配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法綜述

陳浩河

摘要：配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可以提高10kV配電網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性、經(jīng)濟性和供電質(zhì)量，對于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)（特別是城區(qū)電網(wǎng)自動化系統(tǒng)）建設(shè)和應(yīng)用具有非常重要的意義。文章對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法包括優(yōu)化重構(gòu)和故障恢復(fù)的研究歷史和現(xiàn)狀進行綜合分析，闡述了各種方法的優(yōu)勢和存在的問題，為下一步的深入研究指明方向。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；故障恢復(fù)

中圖分類號：TM711 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0124-02

1 概述

配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是指為了提高配網(wǎng)供電可靠性、經(jīng)濟性等目標(biāo)而進行的對原有配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重新調(diào)整的這樣一種過程。按調(diào)整的要求不同可以分為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)和故障恢復(fù)重構(gòu)。

配電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式有環(huán)狀結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)，城市電網(wǎng)一般采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，農(nóng)村電網(wǎng)多采用樹狀結(jié)構(gòu)。樹狀結(jié)構(gòu)因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，不存在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)的情況。環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配電饋線因開環(huán)點的變化而引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化重構(gòu)成為可能。在配網(wǎng)正常運行情況下，因饋線各段負荷的變化，需要通過一定的算法來調(diào)整饋線的分段開關(guān)（即開環(huán)點），從而使得饋線負荷分配最佳，損耗最小等目的的配網(wǎng)運行方式調(diào)整，這就是配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)。當(dāng)饋線發(fā)生故障時，如何快速地隔離故障，恢復(fù)用戶供電，這就是配電網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)。

這些年來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜，因而，如何進行配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)和故障恢復(fù)，成為電力學(xué)者一直研究的課題，很多算法應(yīng)運而生。

2 配電網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)

近20年來，國內(nèi)的配網(wǎng)發(fā)展很快。配網(wǎng)也越來越復(fù)雜，居民對供電可靠性的要求也越來越高，因此配電網(wǎng)的優(yōu)化重構(gòu)勢在必行。但是，復(fù)雜的配網(wǎng)分段開關(guān)的數(shù)量已經(jīng)很大，其組合數(shù)量更是驚人，通過簡單的窮舉算法嘗試進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)已經(jīng)變得不可能。為此，必須研究合適的算法來解決復(fù)雜配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化重構(gòu)問題。

在20世紀(jì)70年代，國外的學(xué)者率先提出了最優(yōu)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)。此后，很多學(xué)者根據(jù)不同的配電網(wǎng)絡(luò)提出自己的重構(gòu)算法，并應(yīng)用到實際的配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，取得了很好的效果。這些算法大多都是以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，歸結(jié)起來，這些算法主要有三類：經(jīng)典的優(yōu)化算法、人工智能算法以及各類算法取長補短形成的新方法。

2.1 經(jīng)典的優(yōu)化算法

經(jīng)典的優(yōu)化算法研究出現(xiàn)在早期的配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)研究中，這些算法奠定了配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)的一些數(shù)學(xué)模型，后續(xù)算法都在這些基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

啟發(fā)式算法是最早提出的一種配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)的方法，它是在沒有考慮網(wǎng)絡(luò)約束的情況下，采用啟發(fā)式算法規(guī)則來考慮網(wǎng)損最小的配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)，缺點是優(yōu)化算法的計算時間長、費時。針對經(jīng)典的啟發(fā)式算法的一些缺點，又有學(xué)者提出了改進的啟發(fā)式算法。如以功率損耗最小為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)潮流模型算法，在計算配網(wǎng)各種開關(guān)狀態(tài)下的潮流分布情況后通過改變開關(guān)狀態(tài)考察網(wǎng)損變化量進而選出網(wǎng)損最小的開關(guān)狀態(tài)的網(wǎng)損估算法。另外還有應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)的經(jīng)典數(shù)學(xué)算法，就是線性或非線性規(guī)劃法，其代表算法是單純形法，參考文獻[2]把這種算法應(yīng)用于配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)，叫做單環(huán)優(yōu)化法，它的目標(biāo)函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)有功損耗，潮流計算簡單、效率高。

2.2 人工智能算法

配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法其實就是一種在對配網(wǎng)進行重復(fù)潮流計算尋找目標(biāo)值的搜索算法，因此近年來發(fā)展起來的一些人工智能算法都被學(xué)者應(yīng)用到配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)當(dāng)中去，取得了一些研究成果。這些算法有很多，目標(biāo)值也不一樣。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的目標(biāo)值是實現(xiàn)有功網(wǎng)損最小，它根據(jù)每個配網(wǎng)區(qū)域負荷的不同，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計輸入配網(wǎng)的初始結(jié)構(gòu)和負荷情況，然后訓(xùn)練得出系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。模擬退火法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)，目標(biāo)函數(shù)可以自由選定，如網(wǎng)損最小、有功損耗最小等，然后采用隨機搜索迭代過程來尋求最優(yōu)值。遺傳算法是一種模擬進化算法，它的目標(biāo)值也是可以自由選定，它把配網(wǎng)的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成二進制字符，類似于基因鏈，再模擬生物進化的過程，加入一些限定條件后，通過基因鏈之間的基因突變等操作并迭代進化，得到網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。蟻群進化算法的靈感來源于螞蟻在尋找食物過程中發(fā)現(xiàn)路徑的行為。蟻群算法也是一種模擬進化算法，參考文獻[3]通過取消蟻群算法常用的啟發(fā)值和首支路選擇隨機化的方法，擴大搜索范圍，使算法可以跳出局部最優(yōu)化陷阱，改善搜索效果。

2.3 各類算法的混合

上述各種算法有其自身的優(yōu)點也存在一些缺陷，因此部分學(xué)者將上述一些算法進行綜合，取長補短，形成了一些新的改進算法，在配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)上取得良好的研究成果。參考文獻[4]將遺傳算法和模擬退火法相結(jié)合起，解決了這兩種算法求解時存在效率、可靠性及尋優(yōu)能力不高的缺點。

2.4 其他算法

以上介紹的算法大多都以網(wǎng)損最小為目標(biāo)值，其中有些細化了目標(biāo)值，如僅考慮有功損耗最小等，但當(dāng)考慮到配網(wǎng)的安全可靠運行時，則可靠性指標(biāo)或者安全性指標(biāo)可以被選做目標(biāo)值進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)?；谶@些目標(biāo)值的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)研究，另有其實際價值。

3 配電網(wǎng)故障恢復(fù)

配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)實際上是一個兼顧網(wǎng)損最小、可靠性最高等多目標(biāo)的非線性最優(yōu)尋解問題。對應(yīng)的算法在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)中也都一一提到。最大的不同之處在于：目標(biāo)函數(shù)的不同，以前單一的目標(biāo)值，現(xiàn)在變?yōu)槎嗄繕?biāo)最優(yōu)的非線性問題。但在算法的考慮上都差不多，只是具體求解的變量不同、目標(biāo)值不同而已。這些算法也對應(yīng)地分為三大類：經(jīng)典的優(yōu)化算法、人工智能算法以及各類算法取長補短形成的新方法。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，居民對供電可靠性的要求越來越高，配網(wǎng)優(yōu)化重構(gòu)的目標(biāo)也不僅僅只是考慮經(jīng)濟性的網(wǎng)損最低，而是要更多考慮可靠性指標(biāo)，配網(wǎng)設(shè)備的投入、折舊等因數(shù)，使配網(wǎng)達到供電更加可靠、經(jīng)濟，而且投入更少等目標(biāo)，在這些方面的綜合考慮，目前還有待進一步深入研究。

參考文獻

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