基于改进蚁群算法的微电网DG选址与定容.pdf

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分类号UDC密级编号十I初大学CENTRALSoUTHUNIVERSITY硕士学位论文论文题目基于改进蚁群算法的微电网学科、专业究生姓名导师姓名及专业技术职务j736069DG选址与定容电气I程伍春林李志勇副教授2010年5月SitingandsizingofDGformicrogridbasedonimprovedAntColonyAlgorithmSpecialty：

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曼鱼笪i堡垒!

基盟gin曼曼煎坠gMasterDegreeCandidate：

WuChunlinSupervisor：

煦曼iZhiYQ堕gCollegeofInformationScience&EngineeringCentralSouthUniversity,ChangShaHunanPRCMay201069M69舯mjI舢7ii01删Y原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。

与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。

作者签名：

必挞日期：

2竺垒年上月堑日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。

同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。

作者签名：

丛拯导师签名蕴乏室日期：

址年上月丛摘要随着电力需求不断增长，电网规模的不断扩大，大电网弊端如成本高、运行难度大等也日益凸现，于是分布式发电被提上日程。

分布式发电具有投资少、发电方式灵活、能量利用率高以及环保无污染等优点，但是分布式发电会对电网中的电压、线路潮流、短路电流、可靠性、电能质量等方面会带来许多问题，集成分布式电源和负荷的“微网”技术提供了很好的解决途径。

微电网能够减少电能损失，推迟电网线路升级时间和减少电网线路升级费用，但是如果微电网中的分布式电源位置与容量不合适，不但不能减少电能损失降低成本，相反还会增加电网损耗，降低系统的供电质量。

针对这些问题，论文主要研究微电网中分布式电源选址与定容问题，以优化分布式电源的位置与容量，实现微电网经济最优化运行。

论文采用具有很强全局搜索能力的蚁群算法对微电网中分布式电源选址与定容问题进行研究。

论文介绍了分布式发电技术与常见分布式电源，分析了分布式电源接入电网后对系统潮流、网络损耗、电能质量、电压以及可靠性等方面的影响。

针对基本蚁群算法存在搜索时间过长与容易陷入局部最优这两个问题，通过对算法调节因子取值和信息素全局更新方式加以改进，提出了一种新的蚁群算法，实例计算表明该算法是可行有效的。

论文在满足相关约束条件下以微电网规划投资和运行总费用最小为目标，建立了微电网中分布式电源选址与定容问题的数学模型，给出了目标评价函数、求解方法以及基于改进蚁群算法的模型求解步骤和相应的流程图。

论文最后在Eclipse开发环境下使用Java语言编程实现算法并选取某城市电网为实例对象进行仿真计算，结果表明本文提出的算法能有效解决微电网中分布式电源选址与定容问题，引入分布式电源构建微电网能得到比较好的社会和经济效益。

关键词：

微电网，分布式电源，选址，定容，蚁群算法ABSTRACTWiththegrowingdemandforelectricity，thescaleofpowergridswasexpandinganditsdisadvantagessuchashighcost、difficulttorunbecomingapparent，SOthedistributedgenerationwasputforwardThoughthedistributedgenerationhasmanyadvantagessuchaslessinvestment、flexible、highenergyefficiencyandenvironmental，butitalsowillbroughtmanyproblemstogddvoltage、linetide、shortcircuitcurrent、reliabilityofgrid、powerqualityandSOonInthiscase，thetechnologyofmicro-gridwhichintegrateddistributedgenerationandloadprovidesagoodsolutionThetechnologyofmicro-鲥dcanreduceenergyloss、delaypowerlineupgradetimeanddecreasethecostsButifthelocationandcapacityofdistributedgenerationdoesnotinappropriate，itnotonlycantreducethepowerloss，butalsowillincreasepowerlossandreducethereliabilityofpowersupplyTosolvetheseproblems，thispapermainresearchtheissueofdistributedgenerationSlocationandcapacityinmicrogridSOastooptimizethelocationandcapacityofdistributedgenerationtoachievethemosteconomicallyoptimaloperationofmicro一鲥dThispapertaketheantcolonyalgorithmwhichhasstrongglobalsearchabilityastosolvetheproblemofthedistributedgenerationSsiteandsizeonthemicrogridIntroducesthetechnologyofdistributedgenerationanditscommonformandanalysisofdistributedgenerationSimplicationstothenetworkcurrent，networklosses，powerquality，voltageandreliabilityForthebasicantcolonyalgorithmsexiststwodisadvantagessuchassearchfortoolongandeasysearchintoalocaloptimum，thispaperthroughimprovedthebasicantcolonyalgorithmSadjustmentfactorSvalueandmethodofrefreshingpheromonetoresolvetheproblems，proposeanewantcolonyalgorithm，exampleshowsthatthenewalgorithmisfeasibleandeffectiveUndertheconstraintcondition，papertreatsthetotalcostofmicro-gridplanningandoperationasthetarget，establishedthemathematicalmodeloftheissuethattheIllocationandcapacityofdistributedgenerationinmicrogrid，giventhetargetevaluationfunction、solutionapproachesandsolvingstepsbasedonimprovedantcolonyalgorithmFinallythepaperintheEclipsedevelopmentenvironmentusingtheJavaprogramminglanguageprogramsandimplementsthenewalgorithm，selectingacitygridastheinstanceobjectforthesimulation，resultsshowthattheintroductionofdistributedgenerationintogridSOastoconstructmicrogridcangetbettersocialandeconomicbenefits，theresultsalsoillustratethattheproposedalgorithmcaneffectiveresolvetheproblemofthelocationandcapacityofdistributedgenerationinmicro一鲥dKEYWORDS：

micro-grid，distributedgeneration，siting，sizing，antcolonyalgorithmIII目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111研究背景与意义l12国内外研究现状l13论文的主要工作及章节安排6第二章分布式发电技术及其对电力系统的影响821分布式发电技术822分布式发电对电网运行的影响10221分布式发电对系统潮流分布和网络损耗的影响10222分布式发电对系统电能质量的影响1l223分布式发电对系统电压的影响1223分布式发电对电网规划的影响1224本章小结13第三章蚁群算法及其改进1431蚁群算法1432蚁群算法改进21321调节因子取值的改进21322信息素全局更新方式的改进21323改进算法仿真实验结果2233本章小结25第四章微电网中分布式电源选址与定容2641考虑分布式电源的线路负载能力及潮流计算2642微电网中分布式电源选址和定容的多目标模型28421多目标优化模型的建立28422多目标模型中各目标分量的求解3043基于改进蚁群算法的微电网分布式电源选址和定容的求解30431微电网中分布式电源位置与容量的表示3l432微电网中分布式电源容量的选择32433微电网中分布式电源选址定容的算法步骤与流程图3244本章小结36IV第五章算例分析3751算法与模型参数的选取3852算例结果分析，3953本章小结41第六章结论与展望4261结论4262后续工作展望42附录44附录1：

线路阻抗数据44附录2：

节点负荷数据46参考文献48致谢53攻读硕士学位期间科研及论文完成情况54V中南大学硕士学位论文第一章绪论11研究背景与意义第一章绪论弟一早珀T匕电能是现代社会文明的基础，在国民经济中占有十分重要的地位。

随着国民经济的快速发展，电力需求不断增长。

为了解决负荷的不断增长以及能源资源分布不均衡所带来的问题，电网与电网之间只有通过互联组成大规模电力系统，以达到提高供电可靠性和相互支援相互备用的目的。

但是，随着电网与电网之间的不断互联，电网的规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端如成本高、运行难度大、难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求也同益凸现。

近些年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故尤其是814美国加拿大大停电事件【l】以及我国2008年冰灾造成的大面积停电事件使得电网的脆弱性充分暴露出来了。

由此人们意识到一味地扩大电网规模显然已经不可行了，只有开始另想他法，于是提出了分布式发电。

分布式发电也称分散式发电或分布式供能，一般指将相对小型的发电装置（一般50Mw以下）分散布置在用户（负荷）现场或用户附近的发电（供能）方式。

分布式电源（DistributedGeneration，简称DG）具有投资少、发电方式灵活、能量利用率高、电能质量和供电可靠性高以及环保无污染等优点，能有效的解决大型集中电网的许多潜在问题，但其本身也存在诸多问题，例如，分布式电源单机接入成本高，接入电网后会对电网电压、线路潮流、短路电流、可靠性、电能质量等方面会带来许多问题等。

另外，分布式电源相对大电网来说是不可控的。

为协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，在本世纪初，学者们提出了微电网的概斜2引。

微电网由于集成了分布式电源，因此它具有分布式电源所具有的所有优点，如低成本、低能耗以及电能质量高等。

但是如果微电网中的分布式电源位置与容量不加以合理规划而乱投放安装的话，其结果将是不但不能减少电能损失降低成本，相反还会提高成本，增加电网损耗，降低系统的供电质量。

因此有必要对微电网中分布式电源的选址与定容问题进行研究，以优化分布式电源的位置与容量，实现微电网经济最优化运行。

12国内外研究现状美国电力可靠性技术解决方案协会（theConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions，CERTS）从1999年开始对微电网进行研究，CERTS在2002年提出了完整的微电网概念并给出了定义6】：

微电网是一种可同时提供电能和热中南大学硕七学位论文第一章绪论量并由微型电源和负荷共同组成的系统；微电网内部的电源能量的转换主要由电力电子器件负责，并对其提供一些必需的控制措施；对于与微电网相联的大电网而言，微电网就是一个简单的受控单元，它不但可以满足用户对电能质量的要求而且可以满足用户在供电安全方面的要求。

基于上文所给出的微电网定义，本文对其加以延伸，把条件适当放宽，认为基于现有的小型配电网，然后在其中引入一定数量的分布式电源，由外网与分布式电源联合供电的系统也可称之为微电网。

如没特别指明，本文后面几章中的微电网概念都是基于此定义的。

图11所示为CERTS微电网的基本结构【7】，该微网中由储能系统和多个分布式电源组成，一起给负荷供电，它通过主隔离设备如断路器与外面的大电网相联，对外而言系统就是一个整体。

微电网中的分布式电源利用的能源形式可以是风电、光电、微型燃气轮机等多种能源形式，它能以热电联产（combinedheatandpower，CHP）或冷、热、电三联产（combinedcoldheatandpower，CCHP）的形式就地向用户提供热能，提高分布式电源的能量利用效率。

一_变电站能。

分布式胄皂源囟断路器图1-1CERTS微qL网结构图图1-1所示的微电网中的A、B、C分别为三条馈线，其中A、C两条馈线上安2中南大学硕I：

学位论文第一章绪论装有多个分布式电源，所以是重要负荷，而馈线B是非重要负荷，在必要时如系统供能不足时可以将其断开。

从图中我们还可以看出馈线A中含有一个热能负荷，说明该馈线中有一个分布式电源运行于热电联产模式，向用户提供电能的同还能够提供热能。

当与微电网相联的大电网供电质量有问题或因为故障原因而导致停电的时候，微电网可以断开主断路器从而切断与外部大电网的联系，以孤岛模式运行，这时候整个微电网全部的电能全部由分布式电源提供。

如果系统供电不足以支持系统所有负荷运行时，可以断开馈线B从而停止对馈线B上面的非重要负荷供电，保证A、C两条馈线上的重要负荷得以正常运行。

当外部电网的问题得到妥善解决后，可以重新合上主断路器，使得微电网重新与外部大电网相联，恢复到并网运行模式。

通过前面介绍的微电网的定义和结构可知，微电网技术有机结合了可再生能源发电技术、分布式发电技术、新型电力电子技术和储能技术，总的来说，它具有以下一些主要特点171：

（1）微电网继承并拥有所有单独分布式发电系统所具有的优点，为分布式电源提供了一个有效的集成应用的方式。

（2）作为一个整体模块，微电网是独立运行的，因此它不会对大电网产生许多不利影响，也就不需要修改大电网的运行策略。

（3）分布式电源可以灵活的接入微电网或断开与微电网的联系，这就使微电网中的分布式电源具有“即插即用”的能力。

（4）由于微电网是联合了多个分布式电源，因此不仅在系统容量方面微电网相对单个分布式发电系统来说得到了增加，而且由于微电网具有相应的储能系统【8J，这就增大了微电网的系统惯性，能够减弱电压闪和变电压波动现象，从而能够改善供电质量。

（5）微电网除了能够并网运行外，当与之连网的外电网发生故障时它还可以断开与外网的联系而以孤立运行的方式继续保障供电，因此它具有很高的供电可靠性【91。

最早是由美国CERTS提出了微电网的概念，并且美国CERTS微电网在众多微电网概念中最具有权威性。

美国已经在实验室平台上成功验证了CERTS有关微电网的初步理论研究成果【l01。

2005年由美国北部电力系统建立的MadRiver微电网标志着美国CERTS微电网的研究已经从最开始的理论研究、仿真分析、实验研究阶段进入了现场示范运行阶段。

近几年来欧洲各国之间开展了许多合作和研讨，各国对微电网的研究非常重视。

2005年，欧洲提出“SmartPowerNetworks”概念111J。

欧盟第五框架计划与欧盟第六框架计划专门拨款资助微电网研究计划。

欧洲所有的微电网研究计划都3中南人学硕上学位论文第一章绪论围绕着灵活性、可靠性以及可接人性3个方面来考虑。

日本目前在有关微电网示范运行工程的建设方面处于世界领先地位。

日本由于国内能源日益紧缺、负荷日益增长，加上微电网相当于一个恒定的负荷能够补偿可再生能源断续的能量供应，这些因素促进了日本在微电网方面的研究与发展，也使得日本的微电网十分重视储能技术和控制技术。

新能源与工业技术发展组织（newenergyandindustrialtechnologydevelopmentorganization，NEDO）在2003年的“RegionalPowerGridwithRenewableEnergyResourcesProject项目中，开始了3