配電網網絡重構方法綜述

陳浩河

摘要：配電網網絡重構可以提高10kV配電網絡運行的可靠性、經濟性和供電質量，對于配網自動化系統（特別是城區電網自動化系統）建設和應用具有非常重要的意義。文章對配電網網絡重構方法包括優化重構和故障恢復的研究歷史和現狀進行綜合分析，闡述了各種方法的優勢和存在的問題，為下一步的深入研究指明方向。

關鍵詞：配電網；網絡重構；故障恢復

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0124-02

1 概述

配電網網絡重構是指為了提高配網供電可靠性、經濟性等目標而進行的對原有配電網絡結構重新調整的這樣一種過程。按調整的要求不同可以分為網絡優化重構和故障恢復重構。

配電網絡的網絡結構模式有環狀結構、樹狀結構，城市電網一般采用環狀結構，農村電網多采用樹狀結構。樹狀結構因網絡結構已經固定，不存在網絡優化重構的情況。環狀結構的配電饋線因開環點的變化而引起網絡結構發生變化，從而使得網絡結構優化重構成為可能。在配網正常運行情況下，因饋線各段負荷的變化，需要通過一定的算法來調整饋線的分段開關（即開環點），從而使得饋線負荷分配最佳，損耗最小等目的的配網運行方式調整，這就是配網優化重構。當饋線發生故障時，如何快速地隔離故障，恢復用戶供電，這就是配電網絡的故障恢復。

這些年來，隨著國民經濟的高速發展，配電網絡也越來越復雜，因而，如何進行配網優化重構和故障恢復，成為電力學者一直研究的課題，很多算法應運而生。

2 配電網優化重構

近20年來，國內的配網發展很快。配網也越來越復雜，居民對供電可靠性的要求也越來越高，因此配電網的優化重構勢在必行。但是，復雜的配網分段開關的數量已經很大，其組合數量更是驚人，通過簡單的窮舉算法嘗試進行網絡重構已經變得不可能。為此，必須研究合適的算法來解決復雜配電網絡的優化重構問題。

在20世紀70年代，國外的學者率先提出了最優配電網絡重構技術。此后，很多學者根據不同的配電網絡提出自己的重構算法，并應用到實際的配電網絡當中，取得了很好的效果。這些算法大多都是以網損最小為目標函數，歸結起來，這些算法主要有三類：經典的優化算法、人工智能算法以及各類算法取長補短形成的新方法。

2.1 經典的優化算法

經典的優化算法研究出現在早期的配網優化重構研究中，這些算法奠定了配網優化重構的一些數學模型，后續算法都在這些基礎上發展起來的。

啟發式算法是最早提出的一種配網優化重構的方法，它是在沒有考慮網絡約束的情況下，采用啟發式算法規則來考慮網損最小的配網優化重構，缺點是優化算法的計算時間長、費時。針對經典的啟發式算法的一些缺點，又有學者提出了改進的啟發式算法。如以功率損耗最小為目標函數的最優潮流模型算法，在計算配網各種開關狀態下的潮流分布情況后通過改變開關狀態考察網損變化量進而選出網損最小的開關狀態的網損估算法。另外還有應用于網絡優化重構的經典數學算法，就是線性或非線性規劃法，其代表算法是單純形法，參考文獻[2]把這種算法應用于配電網絡優化重構，叫做單環優化法，它的目標函數是網絡有功損耗，潮流計算簡單、效率高。

2.2 人工智能算法

配網網絡重構算法其實就是一種在對配網進行重復潮流計算尋找目標值的搜索算法，因此近年來發展起來的一些人工智能算法都被學者應用到配網優化重構當中去，取得了一些研究成果。這些算法有很多，目標值也不一樣。

人工神經網絡法的目標值是實現有功網損最小，它根據每個配網區域負荷的不同，用人工神經網絡估計輸入配網的初始結構和負荷情況，然后訓練得出系統的最優結構。模擬退火法應用于網絡優化重構，目標函數可以自由選定，如網損最小、有功損耗最小等，然后采用隨機搜索迭代過程來尋求最優值。遺傳算法是一種模擬進化算法，它的目標值也是可以自由選定，它把配網的開關狀態轉化成二進制字符，類似于基因鏈，再模擬生物進化的過程，加入一些限定條件后，通過基因鏈之間的基因突變等操作并迭代進化，得到網絡的最優結構。蟻群進化算法的靈感來源于螞蟻在尋找食物過程中發現路徑的行為。蟻群算法也是一種模擬進化算法，參考文獻[3]通過取消蟻群算法常用的啟發值和首支路選擇隨機化的方法，擴大搜索范圍，使算法可以跳出局部最優化陷阱，改善搜索效果。

2.3 各類算法的混合

上述各種算法有其自身的優點也存在一些缺陷，因此部分學者將上述一些算法進行綜合，取長補短，形成了一些新的改進算法，在配網網絡重構上取得良好的研究成果。參考文獻[4]將遺傳算法和模擬退火法相結合起，解決了這兩種算法求解時存在效率、可靠性及尋優能力不高的缺點。

2.4 其他算法

以上介紹的算法大多都以網損最小為目標值，其中有些細化了目標值，如僅考慮有功損耗最小等，但當考慮到配網的安全可靠運行時，則可靠性指標或者安全性指標可以被選做目標值進行網絡優化重構。基于這些目標值的網絡優化重構研究，另有其實際價值。

3 配電網故障恢復

配電網絡故障恢復實際上是一個兼顧網損最小、可靠性最高等多目標的非線性最優尋解問題。對應的算法在網絡優化重構中也都一一提到。最大的不同之處在于：目標函數的不同，以前單一的目標值，現在變為多目標最優的非線性問題。但在算法的考慮上都差不多，只是具體求解的變量不同、目標值不同而已。這些算法也對應地分為三大類：經典的優化算法、人工智能算法以及各類算法取長補短形成的新方法。

4 結語

隨著經濟的發展，居民對供電可靠性的要求越來越高，配網優化重構的目標也不僅僅只是考慮經濟性的網損最低，而是要更多考慮可靠性指標，配網設備的投入、折舊等因數，使配網達到供電更加可靠、經濟，而且投入更少等目標，在這些方面的綜合考慮，目前還有待進一步深入研究。

參考文獻

[1] A.Merlin，H.Back.Search for a Minimal-Loss

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[2] Chiang Hsiao Dong，Rene Jean Jumeau. Optimal

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[3] 黃健，張堯，李綺雯.蟻群算法在配電網重構的應用

[J].電力系統及其自動化學報，2007，19（4）：

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[4] 陳星鶯，向兵，單淵達.基于遺傳退火法的配網重構

技術[A].全國高校電力系統及其自動化專業第十四

屆年會論文集[C].哈爾濱，1998.