基于拓扑修正的配电网重构方法

基于拓扑修正的配电网重构方法
【专利说明】基于拓扑修正的配电网重构方法 技术领域 本发明的技术领域为配电系统自动化领域，具体为基于拓扑修正的配电网重构方法， 特别是一种能够实现网络优化、综合分析配电网架构和用电负荷等信息、并依据网络重构 在线分析的结果，采用自动或人工介入的方式实现闭环控制，实现配电网的动态调控等功 能的配电网重构方法。 【背景技术】 配电网重构的研究兴起于上个世纪80年代后期，因其在降低配网网损和改善系统安 全等方面的重要作用而受到不少学者的关注。早期的配电网络重构主要是研究配网规划阶 段的重构问题。配电网在正常运行时呈福射状，由于网状结构来确定树状结构并不唯一，使 得配电网由网状结构确定树状的运行方式不唯一，开关开合状态可形成多种组合，任一组 合均构成一种运行方式。虽然联络开关在正常运行时断开，W维持系统的福射形树状运行 状态，但它的存在使得系统成网状的结构。配电网重构的实质就是在满足一定的约束条件 下，通过改变网络中开关状态，优化配电网的网络结构，从而改善配电系统的潮流分布，理 想情况是达到最优潮流分布，使配电系统网损最小或其他指标最优。 网络重构算法本质上是一个优化算法，是一个离散变量的规划问题。其中，消除支路 过载和电压越限，平衡馈线负荷，是约束条件，而使网损最小是目标函数。该个算法中，通过 遗传算法，实现自动寻优。本公司在遗传算法上，已经实现过配电网无功规划优化、配电网 优化改造等多个算法，该方面积累比较多。遗传算法在工程上总能找到一个优化解，相对而 言，计算速度不是很快。在选择重构的路径上，需要对各个供电路径，进行开关遮断容量的 校核，通过短路电流计算，进行详细的计算和校核，确保重构之后的路径的正确性，不能出 现重构后，导致系统不安全的情况。 现有算法大多W网损最小为目标函数，在满足各种运行条件下，W网损最小为目标函 数的配电网重构仍是一个非线性混合优化问题。由于配电网重构的非线性特性，每一次进 行优化的迭代均需要进行一次配电网潮流计算，连续的配电网潮流计算需要大量的计算时 间。为了提高计算速度，保证得出全局最优或次优的配网结构，目前主要的重构算法有如 下；支路交换法炬ranchExchangeMethod,BEM)，最优流模式法（OptimalFlow化ttern， OFP)，专家系统法巧XpertSystem,ES)，人工神经网络法（ArtificialNeuralNetworks， ANN)，模拟退火算法（SimulatedAnnealing，SA)，遗传算法（GeneticAlgorithm，GA)，禁忌 捜索算法订油uSearch,T巧等。申请号为201210150190. 9公开的发明名称为《配电网重 构的随机邻域捜索算法》，提供了一种具有优良的计算效率并可W稳定得到最优解的基于 支路交换的配电网重构方法；申请号为201410395124. 4公开的发明名称为《一种基于最小 生成树的启发式配电网重构方法》，提供了一种将最小生成树算法和启发式算法相结合求 解配电网络重构问题的方法；但是，由于作为优化变量的开关组合数量巨大，穷举捜索将面 临"组合爆炸"问题。并且解空间的过于庞大，使得在直接数学求解时计算量很大，因而要 占用大量的机时，并且无法保证收敛的可靠性。
【发明内容】
针对现有技术在重构问题上引起的供电路径不准确、计算成本较大等问题，本发明提 出了一种满足安全约束的前提下，通过开关操作等方法改变配电线路的运行方式，消除支 路过载和电压越限，平衡馈线负荷，使网损最小的网络重构方法。 实现上述目的的技术方案是： 一种配电网重构方法，包括下列步骤： 步骤S1，导入配电网基本参数，形成网络拓扑结构图； 步骤S2,提取网络拓扑结构中关于节点的信息； 步骤S3,根据网络是否为有源网络、是否为福射型网络判断S1中形成的网络拓扑结构 是否正确，若不正确，返回步骤S1，重新生成新的网络拓扑结构图；若正确，进入步骤S4 ; 步骤S4,采用网络分环法基于当前网络状态进行分环，得到网络拓扑分环； 所述的网络分环法步骤如下： a) 读取节点、支路状态信息； b) 分别从电源点和末梢节点开始，去除掉不参加编码的支路； C)去掉一些不参加编码的支路后，根据图2所示进行分环操作； d)依据当前运行状态，将拓扑图分为若干"环"路。保证每个环路有且只有一个开关是 打开的，该样既保证了网络的福射型，又保证了网络中所有的负荷都能不断电。 步骤S5,对S4中的分环进行实数编码，保证每个环路只有一个开关处于打开状态，所W每一个实数都只对应着一个特定开关打开的状态； 所述实数编码的步骤如下： a) 根据环路所具有的开关数进行实数编码。如一条环路有N个开关，则可W用O-(N-l) 表示第一个到第N个开关是断开的，其余开关是闭合的； b) 调用遗传算法，环与环之间进行交叉，生成新的一代，每生成一个新的编码进行一次 计算，根据适应度函数，得到适应度高的染色体。如此循环，直到满足目标函数或者到达设 定的进化代数为止； C)所得到的方案为最佳的网络重构方案。 步骤S6,针对步骤S5,将所有环段的实数编码按照先后顺序编辑成一个染色体； 步骤S7,调用遗传算法程序，对种群内的染色体进行交叉、变异，对遗传算法过程中会 出现一些不合格的染色体进行修正，具体步骤如下： 3)判断所有电源所需要带的功率5^是否能满足负载所要的功率51。。。，而且要保留一定 的裕度。取0.9Sg>Shad。在此算法中S源W及Sicad是按照电流Shad的方式给出的。其转 换公式为：
式中；U为电压，标么值运算取为1 ; Si。。。为视在功率，S1。。4=P b)当满足上述条件时，采用图3所示流程进行染色体的修正。 步骤S8,得出最佳方案，输出网络中网损大小、开关次数等参数，重构结束。 本发明专利的有益效果是： 1、 具有结合配电网潮流计算分析结果对配电网网络进行重构、实现网络优化、提高供 电能力的功能； 2、 具有综合分析配电网架构和用电负荷等信息，并通过改变配网运行方式等相关措 施，达到降低配网网损的目的的功能； 3、 具有根据网络重构在线分析的结果，采用自动或人工介入的方式实现闭环控制，实 现配电网的动态调控的功能。
【附图说明】：
[0018] 图1 ;本发明配电网重构方法的主要流程图 图2 ;网络分环算法的主要流程图 图3 ;实数编码遗传算法的主要流程图 图4 ;染色体修正算法的主要流程图 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明 参阅图1，本配电网重构的方法包括： 步骤S1，导入配电网基本参数（包含配电网内各节点、支路、开关和电源信息），形成网 络拓扑结构图，即；对配电网中的各个元件和线路进行编号，生成数据库，数据库中包含两 个表，分别为NODE(节点）和BRANCH(支路），其中表NODE包含的参数有；各节点的编号、名 称、类型、电压模值、电压相角、最大电流限值、负载有功功率及负载无功功率，表BRANCH包 含的内容视所提供的支路形式而定，若所提供的支路形式为阻抗加开关的形式，表BRANCH 中包含的参数有：起始支路、终止支路、支路编号、支路名称、电阻值、电抗值、电导值、电纳 值、最大载流值及开合状态；若所提供的支路为阻抗支路与开关支路分开给予的形式，表 BRANCH中除了包含上述参数之外，还需增添另一项参数；支路属性值； 所述开合状态的初始值为0或1，〇表示断开，1表示闭合；所述支路属性的初始值为1 或2,1表示开关支路，2表示阻抗支路； 步骤S2,提取网络拓扑结构中关于节点的参数信息，即所述表NODE中包含的所有参 数：节点编号、名称、类型、电压模值、电压相角、最大电流限值、负载有功功率及负载无功功 率. 步骤S3,判断网络是否为正确的网络，网络判断依据为；是否为有源网络，是否为福射 型网络； 步骤S4,采用网络分环法基于当前网络状态进行分环，得到网络拓扑分环；所述网络 分环法的具体步骤可参照图2 : 第一步，读取网络拓扑数据中关于节点的参数信息； 第二步，依据节点性质将节点分类，主要分为；电源点、普通节点、T节点及末梢节 点； 第=步，从末梢节点开始沿着支路捜索该节点的父节点； 第四步，判断第S步中的父节点是否为T节点，若不是，则返回上一步；若是，则进行第 五步； 第五步，删除末梢节点到此T节点的所有支路； 第六步，判断被删除的支路中是否含有末梢节点，若有，则返回第立步诺没有，则进行 第^；：步； 第走步，判断网络是否为单电源网络，若是，则进行第八步；若不是，则从电源点开始， 沿着电路捜索下一个节点，直接进入第十步； 第八步，从电源点开始，沿着电路捜索下一个节点； 第九步，判断所述下一个节点是否为T节点，若不是，则继续捜索该节点的下一个节 点；若是，则进行第十步； 第十步，删除电源点到此节点的所有支路，将此节点作为新的电源点； 第^^一步，从电源点开始遍历； 第十二步，判断与电源点相连的支路开关是否为断开，若是，则优先捜索该电源点后进 入下一步；若不是，则直接进入下一步； 第十=步，沿着支路捜索下一个节点； 第十四步，判断上一步中的节点是否是T节点，若是，则进行下一步；若不是，则返回执 行上一步； 第十五步，将上一步中的节点作为新的电源点； 第十六步，捜索到除了刚形成的电源点之外的电源点， 第十走步，设两节点开关状态为开的路径距离为10000,两节点开关状态为闭合的路径 距离为1; 第十八步，判断所形成路径的距离是否在10001至U19999之间，若不是，则改环路不符 合要求，返回执行第十一步；若是，则进行下一步； 第十九步，取距离最短的一个环路，记录并保存此环路，并将此环路从网络拓扑上删 除； 第二十步，判断上一步的网络中是否含有支路，若有，则返回执行第十一步，若没有，贝U分环结束。 步骤S5,对步骤S4中的分环进行实数编码，保证每个环路只有一个开关处于打开状 态，所W每一个实数都只对应着一个特定开关打开的状态； 所述实数编码的具体步骤可参照图3 : 第一步，将步骤S4中网络分环环节得到的环路W每个环路为一个单元，按先后顺序排 列，排列确定后不可W改动； 第二步，按照顺序将每个开关支路进行排序，排序确定后不可W改动； 第=步，计算每个单元的开关数目N，WK化在1~N之间）表示第K个开关打开，其余 (N-1)个开关闭合； 第四步，将每个单元按照已经排好的顺序进行实数编码，得到形如K1、K2、K3……Kn的 编码； 第五步，通过随机形成若干条不相同的实数编码形成一个种群（具体数目可定义）； 第六步，调用遗传算法程序，对种群内的染色题进行交叉、变异、修正，得到新的种群； 第走步，对得到的新的染色体群中的每一条染色体进行解码； 第八步，解码完成后，加上网络分环阶段去除的电源及末梢支路得到一个网络运行状 态拓扑图； 第九步，判断上一步形成的网络是否为单电源网络，若不是，则从电源点开始捜索，对 网络进行分岛，再对各个岛分别进行潮流计算；若是，直接执行下一步； 第十步，对该网络拓扑进行潮流计算； 第十一步，得到各个支路电流、节点电压、网络损害等数据； 第十二步，判断网络中各支路电流、电压是否合格，若不合格，对网络中的电流、电压进 行修正，直到合格，然后执行下一步；若合格，直接进行下一步； 第十S步，得到一个网损最小的网络结构； 第十四步，判断上一步的网络结构是否达到进化函数，若否，则返回执行第六步；若是， 则遗传结束，得到最佳方案。 步骤S6,针对步骤S5,将所有环段的实数编码按照先后顺序编辑成一个染色体； 步骤S7,调用遗传算法程序，对种群内的染色体进行交叉、变异，对遗传算法过程中会 出现一些不合格的染色体进行修正，具体操作为： a) 判断所有电源所需要带的功率Sjg是否能满足负载所要的功率SiMd，而且要保留一定 的裕度。取0. 95源>SiDad。在此算法中S源W及SiDad是按照电流Shad的方式给出的。其转 换公式为：
式中；U为电压，标么值运算取为1 ; Si。。。为视在功率，S1。。4=P b) 当满足上述条件时，进行染色体的修正。 所述染色体修正的步骤可具体参照图4 : 第一步，提取子代染色体； 第二步，判断染色体是否合格，若合格，则不需要进行修正；若不合格，则执行下一步； 第=步，提取不合格的染色体的所有环路； 第四步，提取初始开关状态的数值； 第五步，将所需修正的染色体的环路的开关值调整到离初始状态2W内的任意数； 第六步，修正完成。 步骤S8,得出最佳方案，输出网络中网损大小、开关次数等参数，重构结束。
【主权项】
1. 基于拓扑修正的配电网重构方法，其特征是，包括如下步骤： 第一步，导入配电网基本参数，形成网络拓扑结构图； 第二步，提取网络拓扑结构中关于节点的信息； 第三步，判断形成的网络拓扑结构是否正确； 第四步，采用网络分环法基于当前网络状态进行分环，得到网络拓扑分环； 第五步，对上一步的分环进行实数编码； 第六步，将所有环段的实数编码按照先后顺序编辑成一个染色体； 第七步，调用遗传算法程序，对遗传算法过程中会出现一些不合格的染色体进行正； 第八步，得出最佳方案，输出网络中网损大小、开关次数等参数。2. 如权利要求1所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述配电网基本参数包括： 配电网内各节点、支路、开关和电源信息。3. 如权利要求1所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述形成网络拓扑结构图， 即：对配电网中的各个元件和线路进行编号，生成数据库。4. 如权利要求3所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述数据库包含两个表，分 别为：表NODE (节点）和表RANCH(支路）。5. 如权利要求1所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述判断形成的网络拓扑结 构是否正确，判断依据为：是否为有源网络，是否为辐射型网络。6. 如权利要求1所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述网络分环法具体细化为 以下几个子步骤： (1) 读取节点、支路状态信息； (2) 分别从电源点和末梢节点开始，去除掉不参加编码的支路； (3) 去掉一些不参加编码的支路后，根据图2所示进行分环操作； (4) 依据当前运行状态，将拓扑图分为若干"环"路。7. 如权利要求1所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述第五步细化为以下几个 子步骤： (1) 根据环路所具有的开关数结合图3进行实数编码； (2) 调用遗传算法，环与环之间进行交叉，生成新的一代，每生成一个新的编码进行一 次计算，拟定一个适应度函数，根据适应度函数，得到适应度高的染色体，如此循环，直到满 足目标函数或者到达设定的进化代数为止。8. 如权利要求1所述的基于拓扑修正的配电网重构方法，所述对遗传算法过程中会出 现一些不合格的染色体进行修正细化为以下几个子步骤： (1) 判断所有电源所需要带的功率Ss是否能满足负载所要的功率SlMd，而且要保留一 定的裕度。取〇. 9Ss彡SlMd，在此算法中Ss以及SlMd是按照电流S lMd的方式给出的。其转 换公式为：式中：U为电压，标么值运算取为1 ; SlMd为视在功率，S load P load+jQload; (2) 当满足上述条件时，采用图4所示流程进行染色体的修正。
【专利摘要】本发明公开了基于拓扑修正的配电网重构方法，本发明所属领域为电力系统自动化领域，其特征包括如下步骤：导入配电网基本参数，形成网络拓扑结构图；采用网络分环法基于当前正确的网络状态进行分环；对分环进行实数编码；将所有环段的实数编码按照先后顺序编辑成一个染色体；对不合格的染色体进行修正；得出最佳方案，输出网络中网损大小、开关次数等参数。本发明的优点：能够综合分析配电网架构和用电负荷等信息，实现网络优化、降低网损进而提高供电能力、实现配电网的动态调控的功能。
【IPC分类】G06Q10/04, G06N3/12, G06Q50/06
【公开号】CN104881708
【申请号】CN201510238963
【发明人】黄大坪, 杨水江, 赵兴华, 蒋友权, 石祖昌
【申请人】凯里供电局, 南京软核科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月7日