基于遺傳算法的配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，尤其是一種基于遺傳算 法的配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市用地（尤其是特大型城市）的日益緊張使得變電 站站址和電力通道走廊的選擇十分困難，若按照傳統(tǒng)（依靠增加新的供電饋線或建設(shè)新的 變電站來(lái)滿足負(fù)荷需求）的技術(shù)原則規(guī)劃高壓變電站和中壓配電網(wǎng)，將很難在降低建設(shè)規(guī) 模、減少±地資源消耗的同時(shí)滿足各級(jí)各類電力用戶負(fù)荷需求之間達(dá)到很好的平衡。
[0003] 解決上述問題的一個(gè)思路是在日益發(fā)展壯大的互聯(lián)配電網(wǎng)絡(luò)中充分挖掘現(xiàn)狀中 壓配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路的作用，加大變電站站間負(fù)荷轉(zhuǎn)帶能力。在該種情況下配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)就發(fā) 揮了提高系統(tǒng)供電能力、增強(qiáng)供電可靠性、增加負(fù)荷轉(zhuǎn)帶路徑、提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行靈活性等重要 作用。另一方面大量建設(shè)聯(lián)絡(luò)對(duì)投資、聯(lián)絡(luò)通道走廊等方面都提出了更高的要求。
[0004] 因而如何做到在不降低供電可靠性和配電網(wǎng)負(fù)載率的同時(shí)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)省 投資、減少通道走廊的占用（即供電可靠性與經(jīng)濟(jì)費(fèi)用上的均衡），就成了目前配電網(wǎng)發(fā)展 建設(shè)中亟需解決的問題。
[0005] 配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是個(gè)具有多目標(biāo)性、不確定性、非線性和多階段性特點(diǎn)的復(fù) 雜優(yōu)化問題，目前已有研究方法主要有W下幾類；1)多場(chǎng)景分析法，通過(guò)合理的分析、預(yù)測(cè) 出各種場(chǎng)景來(lái)判斷規(guī)劃方案的綜合最優(yōu)性，其缺陷就是分析結(jié)果缺乏理論適應(yīng)性，同時(shí)對(duì) 于變量或場(chǎng)景過(guò)多的情況有可能造成求解上的困難；2)不確定信息數(shù)學(xué)建模規(guī)劃方法，具 有理論嚴(yán)密和對(duì)不確定性因素處理精確的優(yōu)點(diǎn)，代表性方法有隨機(jī)規(guī)劃法、灰色規(guī)劃法、模 糊規(guī)劃法及盲數(shù)規(guī)劃法，但數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多種不確定性時(shí)將會(huì)遇到模型表達(dá)困難等問題；3)數(shù) 學(xué)優(yōu)化法，其核屯、思想是將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一般的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并運(yùn)用傳 統(tǒng)的優(yōu)化算法或基于現(xiàn)代啟發(fā)式的智能優(yōu)化算法進(jìn)行求解，但該類算法會(huì)不同程度地存在 收斂速度慢、局部尋優(yōu)能力弱、計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)等問題。
[0006] 肖峻、郭曉丹、王成山等人發(fā)表的"基于供電能力的配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)有效性評(píng)價(jià)與化簡(jiǎn) 方法"（電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012,36巧）；31-37.)，提出了基于聯(lián)絡(luò)有效性的配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)簡(jiǎn)化 方法，但必須針對(duì)每條聯(lián)絡(luò)支路分別計(jì)算其有效度，并且聯(lián)絡(luò)支路增減的順序也會(huì)對(duì)最后 結(jié)果造成影響。只是對(duì)已有聯(lián)絡(luò)對(duì)供電能力的影響大小給出了評(píng)價(jià)，只適合解決現(xiàn)狀配電 網(wǎng)近期小規(guī)模的改造問題，并沒有從規(guī)劃的整體角度給出聯(lián)絡(luò)方案。
[0007] 葛少云、韓俊、劉洪等人發(fā)表的"基于供電能力的主變站間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化"（電網(wǎng)技 術(shù)，2012, 36巧）；129-135.)，W加權(quán)Voronoi圖結(jié)合后退尋優(yōu)法優(yōu)化站間主變聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但 只是理論上給出了站間主變的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，沒有具體的聯(lián)絡(luò)支路的數(shù)目和方案。且該兩篇文 章只是W供電能力作為標(biāo)準(zhǔn)，一味追求供電能力的最大化，并未考慮到單位供電能力費(fèi)用。 [000引為此，本發(fā)明奶咸少單位供電能力費(fèi)用、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，提出了基于單位 供電能力的配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，在滿足負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上，追求單位供電能力費(fèi)用 的最小化，從而優(yōu)化配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于供電能力的配電網(wǎng)聯(lián) 絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型和算法，W滿足區(qū)域負(fù)荷需求、簡(jiǎn)化聯(lián)絡(luò)通道、減少建設(shè)費(fèi)用為主要目 的。
[0010] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；
[0011] 一種基于遺傳算法的配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于：建立W單位供電 能力費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，W聯(lián)絡(luò)支路長(zhǎng)度和聯(lián)絡(luò)容量、區(qū)域負(fù)荷需求、主變站 間聯(lián)絡(luò)通道總數(shù)為約束條件，通過(guò)遺傳算法求解，所述的數(shù)學(xué)模型為：
[00巧]Funk - F Link-in+pLink-OUt
[0016] 式中，Psc[L]為研究區(qū)域供電能力，L為表示站間主變聯(lián)絡(luò)容量約束的主對(duì)角線為 0的對(duì)稱矩陣，1。.表示第i號(hào)和第j號(hào)主變間的聯(lián)絡(luò)容量約束；NS為研究區(qū)域主變總數(shù)；Fst。,,。。為研究區(qū)域變電站建設(shè)總費(fèi)用，fk為第k個(gè)變電站的建設(shè)費(fèi)用；F 為建設(shè)聯(lián)絡(luò)所需 費(fèi)用，F(xiàn)unk_i。為站內(nèi)聯(lián)絡(luò)費(fèi)用Funk_wt為站間聯(lián)絡(luò)費(fèi)用。
[0017] 而且，所述聯(lián)絡(luò)支路長(zhǎng)度和聯(lián)絡(luò)容量約束的表達(dá)式為：
[001 引du=D。'*也（1《i,j《Nj
[0019]
[0020] 式中；d。是站間主變實(shí)際聯(lián)絡(luò)支路長(zhǎng)度，Du為主變間地理距離，qu為線路的綜合 曲折系數(shù)，ly為主變間的實(shí)際聯(lián)絡(luò)容量，nU為主變間聯(lián)絡(luò)支路數(shù)目，CU為單條聯(lián)絡(luò)支路的 轉(zhuǎn)供容量，diim為變電站間允許建立聯(lián)絡(luò)通道的長(zhǎng)度上限。
[0021] 而且，所述的區(qū)域負(fù)荷需求約束的表達(dá)式為：
[0022] Psc[L]>N
[002引式中，N為區(qū)域負(fù)荷需求。
[0024] 而且，所述的主變站間聯(lián)絡(luò)通道總數(shù)約束的表達(dá)式為：
[0025]
[0026] 式中，叫為主變間聯(lián)絡(luò)支路數(shù)目，TS為主變站間聯(lián)絡(luò)支路總數(shù)上限，聯(lián)絡(luò)數(shù)目小于 等于7。
[0027] 而且，所述的數(shù)學(xué)模型為
[002引
[0029] 式中；n。為主變間聯(lián)絡(luò)支路數(shù)目；du是站間主變實(shí)際聯(lián)絡(luò)支路長(zhǎng)度；r。第i號(hào)和 第j號(hào)主變間的聯(lián)絡(luò)支路所選用的電纜的單位長(zhǎng)度造價(jià)；C。。為單條電纜線路傳輸容量；rt 為站內(nèi)聯(lián)絡(luò)線所選用的電纜的單位長(zhǎng)度造價(jià)；h為比例系數(shù)；左為變電站供電半徑的平均 值。
[0030] 而且，該模型為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)。
[0031] 而且，所述遺傳算法采用隨機(jī)遍歷采樣法，代溝GAP設(shè)置為0. 9,從父代中排序優(yōu) 選適應(yīng)度較大的GAP*Nind個(gè)個(gè)體，形成子代種群。
[0032] 而且，所述遺傳算法的子代個(gè)體采用單點(diǎn)交叉的方式，交叉概率為0. 7。
[0033] 而且，所述遺傳算法的變異算子為0. 5。
[0034] 而且，所述遺傳算法的終止代數(shù)為100。
[0035] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0036] 1、本發(fā)明W單位供電能力費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)并考慮了聯(lián)絡(luò)支路長(zhǎng)度，區(qū)域負(fù)荷 需求，主變站間聯(lián)絡(luò)通道總數(shù)等具體約束的數(shù)學(xué)模型；并非一味追求供電能力的最大化，而 忽略昂貴的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。能夠在經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的情況下達(dá)到提升區(qū)域供電能力的目的。
[0037] 2、本發(fā)明利用遺傳算法該種人工智能算法，通過(guò)模擬自然進(jìn)化過(guò)程來(lái)捜索最優(yōu) 解?？蒞有效解決傳統(tǒng)算法用于配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解時(shí)常常遇到捜索方向錯(cuò)誤、迭代 不收斂、逼近速度緩慢等問題。
[003引 3、本發(fā)明針對(duì)基于主變互聯(lián)和N-1準(zhǔn)則的配電系統(tǒng)供電能力計(jì)算方法未能計(jì)及 聯(lián)絡(luò)容量與主變短時(shí)過(guò)載的問題，計(jì)及主變過(guò)載和聯(lián)絡(luò)容量約束的配電系統(tǒng)供電能力計(jì)算 方法，明確了站間轉(zhuǎn)移負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)供電潛力的作用，并考慮了二次轉(zhuǎn)供過(guò)程和主變負(fù)載率 均衡約束?？蒞將其作為優(yōu)化模塊中供電能力的計(jì)算工具，方便與遺傳算法的結(jié)合調(diào)用。
[0039] 4、本發(fā)明所提出的方法充分協(xié)調(diào)了高壓變電站與下級(jí)中壓電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān) 系，能夠在滿足區(qū)域負(fù)荷的基礎(chǔ)上達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的效果。不僅解答了主變間"是否應(yīng)該連" 的問題，還進(jìn)一步回答了 "怎么連才能達(dá)到最佳效果"，從而為現(xiàn)在城市高速發(fā)展中面