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能源互联网供给侧配电网无功优化和路由通信策略的研究

王亚春  
【摘要】:随着煤炭、石油等非可再生能源的过度开采,世界能源需求不断增长,环境问题的日益突出,新能源技术应用越来越受到各国的重视。而不同形式的新能源并入电网、不可避免的导致配电网结构越来越复杂,能源网络数据传输场景越来越多。传统电力系统的结构和运行模式发生了改变,能源互联网技术应运而生。如何实现电能传输效率和质量的提高,构建完善的能源网络通信网络。对促进能源互联网的发展,逐步使传统电网向能源互联网演化,具有重要理论意义和实用价值。本文通过考虑不同形式的新能源并入电网,其间歇性造成的能源互联网供给侧电网的电能质量波动,以及能源互联网背景下,能源网络的有效数据通信问题进行研究,分别提出基于调节参数改进粒子群算法的分布式能源配电网无功优化方法和基于网络特征的动态优化分簇的改进LEACH协议,主要研究内容如下:(1)考虑到由于分布式能源接入电网,其间歇性造成能源互联网供给侧配电网电能质量波动,通过分析电网供给侧配电网存在电能幅值不稳定和网损过高的成因,利用电容补偿器和分布式能源无功出力,以配电网电压偏差和网损为目,建立基于电容补偿器和电能无功出力的数学模型,并确定目标函数和约束条件。(2)基于电网供给侧建立的数学模型,考虑到粒子群算法容易陷入局部最优值,影响配电网无功优化效果,而学习因子的更新影响粒子群算法在全局范围内搜索最优解,鉴于此,本文通过在学习因子中引入可调节的参数,提出一种基于可调整个体学习因子和社会学习因子更新速率的改进粒子群算法。该算法在前期能够增强全局搜寻最优解能力,缩小解域后再全力求解,从而改善传统粒子群算法的求解精度。最后,以IEEE-33节点配电系统为例,采用MATLAB仿真,验证本文所提方法能有效性的稳定提升配电网电压并降低网损。(3)针对小型能源网络的有效数据通信问题,为了降低能源网络在通信过程中的能量损耗,采用分级网络结构设计以能源路由器为最小单位的小型能源网络的拓扑结构,为能源网络的通信策略提供精确的能量消耗模型。(4)通过分析网络节点不同疏密程度,节点剩余能量,网络范围对通信网络的负载均衡、数据传输量、生存周期等指标的影响,考虑网络传输范围对簇头选举的影响,通过动态优化簇头选举概率以增加能源路由网络中的数据传输容量,优化因通信传输中能量损耗而带来的负载均衡问题,提出一种基于网络范围的动态优化分簇改进低功耗自适应分簇协议。对比传统的LEACH协议和能量高效分簇路由协议,基于网络范围的动态优化分簇改进LEACH协议在传输数据容量和节点生存周期两个指标上具有提升,能够有效改善能源路由器的通信性能。


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