一種配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其與一種配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)設(shè)計(jì)方法有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，就是在滿(mǎn)足配電網(wǎng)電壓質(zhì)量要求、線路電流要求、變壓器容量要求 并呈輻射狀運(yùn)行的前提下，獲得配電網(wǎng)電網(wǎng)某一指標(biāo)（如網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損、電壓質(zhì)量或負(fù)載均衡 等）或者多個(gè)指標(biāo)最佳情況下的配電網(wǎng)運(yùn)行方式。改變配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式是通過(guò)操作配 電網(wǎng)中的分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于配電網(wǎng)中存在著大量可操作的分段開(kāi)關(guān)和聯(lián) 絡(luò)開(kāi)關(guān)，因此配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是一個(gè)多目標(biāo)非線性的混合優(yōu)化問(wèn)題，要解決該問(wèn)題首先要建 立配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，然后利用相應(yīng)的優(yōu)化算法進(jìn)行求解。
[0003] 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，因此其數(shù)學(xué)模型同其他優(yōu)化模型一樣，包 括了目標(biāo)函數(shù)和約束條件。
[0004] 1.約束條件
[0005] 為了保證配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行，重構(gòu)過(guò)程中的配電網(wǎng)絡(luò)需要滿(mǎn)足以下約束條件：
[0006] (1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束
[0007] 配電網(wǎng)一般為閉環(huán)設(shè)計(jì)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行，要求重構(gòu)后的配電網(wǎng)必須為輻射狀。
[0008] (2)供電約束
[0009] 重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)必須滿(mǎn)足負(fù)荷要求，不能有孤立節(jié)點(diǎn)。 _〇] ⑶電壓約束V1,_彡V # V
[0011] 式中，\_，\_分別為節(jié)點(diǎn)i允許的電壓上限和電壓下限。
[0012] ⑷支路功率約束SjS S ^ax
[0013] 式中，S#表支路j上流過(guò)的功率，S ^ax代表支路j上允許流過(guò)的最大功率。
[0014] 2.常用目標(biāo)函數(shù)
[0015] (1)以網(wǎng)損最小為目標(biāo)
[0016] 以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)可表示為：
[0018] 其中，1^表示支路i的狀態(tài)，為1表示支路閉合，為0表示支路斷開(kāi)為支路i的 電阻；PpQ1為支路i末端流過(guò)的有功功率和無(wú)功功率；U i為支路i末端節(jié)點(diǎn)電壓；b為支路 總數(shù)。
[0019] (2)以負(fù)載均衡為目標(biāo)
[0020] 以負(fù)荷均衡為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)可表示為：
[0022] 其中LBsys為系統(tǒng)負(fù)荷均衡指數(shù)，S p Sliniax分別為支路i上的功率及其最大允許容 量，b為支路總數(shù)。
[0023] (3)以電壓質(zhì)量為目標(biāo)
[0024] 以電壓質(zhì)量為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)可表示為：
[0026] 其中示節(jié)點(diǎn)i的電壓，η表示節(jié)點(diǎn)數(shù)，Vmin表示最小節(jié)點(diǎn)電壓。
[0027] 在進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)，單獨(dú)考慮一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，其他目標(biāo)往往不能達(dá)到 最優(yōu)甚至?xí)鹌渌繕?biāo)的惡化，因此，為了同時(shí)保證配電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)型、可靠性和安全 性，往往需要同時(shí)綜合考慮多個(gè)目標(biāo)現(xiàn)有在進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化時(shí)，需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是目 標(biāo)的歸一化，由于各個(gè)目標(biāo)的量綱不一、數(shù)量級(jí)不同，不能夠直接進(jìn)行求和處理，故有必要 利用配電網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)下的目標(biāo)值對(duì)每個(gè)目標(biāo)進(jìn)行歸一化處理；二是目標(biāo)的權(quán)重設(shè)置，由 于優(yōu)化的結(jié)果與各個(gè)目標(biāo)的設(shè)置有關(guān)，優(yōu)化的結(jié)果會(huì)偏向權(quán)重較大的目標(biāo)，最常見(jiàn)的權(quán)重 設(shè)置方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，利用調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)人為進(jìn)行設(shè)置，但是該方法主觀性太強(qiáng)， 難以避免人為主觀設(shè)置錯(cuò)誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028] 針對(duì)上述優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的旨在提供一種配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)設(shè)計(jì)方 法。
[0029] 為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，所述的 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：
[0030] a、將配電網(wǎng)絡(luò)的常用三大優(yōu)化指標(biāo)：網(wǎng)損目標(biāo)、負(fù)載均衡目標(biāo)和電壓質(zhì)量目標(biāo)進(jìn) 行目標(biāo)歸一化，定義目標(biāo)優(yōu)化指數(shù)為
[0032] 其中X1是第i個(gè)目標(biāo)值，（i = 1，2,3)，(^1是第1個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化指數(shù)，。是第1 個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)值，從而在一定程度上能夠反映目標(biāo)的優(yōu)化程度；
[0033] b、利用層次分析法對(duì)各目標(biāo)權(quán)重進(jìn)行設(shè)置；
[0034] c、根據(jù)上述a、b步驟構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：
[0036] 式中，W1為網(wǎng)損目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重、W2為負(fù)載均衡目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重、W 3為電壓質(zhì)量目 標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。
[0037] 作為對(duì)上述技術(shù)方案的補(bǔ)充和完善，本發(fā)明還包括以下技術(shù)特征。
[0038] 所述網(wǎng)損的重要度函數(shù)為：
[0039]
[0040] 所述負(fù)載均衡的重要度函數(shù)為：
[0042] 所述電壓質(zhì)量的重要度函數(shù)為：
[0044] 權(quán)重函數(shù)重要度的取值范圍在1-9。
[0045] 所述的層次分析法包括以下步驟：
[0046] 1)建立層次結(jié)構(gòu)模型
[0047] 在深入分析實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)上，將有關(guān)的各個(gè)因素按照不同屬性自上而下地分解 成若干層次，同一層的諸因素從屬于上一層的因素或?qū)ι蠈右蛩赜杏绊?，同時(shí)又支配下一 層的因素或受到下層因素的作用。最上層為目標(biāo)層，通常只有1個(gè)因素，最下層通常為方案 或?qū)ο髮樱虚g可以有一個(gè)或幾個(gè)層次，通常為準(zhǔn)則或指標(biāo)層。當(dāng)準(zhǔn)則過(guò)多時(shí)（譬如多于9 個(gè)）應(yīng)進(jìn)一步分解出子準(zhǔn)則層。
[0048] 2)構(gòu)造成對(duì)比較陣
[0049] 從層次結(jié)構(gòu)模型的第2層開(kāi)始，對(duì)于從屬于（或影響）上一層每個(gè)因素的同一層 諸因素，用成對(duì)比較法和1一9比較尺度構(gòu)造成對(duì)比較陣，直到最下層。
[0050] 層次分析法的一個(gè)重要特點(diǎn)就是用兩兩重要性程度之比的形式表示出兩個(gè)指標(biāo) 的相應(yīng)重要性程度等級(jí)。表3列出了9個(gè)重要性等級(jí)及其賦值。按兩兩比較結(jié)果構(gòu)成的矩 陣稱(chēng)作判斷矩陣。
[0051] 3)計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)
[0052] 對(duì)于每一個(gè)成對(duì)比較陣計(jì)算最大特征根及對(duì)應(yīng)特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機(jī) 一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗(yàn)。
[0053] 使用本發(fā)明可以達(dá)到以下有益效果：本發(fā)明在滿(mǎn)足配電網(wǎng)電壓質(zhì)量要求、線路電 流要求、變壓器容量要求并呈輻射狀運(yùn)行的前提下，通過(guò)多個(gè)目標(biāo)歸一化和對(duì)目標(biāo)的權(quán)重 設(shè)置，獲得配電網(wǎng)電網(wǎng)多個(gè)指標(biāo)最佳情況下的配電網(wǎng)運(yùn)行方式，從而使電網(wǎng)達(dá)到最佳運(yùn)行 效率。
【附圖說(shuō)明】
[0054] 圖1為本發(fā)明的配電網(wǎng)指標(biāo)體系示意圖。
[0055] 圖2為本發(fā)明的多目標(biāo)權(quán)重的流程示意圖。
[0056] 圖3為網(wǎng)損的重要度函數(shù)示意圖。
[0057] 圖4為負(fù)載均衡重要度函數(shù)示意圖。
[0058] 圖5為最低節(jié)點(diǎn)電壓示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0060] 如圖1~圖2所示，針對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化，一般采用目標(biāo)加權(quán)求和的方法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化 為單目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)表示為：
[0062] 其中W1為各個(gè)目標(biāo)的權(quán)重，f i為歸一化后個(gè)各個(gè)目標(biāo)值。
[0063] 1、目標(biāo)歸一化
[0064] 對(duì)于成本型優(yōu)化目標(biāo)Xl(i = 1，2,3)，定義目標(biāo)優(yōu)化指數(shù)為
[0066] 其中X1是第i個(gè)目標(biāo)值，opt i是第i個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化指數(shù)，X ^是第i個(gè)目標(biāo)的最優(yōu) 值，由于本文中各個(gè)目標(biāo)均為成本型目標(biāo)，則對(duì)于任何網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)都有OPt1S 1，并且opt ^直 越大說(shuō)明目標(biāo)的優(yōu)化效果越好。OPt1值不僅能夠?qū)Ω鱾€(gè)目標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，并且在一定 程度上能夠反映目標(biāo)的優(yōu)化程度。
[0067] 根據(jù)上式，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)
[0069] 式中，WpWpW3分別為各個(gè)目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，如： 當(dāng)負(fù)荷均衡指數(shù)過(guò)大即網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不夠均衡時(shí)可以將負(fù)荷均衡目標(biāo)的權(quán)重加大，而當(dāng)最小節(jié) 點(diǎn)電壓過(guò)低時(shí)可以加大電壓質(zhì)量目標(biāo)的權(quán)重。PlcJ，LBsys% Vnil/均為配電網(wǎng)絡(luò)單目標(biāo)優(yōu)化 的最優(yōu)值。
[0070] 2、目標(biāo)權(quán)重設(shè)置
[0071] 在實(shí)際操作過(guò)程中，調(diào)度人員根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行權(quán)重的設(shè)置很大可能會(huì)出現(xiàn)主觀 性的偏差，不能夠進(jìn)行客觀的操作。因此考慮利用模糊隸屬度函數(shù)構(gòu)建的方法及層次分析 法（Analytic Hierarchy Process，ΑΗΡ)對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。
[0072] 按照GDW 565-2010《城市配電網(wǎng)運(yùn)行水平和供電能力評(píng)估導(dǎo)則》中給出的相關(guān)數(shù) 據(jù)，可以定義各個(gè)目標(biāo)在不同狀態(tài)下的重要度（重要度越大，說(shuō)明該目標(biāo)狀態(tài)越差，即表明 目標(biāo)在重構(gòu)過(guò)程中的目標(biāo)關(guān)注程