一種分層分區(qū)的配電網架規(guī)劃方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于供配電技術領域，具體涉及一種分層分區(qū)的配電網架規(guī)劃方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟水平的不斷發(fā)展、技術創(chuàng)新力的不斷提升，在全國各地，一大批拉動 所在地區(qū)經濟增長的產業(yè)園、創(chuàng)新示范園區(qū)相繼建立并快速發(fā)展，大量公司、機構、廠家、科 研院所相繼進駐各地區(qū)新興產業(yè)園，其對電力供應多樣化的需求促使園區(qū)所在地的電網網 架亟待進行新一輪的規(guī)劃與改擴建，以滿足越來越多、越來越高的供電水平要求。
[0003] 近年來，隨著電網規(guī)劃技術上的不斷更新發(fā)展，一些新的規(guī)劃理念開始在電網規(guī) 劃應用中不斷涌現：（1)電網網架結構規(guī)劃理念的更新：規(guī)劃理念從原有的保障基本供電 服務開始變?yōu)橐浞煮w現"下一級電網對上一級電網的支持"，強調大系統的安全性以及對 電網末端用戶供電的可靠性理念；（2)企業(yè)經濟效益最大化理念：隨著國民經濟發(fā)展進入 增長穩(wěn)定期，電網的新建改建目的逐步從滿足量的需求變?yōu)闈M足質的需求，以期通過電網 的新建、改建、擴建使用戶的經濟風險與電網的成本風險達到平衡，以謀求電網企業(yè)的經濟 效益最大化；(3)分布式電源不斷出現對供電理念的影響：分布式電源的安裝、調試、運行 是對當前集中供電方式的有益補充，將會對城網發(fā)展產生深遠影響。
[0004] 基于上述原因，針對新形勢下網架規(guī)劃中出現的新情況以及面臨的新問題，國內 外學者對網架規(guī)劃的方式方法提出了諸多新的理論與方法手段，如ParetO多目標優(yōu)化理 論、分層多目標規(guī)劃方法、組件式地理信息系統，模糊規(guī)劃方法等；對于相應的優(yōu)化問題的 求解算法，有學者提出啟發(fā)式算法，以靈敏度法為基礎，從待擴展網絡開始的"逐步加線法" 和從加入所有待選線路開始的"逐步減線法"。也有學者提出數學規(guī)劃算法等其他算法，豐 富了網架規(guī)劃中優(yōu)化問題的求解方法，使工程實施者能夠針對不同的網架優(yōu)化目標選取最 合理的網架規(guī)劃方法。但是，現有的規(guī)劃方法均存在一定局限性，不能充分利用已有的網絡 架構，難以提升電網規(guī)劃優(yōu)化的合理性，也不能滿足日益發(fā)展的供電要求。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種分層分區(qū)的配電網架規(guī)劃方 法，可以有效提升電網規(guī)劃優(yōu)化的合理性，同時充分利用已有網架，節(jié)約建設成本，使得規(guī) 劃后的網架既能滿足供電要求又能具有較高的經濟性。
[0006] 本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：
[0007] -種分層分區(qū)的配電網架規(guī)劃方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、對整個城市配電網網架結構進行分區(qū)；按照線性規(guī)劃方法對所規(guī)劃區(qū)域 的電網進行供電能力計算；借助于分層規(guī)劃的思想建立聯合優(yōu)化的兩層多目標聯合規(guī)劃模 型；對兩層多目標規(guī)劃問題進行轉化和分析；
[0009] 步驟2、采用聯合編碼方式將網架結構與分區(qū)方式進行聯合編碼；根據聯合編碼 采用兩層多目標遺傳算法對編碼進行處理，得到規(guī)劃運算結果。
[0010] 而且，所述對整個城市配電網網架結構進行分區(qū)的方法為：以最高電壓等級變電 站為主要分區(qū)依據，將下一級變電站劃入到相應各自的變電站的供電管轄范圍中，從而形 成一個個或多個最高電壓等級的變電站帶動一片低電壓等級地區(qū)的格局。
[0011] 而且，所述按照線性規(guī)劃方法對所規(guī)劃區(qū)域的城市配電網進行供電能力計算的數 學模型為：
[0014] 式中，PSC表示供電能力，為負荷節(jié)點的個數；P1為第i個負荷點的有功功率； P、9分別為節(jié)點有功注入和電壓相角向量，B為網絡導納陣，CulOT，Cuhlgh分別為線路容量 的下限和上限，Pl，lciw，Pl，hlgh分別為節(jié)點功率的下限和上限。
[0015] 而且，所述兩層多目標聯合規(guī)劃模型包括第一層規(guī)劃模型和第二層規(guī)劃模型，其 中，第一層規(guī)劃模型為：
[0016]LI:Min[Cf (X)，-Psc (X，y)]
[0017] s.t.g(x，y) {彡，=，彡}0
[0018] 式中：y為連續(xù)變量，表示潮流和電壓；X為整數變量，表示線路建設的決策變量； Cf(X)表示線路投資；Psc(x,y)為連通網架的供電能力；g(x,y) {彡，=，彡}0為規(guī)劃中的 所有約束條件集合，包括網架結構約束、直流潮流約束、N-I狀態(tài)下線路潮流約束；
[0019] 第二層規(guī)劃模型為：
[0021 ]s.tgi(X，y) {彡，=，彡} 0,（Ii (X，y) {彡，=，彡} 0
[0022] i= 1，2, ...Hipartltlon
[0023] 式中：y為連續(xù)變量，表示潮流和電壓；X為整數變量，表示線路建設的決策變量； mpartltlcin表示分區(qū)的個數；心」> 為i分區(qū)電網的供電能力AU,y)為i分區(qū)電網的最小 切負荷量，采用文中的計算方法得到；gi(x，y) {彡，=，彡}0為分區(qū)i電網的技術性約束 條件；(I1Uy) {彡，=，彡}0表示分區(qū)i方案可行性約束條件，包括各分區(qū)電網內變電站 容量小于該分區(qū)電源的可用容量及某些管理因素。
[0024]而且，所述對兩層多目標規(guī)劃問題進行轉化和分析的方法是：將其歸結為一個兩 層多目標極小化問題，其一般形式表示為：
[0028] 定義第一優(yōu)先層，代表網架結構的優(yōu)化；定義第二優(yōu)先層，代表分區(qū)方式的優(yōu)化； Ps(s= 1，2)是優(yōu)先層次的記號，Z為優(yōu)化問題解的可行域。
[0029] 而且，所述網架編碼方法為：每一位數字代表某一規(guī)劃路徑，其數值表示該路徑 上供電線路的回路條數，形成初始種群時，每一位上的數值取該規(guī)劃路徑現有回路數與最 大可能回路數之間的某一隨機值；所述分區(qū)編碼方法為：負數表示最高一級變電站節(jié)點編 號，正數表示下一級變電站，每個負數與后面的一個或幾個正數代表一個分區(qū)。
[0030] 而且，所述根據聯合編碼采用兩層多目標遺傳算法對編碼進行處理的方法包括以 下步驟：
[0031] (1)構建連通網架：構建基本網架；基于關聯矩陣的網架修正：各分區(qū)重復搜索；
[0032] (2)計算適應值：將種群的所有個體按照Pareto秩由小到大排列，對于Pareto秩 相同的個體，按照首要目標函數的值由小到大排列，并對所有個體的排列序號賦值，用于個 體適應度的計算；所有優(yōu)化目標作為求取個體Pareto秩時的衡量標準，對個體X1，其適應 度函數Ht1(X)可由上文推導的計算式得到；
[0033] (3)保存雙精英種群；
[0034] (4)進行分層進化；
[0035] (5)修正交叉、變異算子及編碼。
[0036] 而且，所述步驟（3)保存雙精英種群的方法為：根據聯合編碼策略，對網架結構 內的各個元件進行編碼，從而形成父種群，對父種群P(t)中的個體進行交叉、變異，形成子 種群Ps°n(t)，合并后按個體的適應度由大到小在其中選擇前y個個體，形成新的父種群 P(t+1);將每代進化后新出現的沒有被支配的個體增加至相應的精英種群PkOPYt)中 去，并按照各自目標繼續(xù)尋找現有精英種群中的沒有被支配的個體，同時累計這類個體的 數目
[0037] 而且，所述步驟（4)進行分層進化通過以下步驟實現：
[0038]①假設父種群為P(t)，得到P1 (t)、P2 (t)，可知P1 (t)中的個體是網架較優(yōu)的個體， P1U)中個體進行分區(qū)方式編碼的交叉、變異，得到新個體集合P2 (t);
[0039] ②形成集合，將其中使目標(./T(x)，.A1(KU))非被支配的個體添加 至IJ集合PW)，形成PYt+l)，類似由P1U)到P2(t)的方法，從PW+l)可求出P2(t+1);
[0040] ③對p(t)中的個體進行網架編碼的交叉、變異，形成子種群P'（t)，進而形成新的 父種群p(t+l)。
[0041] 而且，所述步驟（5)修正交叉、變異算子及編碼的方法通過以下步驟實現：
[0042] ①對網架編碼采用單點交叉方法，對分區(qū)編碼采用改進順序交叉方法；
[0043] ②網架編碼變異操作方法為：隨機選擇一個或多個要進行變異的位，對每一位在 0~6中隨機選一個值將其替換；分區(qū)編碼變異操作方法為：互換隨機選擇的不重合的兩段 編碼；
[0044] ③交叉、變異操作后，檢驗當前種群各個體，若不滿足要求，則對個體的編碼進行 修正，包括網架編碼中對現有回路的考慮、按照節(jié)點的分區(qū)屬性值調整其所在分區(qū)。
[0045] 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：
[0046] 1、本發(fā)明在現有網架規(guī)劃優(yōu)化方法及其編碼方式的基礎上，將城市配電網網架結 構與分區(qū)方式的相結合，共同考慮到網架規(guī)劃問題中；將供電能力作為規(guī)劃模型的目