超級量子進(jìn)化算法控制下的微電網(wǎng)減損方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)微電網(wǎng)智能控制領(lǐng)域，具體是一種超級量子進(jìn)化算法控制下 的微電網(wǎng)減損方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)（Smart Grid)，是規(guī)模較小的分散的獨(dú)立系統(tǒng)，它采用了大量的現(xiàn)代電力 技術(shù)，將燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)電、光伏發(fā)電、燃料電池和儲能設(shè)備等并在一起，直接連接在用戶側(cè)。 對于大電網(wǎng)來說，微電網(wǎng)可以被認(rèn)為是大電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)動作 以滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求；對用戶來說，微電網(wǎng)可以滿足他們特定的需求，如增加本地 可靠性、降低饋線損耗、保持本地電壓穩(wěn)定、通過利用部分分布式電源的余熱提高能量利用 的效率及提供不間斷電源等。微電網(wǎng)和大電網(wǎng)通過PCC(point of common coupling)進(jìn)行 能量交換，雙方互為備用，從而提高了供電的可靠性。
[0003] 微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目的在于：一，在各饋線之間正?；蚴鹿蕰r(shí)進(jìn)行必要的負(fù)荷轉(zhuǎn) 移；二，在微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)能達(dá)到降低網(wǎng)損，防止系統(tǒng)電壓異常，消除過負(fù)荷及其帶 來的變壓器過載、饋線過熱等情況。微電網(wǎng)重構(gòu)算法的不同直接影響了計(jì)算的精度，收斂 性，效率，是否最優(yōu)解等問題。研究快速有效的微電網(wǎng)重構(gòu)算法，目的在于保證在今后的微 電網(wǎng)故障處理中，配合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件使微電網(wǎng)控制變得更加智能化，能夠高效快速的 轉(zhuǎn)移負(fù)荷，提高供電可靠性，以及在正常運(yùn)行時(shí)能降低網(wǎng)損，更加節(jié)能環(huán)保。
[0004] 微電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)和供電方式上存在較大差異，因此，其網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)也和 傳統(tǒng)的配電網(wǎng)重構(gòu)不盡相同。例如，常規(guī)配電網(wǎng)重構(gòu)中不允許出現(xiàn)逆向潮流，同時(shí)需要保持 網(wǎng)絡(luò)的輻射狀，而微電網(wǎng)中則不存在這兩個(gè)約束，且微電網(wǎng)有孤島運(yùn)行模式，可以獨(dú)立于大 電網(wǎng)之外運(yùn)行，也可根據(jù)需要并網(wǎng)運(yùn)行。微電網(wǎng)可看做一個(gè)接入了大電網(wǎng)系統(tǒng)的單元。隨 著科技的發(fā)展和社會對供電可靠性以及節(jié)能減排的需求，分布式電源以及微電網(wǎng)的數(shù)量會 快速上升，于是微電網(wǎng)快速重構(gòu)對于提高微電網(wǎng)供電可靠性及降低其網(wǎng)損有著重要意義。
[0005] 目前，已有大量關(guān)于常規(guī)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的研究，但僅有少量文獻(xiàn)考慮了分布式 電源接入后的配電網(wǎng)重構(gòu)，而關(guān)于微電網(wǎng)快速重構(gòu)的方法則幾乎沒有。王林川等人根據(jù)含 有分布式電源配電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，將二進(jìn)制粒子群算法（BPS0)和變領(lǐng)域搜索法相結(jié)合，對網(wǎng) 絡(luò)開關(guān)狀態(tài)和分布式電源輸出功率同時(shí)優(yōu)化，達(dá)到降低網(wǎng)損的目的（含有分布式電源配電 網(wǎng)重構(gòu)算法的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2011，39(5))。從目前的研究現(xiàn)狀看，國際上 幾乎沒有有效的，以減損為目的的微電網(wǎng)快速重構(gòu)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種超級量子進(jìn)化算法控制下的微電網(wǎng)減損方法，能夠較 大程度的降低微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)損，并提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量以及供電可靠性。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 超級量子進(jìn)化算法控制下的微電網(wǎng)減損方法，其具體步驟如下：
[0009] 以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)：
[0011] 式中，f為網(wǎng)損；nb為支路總數(shù)；k i為開關(guān)i的狀態(tài)，1表示閉合，0表示斷開；r 第i條支路的電阻山為第i條支路的電流。
[0012] 約束條件如下：
[0013] 潮流約束：
[0016] 式中，Qi為節(jié)點(diǎn)注入功率；Ρβ% 纟為DG注入功率；為負(fù)荷 > 、 功率;Vp Vj為節(jié)點(diǎn)電壓；Y為支路導(dǎo)納矩陣。
[0017] 支路容量約束：
[0018] Sx< Sinax (4)
[0019] 式中，Sp S_x為線路流過的功率和線路允許最大功率。
[0020] 節(jié)點(diǎn)電壓約束：
[0021] Vinin< V ,< V inax (5)
[0022] 式中，Viniin/Viniax為節(jié)點(diǎn)電壓允許最小值/最大值；V i為節(jié)點(diǎn)電壓。
[0023] DG容量約束：
[0025] 式中
為DG的功率和最大功率值。
[0026] -天內(nèi)綜合網(wǎng)損最小的數(shù)學(xué)模型如下：
[0027] minf = 0. 25PLnax+0. 5PLav+0. 25PLnin (7)
[0028] 式中，f為網(wǎng)損；表示最大負(fù)荷運(yùn)行方式；P Uv表示一般負(fù)荷運(yùn)行方式；P ^表 示最小負(fù)荷運(yùn)行方式。
[0029] 基于三種負(fù)荷方式的微電網(wǎng)重構(gòu)的步驟為：
[0030] 1)分別在最大、最小和一般負(fù)荷方式下進(jìn)行微電網(wǎng)重構(gòu)，得到最優(yōu)解；
[0031] 2)對這三種重構(gòu)的結(jié)果分別計(jì)算其潮流得到網(wǎng)絡(luò)損耗，并檢查各支路功率和節(jié)點(diǎn) 電壓有無越限情況，若有則去掉這種重構(gòu)的結(jié)果；
[0032] 3)找出這三種方案下綜合網(wǎng)損最小的方案，這個(gè)方案即為最優(yōu)的優(yōu)化方案。
[0033] 在量子計(jì)算中，充當(dāng)信息存儲單兀的物理介質(zhì)是一個(gè)雙態(tài)量子系統(tǒng)，稱為量子比 特。量子進(jìn)化算法中的個(gè)體米用量子比特編碼，每個(gè)量子比特位I? >可以由|〇 >和11 > 這兩種量子態(tài)的疊加表不：
[0034] | w > = a | 0 > +b | 1 > (8)
[0035] 式中，a、b為復(fù)數(shù)，分別表示狀態(tài)I 0 >和I 1 >的概率幅。
[0036] I a 12和I b I 2分別表不該量子位處于狀態(tài)0和狀態(tài)1的概率大小，并且滿足歸一化 條件| a|2+1b 12= 1，所以通過a、b的數(shù)值大小可以知道該量子位處于狀態(tài)0或1的概率，具 體的狀態(tài)需要通過量子位的坍塌來決定：首先產(chǎn)生〇~1之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)s，如果s〈 I a|2， 則該量子位的狀態(tài)取1，否則取〇。對于微電網(wǎng)重構(gòu)問題，每個(gè)開關(guān)有兩種狀態(tài)，分配一個(gè)量 子比特位，種群個(gè)體的量子比特編碼
[0038] 式中，gf為第t代第j個(gè)個(gè)體的量子位編碼；m為支路數(shù)目。
[0039] 初始狀態(tài)時(shí)每個(gè)量子位上的概率幅（a，b)設(shè)為這意味著在初始化 種群個(gè)體時(shí)每個(gè)可行解能夠以相等的概率生成。
[0040] 根據(jù)微電網(wǎng)重構(gòu)的需要，本發(fā)明采用量子旋轉(zhuǎn)門υ( Θ i)
[0042] 式中，（apbj為第i個(gè)量子位旋轉(zhuǎn)前的概率幅；W J為旋轉(zhuǎn)后的概率幅； 為旋轉(zhuǎn)角，Θ ^勺大小和方向可以采用查表方式更新（婁素華，吳耀武，彭磊等.量子 進(jìn)化算法在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中的應(yīng)用[J].繼電器，2005, 33(18) :30-35.)。
[0043] DG位置、注入功率和網(wǎng)絡(luò)開關(guān)這3個(gè)變量的綜合編碼為：
[0045] 式中，gf為第t代第j個(gè)個(gè)體的量子位編碼；

分別為DG位置、注入功率和網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的量 子位編碼。
[0046] 進(jìn)行量子塌后的狀態(tài)表達(dá)式：
[0048] 式中，為第t代第j個(gè)個(gè)體的狀態(tài)編碼

分別為DG位置，注入功率和網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)編碼。
[0049] 算法操作流程如下：
[0050] (1)讀取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，設(shè)定種群規(guī)模為N，初始化量子編碼公式中的概率幅；
[0051] (2)初始化個(gè)體狀態(tài)式（12);
[0052] (3)通過潮流計(jì)算得到種群個(gè)體的適應(yīng)度大?。ňW(wǎng)損）；
[0053] (4)找出當(dāng)代最優(yōu)個(gè)體，作為本代量子進(jìn)化的向?qū)?，按式?0)進(jìn)化；
[0054] (5)迭代次數(shù)加1，判斷是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)的上限，滿足則結(jié)束，否則 轉(zhuǎn)至步驟（2)。
[0055] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：針對目前該領(lǐng)域的技術(shù)空白，本發(fā)明提出 使用經(jīng)過改進(jìn)的量子進(jìn)化算法對微電網(wǎng)進(jìn)行快速重構(gòu)，能夠較大程度的降低微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng) 損，并提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量以及供電可靠性。本發(fā)明采用了遺傳算法與量子算法相 結(jié)合的手段，將量子的態(tài)矢量表達(dá)引入遺傳編碼，利用量子邏輯門實(shí)現(xiàn)染色體的演化，實(shí)現(xiàn) 了比常規(guī)遺傳算法更好的效果，并針對微電網(wǎng)系統(tǒng)容量較小，電壓等級較低，系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)損較 大的特點(diǎn)，以及微電網(wǎng)高智能化、快速反應(yīng)的需求，進(jìn)行了優(yōu)化處理，使得該算法能夠滿足 微電網(wǎng)對智能化、快速反應(yīng)、高可靠性的要求。本發(fā)明成功的將改進(jìn)的量子進(jìn)化算法應(yīng)用到 微電網(wǎng)系統(tǒng)中，利用該算法將微電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)損實(shí)時(shí)保持最低，并改善其電能質(zhì)量，提高系 統(tǒng)可靠性，填補(bǔ)了微電網(wǎng)重構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)空白，對微電網(wǎng)節(jié)能減排，提高電力系統(tǒng) 可靠性有著實(shí)際的意義。
【附圖說明】
[0056] 圖1是改進(jìn)IEEE16節(jié)點(diǎn)微電網(wǎng)測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0057] 圖2是IEEE16節(jié)點(diǎn)微電網(wǎng)測試系統(tǒng)重構(gòu)后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。