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  • 頭條應(yīng)用改進(jìn)的郊狼優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)光伏智能邊緣終端的優(yōu)化配置
    2021-11-01 作者:劉嘉恒 張明 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語光伏智能邊緣終端是實(shí)現(xiàn)分布式光伏規(guī)?;尤肱潆娋W(wǎng)高效率智慧運(yùn)維的重要設(shè)備之一。天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司、武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員劉嘉恒、張明、葛磊蛟、嵇文路、王波、方磊、張瑋亞,在2021年第7期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,構(gòu)建光伏智能邊緣終端優(yōu)化配置的數(shù)學(xué)模型,為實(shí)現(xiàn)模型的準(zhǔn)確求解,進(jìn)一步提出一種改進(jìn)的郊狼優(yōu)化算法。為解決郊狼優(yōu)化算法精度不足、收斂速度緩慢等問題,提出全新的社會(huì)互助郊狼成長策略和單維組內(nèi)最優(yōu)郊狼擾動(dòng)策略,引入模擬退火、自適應(yīng)精英保留策略,以讓該算法更加適合所提出的工程問題,實(shí)現(xiàn)對PVIET的數(shù)量、位置及與光伏電站連接方式三個(gè)方面的求解。通過算法對比,驗(yàn)證了改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法在精度、穩(wěn)定性和收斂性等方面的優(yōu)越性。

    光伏智能邊緣終端(Photovoltaic Intelligent Edge Terminal, PVIET)是一種新型的分布式光伏智慧運(yùn)維設(shè)備,具有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、上傳等功能,可為有效解決分布式光伏運(yùn)維難度大、成本高、效率低等問題提供基礎(chǔ),為分布式光伏功率預(yù)測和故障診斷等提供數(shù)據(jù)支撐。

    然而,單臺(tái)PVIET價(jià)格相對昂貴,實(shí)際規(guī)模化應(yīng)用中,一般采用多個(gè)分布式光伏站共用一臺(tái)PVIET以降低成本;但是,如何保證PVIET配置的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)在復(fù)雜通信環(huán)境下保障運(yùn)維數(shù)據(jù)采集的可靠性和準(zhǔn)確性,其挑戰(zhàn)大,但非常值得深入研究。

    應(yīng)用改進(jìn)的郊狼優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)光伏智能邊緣終端的優(yōu)化配置

     

    PVIET在2019年才剛面世,上市時(shí)間較短,當(dāng)前在國際國內(nèi)的應(yīng)用案例有限,國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)于PVIET優(yōu)化配置的研究相對較少,但是國內(nèi)外學(xué)者們在類似研究方面有一些涉及,如配電自動(dòng)化終端、同步相量測量單元、分布式發(fā)電數(shù)據(jù)采集終端等配電裝置的優(yōu)化配置,學(xué)者們從模型構(gòu)建、求解算法優(yōu)化、配置準(zhǔn)則等進(jìn)行了一些研究,值得借鑒。

    尤其在求解算法方面,由J. Pierezen等率先提出的元啟發(fā)式算法,即郊狼優(yōu)化算法(Coyote Optimization Algorithm, COA)在電氣領(lǐng)域有一些成果。有學(xué)者將郊狼優(yōu)化算法應(yīng)用于分布式發(fā)電優(yōu)化規(guī)劃中,以解決復(fù)雜的實(shí)數(shù)參數(shù)優(yōu)化問題。有學(xué)者采用郊狼優(yōu)化算法對單相和三相電力變壓器進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。有學(xué)者針對風(fēng)電綜合經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題,用郊狼優(yōu)化算法求解文中風(fēng)電經(jīng)濟(jì)調(diào)度一體化方法模型,并與遺傳算法、粒子群算法等進(jìn)行了比較,結(jié)果表明郊狼優(yōu)化算法的性能更加優(yōu)越。

    為實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PVIET高效率、低成本采集管理區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)多個(gè)分布式光伏站,天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的科研人員提出了一種基于改進(jìn)COA的PVIET優(yōu)化配置方法。

    應(yīng)用改進(jìn)的郊狼優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)光伏智能邊緣終端的優(yōu)化配置

    圖1 光伏智能邊緣終端的通信方式

    首先,闡述了PVIET的主要功能與支持的通信方式。其次,考慮PVIET的等年值投資成本、年通信成本及保障數(shù)據(jù)采集可靠性的成本,提出了一種PVIET優(yōu)化配置模型,并應(yīng)用改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法對模型進(jìn)行求解,獲得PVIET在配電網(wǎng)中布點(diǎn)數(shù)量和位置。

    其中,改進(jìn)的郊狼優(yōu)化算法通過引入隨機(jī)分組策略加強(qiáng)郊狼種群的信息交流,建立基于社會(huì)互助的新型郊狼成長方式,并應(yīng)用混合模擬退火算法提高算法求解精度,引入自適應(yīng)的精英保留策略提升算法收斂速度。通過單維組內(nèi)最優(yōu)郊狼擾動(dòng)策略,提高組內(nèi)最優(yōu)狼質(zhì)量的同時(shí)避免郊狼的全維度成長對部分維度的優(yōu)良信息的掩蓋。最后,通過改進(jìn)的IEEE 69節(jié)點(diǎn)仿真算例,驗(yàn)證了所提PVIET優(yōu)化配置模型的可行性,通過算法對比,說明了改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法在精度、穩(wěn)定性和收斂性等方面的優(yōu)越性。

    應(yīng)用改進(jìn)的郊狼優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)光伏智能邊緣終端的優(yōu)化配置

    圖2 不同PVIET數(shù)量條件下的算法收斂性能對比

    研究人員指出,仿真結(jié)果表明,在充分考慮保障數(shù)據(jù)采集可靠性成本的前提下,達(dá)成了PVIET的合理優(yōu)化配置,大幅度降低成本,可為PVIET優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

    另外,所提出的全新社會(huì)互助郊狼成長策略,以及利用隨機(jī)分組策略、模擬退火與自適應(yīng)精英保留策略的改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法,在仿真中表現(xiàn)出色。

    • 1)改進(jìn)算法在PVIET數(shù)量為4~9時(shí)進(jìn)行50次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)時(shí),改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法的精度較原來分別提升了18.37%、27.72%、35.67%、38.91%、42.95%、45.65%、46.14%;
    • 2)相對于粒子群算法精度分別提升了18.20%、23.52%、29.79%、33.95%、36.49%、39.33%、39.82%;
    • 3)相對于正余弦算法精度分別提升了20.39%、26.43%、31.95%、35.42%、38.19%、40.48%、41.05%,且最優(yōu)解與最劣解之間峰谷差??;
    • 4)在收斂性比較中,改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法相比于COA、PSO、SCA的收斂速度更快。

    以上研究成果發(fā)表在2021年第7期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)郊狼優(yōu)化算法的光伏智能邊緣終端優(yōu)化配置方法”,作者為劉嘉恒、張明 等。