基于遺傳算法的配網(wǎng)降損優(yōu)化方案研究

徐　宏（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電公司,云南　玉溪　653100）

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基于遺傳算法的配網(wǎng)降損優(yōu)化方案研究

徐宏
（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電公司,云南玉溪653100）

摘 要：本文針對國內(nèi)某配網(wǎng)進行研究，以實測數(shù)據(jù)對配網(wǎng)低壓線路損耗進行了計算，并分析了損耗的來源和主要成因，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于遺傳算法的配網(wǎng)單相負(fù)荷的優(yōu)化配置方案，該方案通過合理的負(fù)荷接入方式減少三項負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象，從而達到降低系統(tǒng)損耗的目的。最后以云南某地區(qū)為市里，經(jīng)過仿真實驗驗證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)損耗；遺傳算法；優(yōu)化配置方案；負(fù)荷平衡分布

0　引言

線損指的是以熱能形式散發(fā)的能量損失，是電網(wǎng)電能損耗的簡稱。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，在我國電網(wǎng)中220 kV 及以上網(wǎng)絡(luò)、110 kV 及 35 kV 網(wǎng)絡(luò)、10kV 及以下配電網(wǎng)絡(luò)的損耗之比為1.5∶1.1∶2.5，10kV及以下的配電網(wǎng)損耗占整個網(wǎng)絡(luò)損耗將近50%[1]。與之對應(yīng)，降低配網(wǎng)的電能損耗可以大幅降低輸電成本，獲得較大的經(jīng)濟效益。

目前低壓配電網(wǎng)的三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象普遍存在。當(dāng)三相負(fù)荷分布不對稱時，除了可能導(dǎo)致繼電保護誤動作、大負(fù)荷相設(shè)備過負(fù)荷等危害外，還將引起配電網(wǎng)線損的嚴(yán)重增加。這種增加有時數(shù)倍于三相負(fù)荷對稱分布的線損[2]。

為此，本文對電網(wǎng)損耗的主要構(gòu)成進行了分析，并研究了基于遺傳算法的負(fù)荷接入優(yōu)化配置方案，以期通過單相負(fù)荷的接入減少三相不平衡的現(xiàn)象，從而達到降低低壓配網(wǎng)損耗的目的。

1　低壓配電網(wǎng)電能損耗計算及分析

1.1三相不平衡的變壓器損耗計算

三相不平衡網(wǎng)絡(luò)使配電變壓器的二次側(cè)產(chǎn)生勵磁電流（即零序電流），由勵磁電流產(chǎn)生的零序磁通不能在鐵心閉合，需通過油箱壁閉合，從而在鐵箱等附件中發(fā)熱產(chǎn)生鐵損，大大增加了變壓器的損耗[3]。配電變壓器的總損耗可表示為：

當(dāng)三相平衡時有：

此時的總損耗可以表示為：

當(dāng)三相不平衡時，則會產(chǎn)生附加損耗，其大小如下式（4）所示：

由此可見，三相負(fù)荷不平衡越明顯，不平衡電流越大，則造成的變壓器附加損耗越高。

1.2三相不平衡的線路損耗計算

城市低壓配電網(wǎng)具有三相不對稱、負(fù)荷沿饋線分布不均勻且各下戶線的長度、負(fù)荷不相同的特點[4]，所以低壓配電網(wǎng)網(wǎng)損量與三相不平衡度有關(guān)，三相不平衡度由式（5）決定：

與之對應(yīng)中線上流過的電流可以表示為：

為簡化計算，本文假設(shè)輸電線路各相電阻相同，則各相的損耗為：

令

則輸電線路的損耗可以寫作：

式中R0為中線的電阻。

1.3配網(wǎng)電能損耗分析

以玉溪配網(wǎng)的某一區(qū)域的400V用電情況為例，統(tǒng)計其配網(wǎng)總損耗，并分別計算變壓器和線路的損耗，而三相不平衡的損耗則按照1.1 和1.2的方法進行計算。該區(qū)域三個臺區(qū)在2014年1月的統(tǒng)計結(jié)果和理論計算的結(jié)果如表1所示。

表1　臺區(qū)損耗實測與計算結(jié)果

由統(tǒng)計和計算結(jié)果可知，配網(wǎng)的線損率在10%～20%左右，其中線路損耗所占比例較高，線路損耗一般是變壓器損耗的4～6倍。而通過理論計算可以得到三相負(fù)荷不平衡引起的附加損耗在總損耗中所占的比例較高，在25%～45%之間。因此若能夠合理配置三相負(fù)荷的接入，減少三相負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象，則可以較大幅度的降低線損率，獲得較高的經(jīng)濟收益。

2　基于遺傳算法的低壓配電網(wǎng)優(yōu)化配置方案

2.1遺傳算法基本流程

遺傳算法提供了一種求解復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的通用框架,它不依賴于問題的領(lǐng)域和種類[32]。遺傳算法求解實際優(yōu)化問題的一般流程如下所示:

（1）編碼。通過將實際的優(yōu)化問題的解按照規(guī)則抽象成數(shù)學(xué)模型，映射到遺傳算法中。

（2）適應(yīng)度函數(shù)選取，適應(yīng)度函數(shù)根據(jù)具體的目標(biāo)函數(shù)而定。（3）定義初始群體(P0），即具體問題的抽象和建模，包括確定選擇范圍和內(nèi)在約束條件。

（4）規(guī)定群體大小(M）、和遺傳種植條件。這兩個參數(shù)的設(shè)置決定了算法收斂的速度。

（5）基本操作，通過選擇Φ、交叉Г、遺傳Ψ三種操作，將優(yōu)秀的個體遺傳，通過反復(fù)的操作獲得優(yōu)化結(jié)果。

2.2基于遺傳算法的負(fù)荷優(yōu)化配置

本文采用遺傳算法進行尋優(yōu)求解，其具體步驟為：

1）初始群體形成，將低壓配電網(wǎng)拆分為三個結(jié)構(gòu)相同的電網(wǎng),并引入0-1選擇變量代表負(fù)荷接入, 一個維數(shù)為3的數(shù)組來表示負(fù)荷的單相接入。每個單相負(fù)荷編碼向量為：

2）令適應(yīng)度函數(shù)，即目標(biāo)函數(shù)為：

4）根據(jù)父個體的遺傳概率進行選擇，將2個父輩染色體中的部分結(jié)構(gòu)交換重組而生成新個體。以玉溪的豎茵坪臺區(qū)為例，四個用戶的交叉操作如表2所示。

表2　 交叉操作示例

通過計算適應(yīng)度函數(shù)得到優(yōu)秀的父輩染色體，其染色體的片段（即四個用戶接入相的0-1編碼）如表2所示。、分別代表用戶接入A、B、C其中的一相。通過交叉操作，從而產(chǎn)生新的染色體。

5）個體變異，將群體中某個個體0-1編碼串中某些基因座上的單相負(fù)荷編碼串,按照變異概率進行反轉(zhuǎn)操作,構(gòu)造新的個體,進行以上步驟來搜索，直到達到終止代數(shù)為止。

3　算例分析

根據(jù)所選擇算例的配網(wǎng)規(guī)模大小確定初始群體的大小，令M=200，計算可得優(yōu)化的結(jié)果。將優(yōu)化的計算結(jié)果，即長度為3n的編碼，還原成實際的接入方式。三個臺區(qū)中接入方式發(fā)生變化負(fù)荷最大的5個用戶的優(yōu)化接入方式對比結(jié)果如表3所示。

表3　優(yōu)化前后接入方式對比

根據(jù)優(yōu)化后的接入方式進行操作，以三個臺區(qū)2014年1月的負(fù)荷曲線為例進行仿真計算得出三個臺區(qū)的不平衡度（均值）和損耗的計算結(jié)果。如表4、表5所示。

表4　優(yōu)化前后各相不平衡度對比

表5　優(yōu)化前后損耗對比

由以上計算結(jié)果可知，采用本文所提出的優(yōu)化接入方式后，三相不平衡的現(xiàn)象會大幅下降，如表3中所示豎茵坪臺區(qū)中三相不平衡度從A相的28.2%下降至C相5.9%，蔣家坪從B相的26.9%下降至5.7%，杏家灣從A相33.5%下降至8.5%。與之對應(yīng)，三個臺區(qū)的損耗也隨之下降，如表4所示。豎茵坪臺區(qū)的損耗由12%下降至7.4%，蔣家坪臺區(qū)的損耗由14.89%下降至8.6%，杏家灣臺區(qū)的損耗由15.7%下降至10.2%。

4　結(jié)論

由以往的統(tǒng)計結(jié)果可知，在輸電過程中配網(wǎng)低壓的損耗在所有輸電損耗中占得比例較高。為此本文以云南省電網(wǎng)某一實際區(qū)域為例對低壓配網(wǎng)的損耗進行了分析，指出在低壓配網(wǎng)中線路損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變壓器損耗，其中由于三相不平衡引起的附加損耗是導(dǎo)致低壓配網(wǎng)損耗較高的主要因素。因此本文基于遺傳算法提出了單相負(fù)荷接入的優(yōu)化配置方案，給出了對應(yīng)的流程與具體的操作步驟。最后經(jīng)由仿真計算的結(jié)果證明，采用本文提出的優(yōu)化方案指導(dǎo)各單相的負(fù)荷接入可以有效降低各相的不平衡度，從而降低損耗。

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作者簡介：徐宏(1983-)，男，工程師，研究方向:電力市場。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.200