在不同接线模式下的并网位置对配网电压优化的影响。

目前，针对这一问题许多学者都开展了研究。文献[3]利用两个测试系统，粗略分析了分布式发电对配电网可靠性、网络损耗和电压的影响；文献[4]应用Simulink软件搭建33节点配网系统，通过改变DG的并网位置来分析不同位置下的电压分布状况，并最终找出最优的接入方案，但其只是通过仿真进行分析，并没有结合具体算法寻优得到DG的最优并网位置。文献[5]基于辐射状接线模式，探究了不同种类的DG在配网中接入不同位置时的电压分布及网损大小状况，并总结出并网位置对配网电压及网损的影响规律，但其只是针对辐射状接线模式下的配网系统进行研究忽略了其他接线模式。文献[6]通过PSASP软件对同一网架下不同的DG并网方案分别进行潮流计算，定量分析了DG 接入位置对配网电压的影响，但其并没有给出该接线模式下DG并网位置对配网电压优化的规律性，对DG的实际应用不具有参考作用。

本文基于自适应和声搜索粒子群优化(AHSPSO)算法，以建立的系统电压影响参数为目标函数，结合33节点标准配网系统，通过控制联络开关的关合，切换到配电网的不同接线模式，找出不同接线模式下DG的最优并网位置，并对比该接线模式下DG不同并网位置的电压分布状况，找出该接线模式下DG接入位置对配网电压影响的规律性。

1 DG并网位置优化模型

1.1 目标函数

为了量化分析DG并网位置对配网电压的优化作用，本文使用系统电压影响参数η对DG并网后的电压质量进行评价。η为用于定量评价分布式电源接入后对全系统电压影响程度大小的指标，它的值越小，表明DG并网后对电压的支撑作用越好。目标函数为

(1)

式中 n为配电网系统节点数；Ui为i节点的电压值；Un为各节点稳态电压的额定值。

1.2 约束条件

等约束条件主要为功率平衡约束

(2)

式中 Ps,Qs为平衡节点的注入功率；PDGi，QDGi为节点i上的DG的注入功率；PL，QL为配网总负荷；ΔP，ΔQ为配网总网损。

不等式约束条件主要包括节点电压约束和支路传输功率约束

Ui,min≤Ui≤Ui,max

(3)

Si≤Si,max

(4)

式中 Ui,min，Ui,max分别为节点i上保证正常供电的电压最小值和最大值；Si为线路i上流动的功率；Si,max为线路i传输功率上限值。

2 模型求解算法

2.1 算法原理

和声搜索(HS)算法[7]可进行全局搜索，但该算法容易陷入局部最优，且寻优时随机性很大，没有方向性。而粒子群优化(PSO)算法[8]由于具有较强的方向性，所以，在初期搜索时具有较好的收敛度，但到后期不能保证全局收敛[9]。因此，本文针对两个算法取长补短，先利用PSO算法迭代产生HMS个解纳入初始和声记忆库，然后结合HS全范围内进行搜索，找出最优解。

在传统的HS中音调调节概率PAR和音调微调扰动大小bw都设定为常数。而在搜索初期，人们通常想让PAR较小，bw较大，以达到在全范围内搜索的目的；而搜索后期，由于和声记忆库中的解变量代入目标函数后所得结果差别不大，故希望让PAR较大bw较小一些，以便在局部范围内找到最优解。本文采用自适应参数PAR，bw设计如下[10]

(5)

(6)

2.2 算法流程

针对本文提出的优化模型进行编码。设所要接入的DG个数为S，则位置变量可表示为X=(X1,X2,…,XS)，其中，XS表示配网中任一节点的编号。利用AHSPSO对位置变量X进行优化，流程如下：

1)确定配电网和DG的初始信息，并设置AHSPSO算法的基本参数。

2)初始化和声记忆库：采用PSO随机生成HMS个解向量，并对其迭代MaxNum次。由于配网具有三种不同接线模式，在迭代过程中首先要判断网架结构是否为辐射状网络，“是”则直接调用前推回代潮流计算方法进行潮流计算，“否”则就进行修正。迭代中PSO算法微粒更新按下式进行

(7)

(8)

3)产生新解：通过新解生成原理每次迭代都可以生成M个新解，且每次迭代和声参数都按式(5),式(6)动态变化。

4)更新记忆库：从HMS+M个解向量中选取HMS个优秀的解来替换原来的HM个解。

5)终止迭代：判断迭代次数是否达到所设置的最大迭代次数NI，若是则终止迭代，输出最优值；否则，重复步骤(3)和步骤(4)。

基于AHSPSO算法的流程图如图1所示。

图1 IEEE—33节点配电系统图

3 算例分析

本文在PSCAD/EMTDC平台搭建出如图1所示的IEEE—33节点配网系统，并通过控制联络开关的关合，来切换到不同的接线方式进行系统仿真，以在不同的网络拓扑中分析比较DG接入位置对配网电压的影响。系统初始设定的有功负荷为3 715 kW，无功负荷为2 300 kW，额定电压为12.66 kV。所有节点负荷和支路阻抗参数见文献[11]。

在分析DG不同并网位置对配网电压的影响时，为了使结果具有可比性，必须保证各DG的容量相同。仿真中设置了4个DG，并假设每个DG容量为系统容量的10 %。

3.1 架空网辐射状接线

根据本文的优化模型，对辐射状网架下的并网位置进行寻优，得出了优化结果，如表1中的方案1所示。从方案1中各DG的位置可看出，各DG呈沿馈线分散接入的形势。为与优化结果形成对比，分析出不同并网位置对配网电压的影响，本文在辐射状接线模式下设置了另外4种方案与之对比。并计算出五种并网方案下的η值，如表2所示。

由表2的系统电压影响参数可以看出，若分布式电源按优化方案位置进行并网对于配网整体的电压支撑作用效果较为明显。同时，分布式电源按方案2(线路末端接入)和方案5(集中接入)所示位置进行并网对配网整体电压的改善作用也较明显。为更为直观详细的分析DG并网位置对配网电压的影响，本文给出了不同并网位置下各节点的电压分布曲线，如图2所示。

图2 辐射状接线节点电压分布曲线

从图中可以看出，优化方案对各节点电压的改善均较为理想，方案2的改善效果欠佳，而方案5虽然系统电压影响参数也较低，但只是大幅度提高了接入点及所在馈线分支上的其他节点电压，而对于其他线路上的节点电压改善效果并不明显。

通过以上分析可知，架空网辐射状接线模式下，使用本文优化方案，即分布式电源的并网位置呈沿线分散接入的形式效果较好。

3.2 架空网手拉手接线

手拉手接线模式下的设置的对比方案组及优化结果如表3、表4所示。

表3 手拉手接线模式下的并网方案

表4 手拉手接线模式下的系统电压影响参数

由表4可知，优化方案能够最大程度的提高环网上各个节点的电压，方案2对电压的改善性能最差。但从表3中的优化方案可以看出，电源均在联络开关附近并网，在运行方式改变时，易发生电压闪变。而方案3和方案4既能对配网电压起到很好的改善效果，又能避免电压闪变，是两种较为理想并网方案。从图3中各节点的电压分布可以看出，无论采用何种接入方式，DG接入能够大幅度抬高配电网各个节点电压；不同的接入方式对环网所在的节点电压影响各不相同，但对于环网外部的其他节点的电压影响基本相同。

图3 手拉手接线节点电压分布曲线

因此，在架空网手拉手接线模式下，分布式电源采用沿环网分散接入或在环网中集中接入的并网方案均能对配网电压有较好的改善效果。

3.3 电缆网单环式接线

电缆网单环式接线模式下的优化结果及对照方案组的设置状况与架空网手拉手接线相同，如表3所示。各个方案的系统电压影响参数及节点电压分布分别如表5、图4所示。

可以看出，电缆网单环式接线与架空网手拉手接线的并网位置对电压影响的规律性相同，只是在电压分布上由于电缆线的线路阻抗较架空线小，减小了电压降落，所以其各节点电压均比架空线路较高。所以，从改善系统电压质量的角度考虑，建议采用沿环网线路分散接入的模式。

表5 单环式接线模式下的系统电压影响参数

图4 电缆网单环式接线各方案节点电压曲线

4 结 论

本文基于自适应和声粒子群搜索算法，以建立系统电压影响参数为目标函数，结合IEEE-133节点标准配网系统，通过控制联络开关的关合，得到不同接线模式下DG的最优并网位置，并对比该接线模式下DG在其它位置并网时的系统电压影响参数和电压分布状况，找出了该接线模式下DG并网位置对配网电压影响的规律，并给出了不同接线模式下的并网建议，这对DG的实际应用具有很好的参考作用。

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Study on optimization of DG access position on voltage distribution network based on AHSPSO algorithm*

YANG Ben-chen, CAO Liu，HE Jing-xiang

(Faculty of Electrical and Control Engineering,Liaoning Technical University Liaoning,Huludao 125105,China)

For access to the location of the distributed power supply for the regularity of the distribution network voltage optimization under different connection mode,aiming to optimize the target of system voltage influence coefficient,use power balance,node voltage,branch capacity as constraints,and use AHSPSO algorithm for different connection mode of distributed power grid position to optimize the wiring mode different optimal access position.Using IEEE—33 node distribution network model for simulation comparison,analyze on influence regularity of DG grid position on distribution network voltage in different connection modes.The results show that only correctly and reasonably configurate DG access position in different connection mode can more effectively play a role of voltage support.

distributed generation(DG)； AHSPSO algorithm ； access to the location； connection mode

2016—06—12

国家自然科学基金资助项目(51307076)；辽宁省教育厅一般资助项目(L2015213)

10.13873/J.1000—9787(2017)06—0053—04

TM 769

A

1000—9787(2017)06—0053—04

杨本臣(1975-)，男，博士，副教授，从事智能电网理论与技术工作，E—mail：ybc1975@126.com。