基于改进细菌觅食算法的含固态变压器配网重构综合优化

发布时间：2020-06-02 19:57

【摘要】：配电网作为连接输电网与用户侧的中间环节,其运行工况是否合理直接影响到用户侧电能质量的好坏与网络运行的安全经济性。能源互联网的发展推进了固态变压器(Solid State Transformer,SST)在配电网中的应用,在含SST的配电网中,由于SST本身具有无功补偿、稳定电压、改善谐波、功率双向流动及高低压直流输出等功能,故含SST的配电网较之于传统配网可以达到相对更优的运行方式。但由于配电网中引进了电力电子设备,使得配电网优化运行的建模更为复杂,需要考虑更多智能化、可控制的参变量与约束集,也增加了模型求解的复杂度。随着电网规模的日益扩大、种类多样化的新能源及负荷的不断接入,含有SST的配电网优化运行是一个非常值得深入研究的课题。配电网优化运行中应充分考虑各种优化技术的相互配合与协调,配网重构可通过优化网络拓扑达到降损、均衡负荷的目的,SST可通过其无功补偿与电压调整作用达到改善电压质量与降损的目的,基于此,论文将含SST的配网优化运行与配网重构相结合对配电网进行综合优化,以期提高配电网的安全可靠性与经济性。首先,详细分析了 SST的工作原理、数学模型与控制方式等来阐述其无功优化与电压调整原理,考虑到配网潮流计算是网络优化运行的基础支撑,针对传统潮流算法无法计算含SST的配电网潮流问题,提出了一种含SST的配电网潮流交替迭代算法,通过详细分析含SST的配电网内各部分网络的结构与潮流计算特点,采用前推回代交流潮流计算中嵌套SST部分潮流计算的方式,迭代求解配电网络潮流的整体分布,为后续优化研究提供基础。以含SST的配网潮流计算为基础,为求解含SST的配网重构综合优化问题,提出了一种改进细菌觅食算法(Improved Bacteria Foraging Algorithm,IBFA)。针对重构问题的特征,算法中设置了十进制整数编码与实数编码间的转码规则,解决了细菌觅食算法(Bacteria Foraging Algorithm,BFA)无法处理整数解的问题;针对BFA中细菌每一维趋化步长相同且固定与盲目翻转致使算法效率过低的不足,先通过翻转时参考种群最优个体,引入变速社会学习使细菌进行有针对性的局部搜索,进一步结合编码规则与菌群进化信息,细菌中对应重构部分的维度根据每一维对应环网内的开关个数与个体适应度对趋化步长进行分维自适应调整,对应SST无功优化部分的维度根据个体适应度调整该维趋化步长,使细菌的趋化更加精细且高效;为避免丢失精英个体造成算法退化,提出基于菌群平均适应度的分群迁移策略,保留精英个体的同时增加种群多样性,基于上述改进,给出了综合优化算法的步骤与流程。最后,建立了含SST的配网重构综合优化模型,并以修改后的IEEE33节点系统与PGE69节点系统为例进行仿真分析,对比分析了不同优化措施下的配电网运行状态及使用不同算法时的算法性能,结果表明,含SST的配网重构综合优化的降损效果与电能质量改善情况较好,可使配电网的运行状态达到相对最优;IBFA具有良好的算法稳定性与全局寻优能力,可快速有效的求解综合优化问题。
【图文】：

拓扑结构图,工作原理图

固态变压器是采用先进电力电子技术实现的…种可转换电能的静止电气设逡逑备，它主要包含两个基本构成元素：电力电子变换器与高频变压器，其工作原理逡逑图如图２－１所示，图２－２为具有代表性的典型ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ型ＳＳＴ的拓扑结构图。逡逑ＳＳＴ的工作原理Ｉ＃为：工频交流输入到三相全控整流器中变换为直流，再用单逡逑相全桥逆变电路将直流调制为高频方波后加载至高频变压器的一次侧，耦合到高逡逑频变压器二次侧后，高频方波再被整流为直流电压，经过逆变器后被逆变为所需逡逑交流输出电压。该结构可以实现输入端的功率因数校正，实现网侧与负荷侧的故逡逑９逡逑

拓扑结构图,全控型器件,整流器,可控

逦Ｌ」逡逑图２－２邋ＳＳＴ的拓扑结构图逡逑由图２－２可知，三相全控整流器与逆变器均采用全控型器件T具有高度可控逡逑性，ＳＳＴ可通过对电力电子器件的控制来灵活调节换流器交流侧基波电压的幅值逡逑与相位，结合电力系统中功率流动规律，即有功功率由相位超前的地方流向相位逡逑滞后的地方，无功功率由电压幅值高的地方流向幅值低的地方，可知ＳＳＴ可实逡逑现对与系统交换功率的灵活调控，进一步实现对系统潮流的调控。故ＳＳＴ既可逡逑吸收无功也可发出无功，可充当无功源，提供无功补偿，实现无功负荷的就近平逡逑衡，，从而提升配电网中的电能质量。逡逑２．１．２邋ＳＳＴ的数学模型与无功控制原理逡逑在潮流分析与控制中，为了简化分析，可对ＳＳＴ模型进行相应简化，ＳＳＴ逡逑的简化等效数学模型［２？２２］如图２－３所示
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM40

【参考文献】