电网中减少无效解的网络重构预处理方法及预处理系统与流程
本发明涉及电网技术，尤其涉及一种电网中减少无效解的网络重构预处理方法及预处理系统。
背景技术
电网重构是通过改变电网中开关的状态达到经济运行目的的手段，方法有很多种，提高重构的速度是关键。有从算法上改进提高搜索速度来提升重构速度的，比如粒子群算法、蚁群算法等智能算法，但是没有从根本上减少搜索空间，待搜索空间依然很庞大，速度提升不明显；有从简化拓扑结构方面进行研究的方法，比如基于基本矩阵环的方法，通过定义矩阵环简化了粒子编码方式，缩短了编码长度，提高了搜索效率，但是仍然避免不了劣解的产生，需要进行孤岛检测仍需消耗过多的时间排除不可行解。可见，现有技术在电网重构时，待搜索空间数量还很大，搜索速度还较低，影响了电网重构速度。
技术实现要素：
本发明主要目的在于，提供一种电网中减少无效解的网络重构预处理方法及预处理系统，通过简化网络结构减少搜索空间，提高搜索速度。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种电网中减少无效解的网络重构预处理方法，包括：
步骤1：根据电网网络辐射状要求简化所述网络，以减少解空间数量，并减少部分不可行解的出现；
步骤2：定义环路矩阵h＝(hij)a×b，其中，a表示电网中环路的总个数，b表示各个环路中开关总数的最大值，元素hij表示第i个环路中从任一方向开始数的第j个开关的编号；
步骤3：将所述环路矩阵中每行的非零元素分为a个部分，形成环路分块矩阵m＝(mij)a×a，该矩阵为a行a列方阵，元素mij表示第i个环路与第j个环路共有的开关集合；所述环路分块矩阵将所有需要搜索的开关分成了最多a×(a+1)/2个开关集合；
步骤4：从所述最多a×(a+1)/2个开关集合中选择a个子集，再从每个子集中分别选择一个开关并进行重组，然后通过搜索算法从重组得到的各组合里选出最优解。
进一步地，所述步骤1包括：
步骤1-1：闭合所述网络中所有的联络开关与分段开关；
步骤1-2：在拓扑图中略去不在任何一个环路内的开关；
步骤1-3：在拓扑图中略去与电源点直接相连的开关。
进一步地，在步骤2中，每个环路内所含开关总数不一致，若某个环路内开关总数小于b，则在该行末尾元素后面补0，直至每行元素个数为b。
进一步地，在步骤3中，若元素mij没有共有的开关，则该元素为零，最后去掉原本的零元素。
进一步地，所述步骤4中，进行重组基于以下前提：
所述环路分块矩阵中，每一行和每一列均至少有一个开关集合被选择；
选择的子集个数与所述环路的总个数和所述联络开关的数量相等；
选出的开关集合中至少有一个环路分块矩阵中对角线上的元素。
进一步地，所述步骤4包括：
首先选择独立开关构成子集，得到a个子集的初始集合[m11,m22,m33,...,maa]；
假定第一个环路内独立开关集合m11必然被选定，然后在初始集合另外a-1个元素中填补剩余元素，得到第一步解集[m11,{m12,m22，m32，...,ma2}，{m13,m23,m33,...,ma3},...，{m1a，m2a，m3a，...,maa}]；
将上述解集中重复的元素删去，得到解空间[m11,{m12,m22,m32,...,ma2},{m13,m33,...,ma3}，...,{m1a,maa}]，由此得到集合m11必然被选择而形成的解空间；
按照上述方法依次得到剩余a-1个解空间：
[{m11,m21,m31,...,ma1},m22,{m23,m33,...，ma3},...，{m2a，maa}]
[{m11，m21,m31,...,ma1},{m22,m32,...,ma2},m33,...,{m3a,maa}]
……
[{m11,m21,m31,...,ma1},{m22,m32,...，ma2}，{m33，m43，...，ma3}，...,{ma-1a-1,ma-1a},maa]；
从第二个解空间开始检查，若含有前面出现过的独立开关集合mii，i＝1，2，3，,,a，则将其去掉，得到最终的a个解空间：
[m11,{m12,m22,m32,...,ma2},{m13,m33,...,ma3},...,{m1a,maa}]
[{m21,m31,...,ma1},m22,{m23,m33,...,ma3},...,{m2a,maa}]
[{m21,m31,...,ma1},{m32,...,ma2},m33,...,{m3a,maa}]
…...
[{m21,m31,...,ma1},{m32,...,ma2},{m43,...,ma3},...,ma-1a,maa]。
一种电网中减少无效解的网络重构预处理系统，包括：
网络简化模块，用于根据电网网络辐射状要求简化所述网络，以减少解空间数量，并减少部分不可行解的出现；
环路矩阵构造模块，用于定义环路矩阵h＝(hij)a×b，其中，a表示电网中环路的总个数，b表示各个环路中开关总数的最大值，元素hij表示第i个环路中从任一方向开始数的第j个开关的编号；
环路矩阵分块模块，用于将所述环路矩阵中每行的非零元素分为a个部分，形成环路分块矩阵m＝(mij)a×a，该矩阵为a行a列方阵，元素mij表示第i个环路与第j个环路共有的开关集合；所述环路分块矩阵将所有需要搜索的开关分成了最多a×(a+1)/2个开关集合；
环路分块矩阵重组模块，用于从所述最多a×(a+1)/2个开关集合中选择a个子集，再从每个子集中分别选择一个开关并进行重组，然后通过搜索算法从重组得到的各组合里选出最优解。
进一步地，所述网络简化模块具体用于：
闭合所述网络中所有的联络开关与分段开关，以及在拓扑图中略去不在任何一个环路内的开关，以及在拓扑图中略去与电源点直接相连的开关。
进一步地，每个环路内所含开关总数不一致，若某个环路内开关总数小于b，则所述环路矩阵构造模块在该行末尾元素后面补0，直至每行元素个数为b。
进一步地，若元素mij没有共有的开关，则该元素为零，所述环路矩阵分块模块最后去掉原本的零元素；
所述环路分块矩阵重组模块进行重组基于以下前提：
所述环路分块矩阵中，每一行和每一列均至少有一个开关集合被选择；
选择的子集个数与所述环路的总个数和所述联络开关的数量相等；
选出的开关集合中至少有一个环路分块矩阵中对角线上的元素。
与现有技术相比，本发明提供的电网中减少无效解的网络重构预处理方法及预处理系统，通过对原始电网进行简化，并定义环路矩阵，然后对其进行分块和重组，完成网络重构的预处理，避免了在不可行解内搜索，减少了搜索空间，减少了无效解的产生，提高了搜索速度，节省了时间成本，经过本发明网络重构预处理后，能够有效提高电网重构速度，实现电网经济运行目的。
附图说明
图1是本发明实施例电网中减少无效解的网络重构预处理方法的流程示意图；
图2是ieee33节点示意图；
图3是简化ieee33节点示意图；
图4是本发明实施例电网中减少无效解的网络重构预处理系统的组成原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的电网中减少无效解的网络重构预处理方法，包括：
步骤1：根据电网网络辐射状要求简化网络，以减少解空间数量，并减少部分不可行解的出现；
步骤2：定义环路矩阵h＝(hij)a×b，其中，a表示电网中环路的总个数，b表示各个环路中开关总数的最大值，元素hij表示第i个环路中从任一方向开始数的第j个开关的编号；
步骤3：将环路矩阵中每行的非零元素分为a个部分，形成环路分块矩阵m＝(mij)a×a，该矩阵为a行a列方阵，元素mij表示第i个环路与第j个环路共有的开关集合；环路分块矩阵将所有需要搜索的开关分成了最多a×(a+1)/2个开关集合；
步骤4：从最多a×(a+1)/2个开关集合中选择a个子集，再从每个子集中分别选择一个开关并进行重组，然后通过搜索算法从重组得到的各组合里选出最优解。
上述各步骤中，步骤1包括：
步骤1-1：闭合网络中所有的联络开关与分段开关。
步骤1-2：对于不在任何一个环内的开关，由于断开后会形成孤岛，故在配电网中必然闭合，因此在拓扑图中略去不在任何一个环路内的开关。
步骤1-3：由于与电源点直接相连的开关必须闭合，所以也不必考虑此类开关，因此在拓扑图中略去与电源点直接相连的开关。
网络简化后将形成一个封闭的、各环路相互接触的复杂环网。
在步骤2中，需要注意的是，每个环路内所含开关总数不一致，若某个环路内开关总数小于b，则在该行末尾元素后面补0，直至每行元素个数为b。
在步骤3中，若元素mij没有共有的开关，则该元素为零，最后去掉原本的零元素。
在步骤4中，进行重组基于以下前提：
1)环路分块矩阵中，每一行和每一列均至少有一个开关集合被选择，即
s＝[s1,s2,s3,...,sa]
si∈mij(j＝1,2,...,a)；
2)选择的子集个数与环路的总个数和联络开关的数量相等；
3)选出的开关集合中至少有一个环路分块矩阵中对角线上的元素，即
si∈mjj(i,j＝1,2,...,a)。
根据第3个前提，由于独立开关集合必须有一个被选择，则可首先将此类开关选择出来得到初始集合。基于此，步骤4包括：
首先选择独立开关构成子集，得到a个子集的初始集合[m11,m22,m33,...,maa]；
假定第一个环路内独立开关集合m11必然被选定，然后在初始集合另外a-1个元素中填补剩余元素，得到第一步解集[m11,{m12,m22,m32,...,ma2},{m13,m23,m33,...,ma3},...,{m1a,m2a,m3a,...,maa}]；
由于环路分块矩阵为对称矩阵，因此，将上述解集中重复的元素删去，得到解空间[m11,{m12,m22,m32,...,ma2},{m13,m33,...,ma3},...,{m1a,maa}]，由此得到集合m11必然被选择而形成的解空间；
按照上述方法依次得到剩余a-1个解空间：
[{m11,m21,m31,...,ma1},m22,{m23,m33,...,ma3},...,{m2a,maa}]
[{m11,m21,m31,...,ma1},{m22,m32,...,ma2},m33,...,{m3a,maa}]
……
[{m11,m21,m31,...,ma1},{m22,m32,...,ma2},{m33,m43,...,ma3},...,{ma-1a-1,ma-1a},maa]；
虽然在上述a个解空间内部选择解集时已没有重复部分，但各个解空间之间仍无法避免搜索到同一解，如每个解空间内部都可选择[m11,m22,m33,...,maa]，构成待解空间，所以需做进一步简化。因此，从第二个解空间开始检查，若含有前面出现过的独立开关集合mii，i＝1,2,3,,,a，则将其去掉，得到最终的a个解空间：
[m11,{m12,m22,m32,...,ma2},{m13,m33,...,ma3},...,{m1a,maa}]
[{m21,m31,...,ma1},m22,{m23,m33,...,ma3},...,{m2a,maa}]
[{m21,m31,...,ma1},{m32,...,ma2},m33,...,{m3a,maa}]
…...
[{m21,m31,...,ma1},{m32,...,ma2},{m43,...，ma3}，...，ma-1a，maa]。
以下以ieee33节点为例，说明本发明技术方案：
图2为ieee33节点示意图，简化后得到一个含有五个环路的网络，图3为简化后的ieee33节点示意图。图2和图3中的不带圈的数字表示节点编号，圈中数字表示环路编号。简化后形成环路矩阵：
然后得到环路分块矩阵：
1：[a,{b,e,f，g}，{h，i}，{c，j，k}，{d，l}]，各部分开关数为：4，7，4，1，10
2：[{b，c，d}，e，{f，h，i},{j,k},{g,l}]，各部分开关数为：6,2,7,8,9
3：[{b,c,d},{f,g},h,{j,k},{i,l}]，各部分开关数为：6,4,3,8,9
4：[{b,c,d},{f,g},i,j,{k,l}]，各部分开关数为：6,4,1,4,12
5：[{b,c,d},{f,g},i,k,l]，各部分开关数为：6,4,1，4，8
经计算，上述五个解空间内的重构解数目分别为12320、6048、5184、1152、768，总数为25472个，若按原始网络结构进行求解则有c537(即435879)个。利用本发明技术方案将总数降低到了原来的5.84％，搜索空间大大降低，提高了搜索效率。
如图4所示，基于上述预处理方法，本发明实施例还提供了一种电网中减少无效解的网络重构预处理系统，包括：
网络简化模块，用于根据电网网络辐射状要求简化网络，以减少解空间数量，并减少部分不可行解的出现；
环路矩阵构造模块，用于定义环路矩阵h＝(hij)a×b，其中，a表示电网中环路的总个数，b表示各个环路中开关总数的最大值，元素hij表示第i个环路中从任一方向开始数的第j个开关的编号；
环路矩阵分块模块，用于将环路矩阵中每行的非零元素分为a个部分，形成环路分块矩阵m＝(mij)a×a，该矩阵为a行a列方阵，元素mij表示第i个环路与第j个环路共有的开关集合；环路分块矩阵将所有需要搜索的开关分成了最多a×(a+1)/2个开关集合；
环路分块矩阵重组模块，用于从最多a×(a+1)/2个开关集合中选择a个子集，再从每个子集中分别选择一个开关并进行重组，然后通过搜索算法从重组得到的各组合里选出最优解。
其中，网络简化模块具体用于：
闭合网络中所有的联络开关与分段开关，以及在拓扑图中略去不在任何一个环路内的开关，以及在拓扑图中略去与电源点直接相连的开关。
其中，每个环路内所含开关总数不一致，若某个环路内开关总数小于b，则环路矩阵构造模块在该行末尾元素后面补0，直至每行元素个数为b。
其中，若元素mij没有共有的开关，则该元素为零，环路矩阵分块模块最后去掉原本的零元素；
环路分块矩阵重组模块进行重组基于以下前提：
环路分块矩阵中，每一行和每一列均至少有一个开关集合被选择；
选择的子集个数与环路的总个数和联络开关的数量相等；
选出的开关集合中至少有一个环路分块矩阵中对角线上的元素。
该预处理系统用于执行上述预处理方法，各模块与上述预处理方法中的各步骤一一对应，具体可参考上述预处理方法中的描述，在此不再赘述。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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