一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法
【专利摘要】一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法，考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最小为目标建立模型，并基于该模型提出一种基于策略自适应的差分进化算法，对算法得到的最优解进行解码，根据解码得到的线路编号在电力GIS平台上绘制出规划线路，对个体进行结构修复，使其满足辐射型网络结构。本发明利用迭代过程中不断更新自适应地进化策略，避免算法陷入局部最优，并借助以电力GIS系统使配电网络线路的规划过程更具有交互性、规划结果更为直观、规划方案的调整更为灵活。
【专利说明】一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统中配电网络的扩展规划，尤其涉及的是，一种基于策略 自适应差分进化的配电网络扩展规划方法。
【背景技术】
[0002] 配电网络扩展规划是指在现状电网分析及未来负荷分布预测的基础上，从可能的 变电站位置和容量、接线模式、馈线数目、路径和型号中，找出一个最优或者次优方案作为 扩展改造方案，使投资、运行、检修、网损和可靠性损失费用之和最小。
[0003] 根据对经济性和可靠性指标的不同处理方法，配电网络扩展规划的数学模型可分 为经济型、可靠型和综合型3类。
[0004] 经济型模型的目标函数只考虑经济性指标，可靠性分析通常只作为后验n-1校 验。根据经济性指标的不同，可进一步分为运输模型和最小费用模型。前者认为所有负荷 矩的综合最小时接线方式最短，以线路功率为控制变量；后者以投资回收费用、设备折旧费 用和电能损耗费用之和为目标函数，该模型较前者更符合工程上经济性的要求。
[0005] 可靠型模型是基于一定的经济水平，以可靠性为目标的规划模型。
[0006] 综合型模型则是以一定的转换方式，将可靠性指标转换为可靠性效益并结合经济 性模型的可靠性成本组成目标函数。
[0007] 以上三种模型中，经济性模型具有一定的经济性价值，但可靠性一般较差。可靠性 模型能够体现可靠性指标的改善与资金投入的关系，但实用性较差，一般只用于局部扩展 规划。综合型模型寻求在可靠性成本和可靠性效益之间取得平衡，从而使配电网络扩展规 划达到全局最优，具有较高的综合社会效益。
【发明内容】
[0008] 针对配电网络扩展规划在运用进化算法求解时容易陷入局部最优、计算过程易产 生大量不可行解等问题，本发明提出一种有效避免陷入局部最优、可靠性良好的基于策略 自适应差分进化的配电网络扩展规划方法。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0010] 一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法，所述配电网络扩展规划 方法包括以下步骤：
[0011] A1、根据变电站选址定容与未来负荷分布预测的结果，在电力GIS平台上创建负 荷点、变电站以及待选支路、已建支路要素信息，并建立相应的点-点、点-线、线-面的拓 扑规则；
[0012] A2、对创建的要素信息进行预处理：将负荷点和变电站顺序编号，待选支路和已建 支路顺序编号，并记录起点终点节点编号；针对地理障碍生成缓冲区，进行缓冲区分析，找 出不适宜架设线路的线路走廊；
[0013] A3、考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最 小为目标，目标函数如式（1):
[0014] niinF = X(6i + AH.f(A)l?+Σ4朋.) + Σ 如 A)备 ⑴ it S, it S'2 it s U、
[0015] 式中：Si、S2、S分别为新建线路集、已建线路集和总线路集；ω是年等值回收系数， 入为维修、折旧占投资费用的百分比山是线路i的长度，f(Di)为线径SDi的线路单位 长度的造价，Xi为第i条线路的决策变量，选择该线路作为馈线支路，则\取1，反之取〇 ; g (DJ为线径为Di的线路的电阻率A为线路i的通过功率，UN为额定电压；τ _年最大损 耗时间，d为单位电价；
[0016] 差分进化算法中，维数D为待选支路数量队^，种群数量NP = 10*D，变异算子F为 随机产生的二进制字符串，交叉算子CR取0. 1，终止条件为经过禁忌搜索算法后的得到的 最优个体与切换进入禁忌搜索算法前的最优个体适应度相同；进入禁忌搜索算法的切换条 件为迭代超过若干代且最优个体连续若干代不发生变化；退出禁忌搜索算法的条件为步长 超过若干步且最优个体连续若干代不发生变化；
[0017] A4、读取要素信息，生成算法初始种群，对初始种群进行评价，并令种群的第一个 个体为全局最优个体；
[0018] A5、判断是否达到终止条件，若是，则进化终止，将最优个体作为解输出，转步骤 A10 ;若否，则继续算法，进入步骤A6 ;
[0019] A6、判断是否需要更新策略选择概率，若是，则更新概率；
[0020] A7、根据不同策略的选择概率随机选择一种策略进行变异和交叉操作，并进行结 构约束校验，若个体不满足约束，则转入步骤All ;若满足约束，则进入步骤A8 ;
[0021] A8、进行选择操作，若变异交叉后的新个体能替换旧个体进入下一代，则相应策略 当前代成功次数累加1次，否则失败次数累加1次；
[0022] A9、遍历当前种群，找出最优个体，判断当前最优个体是否优于全局最优个体，若 是则替换，否则保留，之后进入步骤A5 ;
[0023] A10、对算法得到的最优解进行解码，根据解码得到的线路编号在电力GIS平台上 绘制出规划线路；
[0024] All、对个体进行结构修复，使其满足辐射型网络结构，修复完成，转入步骤A8。
[0025] 进一步，所述步骤A4中，读取负荷点的位置信息及负荷大小、变电站的位置信息、 待选支路、已建支路。随机生成长度为N liM的二进制字符串，并确保字符串中的"1"的数量 为NnmJ节点数量），套用（1)式的函数计算每个个体的目标函数值。
[0026] 再进一步，所述步骤A6中，设置统计代数LP为10,更新代数为15,即每经历15代 迭代，就统计当前代G往前逆推的10代的各个策略的失败、成功次数，并计算相应策略的选 择概率，如式（2)、（3)，其中S k，e表示策略k第G代时的成功概率；nsk;g，nfk， g分别表示策略 k第g代成功、失败的次数；ε为0. 01，为了防止策略成功概率为0 ;Pk (；表示策略k第G代 的选择概率； Ci-? / . ns, f ρ η *?mmd^-(t /./* Λ L〇〇27」 + 客 iLmi y~(f /.厂 ^ ·Κ //'·,▲'< S", ?
[0028] Ih.a - v人 K一 （2) Z^dk-i
[0029] 更进一步，所述步骤A7中，设置（4)、（5)、￠)3种变异策略。
[0030] vi；J = xrl；J+F · (xr2；J-xr3,j) (3)
[0031 ] vi；J = xi；J+F · (xbest；J-xi；J)+F · (xrl；J-xr2；J)+F · (xr3；J-xr4；J) (4)
[0032] vi；J = xi；J+F · (xr2；J-xr3；J)+F · (xr4； rxr5；J) (5)
[0033] 变异操作对每个目标个体Xi;(；，i = 1，2, "·，ΝΡ，按照概率选择策略产生变异个体。 其中，策略中随机选择的序号A, r2, r3, r4, r5互不相同，且rp r2, r3, r4, r5与目标个体序号 i也不同；策略（5)中Xbesy为最优个体。三种策略中，算术运算符均为逻辑运算符，即〃_〃 表示逻辑或，"?〃表示逻辑异或，"+"表示逻辑与。
[0034] 然后根据式（7)、（8)、（9)进行交叉操作，其中randb(j)为[0,1]之间随机生成的 第j个估计值，rnbr(i)为一个随机选择的序列。
[0035] ULG+1 - (U1LG+1, U2LG+1, L, UDi G+1) (6)
【权利要求】
1. 一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法，其特征在于：所述配电网 络扩展规划方法包括以下步骤： A1、根据变电站选址定容与未来负荷分布预测的结果，在电力GIS平台上创建负荷点、 变电站以及待选支路、已建支路要素信息，并建立相应的点-点、点-线、线-面的拓扑规 则； A2、对创建的要素信息进行预处理：将负荷点和变电站顺序编号，待选支路和已建支路 顺序编号，并记录起点终点节点编号；针对地理障碍生成缓冲区，进行缓冲区分析，找出不 适宜架设线路的线路走廊； A3、考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最小为 目标，目标函数如式⑴：
式中：Sp S2、S分别为新建线路集、已建线路集和总线路集；ω是年等值回收系数，λ 为维修、折旧占投资费用的百分比山是线路i的长度，f(Di)为线径为Di的线路单位长度 的造价，Xi为第i条线路的决策变量，选择该线路作为馈线支路，则Xi取1，反之取〇 ;g(Di) 为线径为Di的线路的电阻率A为线路i的通过功率，UN为额定电压；τ _年最大损耗时 间，d为单位电价； 差分进化算法中，维数D为待选支路数量Nline，种群数量NP = 10*D，变异算子F为随机 产生的二进制字符串，交叉算子CR取0. 1，终止条件为经过禁忌搜索算法后的得到的最优 个体与切换进入禁忌搜索算法前的最优个体适应度相同；进入禁忌搜索算法的切换条件为 迭代超过若干代且最优个体连续若干代不发生变化；退出禁忌搜索算法的条件为步长超过 若干步且最优个体连续若干代不发生变化； A4、读取要素信息，生成算法初始种群，对初始种群进行评价，并令种群的第一个个体 为全局最优个体； A5、判断是否达到终止条件，若是，则进化终止，将最优个体作为解输出，转步骤A10 ; 若否，则继续算法，进入步骤A6 ; A6、判断是否需要更新策略选择概率，若是，则更新概率； A7、根据不同策略的选择概率随机选择一种策略进行变异和交叉操作，并进行结构约 束校验，若个体不满足约束，则转入步骤All ;若满足约束，则进入步骤A8 ; A8、进行选择操作，若变异交叉后的新个体能替换旧个体进入下一代，则相应策略当前 代成功次数累加1次，否则失败次数累加1次； A9、遍历当前种群，找出最优个体，判断当前最优个体是否优于全局最优个体，若是则 替换，否则保留，之后进入步骤A5 ; A10、对算法得到的最优解进行解码，根据解码得到的线路编号在电力GIS平台上绘制 出规划线路； All、对个体进行结构修复，使其满足辐射型网络结构，修复完成，转入步骤A8。
2. 如权利要求1所述的一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法，其 特征在于：所述步骤A4中，读取负荷点的位置信息及负荷大小、变电站的位置信息、待选支 路、已建支路，随机生成长度为NliM的二进制字符串，并确保字符串中的" 1"的数量为Nn(xte， 套用（1)式的函数计算每个个体的目标函数值。
3. 如权利要求1或2所述的一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法， 其特征在于：所述步骤A6中，设置统计代数LP为10,更新代数为15,即每经历15代迭代， 就统计当前代G往前逆推的10代的各个策略的失败、成功次数，并计算相应策略的选择概 率，如式⑵、（3)，其中5!^表示策略k第G代时的成功概率；11 %，8，1^8分别表示策略1^ 第g代成功、失败的次数；ε为0.01，为了防止策略成功概率为0 ;?1^表示策略k第G代的 选择概率；
4. 如权利要求1或2所述的一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方法， 其特征在于：所述步骤A7中，设置（4)、（5)、￠) 3种变异策略， Vi, j - Xrl, j+F · (Xr2, j xr3, j) (3) Vi, j - Xi, j+F · (xbest, j Xi, j) +F · (Xri, j xr2, j) +F · (Xr3, j Xr4, j) (4) Vi, j - Xi, j+F · (xr2, j Xr3, j) +F · (Xr4, j xr5, j) (5) 变异操作对每个目标个体Xu，i = 1,2，···，NP，按照概率选择策略产生变异个体，其 中，策略中随机选择的序号A, r2, r3, r4, r5互不相同，且rp r2, r3, r4, r5与目标个体序号i 也不同；策略（5)中Xbesy为最优个体，三种策略中，算术运算符均为逻辑运算符，即〃-〃表 示逻辑或，"?〃表示逻辑异或，"+"表示逻辑与； 然后根据式（7)、（8)、（9)进行交叉操作，其中randb(j)为[0,1]之间随机生成的第j 个估计值，rnbr(i)为一个随机选择的序列 Ui，G+i - (Uli；G+1, U2i；G+1, L, UDi；G+1) (6)
(i = 1, 2, L, NP, j = 1, 2, L, D) (8) 对个体进行连通性、辐射性结构约束校验，若不满足约束则转入步骤All进行结构修 复。
5. 如权利要求1或2所述的一种基于策略自适应差分进化的配电网络扩展规划方 法，其特征在于：所述步骤All中，首先对不满足辐射性结构的个体进行支路数目修复，使 Ntoanc* = Νη<Λ_1 ;接着深度遍历个体树，记录个体孤立部分，若个体存在闭环，则记录下闭 环支路；遍历完成之后，随机打断闭环中的一条支路，并将个体孤立部分连接起来。
【文档编号】G06Q50/06GK104102956SQ201410352906
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】李章维, 张贝金, 周晓根, 夏华栋, 李栋炜, 刘玉栋, 明洁, 陈铭, 陈凯, 郝小虎, 秦传庆, 梅珊, 张贵军 申请人:杭州中威智能科技有限公司, 浙江工业大学