配电网重构方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种配电网重构方法及系统，所述方法包括步骤，根据配电网中父节点和子节点与支路开关的连接关系建立关联矩阵模型，并对所述支路开关的通断状态赋值以形成关联矩阵集；分别对每个关联矩阵模拟配电网的拓扑结构，判断所述拓扑结构是否出现环网，若所述拓扑结构出现环网，则剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵；若所述拓扑结构没有环网，则对所述拓扑结构进行潮流计算，若所述拓扑结构不符合潮流约束，则剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵；建立目标函数和约束条件，依据所述约束条件采用改进粒子群算法对所述目标函数求解以获得最优拓扑结构；根据所述最优拓扑结构对配电网进行重构。通过本发明能够加快寻优速度快速减少配电网重构所需时间。
【专利说明】配电网重构方法及系统 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及电力电子自动化领域，特别是涉及一种配电网络中配电网重构方法及 系统。 【【背景技术】】
[0002] 配电网是电力系统中二次降压变电站低压侧直接或降压后向用户供电的网络，它 由架空线、配电所或柱上降压变压器和用户所构成。配电网的主要功能是从输电网中接受 电能，然后在通过配电变压器和线路将接受的电能进行分配或者直接消费电能。随着用电 负荷将急剧增加，配电网络的规模越来越大，为了适应城市环境空间资源日益稀缺的外部 条件，降低配电网的网损，满足用户对更高电能可靠性和供电质量要求，优化配电网优化运 行显得尤为重要。配电网重构是配电网优化运行的一种手段，它是通过改变线路断路器的 开合状态来变换配电网的拓扑结构，进而改变配电网的功率分布，使负荷分布更加合理，提 高经济效益和高供电质量。
[0003] 由于配电网重构是通过配电网支路开关的开合状态来转换网络拓扑结构，因此配 电网重构从数学上可以看作"〇"、"1"问题（支路开关闭合可设为"1"，断开可设为"〇")。现 阶段国内外研究学者提出了很多方法求解配电网重构最优解问题，归纳起来一共有三类： 第一类为传统数学优化算法，如线性规划法、动态规划法等，这类方法在理论上可获得全局 最优解，但计算复杂，且随着系统规模的增大，计算量将大大增加；第二类为启发式算法，如 支路交换法、最优流模式法等，计算速度得到提高，无法保证能够得到最优解；第三类为智 能算法，如遗传算法、模拟退火算法等，在配电网开关数量较多时，当有η个开关时，将会有 2 η种不同的状态组合，很容易出现维数灾的问题，将会产生大量的随机树状结构，形成很多 不可行解，并且计算时间较长，迭代次数也较大。因此，难以快速获得配电网重构最优解。 【
【发明内容】
】
[0004] 基于此，有必要针对现有技术中难以快速获得配电网重构最优解的问题，提供一 种配电网重构方法，能够快速获得配电网的最优拓扑结构。
[0005] -种配电网重构方法，包括步骤：
[0006] 根据配电网中父节点和子节点与支路开关的连接关系建立关联矩阵模型，并对所 述支路开关的通断状态赋值以形成关联矩阵集，其中，所述关联矩阵集包括至少一个关联 矩阵；
[0007] 分别对每个关联矩阵模拟配电网的拓扑结构，判断所述拓扑结构是否出现环网， 若所述拓扑结构出现环网，则在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵；
[0008] 若所述拓扑结构没有环网，则对所述拓扑结构进行潮流计算，如果所述拓扑结构 不符合潮流约束，则在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵；
[0009] 建立目标函数和约束条件，依据所述约束条件采用改进粒子群算法对所述目标函 数求解以获得最优拓扑结构，其中，所述目标函数包括最小化网损或者最小化负荷；
[0010] 根据所述最优拓扑结构对配电网进行重构。
[0011] 相应地,一种配电网重构系统,包括：
[0012] 矩阵建立模块，用于根据配电网中父节点和子节点与支路开关的连接关系建立关 联矩阵模型，并对所述支路开关的通断状态赋值以形成关联矩阵集，其中，所述关联矩阵集 包括至少一个关联矩阵；
[0013] 环网剔除模块，用于分别对每个关联矩阵模拟配电网的拓扑结构，判断所述拓扑 结构是否出现环网，若所述拓扑结构出现环网，则在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应 的关联矩阵；
[0014] 潮流剔除模块，用于在所述拓扑结构没有环网时，对所述拓扑结构进行潮流计算， 并在所述拓扑结构不符合潮流约束时，在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关联矩 阵；
[0015] 寻优模块，用于建立目标函数和约束条件，依据所述约束条件采用改进粒子群算 法对所述目标函数求解以获得最优拓扑结构，其中，所述目标函数包括最小化网损或者最 小化负荷；
[0016] 重构模块，用于根据所述最优拓扑结构对配电网进行重构。
[0017] 本发明通过根据配电网中节点与支路开关的连接关系建立关联矩阵模型，然后分 别对每个关联矩阵模拟配电网的拓扑结构，如果所述拓扑结构出现环网或者不符合潮流约 束，则在关联矩阵集中剔除该关联矩阵；最后，采用改进粒子群算法对关联矩阵进行寻优以 获得最优拓扑结构。由于配电网中不允许出现环网的拓扑结构以及拓扑结构需要符合潮 流约束，通过剔除关联矩阵集中出现环网或者不符合潮流约束的拓扑结构所对应的关联矩 阵，使得寻优的关联矩阵集中所有关联矩阵所对应的拓扑结构都是符合潮流约束和没有出 现环网的，减小了关联矩阵集的寻优范围，同时避免了将环网或者不符合潮流约束的拓扑 结构所对应的关联矩阵作为粒子群算法的粒子群时寻优出现局部最优而非全局最优的情 况，能够加快寻优速度快速获得配电网的最优拓扑结构，减少配电网重构所需时间。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0018] 图1为本发明一种配电网重构方法一种实施例的流程图；
[0019] 图2为本发明一种配电网重构方法一种实施例的配电网节点示意图；
[0020] 图3为本发明一种配电网重构系统一种实施例的结构框图。 【【具体实施方式】】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步地详细描述。
[0022] 请参阅图1，其是本发明一种配电网重构方法一种实施例的流程图。
[0023] -种配电网重构方法，包括步骤：
[0024] SlOl :根据配电网中父节点和子节点与支路开关的连接关系建立关联矩阵模型， 并对所述支路开关的通断状态赋值以形成关联矩阵集，其中，所述关联矩阵集包括至少一 个关联矩阵；
[0025] 所述父节点和子节点可以是配电网中的负载或电源。如图2所示，其是本发明一 种配电网重构方法一种实施例的配电网节点示意图。在图2中一共包括7个节点和8个支 路开关，其中节点1为父节点，节点2?节点7为子节点，节点1分别与支路开关KK1、支路 开关KK2和支路开关KK3相连，节点2分别与支路开关KKl和支路开关KK4相连，节点3分 别与支路开关KK2、支路开关KK5和支路开关KK6相连，节点4与支路开关KK3相连，节点5 分别与支路开关KK4、支路开关KK5和支路开关KK7相连，节点6分别与支路开关KK6、支路 开关KK7和支路开关KK8相连，节点7与支路KK8相连。
[0026] 根据上述连接关系建立关联矩阵模型，其中，关联矩阵模型的行可以代表父节点 以及子节点，列可以代表支路开关。所以图2中该配电网所对应的关联矩阵模型A为：
【权利要求】
1. 一种配电网重构方法，其特征在于，包括步骤： 根据配电网中父节点和子节点与支路开关的连接关系建立关联矩阵模型，并对所述 支路开关的通断状态赋值以形成关联矩阵集，其中，所述关联矩阵集包括至少一个关联矩 阵； 分别对每个关联矩阵模拟配电网的拓扑结构，判断所述拓扑结构是否出现环网，若所 述拓扑结构出现环网，则在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵； 若所述拓扑结构没有环网，则对所述拓扑结构进行潮流计算，如果所述拓扑结构不符 合潮流约束，则在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵； 建立目标函数和约束条件，依据所述约束条件采用改进粒子群算法对所述目标函数求 解以获得最优拓扑结构，其中，所述目标函数包括最小化网损或者最小化负荷； 根据所述最优拓扑结构对配电网进行重构。
2. 根据权利要求1所述的配电网重构方法，其特征在于，判断所述拓扑结构是否出现 环网的步骤，具体包括： 从父节点开始遍历支路开关在闭合状态下与父节点连接的子节点，并记录子节点的出 现次数； 若子节点的出现次数大于或等于预设次数，则判定该关联矩阵模拟配电网的拓扑结构 出现环网。
3. 根据权利要求1所述的配电网重构方法，其特征在于，所述建立目标函数和约束条 件的步骤包括： fη\ 所述目标函数数学模型为minIA> J 其中，Pi为节点i的网损，η为配电网的节点数量； 所述约束条件包括配电网的拓扑结构未出现环网以及配电网的拓扑结构符合潮流约 束。
4. 根据权利要求3所述的配电网重构方法，其特征在于，依据所述约束条件采用改进 粒子群算法对所述目标函数求解以获得最优的配电网拓扑方案的步骤，具体包括： 初始化粒子群并设置初始粒子的速度，其中，所述粒子群包括M个粒子，所述粒子为η维开关序列，所述开关序列通过提取关联矩阵集中M个关联矩阵各支路开关的值形成； 根据所述目标函数利用潮流计算得到每个粒子所对应的拓扑结构的网损Piit，将粒子i所对应的拓扑结构的网损Piit作为该粒子的历史最优网损Piibest，并将网损Piit中最小的网 损作为全局最优网损Pbest ; 根据所述历史最优网损和全局最优网损，对每个粒子进行速度更新和位置更新，形成 下一代粒子群； 剔除下一代粒子群中不符合约束条件的粒子，计算剔除不符合约束条件的粒子后的下 一代粒子群中粒子i所对应的拓扑结构的网损Pi;t+1 ; 如果粒子i的网损Piit+1小于该粒子的历史最优网损Piibest，则将历史最优网损Piibest赋 值为所述网损Piit+1 ;如果所述网损Piit+1中最小的网损小于全局最优网损Pbest，则将全局最 优网损Pbest赋值为所述网损Piit+1中最小的网损； 继续对下一代粒子群中的每个粒子进行速度更新和位置更新，直到迭代次数等于预设 的最大迭代次数，将全局最优网损Pbest所在粒子对应的拓扑结构作为最优拓扑结构。
5. 一种配电网重构系统，其特征在于，包括： 矩阵建立模块，用于根据配电网中父节点和子节点与支路开关的连接关系建立关联矩 阵模型，并对所述支路开关的通断状态赋值以形成关联矩阵集，其中，所述关联矩阵集包括 至少一个关联矩阵； 环网剔除模块，用于分别对每个关联矩阵模拟配电网的拓扑结构，判断所述拓扑结构 是否出现环网，若所述拓扑结构出现环网，则在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关 联矩阵； 潮流剔除模块，用于在所述拓扑结构没有环网时，对所述拓扑结构进行潮流计算，并在 所述拓扑结构不符合潮流约束时，在关联矩阵集中剔除所述拓扑结构对应的关联矩阵； 寻优模块，用于建立目标函数和约束条件，依据所述约束条件采用改进粒子群算法对 所述目标函数求解以获得最优拓扑结构，其中，所述目标函数包括最小化网损或者最小化 负荷； 重构模块，用于根据所述最优拓扑结构对配电网进行重构。
6. 根据权利要求5所述的配电网重构系统，其特征在于，所述环网剔除模块包括： 记录模块，用于从父节点开始遍历支路开关在闭合状态下与父节点连接的子节点，并 记录子节点的出现次数； 环网判定模块，用于在子节点的出现次数大于或等于预设次数时，判定该关联矩阵模 拟配电网的拓扑结构出现环网。
7. 根据权利要求5所述的配电网重构系统，其特征在于，所述目标函数数学模型为 (η\ miny]Pt， \i=l,n J 其中，Pi为节点i的网损，η为配电网的节点数量； 所述约束条件包括配电网的拓扑结构未出现环网以及配电网的拓扑结构符合潮流约 束。
8. 根据权利要求5所述的配电网重构系统，其特征在于，所述寻优模块包括： 初始化模块，用于初始化粒子群并设置初始粒子的速度，其中，所述粒子群包括M个粒 子，所述粒子为η维开关序列，所述开关序列通过提取关联矩阵集中M个关联矩阵各支路开 关的值形成； 网损计算模块，用于根据所述目标函数利用潮流计算得到每个粒子所对应的拓扑结构 的网损Piit,将每个粒子所对应的拓扑结构的网损Piit作为该粒子的历史最优网损Piibest，并 将网损Piit中最小的网损作为全局最优网损Pbest ; 更新模块，用于根据所述历史最优网损和全局最优网损，对每个粒子进行速度更新和 位置更新，形成下一代粒子群； 粒子剔除模块，用于剔除下一代粒子群中不符合约束条件的粒子，并计算剔除不符合 约束条件的粒子后的下一代粒子群中粒子i所对应的拓扑结构的网损Pi;t+1 ; 网损赋值模块，用于在粒子i的所述网损Piit+1小于历史最优网损Piibest时，将历史最 优网损Pi^st赋值为所述网损Pi，t+1 ;在所述网损Pi，t+1中最小的网损小于全局最优网损Pbest 时，将全局最优网损Pbest赋值为所述网损Piit+1中最小的网损； 拓扑判定模块，用于在所述更新模块进行预设最大迭代次数的速度更新和位置更新且 在粒子剔除模块剔除不符合约束条件的粒子以及网损赋值模块对全局最优网损Pbest赋值 后，将所述全局最优网损Pbest其所在粒子对应的拓扑结构判定为最优拓扑结构。
【文档编号】G06Q50/06GK104240150SQ201410459103
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】辛文成, 周敏, 朱海华, 陈荔, 孔志达, 贺艳芝, 简翔浩 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院