一种面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于配电网规划技术领域，尤其涉及一种面向城市配电网的电动汽车规划 改进免疫遗传方法。
【背景技术】
[0002] 近年来二氧化碳排放量持续增长，全球气候变化成为当今世界及以后很长一段时 间内人类所面临的最严峻的发展挑战，因此解决环境污染问题和实现节能减排已成为国家 发展的重要规划；传统汽车在行驶过程中会产生大量有害气体，不仅对环境造成巨大压力， 而且对人体健康产生危害。电动汽车作为节能减排的有效措施，其已经成为汽车工业发展 的新方向，与传统汽车相比，电动汽车具有减少二氧化碳排放、降低火力发电厂建设、无污 染等诸多优势。
[0003] 随着电动汽车行业发展，电动汽车充电设施（充电桩和换电站）建设是电动汽车 产业发展的基础和保障，需要提前规划和合理布局；但是一方面主要由电力电子元器件构 成的电动汽车充电设施，在其运行过程中容易产生多次谐波，从而给电网带来了较强的电 能质量问题，另一方面电动汽车具有电源和负荷的双重特性，如果在配电网中接入点不合 理，将对局部配电网的稳定、安全运行带来电压、频率等问题，甚至危及整个大电网；因此， 面向城市配电网的电动汽车选址定容，合理规划非常必要。
[0004] 同时，由于配电网结构复杂、其本身的潮流、电压、N-I安全性、可靠性等约束条件 较多，且电动汽车的SOC特性、接入的时间无规律等，导致面向城市配电网的电动汽车规划 成为了一个具有维数大、约束条件多的多目标优化问题，若采用常规的非线性规划、启发式 算法等优化计算方法求解，将比较耗时；本发明专利，提出了一种面向城市配电网的电动汽 车规划改进免疫遗传方法，可以高效的计算面向城市配电网的电动汽车规划的选址定容问 题。
[0005] 再者，随着电动私家车、公交车等电动汽车在城市的推广应用，电动汽车充换电站 的规划、建设和实施是保障电动汽车应用成果的重要基础，为了解决具有负荷和电源双重 特性的电动汽车对电网安全稳定运行的影响，客观上要求合理规划城市电动汽车充换电站 的选址定容。在已有的电动汽车充换电站选址定容方法方面，一般考虑电动汽车的SOC电 池特性，忽略了电动汽车的随机性；在以往的免疫遗传方法方面，主要是从训练遗传算子， 较少对考虑变异的特性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法， 旨在解决以往的免疫遗传方法方面，较少考虑变异特性的问题。
[0007] 本发明是这样实现的，一种面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法包 括以下步骤：
[0008] 步骤一，决策变量设置：
[0009] 决策变量X = {C ;S}由两部分向量构成，所有向量元素的取值为0或1，结构如下 式所示；
[0010] C = {Cn，C12, C21, C22,…，Cnl，CnJ (1)；
[0011] S = (S1, S2, , SJ
[0012] 式中：η为配电系统中所有电动汽车充换电站的可行安装位置数，m为智能开关可 行安装位置数；C n、ci2(i = 1，2，···，η)分别标识电动汽车充换电站的第i个可行位置是否 装设具有储能的电动汽车换电站单元以及具有接受调度可提供发电单元的电动汽车桩类 型；S i (i = 1，2,…，m)标识智能开关的第i个可行位置是否实际安装开关设备；电动汽车 接入电网的类型多于两种（充换电池和电动汽车充电桩），标识类型的二进制位数对应增 加；允许每个节点接入多台电动汽车充换电站，则表示是否装设电动汽车充换电站的二 进制位增加以表示接入的台数；
[0013] 步骤二，初始种群产生：
[0014] 按照式（1)所示随机抽样产生种群抗体中各基因位上的初始值；
[0015]
【主权项】
1. 一种面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法，其特征在于，该面向城市 配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法包括以下步骤 ： 步骤一，决策变量设置： 决策变量X= {C;s}由两部分向量构成，所有向量元素的取值为O或1，结构如下式所 示； C = {Cn, C12, C21, C22,..., Cnl, CnJ (1)； S = (S1, S2,, SJ 式中：η为配电系统中所有电动汽车充换电站的可行安装位置数，m为智能开关可行安 装位置数；Cn、Ci2(i = 1，2，···，η)分别标识电动汽车充换电站的第i个可行位置是否装 设具有储能的电动汽车换电站单元以及具有接受调度可提供发电单元的电动汽车桩类型； Si (i = 1，2, ···，!!!）标识智能开关的第i个可行位置是否实际安装开关设备；，标识类型的 二进制位数对应增加；允许每个节点接入多台电动汽车充换电站，则表示是否装设电动 汽车充换电站的二进制位增加以表示接入的台数； 步骤二，初始种群产生： 按照式（1)所示随机抽样产生种群抗体中各基因位上的初始值；
通过提高式（2)中P的取值，来自减少抗体字符串中代表设备安装与否的基因位置出 现字符"1"的个数，抽样Cn、Si位置的基因值时，P取值为0. 9 ;在抽样C i2取值时，P取值为 〇. 5 ;初始种群的大小选为100 ; 步骤三，遗传操作： 如式（3)所示；适应度值计算的矢量距浓度值由亲和度与浓度所决定的选择概率决 定，亲和度和浓度计算公式分别如式（4)和式（5)所示； 考虑浓度与亲和度的选择概率为： P^aP^Q-a)^ (3); 式中：α为调节选择概率的权重系数；Pfi与P di分别为由抗体i的亲和度与浓度所决 定的选择概率； 亲和度的计算：设种群中有N个抗体，其中抗体i的亲和度为fp则Pfi采用正比选择策 略获得：
浓度的计算：当采用矢量距表示抗体浓度时，Pdi计算如下：
交叉操作采用两点交叉的形式，交叉概率P。设置为0.9,在种群变异操作中采用动态变 异率，如式（6)所示； PMg= PMfflin+(PMfflax-PMfflin) Tg (6)； 式中：PMg为第g代种群抗体的变异率，PMmin与PMmax分别为变异率的最小值与最大值； r为收缩因子，分析中取为0. 99 ; 步骤四，免疫遗传操作： 在改进免疫遗传算法中采用自适应疫苗提取机制；首先，将迭代至当前代数为止所出 现的10个最优抗体提取出来，形成疫苗库，并且在下一次迭代开始之前对疫苗库进行更 新；其次，从这10个最优抗体中提取出一个疫苗抗体，疫苗抗体每个基因位上的符号取为 这10个最优抗体中对应基因位上出现概率最大的符号；按照接种概率匕选取经过遗传操 作形成的新抗体进行疫苗接种，并比较接种前后抗体与抗原的亲和度；接种操作能够提高 抗体的适应度则接受接种，反之放弃接种；免疫接种的概率P v= 0. 7 ; 步骤五，疫苗库的进化： 在使用克隆遗传算法推进疫苗库的进化过程中，克隆种群的大小设置为100,每一个抗 体的克隆数量采用式（7)计算；在基因突变算子中采用固定的变异率Pm= 0. 1 ; 式⑵的含义是：设初始种群中有η个抗体，即A(k) = {&1，a2,…，an}，其中抗体i的 亲和度记为为Hai),设定克隆后种群A' (k)的容量为N。，取Nc>n，则在克隆的过程中，每 个抗体复制的数目Qi如式所示：
其中算子[X]表示不大于X的最大整数； 步骤六，种群更新： 免疫操作后，用疫苗库中亲和度最高的5个抗体替换种群中同数量的亲和度最差个 体；当连续10代未搜索到更优解时，随机生成种群中亲和度较差的80%抗体； 步骤七，电动汽车充换电站位置的调整： 在种群进化的过程中，电动汽车接入电网的控制装置与电动汽车充换电站的选型与选 址是随机的，改进免疫遗传算法在进行配电网的可靠性计算的过程中对电动汽车充换电站 的最终位置采取了动态调整的策略； 步骤八，终止条件： 算法采用达到固定遗传代数200代作为算法终止条件。
2.如权利要求1所述的面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法，其特征在 于，该面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法的步骤如下： 针对每一个抗体的开关配置情况划定电动汽车充换电站的形成范围； 确定电动汽车充换电站接入的可行节点； 根据抗体中电动汽车充换电站的配置情况确定是否位于配电网的外部； 将电动汽车充换电站随机调整至可行节点。
【专利摘要】本发明公开了一种面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法，该面向城市配电网的电动汽车规划改进免疫遗传方法包括以下步骤：决策变量设置；初始种群产生；遗传操作；免疫遗传操作；疫苗库的进化；种群更新；电动汽车充换电站位置的调整；终止条件。本发明采用达到固定遗传代数200代作为算法终止条件，可以有效提高面向城市配电网的电动汽车规划计算速度，达到快速收敛。
【IPC分类】G06Q10-04, G06Q50-06
【公开号】CN104636825
【申请号】CN201510038714
【发明人】王旭东, 王守相, 葛磊蛟, 蒋菱, 李国栋, 王峥, 刘涛, 张东, 霍现旭, 王天昊
【申请人】国家电网公司, 国网天津市电力公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月26日