基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法与流程

本发明涉及配电网重构
技术领域：
，特别涉及一种基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法。
背景技术：
配电网与终端电力用户直接联系，其运行状况与用户电能质量的好坏直接相关。长期以来，我国电力系统建设过程中重中间轻两头，即重输电、轻发电和配电，虽然经过近些年的大力提升改造，我国的配电系统相对发达国家来说仍相对较落后，网损较高，线路负载不均匀，重载和轻载的线路大量同时存在。配电网中存在大量的开关，通过改变开关的关合状态即可调整配电网的网络拓扑结构，改变电流走向，降低网络损耗和消除过载，进而有效提高供电可靠性和电能质量。配电网重构问题的控制变量是开关的状态，通常用0-1两个状态值进行表示，即重构问题为0-1整数规划问题。而当配电网规模比较大时，配网中开关的数量也相应较大，配电网重构问题也就变成了一个大规模非线性整数组合优化的问题。目前，求解配电网重构问题的方法可以分为以下三类：数学优化方法：将配电网重构问题用数学模型进行描述，然后通过一定的算法进行求解，从而得到不依赖网络初始结构的优化结果。启发式方法：该类方法以直观分析为依据，通常根据一定的原则，逐步迭代直到得到满意的重构结果。该类方法主要有：支路交换法(bem)等。智能化方法：该类方法主要有：遗传算法、免疫算法、粒子群算法等。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法。为此，本发明技术方案如下：一种基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法，包括下列步骤：1)对配电网网络结构进行简化，生成支路组；2)根据生成的支路组建立配电网优化模型，该配电网优化模型包括目标函数、约束条件；3)利用全光滑牛顿法求解配电网优化模型，获得配电网重构方案。进一步的，所述的配电网优化模型中以网损最小为目标函数，网损f(x)的计算方法为：其中，ki为支路i的开合状态，0表示断开，1表示闭合；ri为支路的电阻值；ii为支路i的传输电流幅值，nl为支路数量。进一步的，所述的约束条件包括等式约束、不等式约束和辐射状拓扑结构约束；等式约束包括有功功率潮流平衡方程和无功功率潮流平衡方程：其中，n为节点数目；gij、bij为节点i、j之间的电导和电纳；θij为节点i、j之间的电压相位差；pgi、qgi分别为节点i发电机注入有功和无功功率；pdi、qdi分别为节点i的有功和无功负荷；不等式约束包括节点电压模值上下限约束、支路容量约束、变压器容量约束：其中，n为节点数目；ui、ui、分别为节点i的电压幅值及下限和上限；ii、分别为支路i的传输电流幅值及上限，nl为支路数量；it、分别为变压器t的传输电流幅值及上限，nt为变压器数量；辐射状拓扑结构约束为：g∈g(4)其中，g为当前网络状态，g为所有允许的辐射状网络的集合。进一步的，所述的步骤1)中的优化模型简化为由目标函数、等式约束和不等式约束组成的模型为：f(x)为目标函数，g(x)为等式约束条件，h(x)为不等式约束条件。进一步的，对简化后的优化模型进行求解的方法为：将对简化后的优化模型的求解转化为对一个光滑非线性方程组的求解；该光滑非线性方程组的表示方法如下：进一步的，在对光滑非线性方式组进行求解时包括如下步骤：6-1)使用光滑函数对光滑非线性方程组中的约束条件进行松弛，得到：6-2)引入光滑函数对约束条件中再次进行松弛，从而得到：6-3)将式(7)和式(8)带入光滑非线性方程组中得到系数矩阵h(z)，令h(z)＝0，求出所有可行解，再从所有可行解中筛选出符合辐射状网络约束条件的可行解，即可得到配电网优化模型的解。进一步的，所述的辐射状网络的判断方法为：判断配电网中是否存在环路或孤岛；若不存在，该配电网即为辐射状结构；环路的判断方法为：除电源点作为根节点外，每一个节点对应一个父节点，如果子链表中某节点出现的次数大于等于2次，则表明该节点有多个父节点，即出现了环路。孤岛的判断方法为：对于含有n个节点的网络，正常运行情况下子链表中应有n-1个节点，如果少于n-1，则说明出现了孤岛。与现有技术相比，该基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法具有如下优势：该方法为确定性方法，与智能化方法和启发式方法相比具有搜索效率高、求解时间短的优势；通过引入光滑函数使优化模型中的不等式约束转化为等式约束，在迭代计算过程中求得变量的离散整数值；求解过程中通过生成节点的父子链表来判断网络拓扑结构是否满足要求，保证最后得出的解的有效性；通过支路分组大幅度降低支路状态变量的维度，适用于大规模的配电网络。附图说明图1为包括电网支路和节点的结构简图。图2为删除与环网无关的支路和节点后的电网结构简图。图3为合并等效支路形成支路组后的电网结构简图。图4为典型辐射状网络结构图。图5为本发明提供的基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法的流程图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。实施例1：一种基于互补约束全光滑牛顿法的配电网重构方法，如图5所示，包括下列步骤：1)对配电网网络结构进行简化，生成支路组；配电网中的开关数量众多，每一个开关的不同状态都会得到不同的网络拓扑结构，但是不恰当的闭合或者断开会导致网络中存在“环网”或者“孤岛”，不满足配电网的拓扑结构要求。而且由于网络规模大，为了提高计算效率，需要对网络做一定的简化，具体方法如下：a)确定基本环路，如图1所示，画出5个基本环路；b)为保证辐射状的供电结构，不存在任何环路内的开关必须闭合，为提高搜索效率，避免不必要的搜索，可以等效简化为环路上的一点。找出t节点，将两个t节点之间的支路合并成一条支路组，支路组内的支路断开解环时对网络结构的影响是一样的。2)根据生成的支路组建立配电网优化模型，该配电网优化模型包括目标函数、约束条件；所述的配电网优化模型中以网损最小为目标函数，网损f(x)的计算方法为：其中，ki为支路i的开合状态，0表示断开，1表示闭合；ri为支路的电阻值；ii为支路i的传输电流幅值，nl为支路数量。所述的约束条件包括等式约束、不等式约束和辐射状拓扑结构约束；等式约束包括有功功率潮流平衡方程和无功功率潮流平衡方程：其中，n为节点数目；gij、bij为节点i、j之间的电导和电纳；θij为节点i、j之间的电压相位差；pgi、qgi分别为节点i发电机注入有功和无功功率；pdi、qdi分别为节点i的有功和无功负荷；不等式约束包括节点电压模值上下限约束、支路容量约束、变压器容量约束：其中，n为节点数目；ui、ui、分别为节点i的电压幅值及下限和上限；ii、分别为支路i的传输电流幅值及上限，nl为支路数量；it、分别为变压器t的传输电流幅值及上限，nt为变压器数量；辐射状拓扑结构约束为：g∈g(4)其中，g为当前网络状态，g为所有允许的辐射状网络的集合。所述的步骤1)中的优化模型简化为由目标函数、等式约束和不等式约束组成的模型为：f(x)为目标函数，g(x)为等式约束条件，h(x)为不等式约束条件。3)利用全光滑牛顿法求解配电网优化模型，获得配电网重构方案。对简化后的优化模型进行求解的方法为：将对简化后的优化模型的求解转化为对一个光滑非线性方程组的求解；该光滑非线性方程组的表示方法如下：在对光滑非线性方式组进行求解时包括如下步骤：6-1)使用光滑函数对光滑非线性方程组中的约束条件进行松弛，得到：6-2)引入光滑函数对约束条件中再次进行松弛，从而得到：6-3)将式(7)和式(8)带入光滑非线性方程组中得到系数矩阵h(z)，令h(z)＝0，求出所有可行解，再从所有可行解中筛选出符合辐射状网络约束条件的可行解，即可得到配电网优化模型的解；求解可行解的过程即选择断开支路组的过程，选择断开支路时应遵循以下规律：一、每个支路组最多只能断开1条支路，否则就会出现孤岛。如图2中节点4和节点66之间的支路组，最多只能断开1条支路。二、对于包含nloop个环的配电网络，当且仅当断开nloop条支路，该网络才有可能成为不包含环的连通拓扑结构。即对于一个确定的网络，重构时应断开的支路数等于网络中的环数，并且断开的支路应属于不同的支路组。在断开支路的过程中需要对新的电网网络结构进行判断，判断过程中，首先利用深度优先搜索方法形成父子链表，判断开关状态发生变化后网络的拓扑结构是否满足要求。下面用一个典型的辐射状网络进行说明，图4中，v为电源节点，vi为各分支节点，经深度优先搜索算法形成父子链表，如表1所示。表1父节点vv1v2v2v1v5v5子节点v1v2v3v4v5v6v7根据父子链表判断网络结构是否满足辐射状网络拓扑要求：所述的辐射状网络的判断方法为：判断配电网中是否存在环路或孤岛；若不存在，该配电网即为辐射状结构；环路的判断方法为：除电源点作为根节点外，每一个节点对应一个父节点，如果子链表中某节点出现的次数大于等于2次，则表明该节点有多个父节点，即出现了环路。孤岛的判断方法为：对于含有n个节点的网络，正常运行情况下子链表中应有n-1个节点，如果少于n-1，则说明出现了孤岛。当前第1页12