本发明涉及一种用于配电网领域的考虑合环约束的配电网重构方法方法。
背景技术：
配电网一般具有闭环设计、开环运行的特点，包含有大量分段开关和少量联络开关。配电网重构就是通过改变这些开关的状态来变换网络结构，从而优化网络的运行参数。它是降低配电网损耗的有效途径，并且还可均衡负荷、消除过载及提高供电电压质量。
合解环操作是配电网调度部门常用的调整配网运行方式的重要手段。即先合上某个联络开关构成环网，再拉开环网上的某个分段开关以恢复其辐射状接线，这样可在无用户失电的情况下实现线路负荷的转移。随着网架接线的日趋复杂和人们对供电可靠性的日益提高，合解环操作已成为配电网调度人员调整网架结构实现潮流再分配的常规操作。
然而，现有的配电网重构方法在网络安全性约束的处理方面，大多是对故障恢复模型求解后的最终恢复方案进行总的安全校验，对故障恢复方案的详细开关操作实现过程及每个开关操作后的网络安全情况未做深入分析，尤其未考虑故障恢复过程中合环操作所需满足的节点电压和线路潮流约束。因此，尽管最终的重构方案能够满足安全性约束，在重构方案的实现过程中可能造成线路越限，重构方案实现的可行性有待进一步论证。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种考虑合环约束的配电网重构方法，它能够使重构的配电网结构既可以实现降低网损的目标，又可以避免因重构操作造成的新用户停电，提升了配电网的供电可靠性。
实现上述目的的一种技术方案是：一种考虑合环约束的配电网重构方法，其特征在于，该方法包括：
建立考虑合环约束的配电网重构模型；
使用贪婪随机自适应搜索算法求解所述考虑合环约束的配电网重构模型。
2.根据权利要求1所述的一种考虑合环约束的配电网重构方法，其特征在于，所述考虑合环约束的配电网重构模型包括建立以网损最小为目标的目标函数、建立约束条件和建立操作步骤；
所述目标函数为：
所述约束条件包括合环操作后单环网接线时的网络约束集合、解环操作后辐射状接线时的网络约束集合和合解环操作步骤；
所述合环操作后单环网接线时的网络约束集合为：
所述解环操作后辐射状接线时的网络约束集合为：
所述合解环操作步骤为：t＝1,2,…g
其中，ploss为系统的有功损耗，nl为线路条数，nb为节点个数，rij、pij、qij、iij、zij、sijmax分别为线路ij的电阻、有功功率、无功功率、电流、最大视在功率，vi、vj分别为节点i和节点j的电压。vi,max、vi,min分别为节点i的电压上下限值。pdj、qdj分别为节点j的有功负荷和无功负荷数值。g为合解环操作总步数，一个合解环操作代表一步，t表示第t个合解环操作步骤。2t的变量代表解环后辐射状接线时的变量，所有下标为2t-1的变量代表合环后单环网接线时的变量。
进一步的，所述使用贪婪随机自适应搜索算法求解所述考虑合环约束的配电网重构模型包括如下步骤：
步骤1：输入原始数据从而构建考虑合环约束的配电网重构模型；
步骤2：设定网络最小损耗g，设定终止求解考虑合环约束的配电网重构模型的最大迭代次数n；
步骤3：构建配电网重构方案，所述配电网重构方案需要满足所述约束条件；
步骤4：对构建的所述配电网方案进行局部搜索，以寻求局部最优的重构方案，假定搜索后确定的局部最优重构方案的投资总成本为l；
步骤5：更新最优解，迭代次数k＝k+1，若l<g，则g＝l,并记录此时的局部最优重构方案为全局最优重构方案。
更进一步的，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1:使用前推回代算法计算当前辐射状接线配网潮流；
步骤3.2：计算所有联络开关两侧的电压差并按照降序排序，选择前cl个开关形成备选合环开关集合；
步骤3.3：从备选开关集合中随机选择一个联络开关并合上；
步骤3.4：计算配电网合环潮流并验证安全性约束是否满足，如果满足，转向步骤3.5，否则转向步骤3.3；
步骤3.5：在联络开关所形成的环网内，选择使网损降低程度最大的分段开关并打开。其中，不同分段开关网损降低程度可由式
步骤3.6使用前推回代算法计算解环后的辐射状接线配网潮流，如果满足安全性约束，保留该操作，转向步骤3.7；否则，标记该分段开关在此环内不可打开，转向步骤3.5；
步骤3.7若网损变化指标δp＞0，转向步骤1；否则，结束程序并输出候选重构方案。
更进一步的，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：选择步骤3生成的重构方案作为局部搜索阶段最初方案；
步骤4.2：选择重构方案中的一个合解环操作并临时取消该操作；
步骤4.3：计算配电网潮流，求解网损变化量δp；
步骤4.4：如果δp＞0，即网损增加，则在重构方案中保留该合解环操作，标记其为不可取消操作，转向4.2；否则，若网损不变或降低，则在重构方案中永久取消该合解环操作，转向步骤5；
步骤4.5：若重构方案中的所有的合解环操作均已取消验证完毕，输出最终重构方案，否则，转向步骤4.2。
本发明的考虑合环约束的配电网重构方法，通过在传统配电网重构模型中引入合解环的约束，使得求解的配电网重构方案能够完全通过合解环操作实现，并使用贪婪随机自适应搜索算法求得模型最优解，使得重构的配电网结构既可以实现降低网损的目标，又可以避免因重构操作造成的新用户停电，提升了配电网的供电可靠性。
附图说明
图1为本发明的使用贪婪随机自适应搜索算法求解所述考虑合环约束的配电网重构模型的流程图。
具体实施方式
本发明的为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：
考虑合解环操作后，配电网重构模型既要包含辐射型接线下的系统安全性约束，也要包含环网接线下的系统安全性约束。为确保重构操作具体实现过程中的网络安全性，需在模型中对每个开关操作后的网架接线增加安全性约束。同时，考虑到配电网操作的实际情况，同一时间一般仅实现一个合解环操作。基于上述考虑，本文建立的考虑合环约束的配电网重构模型如下：
(4)t＝1,2,…g
模型中，式(1)为目标函数，本发明的目的即以线路网损最小为目标。目标函数中下标为2g的变量代表所有合解环操作结束、重构所得最终辐射状网架的运行变量。
式(2)为合环操作后单环网接线时的网络约束集合，所有下标为2t-1的变量代表合环后单环网接线时的运行变量。此约束集包含配电网合环操作后单环网运行情况下的功率平衡约束、基尔霍夫电压定律约束、线路限值约束、电压限值约束、合环拓扑约束。
式(3)为解环操作后辐射状接线时的网络约束集合，所有下标为2t的变量代表解环操作后辐射状接线时的运行变量。此约束集包含配电网解环操作后辐射状运行情况下的功率平衡约束、基尔霍夫电压定律约束、线路限值约束、电压限值约束、合环拓扑约束。
式(4)代表合解环操作步骤，t表示第t个合解环操作步骤。
从式(2)和式(3)可以看出，除变量下标外，唯一的不同之处是节点个数nb和支路条数nl的等式关系。合环操作后因为配电网架中存在单环网，因此节点个数和支路条数个数相同。
与传统的配电网重构模型相比，本文所建模型包含了更多的变量和约束条件，增加的变量和约束条件代表重构过程中每个合解环操作所需满足的各种网络平衡约束和电压功率限值约束。因此，求解本文所建模型得到的配电网重构方案能够反映开关的具体操作过程，具有操作可行性。
本文使用改进的贪婪随机自适应搜索算法(grasp)求解所建立的考虑合环约束的配电网重构模型。
相比遗传算法、模拟退火算法等其他近代优化算法，grasp算法的优点是需要设置的参数信息较少且比较容易设置，另外，由于grasp算法是基于构造阶段生产初始可行方案，因此重构阶段的开关操作过程可以在构造阶段直接反映并进行安全性验证，而其它类型的现代优化算法一般直接给出了最终重构方案，无法体现详细的重构过程。
使用grasp算法求解考虑合环约束的配电网重构模型的步骤如下：
步骤1：输入原始数据从而构建考虑合环约束的配电网重构模型；
步骤2：设定网络最小损耗g，设定终止求解考虑合环约束的配电网重构模型的最大迭代次数n；
步骤3：构建配电网重构方案，所述配电网重构方案需要满足所述约束条件；
步骤4：对构建的所述配电网方案进行局部搜索，以寻求局部最优的重构方案，假定搜索后确定的局部最优重构方案的投资总成本为l；
步骤5：更新最优解，迭代次数k＝k+1，若l<g，则g＝l,并记录此时的局部最优重构方案为全局最优重构方案。
从上述grasp算法的计算步骤可以看出，构造阶段的步骤3和局部搜索阶段的步骤4是该算法的最重要环节。这两个环节的详细步骤如下：
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1:使用前推回代算法计算当前辐射状接线配网潮流；
步骤3.2：计算所有联络开关两侧的电压差并按照降序排序，选择前cl个开关形成备选合环开关集合；
步骤3.3：从备选开关集合中随机选择一个联络开关并合上；
步骤3.4：计算配电网合环潮流并验证安全性约束是否满足，如果满足，转向步骤3.5，否则转向步骤3.3；
步骤3.5：在联络开关所形成的环网内，选择使网损降低程度最大的分段开关并打开。其中，不同分段开关网损降低程度可由式
步骤3.6使用前推回代算法计算解环后的辐射状接线配网潮流，如果满足安全性约束，保留该操作，转向步骤3.7；否则，标记该分段开关在此环内不可打开，转向步骤3.5；
步骤3.7若网损变化指标δp＞0，转向步骤1；否则，结束程序并输出候选重构方案。
通过构造阶段的步骤3，即形成一个初始可行的配电网重构方案。
随后执行的局部搜索阶段的步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：选择步骤3生成的重构方案作为局部搜索阶段最初方案；
步骤4.2：选择重构方案中的一个合解环操作并临时取消该操作；
步骤4.3：计算配电网潮流，求解网损变化量δp；
步骤4.4：如果δp＞0，即网损增加，则在重构方案中保留该合解环操作，标记其为不可取消操作，转向4.2；否则，若网损不变或降低，则在重构方案中永久取消该合解环操作，转向步骤5；
步骤4.5：若重构方案中的所有的合解环操作均已取消验证完毕，输出最终重构方案，否则，转向步骤4.2。
通过n次的构造和局部搜索，选择n个局部最优解中网损最小的一个作为全局最优解，即完成模型求解过程，构建了配电网的重构方案。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。