基于二分法的配电网分段开关优化配置

配电网分段开关的优化配置是一个需要同时考虑经济性和可靠性的非线性组合优化问题。针对该问题,提出了一种确定配电网分段开关最佳数量和安装位置的双层优化规划方法。该方法采用的目标函数综合考虑了开关的年投资费用、年运行维修费用和用户停电损失费用;外层优化针对不同的开关数量采用二分法逐步向最佳开关数量逼近;内层优化在给定开关数量下采用缺供电量作为评价指标,对开关安装位置进行优化。将该方法应用于IEEE RBTS-BUS2及其他配电系统,取得了较好的结果,为配电网规划和改造提供了一种有效的分析工具。     

Service restoration for unbalanced distribution networks using a combination two heuristic methods

In this paper, two heuristic methods are proposed to find the effective and fast solution for solving service restoration problem in unbalanced three phase distribution networks. Switch selection indices based on analytically approach and practicable heuristic graph-based method are proposed for solving the service restoration problem in unbalanced distribution networks. The problem formulation proposed, consists of three different objective functions: First, minimizing the de-energized customers’ load, second, minimizing the number of switching operation, and finally, customer’s priority. A suitable assignment of switch indices to all tie switches (ts) in networks are used to find best solution and decrease number of switching operation. New graph-based approach for finding best sectionalizes switch (ss) and minimizing voltage drop’s amount is utilized. The validity of these approaches has been tested on the two unbalanced three phase distribution networks. Results have been presented for modified IEEE 13-node and IEEE 37-node test case. The fastness and effectiveness convergence of these approaches helps finding best solution for service restoration problem.     

A Novel Approach for Network Reconfiguration Based Load Balancing in Distribution Networks

Network reconfiguration for load balancing is the determination of switching-options for a particular set of loads on a distribution system that improves load balancing the most and is performed altering the topological structure of distribution feeders by changing open/closed status of sectionalizing and tie-switches. By transferring loads from the heavily loaded feeders to the lightly loaded ones, network reconfiguration can balance feeder loads and alleviate overload conditions of a network. In this paper a novel method is proposed by formulating an algorithm to reconfigure distribution networks for load balancing. Systematic logical approach is used to determine the feasible switching combinations, select the status of the switches, and find the best combination of switches for maximum improvement in load balancing. The algorithm has been developed in two stages. In the first stage, a limited number of switching combinations is formed by trinary logic principle. A simultaneous switching approach is applied logically to find the best combination by selecting the appropriate switching options, connecting the switches accordingly, and assigning the loads for the newly formed combinations. In the next stage, the search is extended to investigate whether any other switching combination gives rise to maximum improvement in load balancing, compared to the improvement obtained in the first stage. This is carried out by considering one after another, the branches next to the open-branches of the best configuration, and the switching configuration that gives the maximum improvement in load balancing is identified. The proposed method has been tested on a 69-bus test system, and the test results indicate that the algorithm proposed is able to determine the appropriate switching-options of the optimal (or near optimal) configuration with less computation. This paper proposes a scheme to implement the simultaneous switching algorithm for real-time on-line control of three-phase distribution networks, with symmetrical loading per phase.     

基于在线开关状态和DG角色的动态配电网拓扑分析

采用CIM表示法对配电网综合建模,提出一种基于开关类型及状态、DG角色的配电网拓扑岛分解方法。根据配电网设计态结构,静态拓扑分析准备和储存了大量的以双向开关某一端口和DG为功率注入点的拓扑岛子树。动态拓扑分析基于开关状态、DG角色,对各种情况进行逻辑判断,并选择已储存的合适的拓扑岛子树的快速组装形成动态拓扑树,该拓扑结构可直接用于后续潮流计算,满足在线运算的实时性。通过该算法与传统CIM分析的比较,验证了算法的高效性。     

基于十进制编码的配网重构遗传算法

根据配网结构,提出了新的十进制遗传编码规则及其与之适应的遗传操作策略.首先将全网的联络开关所确定的环网统一编号,并在每个环内将开关单独编号.以联络开关作为基因位,该位的取值是该联络开关所确定的环网内打开的开关序号.应用该编码规则可以减少染色体的长度(染色体的长度是联络开关数).并且提出了与之相应的遗传操作策略,在遗传操作中没有不可行解产生.算例表明,该方法节省计算时间,极大提高计算效率.在大规模配电网的重构中,该编码规则更显出极大的优势.     

基于灵敏度分析的谐波治理设备多目标优化配置方法

在非线性负荷和分布式电源大量接入配电网的背景下,配置有源电力滤波器是解决电压波形畸变、谐波损耗激增、电能质量下降等一系列谐波污染问题的有效措施之一。为合理选择配电网中有源电力滤波器安装位置与容量,协调谐波治理成本和效果之间的关系,文中提出一种基于灵敏度分析的有源电力滤波器多目标优化配置方法,实现了有源滤波器位置和容量的快速求解。建立配电网谐波潮流计算模型,使用灵敏度分析方法处理所有节点,获得了安装节点集合;考虑节点电压的谐波畸变率和投资成本,建立滤波器容量优化模型;通过分解多目标进化算法求解优化模型;对IEEE 18节点配电系统进行仿真计算,结果表明了文章所提方法的有效性。     

配电系统可靠性评估实用方法的研究

提出一种新的区域节点定义方法,并基于广度优先搜索法构造复杂配电系统等效模型,采用区域节点行向量法进行配电系统可靠性评估。首先给出区域节点的定义,运用广度优先搜索算法将网络等效为由区域节点和开关元件组成的模型,然后根据区域节点行向量评估负荷点及系统的可靠性指标。在该模型和算法中,区域节点的定义使区域划分更直接有效,其形成算法以支路为对象,操作简单,网络适应性强;利用新的区域节点行向量进行可靠性评估,便于考虑开关装置故障的影响,使其更具实用性。通过对RBTS算例和某实际10 kV配电系统的评估以及对现有分区方法的比较,证明了该模型和算法在简化网络提高运算速度上有明显优势,在适应网络结构变化方面具有较好的鲁棒性。     

一种考虑极限场景的配电网鲁棒扩展规划方法

近年来,以风电、光伏为代表的分布式能源发展迅速,然而其出力的不确定性可能会导致出力严重偏离预测值,出现极端恶劣的场景,从而给配电网规划工作与可靠、稳定运行带来挑战。在上述背景下,文章以适应分布式能源以及负荷的不确定性为目标,以分布式电源的接入位置、安装数量以及新建线路为投资决策内容,提出了一种考虑极限场景的配电网鲁棒扩展规划方法。首先建立了配电网双层规划模型,通过大M 法和二阶锥松弛将非线性模型转化为混合整数线性模型;其次,采用极限场景法处理随机变量,建立了基于极限场景法的配电网两阶段鲁棒规划模型;然后,采用了基于极限场景法的列和约束生成（column and constraint generation,C&CG）算法进行求解;最后,仿真算例表明,文章采用的鲁棒规划方法可以增强配电网在极端情况下的普遍适应能力,提高了配电网的可靠性和经济性。     

含快充负荷的低压直流互联配电网多时间尺度经济调度

提出了一种计及快充负荷的低压直流互联配电网多时间尺度协同经济调度方法。以交、直流配电网的总运行成本最小为目标函数,建立了配电网设备模型、二阶锥潮流模型和配网重构模型;依据设备灵活度的不同,提出了日内-日前-实时的多时间尺度协同调度方法,以满足不同的控制需求。采用44节点交直流配电网算例,并讨论分析了不同场景下的调度结果及经济成本,验证了多时间尺度经济调度方法的有效性。     

电动汽车磷酸铁锂电池组均衡电路设计

为了优化和提升电动汽车中的磷酸铁锂电池组均衡系统的性能,在应用广泛的Buck-Boost均衡电路基础上,提出了一种可减少开关数量、加快均衡速度和提高效率的拓扑结构。该均衡电路用开关电感模块替代电感,克服了Buck-Boost均衡电路仅能在相邻电池间传递电荷的缺点,通过控制电感模块中的开关继电器,改变BuckBoost电路的均衡子电路,减少电荷转移步数。通过对比分析和实验验证可知,优化后的Buck-Boost均衡电路相较于原电路减少了开关数量,加快了27%的均衡速度和提高了均衡效率。     

储能设备接入配电网的新运行方式及其可靠性计算

随着越来越多的储能设备接入配电网,储能设备对配电网可靠性的影响引起人们的广泛关注。通过分析储能设备接入配电网后对配电网常用的两种保护系统的影响,提出了一种针对大量接入储能设备的、以断路器和隔离开关为保护系统的配电网的新的运行方式。当故障发生时,可以缩小故障影响范围和故障时间,从而提高配电网可靠性。文末采用混合法计算两种运行方式下IEEE-RBTS BUS 6系统不同位置负荷的可靠性参数,通过仿真运行数据可知,在储能设备接入配电网后,可以明显提升网络末端负荷的可靠性。     

基于配电网概率电压灵敏度的光伏选址评估

量化配电网运行状态不确定性的研究主要基于场景分析方法,通过对大量场景下的配电网潮流计算来评估节点电压的随机性,因此存在计算负担重、工程上应用困难的不足。本文提出基于辐射状配电网概率电压灵敏度的光伏选址解析评估方法。首先通过数学推导得到辐射状配电网络不同位置处节点电压波动量幅度与网络拓扑以及光伏注入功率的关系,在此基础上利用概率论得出节点电压波动量概率分布的解析参数,并据此对光伏接入后配电网关键节点处电压波动量概率分布进行评估。对IEEE14节点系统进行算例分析,并与蒙特卡罗法进行对比,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于负荷点聚类分区的配电网网架规划方法

针对大规模配电网中负荷点众多,一次性考虑所有负荷点的网架规划存在决策变量过多和规划难度大的问题,提出了一种基于负荷点聚类分区的配电网网架规划方法。首先,通过负荷权重改进K-means聚类算法,并对负荷点进行聚类分区;其次,建立连接关系矩阵用于快速计算流过线路的电流和分析联络线位置对故障线路下游负荷转供的影响;然后,建立计及地理因素的年投资和运行总成本最小的主网架规划模型,并用改进的最小生成树算法求解;最后,以年投资和停电总成本最小为目标进行各负荷点分区之间的联络线规划,且根据不同的负荷转供情况采用了不同的停电成本计算方法。算例结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

Simultaneous optimization of phase balancing and reconfiguration in distribution networks using BF–NM algorithm

Rephasing strategy is one of the main methods used for phase balancing and neutral current reduction in electrical distribution networks and the reconfiguration technique is an effective method for network loss reduction. In this paper, a new method for the simultaneous implementation of reconfiguration and phase balancing strategies is presented as a combinational strategy. In order to solve the proposed optimization problem, Nelder Mead algorithm combined with a bacterial foraging algorithm (BF–NM) is used based on a fuzzy multi-objective function. The proposed method allows for the simultaneous execution of reconfiguration and phase balancing while minimizing the interruption cost of rephasing in addition to eliminating network unbalancing and reducing neutral current and network losses. To demonstrate the efficiency of the BF–NM algorithm, its performance is compared with bacterial foraging (BF), particle swarm optimization (PSO), genetic and immune algorithms (GA and IA). The proposed method is applied to the IEEE 123-bus test network for evaluation. The simulation results confirm the efficiency of the method in reducing the system costs and network phase balancing.     

考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算

提出了一种考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算方法。通过将泵类负荷的电动机转矩平衡方程和配电网各节点功率平衡方程组合起来,构成了考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算模型。在求解配电网潮流计算的牛拉法的基础上,提出通过将泵类负荷电动机转矩平衡方程与各节点功率平衡方程进行统一迭代和交替迭代两种方法进行求解。通过对实际低压配电网台区的计算分析,验证了该方法能获得更加准确的配网负荷节点电压,而且能够获得泵类负荷正常运行时和启动时的节点电压。     

配电网故障判断与负荷均衡化

提出一种配电网简化模型 :将馈线开关当做节点 ,将馈线当做弧 ,从负荷的角度描述配电网 ,并采用邻接表的数据结构加以描述。在此基础上发展了配电网故障区域判断方法 ,讨论了以最少的开关操作隔离故障区域的方法。提出一种以联络开关为核心的用于负荷均衡化的配电网络重构方法 ,将每个联络开关对应的两条馈线看做馈线偶 ,分别定义了馈线偶和配电网的负荷均衡率 ,并以此作为网络重构的评价函数 ,配电网络重构过程由若干馈线偶内负荷均衡化过程组成 ,这种方法具有迭代次数少和不需要量测馈线配电变压器参数等优点。文中给出了典型实例     

配电网大面积断电供电恢复及开关操作顺序生成

以分闸开关的集合作为候选解,并在末梢点处和电源点旁补充定义了虚拟分闸节点,以将各个分闸开关的位置向其上游或下游移动为邻域搜索策略,以电气极限、电压合格范围和网络拓扑要求等为约束条件,以停电损失最小为适配函数,在此基础上采用禁忌搜索算法进行网络重构,解决配电网大面积断电情况下的供电恢复问题。将待操作的开关分为2类,并以操作过程中尽快恢复停电损失大的负荷供电和不产生闭环及过负荷为原则,建议了一种大面积断电时的供电恢复过程和故障修复后返回正常过程中的开关操作顺序生成方法。给出了一个典型的区域配电网络作为算例进行分析和说明,结果表明所提出的方法是可行的。     

配电网络优化规划的基因算法

提出了一种适用于配电网辐射型结构特点的网络优化基因算法。此算法利用配电网辐射状的特点,选择与网络结构相关的特殊变量作为为量,使生成的网络自然呈辐射状,且算法中优化变量的个与负荷节点的个数相同,提高 搜索寻优的效率。     

单相交/交MMC的简化模型及电容电压平衡

单相AC/AC模块化多电平(MMC)可以直接连接于25 k V的牵引供电网,无需笨重的50 Hz工频变压器,极大地减小了整个系统的体积以及成本。MMC的子模块(SM)电容电压平衡仍然是一个主要的技术问题,为此,提出了一种桥臂内和桥臂间电容电压平衡的方法。所提出的桥臂内电压平衡方法结合了传统载波移相脉宽调制(CPSPWM)和载波层叠脉宽调制(PDPWM)下电压平衡法的优点,桥臂内子模块电容电压平衡只需要2个比例调节器,极大地减小了控制系统的计算量;提出的桥臂间电压平衡通过连接上下桥臂的功率通道实现,避免了与输入/输出电压和电流的相互影响,解决了传统桥臂间电容电压平衡法中共模电流注入电网的问题。同时,建立了MMC的简化数学模型,该模型可以被看作背靠背的PWM变换器,并且清晰地揭示了功率流向。最后,仿真和实验证实了所提出电压平衡法的有效性以及数学模型的正确性。     

考虑电能替代负荷接入的配电网鲁棒重构优化

为治理大气污染、保护环境,涵盖电采暖和电动汽车的电能替代负荷将越来越多地接入配电网中,配电网的供电能力受到显著影响,传统配电网运行优化方法须要改进。基于电采暖、电动汽车负荷的出力模型,采用拉丁超立方抽样、Cholesky分解和同步回代削减相结合的方法实现概率多场景的快速生成。基于生成的概率多场景,将鲁棒优化和随机规划方法相结合,采用场景分析方法,在满足鲁棒约束条件下,以网络损耗和负载均衡度为优化目标,建立考虑电能替代接入的配电网鲁棒重构优化模型,采用蚁群算法对模型进行求解。最后通过算例验证了文中重构方法能够有效提升含大规模电能替代负荷配电网的供电能力。