基于改進混沌算法的多端柔性直流配網可控技術優化

王瑞

摘要：一旦電力電子設備發生故障或者運行狀態不穩定，會直接影響多端柔性直流配電網的穩定性，可以用潮流調度方式維護配電網的穩定性。但多端柔性直流配電網潮流調度需要同時考慮多個條件，具有調度優化難度大的問題，為此，應用基于改進混沌算法的多端柔性直流配電網潮流調度優化方法，以多端柔性直流配電網運行特性，確定配電網潮流可控調節變量；選擇大容量電壓源型換流器作為調節設備，擴展配電網潮流調節范圍；通過粒子群算法改進混沌算法，將可控變量表示為混沌粒子實現潮流調度優化。實驗結果表明，在全天范圍對多端柔性直流配電網系統進行潮流調度，能夠保證配電網功率保持在理想潮流狀態，具有應用價值。

關鍵詞：混沌算法；多端柔性直流配電網；潮流調度優化；粒子群算法

中圖分類號：TP39

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0179-05

Optimization method for controllable technology of multi-terminal flexible DC distribution network based on improved chaotic algorithm

WANG Rui

（Alxa Power Supply Company，Ejina Banner，Alxa League 735400，Inner Mongolia Autonomous Region China）

Abstract：Once power electronic equipment fails or the operation state is unstable，it will directly affect the stability of the multi terminal flexible DC distribution network.The stability of the distribution network can be maintained through power flow scheduling.However，the power flow scheduling of multi terminal flexible DC distribution networks requires simultaneous consideration of multiple conditions，which is difficult for scheduling optimization.Therefore，the multi-terminal flexible DC distribution network power flow scheduling optimization method based on the improved chaos algorithm was applied to determine the controllable power flow regulation variables of the distribution network based on the operation characteristics of the multi-terminal flexible DC distribution network，the large-capacity voltage source inverter was selected as the regulation equipment to expand the power flow regulation range of the distribution network，the chaos algorithm was improved by the particle swarm optimization algorithm，and the controllable variables were represented as chaotic particles to realize the power flow scheduling optimization.The experimental results showed that the power flow scheduling of the multi-terminal flexible DC distribution network system in the whole day can ensure that the power of the distribution network is kept in the ideal power flow state，which has application value.

Key words：chaos algorithm;multi terminal flexible DC distribution network; optimization of power flow dispatch;particle swarm algorithm

隨著直流輸配電網工程的普及和新能源并網的快速增加，為了實現城市供配電，多端柔性直流配電網在中國得到了廣泛應用。盡管多端柔性直流配電網具有良好的應用優勢，但也存在許多問題和挑戰，如難以調度多端柔性直流輸電網。許多研究人員對多端柔性直流配電網的潮流調度方法進行了廣泛的研究，并在一些領域成功地進行了驗證。其中，在文獻中，通過改進和聲搜索算法設計了一個配電網潮流調度優化方法，以此突出配電網中電壓質量與配電網運行的關系。通過改進算法構建的調度模型，能夠直接對所需的參數進行求解和調度，使配電網的潮流調度具有穩定性，保證配電網的安全運行。在文獻中，提出了一種考慮擁塞管理方式的交直流柔性配電網協調優化調度方法，為推動電力系統的可持續發展提供理論支持。

1運行特性下確定多端柔性直流配電網可控調節變量

在多端柔性直流配電網的運行特性下，對多端柔性直流配電網的可調控變量進行分析和確定，具體如圖1所示。

由圖1可知，以某一個節點接入多端柔性直流配電網為分析前提，用q表示該節點，節點q的電壓為eq。將與節點q相鄰的各節點等效為一個節點，用w表示，此時該節點的電壓為ew。為保證多端柔性直流配電網的正常運行，需要保證各個節點的電壓維持在基準電壓的上下最大偏差范圍之內。其中，Δe為允許的最大電壓波動;er為基準電壓。通過節點接入多端柔性直流配電網的運行特性，對節點的輸出功率進行計算：

yq=eq×∑tt=1eq－etuqt（1）

yq=eq×eq－ewuw（2）

通過對多個相鄰節點等效為一個節點的設定，式（2）為式（1）的簡化過程。yq為節點q的輸出功率；e1，e2，...，et為與節點q相鄰節點的電壓，并且q≠t；uq1，uq2，...，uqt為節點q與相鄰節點之間的線路電阻；uw為節點q與節點w之間的線路電阻。

2以大容量電壓源型換流器擴展配電網潮流調節范圍

選擇的大容量電壓源型換流器為三相兩電平形式，能夠直接對接配電網的三相電壓，首先對其自身的電壓與配電網的直流電壓關系進行分析：

ps，Aps，Bps，C=udfAfBfC+usfAfBfC+oApd，AoBpd，BoCpd，C（3）

fAfBfC=1ud－usud－pd，gudoAoBoC，g=A，B，C（4）

og=12，s相上臂橋導通，下臂橋關閉－12，s相上臂橋導通，下臂橋關閉，g=A，B，C（5）

式中：pd，A、pd，B、pd，C為換流器直流側電壓基波分量；ps，A、ps，B、ps，C為直流配電網三相電壓基波分量；ud為換流器電阻；fA、fB、fC為三相線路電流；us為配電網電阻；og，g=A，B，C為直流配電網與換流器連接時各相的邏輯開關函數。通過直流配電系統與換流器的電壓關系，在理想開關狀態下，將開關函數涵蓋的所屬范圍直接對應為配電網潮流調節的擴展范圍：

oA=i2sinδ+βoB=i2sinδ+β－23πoC=i2sinδ+β+23π（6）

式中：i為換流器的調節制度；δ為配電網的基波頻率；β為換流器與配電網輸出電壓的夾角。當三相兩電平大容量電壓源型換流器在應用過程中，其三相橋臂在不同時刻會處于不同的開關狀態，只有在換流器與配電網連接時的開關函數值，大于配電網三相電壓的基波頻率，即og>δ，才能夠實現配電網的潮流調節。在確定配電網的潮流調節參數以及范圍后，通過改進的混沌算法對其潮流分布進行調度優化。

3改進混沌算法優化調度多端柔性直流配電網潮流分布

利用粒子群算法對混沌算法的改進過程如下：

kl+1=4kl1－kl→k1，k2，…，kz，kl∈0，1（7）

kx=cx－vbnb－vb x=1，2，…，z;b=1，2，…，m（8）

cx=vb+nb－vbkx x=1，2，…，z;b=1，2，…，m（9）

式（7）為混沌矢量的迭代方式，式（8）為混沌矢量的粒子映射過程，式（9）為粒子變量的計算過程。

式中：kl∈0，1為混沌矢量；z為混沌矢量數量；m為混沌矢量維度；k1為混沌矢量初始值；cx∈vb，nb為不在設定范圍0，1內的粒子，用于表示配電網中的各維度調度變量；nb、vb分別為優化控制變量約束的上下限。

由于kl∈0，1會經過區域內的任意地方，對于取值不在區域的變量cx∈vb，nb，能夠通過計算進行有效映射，這個過程可視作配電網潮流可控變量的調度優化過程，即kxx=1，2，...，z遍歷轉換范圍，就是配電網潮流調度優化的解空間。由于此次選擇的主要調度設備為電壓換流器，而配電網的潮流功率也與電壓相關，因此，在選擇粒子代表的變量時，直接表示為配電網的電壓、換流器投切組數以及換流器調節變比，如下：

c1=ezdnd=ez1…ezmd1…dmnd1…ndm（10）

c2=ez×ζznd×d=ez1×ζ1…ezm×ζmn1×1…ndm×dm（11）

Qkx=cx－ζxex－ζx，x=1，2，…，z（12）

式中：c1表示每一個粒子個體c代表的控制變量向量；c2為每一個粒子個體c代表的狀態變量向量；ez為配電網任意節點電壓，并且，q∈z、w∈z；nd為換流器投切組數；d為換流器調節變比；ζ為粒子群規模；Q·為調節函數。通過對調節變量的選擇以及在混沌粒子群中的區間，完成對配電網潮流的調度優化。至此，基于改進的混沌算法而實現多端柔性直流配電網潮流調度優化方法設計。

4實驗測試分析

在分析多端柔性直流配電網的運行特性后，發現多端柔性直流配電網的運行會直接影響電力系統的發電情況，為實現最佳狀態的直流配電網發電，需要對多端柔性直流配電網進行潮流調度。此次采用改進混沌算法設計了一個全新的潮流調度方法，為驗證該方法具有應用價值，能夠對配電網的狀態進行有效調度，通過實驗測試的方式進行論證。在MATLAB測試平臺模擬柔性直流配電網在某種特定狀態下的理想潮流狀態，具體情況見圖2。

由圖2可知，此次以某一天內配電網所希望達到的理想狀態作為模擬案例，在模擬多端柔性直流配電網理想潮流狀態時，同時涵蓋了典型系統發電、風力系統發電以及光伏系統發電。其中，節點A1、A2、A3為典型系統發電負荷數據；A4、A5為風力系統的發電負荷數據；A6為光伏系統的發電負荷數據。因此，此次模擬的配電網為多端柔性直流配電網，符合測試要求。但即使在多端柔性直流配電網

中設計了理想的潮流狀態，受配電網自身結構和參數等特性影響，其在實際運行中會與理想狀態具有一定差距，而應用潮流調度方法的目的就是對差距進行調控。為此，對該配電網的全天實際潮流發電數據進行統計，統計結果如表1所示。

由表1可知，通過對配電網各端的實際潮流數據獲取，能夠發現其與理想狀態具有一定的差距，可以應用在潮流調度優化測試實驗中，能夠將其作為此次測試的樣本數據。

分別用基于改進和聲搜索算法調度優化方法、計及阻塞管理的調度優化方法以及提出的新方法。將3組方法同時應用在配電網中進行全天的潮流調度，使該配電網的運行情況與理想狀態保持一致，結果如圖3所示。

由圖3可知，新方法在應用過程中，其對配電網的潮流調度優化結果，與設定的配電網理想狀態保持一致，說明新方法能夠實現全天不間斷的監控，當出現偏差時及時完成潮流調度優化，使其保持在理想狀態下運行，具有應用價值。

5結語

對多端柔性直流配電網的潮流調度優化具有必要性，由于多端柔性直流配電網中的多設備與多端口形式，其在進行電力傳輸和交換時容易產生設備故障和電力波動。基于此問題進行深入分析，采用改進混沌算法設計了一個多端柔性直流配電網調度優化方法，并在案例應用中驗證了其有效性，可以實現配電網的靈活調度，滿足配電網的負荷需求。

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