免疫遺傳算法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

（廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局, 廣東 順德 528000）

免疫遺傳算法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

張子文

（廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局, 廣東 順德 528000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)中面對用戶最后一個重要環(huán)節(jié)的被關(guān)注度也越來越高。配電網(wǎng)規(guī)劃涉及到大量的信息數(shù)據(jù)需要處理，供電企業(yè)研究人員對于這些數(shù)據(jù)的處理越來越重視。由于城市人口密集化，用戶的需求逐漸增多，因此在配電運(yùn)輸過程中出現(xiàn)了很多具體的問題，本文通過深入研究配電網(wǎng)規(guī)劃中的問題，提出了基于免疫遺傳算法的問題解決模型，具有較高的理論價值和經(jīng)濟(jì)價值，希望為電力行業(yè)的發(fā)展提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

免疫遺傳算法；配電網(wǎng)；擴(kuò)展規(guī)劃；應(yīng)用

電力行業(yè)發(fā)展是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要組成部分之一，他的發(fā)展對于我國國民經(jīng)濟(jì)有著巨大的影響，合理的進(jìn)行電力系統(tǒng)的規(guī)劃不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也可以獲得巨大的社會效益。根據(jù)電壓的高低，我們將電力系統(tǒng)分成四個子系統(tǒng)：發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、子輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)；根據(jù)這四個子電力系統(tǒng)的分類，現(xiàn)將電力系統(tǒng)的規(guī)劃分為電源規(guī)劃、輸電系統(tǒng)規(guī)劃、子輸電系統(tǒng)規(guī)劃和配電系統(tǒng)規(guī)劃。配電系統(tǒng)作為與用戶聯(lián)系的最后直接的一環(huán)，對于用戶的影響也最直接，因此進(jìn)一步規(guī)范配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃是目前電力企業(yè)亟待解決的問題之一。

一、免疫遺傳算法簡介

目前，配電網(wǎng)規(guī)劃算法有數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、啟發(fā)式方法、專家系統(tǒng)法、模擬進(jìn)化策略；現(xiàn)今隨著算法的多樣化，進(jìn)化算法作為一種新興的搜索尋優(yōu)技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入到配電網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中，遺傳算法和免疫算法就屬于進(jìn)化算法的范疇

遺傳算法仿效生物進(jìn)化和遺傳的過程，從隨機(jī)生成的初始可行解出發(fā)，遵循優(yōu)勝劣汰的原則，利用不斷的循環(huán)復(fù)制、交換、突變等操作過程，從而逐漸逼近全局最優(yōu)解。遺傳算法基因更多的是對基因加以較差、混合，讓其自由選擇，不會考慮到每 一個體間的相互作用；而免疫算法則是起源于宿主和宿原之間的競爭，與在遺傳算法不同的是，此算法基因組合是為了獲得多樣性，基因可以由個體自己選擇，每個免疫細(xì)胞等個體都可相互作用。

此外，為了解決遺傳算法在配網(wǎng)規(guī)劃中可能存在的收斂性，可以通過提升算法收索能力的方式同免疫算法想結(jié)合，形成免疫遺傳算法。實(shí)際上此算法基于生物免疫機(jī)制改進(jìn)的一種遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)群體收斂和個體多樣性的動態(tài)平衡。

二、免疫遺傳算法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

圖1 免疫遺傳的計算流程示意圖

圖2 負(fù)荷分配示意圖

免疫遺傳算法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用原理是將電網(wǎng)規(guī)劃存在的問題用函數(shù)對應(yīng)至每一入侵抗原，然后再集合配電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行解析，最后對應(yīng)至免疫系統(tǒng)抗體加以求解。

1配電網(wǎng)規(guī)劃免疫遺傳算法其它算子的設(shè)計如下。

（1）自然選擇

優(yōu)勝劣汰是大自然的自然選擇規(guī)律，根據(jù)競爭法則，每次參照一個概率從群體中選出若干個最優(yōu)秀的個體作為父本和母本，繁殖后代，產(chǎn)生新的個體加入到下一代群體當(dāng)中。

（2）隨機(jī)雜交

隨機(jī)抽取兩個父本抗體之一最為下一個雜交點(diǎn)，交換該點(diǎn)對應(yīng)的基因；經(jīng)上述隨機(jī)雜交后。原有的父本抗體的所對應(yīng)的輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就可能被破壞，所以在雜交之前需要根據(jù)具體情況具體分析，適當(dāng)處理。

（3）基因變異

將抗體中的位點(diǎn)基因按照選定的變異概率進(jìn)行取反操作，并且檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的連通性及輻射性，合格之后作為子代個體。若由于（2）中雜交過程破壞了父本的輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，那么就應(yīng)該采用和雜交相同的方式來處理問題。

2免疫遺傳算法（圖表中統(tǒng)稱改進(jìn)算法）流程如下。

免疫遺傳的配電網(wǎng)規(guī)劃算法中，抗原對應(yīng)目標(biāo)函數(shù)和約束條件，抗議對應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)的可能解，計算流程大致如圖1所示。

（1）參數(shù)設(shè)置

（2）產(chǎn)生初始抗體

假設(shè)交叉變異所產(chǎn)生的抗體與初始抗體的個數(shù)總和為 ，先結(jié)合所設(shè)定的參數(shù)特征對其相應(yīng)的記憶信息細(xì)胞加以識別，觀其是否存在。如果存在，那么就可以刺激相應(yīng)記憶細(xì)胞所產(chǎn)生的初始抗體，然后再經(jīng)由系統(tǒng)隨機(jī)產(chǎn)生部分缺少的抗體；而如果沒有識別到相應(yīng)的記憶細(xì)胞抗體，那么可直接經(jīng)由系統(tǒng)隨機(jī)產(chǎn)生。

（3）識別抗體抗原

在對抗體抗原識別之后，分別計算其適應(yīng)度與識別度。

（4）新抗體產(chǎn)生

根據(jù)遺傳操作理論，可以通過利用選擇、變異與交叉的方式產(chǎn)生新抗體。

（5）計算抗體的信息熵H以及抗體的相似度A。

（6）根據(jù)出口與條件來判定

如果相似度A大于閾值A(chǔ)O最為評價條件來參考。如果相似度在閾值以內(nèi)及不大于閾值，則操作繼續(xù)轉(zhuǎn)向第三步。

（7）產(chǎn)生個新抗體

（8）更新群體抗體濃度

（9）更新記憶細(xì)胞庫

不難發(fā)現(xiàn)，在整個問題的求解過程當(dāng)中，每更新一代抗體群都實(shí)際上是將最優(yōu)抗體選入記憶細(xì)胞庫中的過程。因此在每次選用記憶抗體的時候，其記憶細(xì)胞庫往往會出現(xiàn)滿溢的狀態(tài)，只能夠通過替換適應(yīng)度差的抗體的方式確?？贵w群最優(yōu)，并確保其記憶細(xì)胞庫的多樣、整體最優(yōu)。

（10）抗體濃度穩(wěn)定性判定

抗體濃度穩(wěn)定性的判定較為簡單，如果其濃度達(dá)到穩(wěn)定，那么輸出后便會有結(jié)果，而如果沒有達(dá)到穩(wěn)定那么跳轉(zhuǎn)到（3），再次計算。

3配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

配電電源、配電線路、配電網(wǎng)架的規(guī)劃都是配電網(wǎng)規(guī)劃的主要部分；

（1）在配電線路規(guī)劃過程中需要確定的配電線路出發(fā)點(diǎn)和終止點(diǎn)，在個符合小區(qū)的空間負(fù)荷分布已知情況下，如何合理的將空間負(fù)荷等有效合成點(diǎn)負(fù)荷來確定個線路的終止子通常采用的處理方法是將負(fù)荷小的區(qū)域轉(zhuǎn)移到某一個確定的點(diǎn)上，根據(jù)虛擬的電荷連同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線型號、線路回路等作為變量，參造免疫遺傳算法將變量套入即可進(jìn)行進(jìn)一步編碼優(yōu)化 （如圖2所示）。

（2）分布式電源是分散布置在配電網(wǎng)或用戶附近的小型發(fā)電系統(tǒng)，具有污染少能利用率高等特點(diǎn)。為了滿足用戶供電和網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的條件下，分布式電源大量接入配電網(wǎng)，其輸出和輸入的隨機(jī)特點(diǎn)使得計算的復(fù)雜性大打加大，單向潮流變?yōu)榫W(wǎng)格潮流、負(fù)荷系數(shù)增多等，免疫遺傳算法就為分布式電源的計算提供了較為便捷的途徑。

（3）結(jié)合常規(guī)配電網(wǎng)網(wǎng)架的問題和特點(diǎn)，以配電網(wǎng)網(wǎng)架投資和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，以線路傳輸容量、電壓降、配電網(wǎng)的輻射性為約束條件，通過免疫遺傳算法保證生成解的可靠性，避免了輻射性檢查。

結(jié)語

通過簡單的了解免疫遺傳算法及其在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用，通過其實(shí)用性和可行性得以證實(shí)：在配電系統(tǒng)規(guī)劃中，深入研究免疫遺傳算法的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，免疫遺傳算法在理論上已經(jīng)形成了一套較為完善的算法體系，然而在實(shí)際使用中，還存在很多的問題有待于我們繼續(xù)深入研究探討。因此在今后的工作當(dāng)中，如何提高免疫遺傳算法的精確度，將其可靠的應(yīng)用于城市配電網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中，從而進(jìn)一步帶動電力系統(tǒng)的整體發(fā)展作為首要任務(wù)。由于本文僅限邊幅較小，因此并未對核算過程做詳細(xì)的闡述。

[1]過羽豐．基于改進(jìn)遺傳算法的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究[D]．西華大學(xué)2012．

[2]麻秀范,崔換君．改進(jìn)遺傳算法在含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J]．電工技術(shù)學(xué)報． 2011（03）．

[3]劉育明,周湶,杜林,姚陳果,孫才新．用于配電網(wǎng)規(guī)劃的多種群免疫遺傳算法[J]．高電壓技術(shù)．2006（05）．

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