城市電網中壓配電變壓器的模糊優化規劃
發布時間:2019-07-12 11:34:51來源:
范圍的優化規劃是城市配電網網絡規劃的基礎,它是在給定電力負荷空間分布的基礎上進行的。通常人們采用確定性的方法來求解這類問題。近年來隨著人們對負荷預測的不確定性和不精細性認識的逐漸加深,負荷預測對規劃方案的敏感度分析已呈現為配電網規劃中的一個很有前景但至今未見成果的研究方向研究了配電網網絡模糊優化規劃問題。可是作為其規劃基礎的城市電網中壓配電變壓器模糊優化規劃的研究至今尚未見到報導。為此,本文給出了考慮空間負荷預測、供電電壓水平約束和目標函數比較小費用的不精細性的城市電網中壓配電變壓器位置、容量和供電范圍的模糊優化規劃模型和算法。
2計及電壓水平約束的確定性優化模型計及電壓水平約束確定性的水平年中壓配電變壓器位置和容量的優化規劃模型可描述為空間n個目標的隸屬函數,則由隸屬函數定義的決策,Mi(Pi)=Ti2W 令M是xGX(實數域)中使達到比較大點的集合,則稱M為比較大化的決策規劃,如果是唯一的,僅在xm處達比較大,則比較大化的決策規劃是一個清晰的決策規劃,其含義為在滿足約束和目標函數的模糊集合中使決策的隸屬函數比較大的決策規劃。 對于一個給定的多目標規劃問題,通常不存在于每一個目標函數來說,已找不到一個使某一目標真正得到改進而又不使別的目標受到損害的解解因此,這樣的解只能是某種約束下的“折衷”解解如把各目標加權比較大或比較小作為問題的解,即所謂的帕萊托解(ParetoSolution)。于是由定理1可構成如下的凸模糊規劃問題,即尋找xGX,使凸模糊規劃是一個清晰的決策規劃。本文將基于凸模糊規劃問題建立城市電網中壓配電變壓器模糊優化規劃模型和算法。 3.2變壓器供電能力約束的模糊化中低壓配電網規劃中的負荷預測工作,由于劃分的負荷預測小區較小(0.01~0.04km2),因而很難準確地預測出未來小區的峰值負荷,但是采用不確定的小區負荷預測方法,可以得到可能的小區負荷分布的模糊區間值。我們采用R?L三角模糊數來表示這種不確定的小區負荷,式(2)表示配電變壓器i的供電能力約束,模糊化后的表達式為W 9即該式左邊是一個模糊的。/e'.需求量。根據模糊集合理論,它可以表示為帶有放松約束的形式,即W 線路電壓降約束的模糊化二次側線路電壓偏差是供電質量的一個重要標志。凡結構合理、運行水平較高的配電網,其電壓允許偏差值都定得較小,從而使用電設備都經濟、安全地運行。據此,式(4)的約束可用如所示的模糊模型代換。 從可以看出,在確定性約束的條件下,有一個滿意度比較大的值1.0(如定義380V電壓的偏差為IAVl<1%Ue),當電壓超過這種約束條件時,其滿意度逐漸下降直至為0(如定義lAVl<7%Ue)。 0,其意義如所示。 為全系統負荷點的個數。為了滿足對電壓降的限制,在中壓配電變壓器的優化規劃中,可以不考慮上界的電壓偏差約束,而僅對下界的電壓偏差引入變量M唇詰愕牡繆蠱盥定義2如果可表示為(如所示)1對壓降的下約束隸屬函數取為礎根g據這脫性質,4(W十x)和比較小可能負荷需求!SW時目標函數的取值,為對規劃區域內所有小區負荷求和。顯然在可能的負荷條件下,滿意的方案其隸屬函數取值必在區間上。 標函數可以轉化為如下的表達式:入3的物理意義為在滿足一定的負荷水平條件下,投資費用的滿意度。;3越大,投資將越滿意。 3.5模糊優化規劃模型的建立由于同時將負荷的滿意度、目標函數比較小費用的滿意度及電壓的滿意度作為優化的目標,而這些目標之間是有矛盾和沖突的。因此利用模糊優化規劃能夠處理不同量綱、相互沖突的多目標問題的能力,根據第3.1節的模糊非線性優化規劃基本概念,比較終的優化規劃結果應該是各目標所描述的模糊集合總的滿意度比較大且負荷的滿意度大于0.5(比較可能的負荷值)。比較終決策方案的綜合滿意度定義為入=W W3=1;W1、W2和W3分別表示變壓器帶負荷能力、電壓降約束和目標函數比較小費用的相對重要性權重系數。這是一個帶約束的凸模糊規劃問題。從各目標(約束)隸屬函數的表達式可以看出,在給定心的情況下,若負荷處于下界U1=0),則總的投資費用比較小U3 =1)。隨著所供負荷需求的提高,X1不斷增大,相應地將隨之減小。在一般情況下,則是在滿足約束條件下尋求使各目標總體滿意度比較大,即maxX的規劃方案。參照優化出可滿足適用于對供電電壓質量要求較嚴格的條件;算法(2)適用于對比較小費用目標極為重視,而對供電電壓滿意度水平只有柔性約束,即只要求X2 >0或的條件。此時計算綜合滿意度的滿意度水平的隸屬函數取為/(AV>-1%)=1.0,3315.3kW時,內=1.0.當負荷點的供電電壓水平只是個“軟”約束時,優化問題為尋找給定負荷水平X1和電壓水平‘軟“約束條件(X2 >0)下的目標函數的比較小費用。同樣受篇幅所限,這里沒有給出規劃區B05內的負荷<!>/的空間分布。 表1給出了算法(2)的優化過程和決策結果。由于電壓水平是“軟”約束,故只需保證X>0,并取W2=0,w1=w3=0.5,即選擇比較優解時,僅考慮了負荷和費用的加權值WC1,這時的X2數值表示了比較小費用對應的比較低節點電壓在約束范圍內的位置。表2給出了確定性模型優化出的方案和模糊模型的比較優決策在供同一種負荷水平2二1 =3315.3kW(負荷隸屬度為1.0)下的幾項比較。表3給出了模糊模型與確定性模型優化出的變壓器位置、容量和所供負荷的結果。 注:模型1為確定性優化模型;模型2為模糊優化模型。 果來看,在比較可能的負荷狀態下,模糊規劃模型比較優決策的費用將比確定性規劃模型的方案大2.38%但是當負荷為不確定的模糊數值時,確定性規劃模型的優化方案(帶負荷3315.3kW)只能覆蓋不確定負荷區間的51.2%而模糊優化規劃模型對應的比較優決策(帶負荷3431.9kW)可以覆蓋不確定負荷區間的61%即模糊優化規劃模型決策方案所帶負荷能力高于確定性模型優化方以得到未來適應性更強的規劃方案。所以,盡管中壓配電變壓器優化是一個非線性、混合整數規劃問題,難以構造靈敏度的解析表達式,但是,通過模糊規劃方案中各目標綜合滿意度的定量計算可以系統性的完成比較優規劃方案對不確定負荷的敏感性分析t2.由表3可見,模糊優化模型和確定性模型所優化出的變壓器臺數、位置和容量均不相同。此外,從表1可以看出,比較優決策的費用要低于比較可能負荷水平(負荷隸屬度0. 5)的優化方案的費用,這是由于隨著負荷滿意度水平的提高,其所供線路將發生導線型號的更換,從而影響到線路的網損、投資和新上變壓器的位置。 表3兩種模型優化出的變壓器的位置。容量及所供負荷確定性優化模型模糊優化模型序容圖形位置負荷容圖形位置負荷號量6結論本文建立了考慮空間負荷預測、線路供電電壓水平約束和目標函數比較小費用的不精細性的凸模糊優化規劃模型和算法,并對考慮電壓“硬”、“軟”約束的確定性模型的比較優化結果與模糊優化規劃模型的比較優化結果分別進行了數值比較,結果表明負荷分布的不確定性對城市電網中壓配電變壓器位置、容量及供電范圍有重要的影響。在模糊優化規劃過程中,通過不同負荷滿意度水平規劃方案的優化,可系統地實現文所指出的負荷預測對配電變壓器位置和容量組合的靈敏度分析;使用模糊優化規劃模型可以尋找各目標綜合滿意度更高的變壓器比較優布點方案,在總成本大體不變的情況下,可以獲得對未來不確定環境“適應性”更強的規劃方案;采用電壓水平“硬”和“軟”兩種約束優化算法,可以滿足不同工程實際的要求。