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  • 頭條應(yīng)用改進的郊狼優(yōu)化算法，實現(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)學報》  |  點擊率：
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    導語光伏智能邊緣終端是實現(xiàn)分布式光伏規(guī)?；尤肱潆娋W(wǎng)高效率智慧運維的重要設(shè)備之一。天津大學智能電網(wǎng)教育部重點實驗室、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司、武漢大學電氣工程學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)學報》上撰文，構(gòu)建光伏智能邊緣終端優(yōu)化配置的數(shù)學模型，為實現(xiàn)模型的準確求解，進一步提出一種改進的郊狼優(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，提出全新的社會互助郊狼成長策略和單維組內(nèi)最優(yōu)郊狼擾動策略，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，實現(xiàn)對PVIET的數(shù)量、位置及與光伏電站連接方式三個方面的求解。通過算法對比，驗證了改進郊狼優(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維設(shè)備，具有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、上傳等功能，可為有效解決分布式光伏運維難度大、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PVIET價格相對昂貴，實際規(guī)模化應(yīng)用中，一般采用多個分布式光伏站共用一臺PVIET以降低成本；但是，如何保證PVIET配置的經(jīng)濟性，同時在復(fù)雜通信環(huán)境下保障運維數(shù)據(jù)采集的可靠性和準確性，其挑戰(zhàn)大，但非常值得深入研究。

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

     

    PVIET在2019年才剛面世，上市時間較短，當前在國際國內(nèi)的應(yīng)用案例有限，國內(nèi)外專家學者關(guān)于PVIET優(yōu)化配置的研究相對較少，但是國內(nèi)外學者們在類似研究方面有一些涉及，如配電自動化終端、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，學者們從模型構(gòu)建、求解算法優(yōu)化、配置準則等進行了一些研究，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)雜的實數(shù)參數(shù)優(yōu)化問題。有學者采用郊狼優(yōu)化算法對單相和三相電力變壓器進行參數(shù)估計。有學者針對風電綜合經(jīng)濟調(diào)度問題，用郊狼優(yōu)化算法求解文中風電經(jīng)濟調(diào)度一體化方法模型，并與遺傳算法、粒子群算法等進行了比較，結(jié)果表明郊狼優(yōu)化算法的性能更加優(yōu)越。

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

    應(yīng)用改進的郊狼優(yōu)化算法，實現(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)用改進郊狼優(yōu)化算法對模型進行求解，獲得PVIET在配電網(wǎng)中布點數(shù)量和位置。

    其中，改進的郊狼優(yōu)化算法通過引入隨機分組策略加強郊狼種群的信息交流，建立基于社會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)郊狼擾動策略，提高組內(nèi)最優(yōu)狼質(zhì)量的同時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，通過改進的IEEE 69節(jié)點仿真算例，驗證了所提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)用改進的郊狼優(yōu)化算法，實現(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)計提供依據(jù)。

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

    • 1）改進算法在PVIET數(shù)量為4~9時進行50次獨立實驗時，改進郊狼優(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小；
    • 4）在收斂性比較中，改進郊狼優(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)學報》，論文標題為“基于改進郊狼優(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。