基于離散粒子群及遺傳算法的配網(wǎng)轉(zhuǎn)供電尋優(yōu)方案研究

李嘉銘，陳 恒，吳 濤

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000）

雖然近幾年我國電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)以及設(shè)備在不斷的更新，但是從整體上來看，作為電網(wǎng)重要組成部分的配電網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)設(shè)施依然比較差，技術(shù)工藝還有待于進(jìn)一步的提高。尤其是用戶對供電質(zhì)量的要求在不斷的提高，配網(wǎng)作為連接電網(wǎng)與用戶的重要環(huán)節(jié)，如果其出現(xiàn)故障，將會(huì)直接反映到用戶供電效果上，最為直接的就是停電故障，不僅影響正常生產(chǎn)生活，還會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失?；陔x散粒子群以及遺傳算法來對配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案進(jìn)行分析，明確配網(wǎng)轉(zhuǎn)供的重要性，并通過分析影響因素，從多種轉(zhuǎn)供方案中擇優(yōu)執(zhí)行，這對于改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量以及供電可靠性意義重大。

1 配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供執(zhí)行意義

配電網(wǎng)是聯(lián)系電力系統(tǒng)與用戶兩者的重要紐帶，先是有效接收輸電網(wǎng)所傳送的電能，然后再將電能分配給電壓等級更低或者該電壓等級的用戶，對向用戶提供安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)供電意義重大[1]。我國的配電網(wǎng)建設(shè)構(gòu)造復(fù)雜度比較高，系統(tǒng)內(nèi)安裝有眾多的各類開關(guān)，并且總里程較大，一般情況下電壓低但是線損大。尤其是對于很多早期建設(shè)的配網(wǎng)系統(tǒng)，網(wǎng)架構(gòu)造不合理，供電質(zhì)量較差，出現(xiàn)運(yùn)行故障的可能性也比較高，尤其是為進(jìn)一步滿足用戶供電需求不斷的進(jìn)行更新和擴(kuò)容，更是加劇了配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性不足的問題。為更好的解決上述問題，便提出了配網(wǎng)轉(zhuǎn)供策略，在配網(wǎng)供電故障且自動(dòng)隔離后，通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移來縮小停電故障的范圍，降低對用戶供電質(zhì)量的影響。基于各種算法來對配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案進(jìn)行優(yōu)化和選擇，確定執(zhí)行可行性最強(qiáng)的最優(yōu)方案，確保最多負(fù)荷得到轉(zhuǎn)移，即做到最小停電范圍。即便是多地出現(xiàn)停電故障，通過轉(zhuǎn)供方案的最優(yōu)化處理，依然可以保證負(fù)荷的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)移，維持設(shè)備負(fù)載的平衡性。

2 粒子群優(yōu)化算法

2.1 配網(wǎng)重構(gòu)

電力行業(yè)的快速發(fā)展可以進(jìn)一步的滿足社會(huì)生產(chǎn)生活對電力資源的需求，任何一個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展均離不開電力的支持，用戶對供電質(zhì)量的要求也在不斷的提高。面對配網(wǎng)建設(shè)的日益完善化與復(fù)雜化，供電質(zhì)量會(huì)受到多種因素的影響，以及電能的損耗也在逐漸的增大，這是配電轉(zhuǎn)供需要研究的重要方向[2]。在實(shí)際操作中想要降低配網(wǎng)網(wǎng)損，可以選擇的方法之一便是配電網(wǎng)重構(gòu)，是在滿足網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，維持配網(wǎng)正常供電，通過對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)置的聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及分段開關(guān)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)供電路徑的擇優(yōu)選擇，既可以避免供電故障的發(fā)生，又可以降低配電網(wǎng)網(wǎng)損[3]。配電網(wǎng)重構(gòu)可以分為兩種狀態(tài)，一種是正常供電狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，另一種則是供電故障情況下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)?；陔x散粒子群算法可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案的擇優(yōu)選擇，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

2.2 粒子群優(yōu)化算法

粒子群優(yōu)化算法的迭代公式為：

其中，c1與c2表示的是學(xué)習(xí)因子；r1與r2表示的是介于0 與1 之間的隨機(jī)數(shù)；w 表示的是慣性權(quán)重，粒子在搜索空間中不斷通過更新個(gè)體極值xphest和全局極限xghest來確定運(yùn)動(dòng)速度與方向，一直向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

離散粒子群優(yōu)化算法是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，應(yīng)用DPSO算法，對離子運(yùn)動(dòng)公示進(jìn)行了更新[4]?；诹孔永碚搧磉M(jìn)行分析，量子位是傳遞信息的最小單元，取值存在于[0，1]某個(gè)狀態(tài)，對該粒子向量進(jìn)行定義：

其中，rand（）表示的是分布在[0，1]范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。0＜a，β＜1 表示的是控制參數(shù)，可代表算法對速度控制。速度更多表示的是位置取值判斷概率的法制，對應(yīng)的取值范圍為[0，1][6]。

3 基于遺傳算法配網(wǎng)供電模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

將資金時(shí)間效益納入到考慮范圍之內(nèi)，確定貼現(xiàn)的線路建設(shè)投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用最小年費(fèi)用FN為目標(biāo)函數(shù)，表示為：

其中，Z 表示的是方案線路投資費(fèi)用，受報(bào)裝工程規(guī)模限制，因此不將建設(shè)年限納入到考慮范圍之內(nèi)。Ct表示的是轉(zhuǎn)供方案第t 年所對應(yīng)的年運(yùn)行費(fèi)用。設(shè)定配電網(wǎng)電氣設(shè)備的使用年限為25 年，貼現(xiàn)率i 為0.1，以及假設(shè)在經(jīng)濟(jì)使用年限范圍內(nèi)每年運(yùn)行費(fèi)用相等，則目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式可進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為：

minFN=0.1Z+1.1C

3.2 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)

將所有配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供的備選方案進(jìn)行編號，不同的方案所代表的線路對象不同，因此可以選擇應(yīng)用二進(jìn)制編碼方法，對所有的待選線路進(jìn)行編碼處理，反映不同線路能否轉(zhuǎn)供執(zhí)行，同時(shí)也詳細(xì)的記錄了線路的各項(xiàng)參數(shù)[7]。適應(yīng)度函數(shù)可以反映轉(zhuǎn)供方案的優(yōu)化要求以及目的，即要求在確保配電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的情況下，可以保持最低年費(fèi)用[8]。通過適用函數(shù)可以對特定位串表示的供電方案進(jìn)行檢測，確定方案的合理性與可行性，并根據(jù)此來完成后續(xù)的遺傳操作。適應(yīng)度函數(shù)可表達(dá)為：

其中，F(xiàn)0表示給定的較大常數(shù)；F 表示的是考慮約束條件下的增廣函數(shù)數(shù)學(xué)模型，表達(dá)式為：

F=FN+CR∑RP

其中，F(xiàn)N表示的是供電方案的年費(fèi)用；CR表示的是懲罰因子；RP表示的是方案約束條件（＜350kW）。

4 基于遺傳算法配網(wǎng)轉(zhuǎn)供尋優(yōu)流程

基于遺傳算法的配網(wǎng)轉(zhuǎn)供尋優(yōu)方案的執(zhí)行過程復(fù)雜度不是很強(qiáng)，將線路參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒏鞴?jié)點(diǎn)發(fā)電出力及負(fù)荷等原始數(shù)據(jù)輸入，另外還要輸入遺傳算法運(yùn)算本來所需要的參數(shù)，包括群體規(guī)模N、祖達(dá)遺傳代數(shù)NG、變異率Pm、交叉率Pc以及計(jì)算適應(yīng)度所應(yīng)用的常數(shù)F0與懲罰系數(shù)[9]。完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的輸入后，便可獲得最初始的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案。然后結(jié)合業(yè)擴(kuò)報(bào)裝管理系統(tǒng)以及供電營業(yè)管理人員的交互操作，對配網(wǎng)轉(zhuǎn)供初始方案做進(jìn)一步的細(xì)化。解碼可得到以染色體表示的初始方案節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，通過潮流程序來完成各支路功率的計(jì)算，并應(yīng)用遺傳算法來計(jì)算得到不同方案對應(yīng)的適應(yīng)度，對結(jié)果進(jìn)行判斷確定其是否收斂。假如群體規(guī)模為N，以適應(yīng)度為依據(jù)進(jìn)行排序后，得到的N 個(gè)方案所對應(yīng)的染色體做進(jìn)一步的復(fù)制、雜交以及變異操作，最終就可以得到新一代的N 個(gè)染色體。然后繼續(xù)進(jìn)行重復(fù)的解碼計(jì)算，直到結(jié)果確定為收斂[10]。最終便可獲得最優(yōu)的配網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案，不僅包括轉(zhuǎn)供的各項(xiàng)參數(shù)，還包括了方案的投資費(fèi)用以及年費(fèi)用，真正做到配網(wǎng)可靠運(yùn)行的同時(shí)，維持較高的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

在配網(wǎng)自動(dòng)化水平不斷提高的背景下，配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供技術(shù)已經(jīng)被越來越多的電力企業(yè)所重視，對于此方面的研究也在逐漸的加深，并且在實(shí)際操作中已經(jīng)獲得了一定的成果。但是面對不同的配電網(wǎng)線路，所適應(yīng)的轉(zhuǎn)供方案不同，這樣就需要利用合適的算法對多種轉(zhuǎn)供方案進(jìn)行計(jì)算分析，從中選擇最優(yōu)解，爭取做到最多負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，縮小配電網(wǎng)故障影響范圍，提高用戶供電質(zhì)量。