一种基于天牛须初值的电-气综合能源能流计算方法

技术领域

本发明属于综合能源系统稳态能流计算技术领域，具体涉及一种基于天牛须初值的电-气综合能源能流计算方法。

背景技术

综合能源系统作为一种多能源耦合系统，对于它的能流计算研究多是侧重于对于它的研究多是关于稳态建模与分析、运行策略优化、静态安全分析等。

能流计算本质是对几个系统的能流方程进行求解，天然气子系统作为其中的一个部分，其求解方法为环路法和节点法，对于其流量方程的求解一般用牛顿法来解决，牛顿法由于其二阶收敛特性，可以很快的收敛，计算量较小，占用内存少，在计算大型复杂电网络时有很大的优势。但是牛顿法对迭代初值的要求比较高，能流计算收敛次数与初值的选取有很大的关系，并且有可能会导致能流计算不收敛的问题，故需要对综合能源系统中天然气子系统进行优化，现有的文献并未对此问题进行解决。

综合能源系统的稳态能流计算的根本目的在于根据有限的已知信息求取IES中节点电压/压力、支路电流/流量等状态参数，不仅可以为优化调度、设备选址定容、故障分析等提供依据，同时可以评估系统的实时运行状况，具有重大意义。能流计算的概念源自电力系统潮流计算，以牛顿拉夫逊法为代表的潮流计算是电力系统中不可或缺的分析工具，其理论基础与实践验证均已相当成熟。其思想后续又被逐渐引入天然气系统、热(冷)力系统之中。IES的快速发展对能流计算提出了更高的要求，各子系统间必须突破壁垒，实现联合计算、协同优化，充分计及多元不确定性因素影响，才能有效发挥多能互补互济优势，提高能源综合利用水平。

该算法模拟天牛觅食行为，以此实现对复杂优化问题的寻优求解。BAS算法广泛应用于各领域。但针对BAS算法易陷入局部最优、稳定性不足以及仅能解决单目标优化问题的缺点，学者们提出了一系列的改进方法，提出了天牛群优化算法(beetle swarm antennaesearch,BSAS)，BSAS克服了BAS随机种子导致的不同优化结果和优化精度低的问题。上述对BAS算法的改进均取得一定效果，但对于BAS算法在高维空间中搜索精度低的情况，上述算法均未提出解决方案。经研究发现，在高维空间中甚至出现天牛个体不移动的情况，这大大降低了算法的寻优精度。而针对该问题，本发明将二次插值引入到BAS算法中。在天牛进行一-次移动后，借助天牛的左右两须，利用二次插值法产生新的解，再对比新解与当前全局最优解，以此更新全局最优解。仿真结果表明，改进的算法(QIBAS)在求解高维问题时相较于天牛须算法(BAS)、粒子群算法(PSO)和遗传算法(GA),在求解精度上有了进-一步的提升。天牛须搜索算法的仿生机理是，天牛在觅食时不清楚食物的具体位置，利用头上一对触须来感应食物气味的浓度,如果左触须感受到的气味浓度高，天牛朝左移动，反之则朝右移动，最后寻找到食物的确切位置。天牛须搜索算法的智能机理是,单个天牛在搜索食物时，食物气味浓度即为适应度函数，这个函数在空间的不同位置有不同的值，而天牛两须分别采集自身附近两点的气味值，对比二者气味浓度，取最优值，如此迭代，知道左右两须所探测的气味浓度相差满足一定精度则停止迭代，所找到的中心点则为空间食物浓度最高点，即食物所在地。天牛搜寻食物的过程就是天牛须算法的寻优过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于天牛须初值的电-气综合能源能流计算方法，建立综合能源等效数学模型，考虑不同的耦合方式，实现综合能源系统的仿真，对天然气子系统的初值计算方法能流分布，继而进行电-气综合能源系统的能流计算。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于天牛须初值的电-气综合能源能流计算方法，包括：

步骤(1)：输入天然气网络管道的参数值；

步骤(2)：天然气系统各环路初始化种群，给定环路初值；

步骤(3)：设定适应度函数公式；

步骤(4)：根据环路初值和适应度函数公式，计算天牛初始位置的适应度值；

步骤(5)：随机产生天牛须朝向，并更新步长；

步骤(6)：更新天牛位置，天牛须位置和迭代步长；

步骤(7)：计算新天牛位置的适应度值，判别是否小于阈值，若满足条件，则进入步骤(8)，否则转步骤(5)；

步骤(8)：进行牛顿法潮流计算，计算天然气系统的能流分布，继而进行电-气综合能源系统能流计算。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤(2)中，依据压力调节器和气态方程给定环路初值x

上述的步骤(3)中，设定适应度函数公式：

其中，fit为适应度函数，F为潮流方程，x

上述的步骤(4)所述天牛初始位置的适应度值计算方法为：

将步骤(2)中对应的环路初值带入适应度函数公式计算天牛位置的适应度值。

上述的步骤(5)中，随机产生的朝向向量为：

rand(,)表示随机方向；k表示环路数目；

且

x

上述的步骤(6)中，天牛位置函数为：

天牛须位置函数为：

d

迭代步长为：

δ

式中，δ

上述的步骤(7)中，新天牛位置的适应度值计算公式为：

判别是否小于阈值0.5，若满足条件，则进入步骤(8)，否则转步骤(5)直到适应度值小于阈值0.5。

本发明具有以下有益效果：

通过天然气和电力网络线路和元件建模，建立综合能源等效数学模型，考虑不同的耦合方式，实现综合能源系统的仿真，并最终能进行电-气综合能源系统能流计算。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示为本发明的实施流程图，首先输入天然气网络管道的参数值,给定环路初值，接着计算天牛初始位置的适应度值，之后随机产生天牛须朝向，并更新步长，然后更新天牛新的位置、两须位置和迭代步长，接着计算新位置的适应度值，判断适应度值是否符合要求，并根据数值确定下一步操作。具体步骤如下：

步骤(1)：输入天然气网络管道的参数值；

步骤(2)：依据压力调节器和气态方程给定环路初值x

步骤(3)：设定适应度函数公式：

fit为适应度函数，F为潮流方程，x

步骤(4)：将步骤(2)中对应的环路初值带入适应度函数公式计算天牛位置的适应度值；

步骤(5)：将随机产生天牛须朝向，并更新步长。

随机产生的朝向向量为：

rand(,)表示随机方向；k表示环路数目；

且

x

步骤(6)：更新天牛新的位置、两须位置和迭代步长。

天牛位置函数：

天牛须位置函数：d

迭代步长：δ

式中，δ

步骤(7)：由公式：

计算新位置的适应度值，判别是否小于阈值0.5。若满足条件，则进入下一步；否则转步骤(5)，重复上述操作直至满足条件，转入步骤(8)。

步骤(8)：进行电-气综合能源系统能流计算。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。