一种基于双层规划的主动配电网网架规划方法
【专利说明】-种基于双层规划的主动配电网网架规划方法
[0001]
技术领域 本发明设及一种配电系统网架规划，具体是一种基于双层规划的主动配电网网架规划 方法。
【背景技术】
[0002] 双层规划是具有两个层次系统的规划与管理问题，上层决策只通过自己的决策去 指导下层决策者，并不直接干预下层的决策；而下层决策需把上层决策作为参数，在自己的 可行域范围内作出决策。
[0003] 双层规划比单层规划复杂很多，主要存在于Ξ个方面：非线性、非凸性、下层反应 的不唯一性。双层规划具有层次性且上下层相互制约又紧密结合，特点如下： 1)系统分层管理。多个决策者处于一定的层次结构中，上层称为领导者，下层称为从 属者。
[0004] 2)各层决策问题都有各自的控制变量、约束和目标，并且运些目标通常是不一致 或相互矛盾的。
[0005] 3)上下层的决策具有逻辑顺序。下层服从上层，上层优先作出决策，下层将上层 决策作为参数，在不违背上层决策的基础上作出下层决策。
[0006] 4)上下层互相影响。上层决策影响下层决策的策略集，也部分影响下层目标的实 现，上层决策不能完全控制下层决策，在上层允许范围内下层有相当的自主权。下层决策不 但实现自身目标，也影响上层目标的实现。
[0007] 对双层规划的研究，根据下层决策对上层决策所得到的不同的反映，可W分为两 类：下层W最优值反馈到上层的模型和下层W最优解反馈到上层的模型。第一种模型，不要 求下层规划对每一个给定的上层决策变量都有唯一的最优解，因为即使下层规划有不同的 最优解，但其对应的最优值是相同的，上层规划问题总是确定的；第二种模型，下层规划要 求对于每个上层决策变量都有唯一的最优解，如果对某个子规划问题有多个不同的解，贝U 可能使得上层规划问题成为不确定性问题，从而限制了该模型的应用适用范围。
[0008] 主动配电网规划模型既设及到网架规划，又设及到分布式发电的优化出力，极易 陷入"维数灾"。为此，提出规划模型的转换思路：将联合规划模型转换成几个易于求解的子 问题。
【发明内容】
[0009] 本发明就是为了解决现有技术中的问题，而提供一种基于双层规划的主动配电网 网架规划方法。
[0010] 本发明是按照W下技术方案实现的： 一种基于双层规划的主动配电网网架规划方法，具体步骤为： 第一步，双层规划模型构成； 首先，计算分布式发电的发电成本，分布式发电发电成本为可变成本，可变量为运行维 护与燃料费用，可用w下关系式来描述：
式中，胃为分布式发电的单位发电成本，为分布式发电的年发电量，Ifpll为分布 式发电单位电量所避免的社会成本，包括环境治理成本等，用政府给予的政策性补贴加W 反映； 目标函数可进一步整理为：
上式第二项为最小化发电成本和网络损耗费用，属于最优潮流问题；联合规划模型可 转化成一个双层规划问题，上层规划问题为架设线路，下层规划问题则在该网架下使分布 式发电的有功出力切除量最小； 第二步，基因编码； 为保证网络的连通性约束，通过阶方阵S{~Y)来描述网络结构，元素为0、1两 种取值；方阵的每列对应着相同编号的负荷节点；方阵的第1行对应电源点，从第2行开始 的各行为按照一定顺序接入网络的负荷节点；即中的元素禱Is:!表示第1个节点和 电源点相连，、==U7 > 2)表示第i行所对应的节点与节点j相连； 按照此方法编码形成的矩阵下所示：
， 第Ξ步，初始方案形成； 由于分布式发电主要接入重要负荷点，主动配电网中的大多数负荷仍是靠连接大电网 供电，且考虑到优化的目标函数中线路投资费用占据了主要位置，因而可形成主要考虑线 路投资费用的初始网架方案；为了形成较为经济的网架，可W变电站到各负荷终端路径之 和最短为优化目标，采用prim最小生成树算法求解； 第四步，个体优劣评价； 对于可行方案，在遗传操作之前，先计算其适应度，从而挑选优秀的个体进行下一代染 色体的产生；为了避免罚函数的选择过大或过小所带来的问题，选取了考虑约束条件的适 应度函数的经验公式，如下所示：
其中，
I，主要用来度量解的质量，其中1为目标函数值；
为违反约束的惩罚函数； 第五步，遗传操作； 采取基因突变和基因换位； 第六步，最优方案的选择； 在进行遗传算法操作后，产生多个可行性方案，分别计算它们的目标函数值，从中选择 取值最小的方案作为主动配电网的网架方案。
[0011] 本发明具有的优点和积极效果是： 本发明基于双层规划理念对主动配电网网架规划问题进行建模，使用改进的遗传算法 进行求解，与W往的主动配电网网架规划方法的不同之处在于，该方法引入了双层规划理 念，并引入改进的遗传算法对问题进行求解。在模型建立方面，本发明所采用的双层规划模 型转化成一个双层规划问题，即上层规划问题架设线路，下层规划问题则在该网架下使分 布式发电的有功出力切除量最小。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的29节点配电网算例地理位置图； 图2是本发明的基于双层规划的主动配电网网架规划流程图； 图3是本发明的双层规划模型结构； 图4是本发明的节点网络示意图； 图5是本发明的典型类型用户的负荷时序曲线； 图6是本发明的考虑主动管理模式的配电网网架规划图； 图7是本发明的不考虑主动管理模式的配电网网架规划图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图及实施例，对本发明作详细说明。
[0014] 一种基于双层规划的主动配电网网架规划方法，用于主动配电网网架规划研究 中。W29节点测试系统为实施例，如图1所示，结合图2所示的流程图，详细说明如下： 由于主动配电网网架规划问题的边界条件是已知分布式发电布点定容的方案，对网架 进行从无到有的建设。因而需要形成网架的初始方案。基于此，为了使遗传算法在求解主 动配电网网架规划模型中具有更好的性能，对初始基因编码、初始方案形成等环节设置进 行了改进。具体求解步骤如下： 第一步，双层规划模型构成。
[0015] 首先，计算分布式发电的发电成本。分布式发电发电成本为可变成本，可变量为运 行维护与燃料费用，可用W下关系式来描述：
變旁. 式中，胃;为分布式发电的单位发电成本，为分布式发电的年发电量，lii为分 布式发电单位电量所避免的社会成本，包括环境治理成本等，用政府给予的政策性补贴加W反映。
[0016] 目标函数可进一步整理为：
上式第二项为最小化发电成本和网络损耗费用，属于最优潮流问题（化timalPower Flow,OPF)。运样，联合规划模型可转化成一个双层规划问题，上层规划问题为架设线路，下 层规划问题则在该网架下使分布式发电的有功出力切除量最小。转换后的双层规划模型结 构如图3所示。
[0017] 第二步，基因编码。
[0018]为保证网络的连通性约束，通过胃§?阶方阵来描述网络结构，元素为〇、1 两种取值。方阵的每列对应着相同编号的负荷节点。方阵的第1行对应电源点，从第2行 开始的各行为按照一定顺序接入网络的负荷节点。即、中的元素戌！表示第1个节 点和电源点相连，= 'U7 >。表示第i行所对应的节点与节点j相连。
[001引如图4所示，按照此方法编码形成的矩阵巧Λ")如下所示：
第Ξ步，初始方案形成。
[0020] 由于分布式发电主要接入重要负荷点，主动配电网中的大多数负荷仍是靠连接大 电网供电，且考虑到优化的目标函数中线路投资费用占据了主要位置，因而可形成主要考 虑线路投资费用的初始网架方案。为了形成较为经济的网架，可W变电站到各负荷终端路 径之和最短为优化目标，采用prim最小生成树算法求解。
[0021] 第四步，个体优劣评价。
[0022] 对于可行方案，在遗传操作之前，先计算其适应度，从而挑选优秀的个体进行下一 代染色体的产生。为了避免罚函数的选择过大或过小所带来的问题，选取了考虑约束条件 的适应度函数的经验公式，如下所示。
[0023]其中，
L主要用来度量解的质量，其中^为目标函数值； 1 .....................为违反约束的惩罚函数。
[0024] 对于规划模型而言，约束条件在求解过程中已经可W满足，罚函数主要考虑电压 越限、支路潮流越限和可靠性约束的影响。具体如下： 1)对电压越限的惩罚函数为：
式中，N为配电网中的节点数,?为惩罚函数的比例系数。
[00巧]2)对支路潮流越限的惩罚函数为：
式中，m为支路数，舅|为惩罚函数的比例系数。
[0026] 3)对可靠性约束不满