一種基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種以最小有功網(wǎng)損為目標的啟發(fā)式配電網(wǎng)絡重構方法，通過將最小生成樹算法和啟發(fā)式方法結合，求解配電網(wǎng)絡重構問題。求解過程中，首先以支路兩側(cè)電壓的關系為權值，利用最小生成樹算法進行初步優(yōu)化得到一個初解，使后續(xù)優(yōu)化不再依賴網(wǎng)絡的初始結構，然后在二次優(yōu)化過程中以新的候選開關評價策略對候選開關進行評價，并通過較少待評價的候選開關的數(shù)量得到優(yōu)化重構結果，最后通過修正得到最優(yōu)解。本發(fā)明不依賴網(wǎng)絡的初始結構，重構效率高，適用于不同規(guī)模的配電網(wǎng)絡。
【專利說明】一種基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)重構方法，特別是一種基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重 構方法。

【背景技術】
[0002] 配電網(wǎng)絡重構是配電系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃和在線管理的重要工具，它主要通過切換支路 開關和聯(lián)絡開關的開/合的狀態(tài)來改變網(wǎng)絡的拓撲結構，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。通常情況 下，配電網(wǎng)絡重構主要是為了降低系統(tǒng)的有功損耗和實現(xiàn)系統(tǒng)故障后的快速恢復。
[0003] 以系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小為目標的配電網(wǎng)絡重構可以看作組合優(yōu)化問題，由于作為優(yōu) 化變量的開關數(shù)目巨大，并且還需要滿足運行約束條件，所以計算量很大，很難得到最優(yōu) 解。目前，求解配電網(wǎng)絡重構問題的基本方法主要有以下幾類：（1)最優(yōu)流模式法，算法的 基本思想是按優(yōu)化條件尋找最優(yōu)流，確定斷開開關。由于利用兩次環(huán)網(wǎng)潮流計算才能確定 一個操作開關，計算量大。（2)支路交換法，該方法利用支路交換前后的網(wǎng)損變化公式找出 斷開開關的位置。此類方法的不足之處在于比較依賴網(wǎng)絡初始結構，尋優(yōu)速度慢，一般不易 得到全局最優(yōu)解。（3)智能優(yōu)化算法，主要有粒子群算法、遺傳算法、禁忌搜索法和聲搜索法 等，這類方法在求解得到全局最優(yōu)解方面效果很好，但是此類算法受網(wǎng)絡規(guī)模等因素影響 導致某些參數(shù)難以確定，計算量較大，計算效率不高，有時也會陷入局部最優(yōu)解。
[0004] 圖論是數(shù)學的一個分支，它以圖為研究對象。圖論中的圖通常用來描述某些事物 間的特定關系，用點代表事物，用連接兩點的線代表兩個事物間的關系。可以用圖論相 關的知識來描述配電網(wǎng)，并利用圖論算法來解決配電網(wǎng)絡的重構問題。文獻l(Vand ers〇n Gomes,et al. A new heuristic reconfiguration algorithm for large distribution systems. IEEE Trans. Power Syst·，2005, 20 (3) :1373-1378.)中，提出了一種啟發(fā)式方法 對配電網(wǎng)絡進行重構，具體描述為兩個過程：（1)初次優(yōu)化，閉合所有開關，計算打開每個 可操作開關（可操作開關是指打開該開關后系統(tǒng)仍是滿足所有約束的聯(lián)通網(wǎng)絡）后的網(wǎng) 損，選擇網(wǎng)損最小的開關斷開，重復此過程直到網(wǎng)絡恢復為輻射狀，最終得到一系列斷開開 關的集合；（2)修正，將初次優(yōu)化得到的開關集合的每個開關與其關聯(lián)開關交換，計算每次 開關交換后的網(wǎng)損，若初步優(yōu)化的開關網(wǎng)損仍為最低，則該開關為最優(yōu)開關，否則對應的關 聯(lián)開關為最優(yōu)開關。如圖1(a)所示系統(tǒng)，閉合所有環(huán)路，按照此方法依次打開每個開關計 算網(wǎng)損，網(wǎng)損最小時對應的開關為可操作開關，如存在多環(huán)時，要依次對環(huán)路上的所有開關 進行評價才能找出最優(yōu)開關，直到系統(tǒng)變成放射式網(wǎng)絡，同時還要判斷可行性，所以計算工 作量大。即在重構過程中，該方法需要評價的候選開關數(shù)量是很多的，這不利于保證重構算 法的高效性和實用性


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決降低配電網(wǎng)絡重構的有功損耗問題，本發(fā)明提出了一種新的基于 最小生成樹算法和啟發(fā)式方法相結合的配電網(wǎng)絡重構方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：
[0007] -種新的基于最小生成樹算法和啟發(fā)式方法相結合的配電網(wǎng)絡重構方法，求解過 程中，首先以支路兩側(cè)電壓的關系為權值，利用最小生成樹算法進行初步優(yōu)化得到一個初 解，使后續(xù)優(yōu)化不再依賴網(wǎng)絡的初始結構；然后在二次優(yōu)化過程中以新的候選開關評價策 略對候選開關進行評價，并通過較少待評價的候選開關數(shù)量得到優(yōu)化重構結果；最后通過 修正得到最優(yōu)解。
[0008] 進一步的，新的候選開關評價策略為：
[0009] (1)只有打開開關支路兩側(cè)的電壓降AV> AVlimit，才能有效地減少網(wǎng)損，AVlimit 為電壓差限值；
[0010] (2)若候選開關滿足將負荷從電壓較低側(cè)饋線向較高側(cè)饋線轉(zhuǎn)移，即打開該開關 后系統(tǒng)網(wǎng)損小于其電壓較低側(cè)鄰接開關打開后的系統(tǒng)網(wǎng)損，則該開關是最優(yōu)開關。
[0011] 進一步的，初步優(yōu)化過程具體為：
[0012] (1)數(shù)據(jù)輸入并閉合所有聯(lián)絡開關形成一個多環(huán)網(wǎng)，進行環(huán)網(wǎng)潮流計算，求解各節(jié) 點電壓；
[0013] (2)根據(jù)公式

【權利要求】
1. 一種基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，求解過程中，首先以支 路兩側(cè)電壓的關系為權值，利用最小生成樹算法進行初步優(yōu)化得到一個初解，使后續(xù)優(yōu)化 不再依賴網(wǎng)絡的初始結構；然后在二次優(yōu)化過程中以新的候選開關評價策略對候選開關進 行評價，并通過較少待評價的候選開關數(shù)量得到優(yōu)化重構結果；最后通過修正得到最優(yōu)解。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，所 述新的候選開關評價策略為： (1) 只有打開開關支路兩側(cè)的電壓降AV> AVlimit，才能有效地減少網(wǎng)損，AVlimitS 電壓差限值； (2) 若候選開關滿足將負荷從電壓較低側(cè)饋線向較高側(cè)饋線轉(zhuǎn)移，即打開該開關后系 統(tǒng)網(wǎng)損小于其電壓較低側(cè)鄰接開關打開后的系統(tǒng)網(wǎng)損，則該開關是最優(yōu)開關。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，初 步優(yōu)化過程具體為： (1) 數(shù)據(jù)輸入并閉合所有聯(lián)絡開關形成一個多環(huán)網(wǎng)，進行環(huán)網(wǎng)潮流計算，求解各節(jié)點電 壓； (2) 根據(jù)公式
計算權值，式中\(zhòng)和 '為投入所有聯(lián)絡 開關后進行環(huán)網(wǎng)潮流計算后各支路兩側(cè)節(jié)點的節(jié)點電壓幅值； (3) 運行最小生成樹算法得到初步優(yōu)化的生成樹，得到初始候選開關集合CSL ; (4) 找出斷開開關的編號存入集合CSL，記斷開開關的數(shù)目為Ntie ; (5) 進行開環(huán)潮流計算，判斷生成樹是否可行，可行則保存生成樹CSL，轉(zhuǎn)入二次優(yōu)化； 否則令CSL中權值最小的支路的權值等于0. 9p. u.，轉(zhuǎn)入步驟（3)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，二 次優(yōu)化過程具體為： (1)輸入初步優(yōu)化的結果，并基于初步優(yōu)化的結果或二次優(yōu)化的中間結果進行開環(huán) 潮流計算，計算初始候選開關集合CSL所有開關對應支路的電壓降（[AVtie;(i)]，i = 1，2，· · · Ntie)和網(wǎng)損； ⑵選擇支路電壓降最大的開關，標記該開關為p，電壓降標記為AVtie.p，網(wǎng)損標記為 Ploss, p ? (3) 判斷如果AVtie.p彡AVlimit，轉(zhuǎn)到步驟（4)，并丟棄CSL中開關p，開關p存入優(yōu)選 候選開關集合0SL，否則轉(zhuǎn)到步驟（9); (4) 選取開關p，將其電壓較低側(cè)母線節(jié)點標記為X，選取節(jié)點X的鄰接開關，記為q = P+1 ； (5) 閉合開關p，打開開關q，運行潮流算法，計算網(wǎng)損P1。ss，(1，電壓降ΛV tiε.(1; (6) 如果？1。;^1)<?1。;^ (1，則最優(yōu)操作開關為口，否則如果八'\^.(1<八￥1^，9為最優(yōu)開 關，保持最優(yōu)開關為斷開狀態(tài)，并將最優(yōu)開關存入0SL，丟棄CSL中開關p，轉(zhuǎn)到步驟（7)，反 之，如果上面兩個條件都不滿足，轉(zhuǎn)到步驟（6); (7) 令p = q，PlQSS，p = 選取下一個鄰接開關記為q，轉(zhuǎn)到步驟（4); (8) 如果CSL不為空集，斷開開關的數(shù)目Ntie = Ntie_l，轉(zhuǎn)到步驟（1)，否則轉(zhuǎn)到步驟 ⑶； (9)算法結束，如果CSL非空，把CSL中的開關存入OSL，輸出當前網(wǎng)絡拓撲，轉(zhuǎn)到下一 步優(yōu)化。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，修 正過程具體為： (1) 輸入二次優(yōu)化的結果； (2) 運行潮流算法，計算當前網(wǎng)絡的網(wǎng)損; (3) 記OSL(i)所在環(huán)路的兩個鄰接開關為m和n，閉合OSL(i)打開開關m計算得到網(wǎng) 損，閉合〇SL(i)打開開關η計算得到網(wǎng)損I\ n ; (4) 判斷的最小值，OSL(i)為三者最小值對應的開關； (5) 如果0SL全部遍歷，算法結束，輸出結果。否則，i = i+Ι，轉(zhuǎn)到步驟（2)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，在 修正過程中，如果某側(cè)存在多個鄰接開關，則選擇網(wǎng)損較小的鄰接開關來進行比較。
7. 根據(jù)權利要求1所述的基于最小生成樹的啟發(fā)式配電網(wǎng)重構方法，其特征在于，經(jīng) 過初步優(yōu)化后得到CSL中候選開關支路的電壓降已經(jīng)小于限值八'^,時，開關就不需要 進行二次優(yōu)化。
【文檔編號】H02J13/00GK104124688SQ201410395124
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權日:2014年8月12日
【發(fā)明者】李紅偉, 李超, 張安安, 孔冰, 沈霞, 陳貴, 蔣碧玉 申請人:西南石油大學