基于遗传算法的配电系统网络结构优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于配电网技术领域，设及配电网网络结构优化，尤其是一种基于遗传算 法的配电系统网络结构优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市经济的高速发展，城市用地（尤其是特大型城市）的日益紧张使得变电 站站址和电力通道走廊的选择十分困难，若按照传统（依靠增加新的供电馈线或建设新的 变电站来满足负荷需求）的技术原则规划高压变电站和中压配电网，将很难在降低建设规 模、减少±地资源消耗的同时满足各级各类电力用户负荷需求之间达到很好的平衡。
[0003] 解决上述问题的一个思路是在日益发展壮大的互联配电网络中充分挖掘现状中 压配电网联络线路的作用，加大变电站站间负荷转带能力。在该种情况下配电网联络就发 挥了提高系统供电能力、增强供电可靠性、增加负荷转带路径、提升网络运行灵活性等重要 作用。另一方面大量建设联络对投资、联络通道走廊等方面都提出了更高的要求。
[0004] 因而如何做到在不降低供电可靠性和配电网负载率的同时，简化网络结构、节省 投资、减少通道走廊的占用（即供电可靠性与经济费用上的均衡），就成了目前配电网发展 建设中亟需解决的问题。
[0005] 配电网网络结构优化是个具有多目标性、不确定性、非线性和多阶段性特点的复 杂优化问题，目前已有研究方法主要有W下几类；1)多场景分析法，通过合理的分析、预测 出各种场景来判断规划方案的综合最优性，其缺陷就是分析结果缺乏理论适应性，同时对 于变量或场景过多的情况有可能造成求解上的困难；2)不确定信息数学建模规划方法，具 有理论严密和对不确定性因素处理精确的优点，代表性方法有随机规划法、灰色规划法、模 糊规划法及盲数规划法，但数据呈现多种不确定性时将会遇到模型表达困难等问题；3)数 学优化法，其核屯、思想是将网络结构优化规划问题转化为一般的数学优化模型，并运用传 统的优化算法或基于现代启发式的智能优化算法进行求解，但该类算法会不同程度地存在 收敛速度慢、局部寻优能力弱、计算时间较长等问题。
[0006] 肖峻、郭晓丹、王成山等人发表的"基于供电能力的配电网联络有效性评价与化简 方法"（电力系统自动化，2012,36巧）；31-37.)，提出了基于联络有效性的配电网联络简化 方法，但必须针对每条联络支路分别计算其有效度，并且联络支路增减的顺序也会对最后 结果造成影响。只是对已有联络对供电能力的影响大小给出了评价，只适合解决现状配电 网近期小规模的改造问题，并没有从规划的整体角度给出联络方案。
[0007] 葛少云、韩俊、刘洪等人发表的"基于供电能力的主变站间联络结构优化"（电网技 术，2012, 36巧）；129-135.)，W加权Voronoi图结合后退寻优法优化站间主变联络结构，但 只是理论上给出了站间主变的联络关系，没有具体的联络支路的数目和方案。且该两篇文 章只是W供电能力作为标准，一味追求供电能力的最大化，并未考虑到单位供电能力费用。 [000引为此，本发明奶咸少单位供电能力费用、优化网络结构为出发点，提出了基于单位 供电能力的配电网联络结构优化模型，在满足负荷需求的基础上，追求单位供电能力费用 的最小化，从而优化配电网联络结构，并采用遗传算法对模型进行求解。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于供电能力的配电网联 络结构优化的模型和算法，W满足区域负荷需求、简化联络通道、减少建设费用为主要目 的。
[0010] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是；
[0011] 一种基于遗传算法的配电系统网络结构优化方法，其特征在于：建立W单位供电 能力费用最小为目标函数的数学模型，W联络支路长度和联络容量、区域负荷需求、主变站 间联络通道总数为约束条件，通过遗传算法求解，所述的数学模型为：
[00巧]Funk - F Link-in+pLink-OUt
[0016] 式中，Psc[L]为研究区域供电能力，L为表示站间主变联络容量约束的主对角线为 0的对称矩阵，1。.表示第i号和第j号主变间的联络容量约束；NS为研究区域主变总数；Fst。,,。。为研究区域变电站建设总费用，fk为第k个变电站的建设费用；F 为建设联络所需 费用，Funk_i。为站内联络费用Funk_wt为站间联络费用。
[0017] 而且，所述联络支路长度和联络容量约束的表达式为：
[001 引du=D。'*也（1《i,j《Nj
[0019]
[0020] 式中；d。是站间主变实际联络支路长度，Du为主变间地理距离，qu为线路的综合 曲折系数，ly为主变间的实际联络容量，nU为主变间联络支路数目，CU为单条联络支路的 转供容量，diim为变电站间允许建立联络通道的长度上限。
[0021] 而且，所述的区域负荷需求约束的表达式为：
[0022] Psc[L]>N
[002引式中，N为区域负荷需求。
[0024] 而且，所述的主变站间联络通道总数约束的表达式为：
[0025]
[0026] 式中，叫为主变间联络支路数目，TS为主变站间联络支路总数上限，联络数目小于 等于7。
[0027] 而且，所述的数学模型为
[002引
[0029] 式中；n。为主变间联络支路数目；du是站间主变实际联络支路长度；r。第i号和 第j号主变间的联络支路所选用的电缆的单位长度造价；C。。为单条电缆线路传输容量；rt 为站内联络线所选用的电缆的单位长度造价；h为比例系数；左为变电站供电半径的平均 值。
[0030] 而且，该模型为遗传算法的适应度函数。
[0031] 而且，所述遗传算法采用随机遍历采样法，代沟GAP设置为0. 9,从父代中排序优 选适应度较大的GAP*Nind个个体，形成子代种群。
[0032] 而且，所述遗传算法的子代个体采用单点交叉的方式，交叉概率为0. 7。
[0033] 而且，所述遗传算法的变异算子为0. 5。
[0034] 而且，所述遗传算法的终止代数为100。
[0035] 本发明的优点和积极效果是：
[0036] 1、本发明W单位供电能力费用最小为目标函数并考虑了联络支路长度，区域负荷 需求，主变站间联络通道总数等具体约束的数学模型；并非一味追求供电能力的最大化，而 忽略昂贵的经济费用。能够在经济性最优的情况下达到提升区域供电能力的目的。
[0037] 2、本发明利用遗传算法该种人工智能算法，通过模拟自然进化过程来捜索最优 解。可W有效解决传统算法用于配电网联络结构优化求解时常常遇到捜索方向错误、迭代 不收敛、逼近速度缓慢等问题。
[003引 3、本发明针对基于主变互联和N-1准则的配电系统供电能力计算方法未能计及 联络容量与主变短时过载的问题，计及主变过载和联络容量约束的配电系统供电能力计算 方法，明确了站间转移负荷对系统供电潜力的作用，并考虑了二次转供过程和主变负载率 均衡约束。可W将其作为优化模块中供电能力的计算工具，方便与遗传算法的结合调用。
[0039] 4、本发明所提出的方法充分协调了高压变电站与下级中压电网间的联络结构关 系，能够在满足区域负荷的基础上达到经济最优的效果。不仅解答了主变间"是否应该连" 的问题，还进一步回答了 "怎么连才能达到最佳效果"，从而为现在城市高速发展中面