改進遺傳算法在含DG配電網(wǎng)規(guī)劃中的應用

許達　鄭偉鋒

摘要：由于分布式電源融入到配電網(wǎng)中，分布式電源和配電網(wǎng)規(guī)劃間存在相互影響的關(guān)系。文章進行了一定的框架規(guī)劃，同時在框架中加入了DG效益獎勵因子，對于原有的遺傳算法存在的譯碼復雜、迭代時間長、次數(shù)多等缺點，提出了一種改進的遺傳算法。

關(guān)鍵詞：改進遺傳算法；分布式電源；配電網(wǎng)規(guī)劃；DG效益獎勵因子；電力負荷 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）31-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.018

配電網(wǎng)規(guī)劃的目的是在已知的電力負荷以及電源規(guī)劃的基礎(chǔ)上，依照現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)合理地對電網(wǎng)進行完善，使其可以達到經(jīng)濟的最大化。分布式電源簡稱為DG，可對能源危機有所緩解，并且可以對供電故障有所改變，確保電力供應的穩(wěn)定高效。將DG加入到配電網(wǎng)中，DG的容量以及位置的確定對規(guī)劃有所影響，合理進行DG的位置與容量的明確對配電網(wǎng)有著很大的積極

意義。

1 含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃簡介

1.1 分布式電源和配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃

配電網(wǎng)規(guī)劃是一類目標眾多的規(guī)劃問題，增加了DG后，使規(guī)劃的難度以及維數(shù)都得到了提高。以往傳統(tǒng)的方法是先進行DG的容量與位置的確定，再據(jù)此進行配電網(wǎng)的規(guī)劃，這是一類縱向規(guī)劃方式。然而，DG與配電網(wǎng)架在配電網(wǎng)中有著相互影響的作用，凡是一個有所變化對另一個也會產(chǎn)生一定的作用，因此縱向規(guī)劃已經(jīng)不能使規(guī)劃達到最佳狀態(tài)。采取協(xié)調(diào)規(guī)劃的方式，建立出配電網(wǎng)和分布式電源的科學關(guān)聯(lián)，一同進行協(xié)調(diào)、規(guī)劃，從而使整體規(guī)劃達到完美。協(xié)調(diào)規(guī)劃不但可以保證規(guī)劃的整體性，而且計算簡便，節(jié)省大量的計算時間。

1.2 含DG的配電網(wǎng)模型

含DG的配電網(wǎng)在進行規(guī)劃時常常是以穩(wěn)定性和經(jīng)濟性綜合評定最佳為目標。本文以經(jīng)濟效益為基礎(chǔ)，對環(huán)境效益進行考慮，依據(jù)DG的污染物與其他形式的區(qū)別，將DG所減少的污染治理費作為獎勵因子添加到目標函數(shù)中，可以得到目標函數(shù)為：

式中：f1是配電線路以及DG建設(shè)與運行年費；f2是停電損失費用；f3是DG環(huán)境效益；ω是權(quán)重因子；n0規(guī)劃節(jié)點數(shù)；N是安裝DG節(jié)點數(shù)；r0是折射率；T是投資回收期限；gi和ui分別是建設(shè)費以及運行年費；c1是單位線路的維修和造價；lj，k是線路長度；A[j，k]是投資決策變量。ΔPj，k是線路有功損耗，

τmax是最大負荷小時數(shù)；c2是電價；λ是單位長線路故障率；c3j是j處停電損失；γ是DG的環(huán)境效益，是CO2、NOx、SO2等排放減少量和治理成本的乘積，即：

在進行配電網(wǎng)規(guī)劃過程中有著諸多的約束條件，例如節(jié)點電壓、電流、網(wǎng)絡(luò)連通性、網(wǎng)絡(luò)輻射性、DG容量等約束。在進行計算時，可以將電流、電壓以及DG容量約束經(jīng)由罰函數(shù)形式添進目標函數(shù)f中，將無法達到網(wǎng)絡(luò)輻射與連通性的解加以修正。

1.3 規(guī)劃算法

以往的算法在進行配電網(wǎng)規(guī)劃時，有著搜索錯誤、逼近速度慢、迭代收斂難等缺點，特別是在約束及變量較多時出現(xiàn)問題更多。遺傳算法與傳統(tǒng)算法相比，有著不需要梯度信息、目標函數(shù)可導等優(yōu)勢，尤其在整數(shù)變量進行組合優(yōu)化時極為適用，致使得到了非常廣泛的使用。但是因為傳統(tǒng)的遺傳算法有著先收斂局部解、計算量大、時間長等缺點，從而產(chǎn)生了多種優(yōu)化了的遺傳算法。本文對傳統(tǒng)的遺傳算法進行改進，使其在配電網(wǎng)規(guī)劃過程中可以得到最為科學合理的結(jié)果。

2 改進的遺傳算法

2.1 編碼

在進行以0-1向量作為編碼模式來對適應值展開計算時，要根據(jù)一些規(guī)則來進行解碼。如果數(shù)字量越大，在進行解碼的計算時計算量也會很大，這會浪費大量的計算時間。對此將采取矩陣編碼的方式，對拓撲結(jié)構(gòu)如圖1的網(wǎng)絡(luò)連接采用矩陣編碼與傳統(tǒng)編碼進行編碼，分別是A和B。

B=（0，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，01，1，0，0，0，1，1，0，0，0，1，0，0，0）

A是經(jīng)過關(guān)聯(lián)矩陣進行變化獲得，對角線右上的點安放分布式電源的容量，右上角中對應的是各個節(jié)點連接方式，其中1代表連接，0代表未連接，左下角的M不具有實際意義。如果電網(wǎng)的規(guī)模相對較大時，可以很輕松地看出矩陣編碼方式要比B的編碼形式要好。此外矩陣編碼可以將配電網(wǎng)絡(luò)的輻射性和連通性進行快速的修復，對分布式電源的聯(lián)合迭代有著極大的作用。在適應值計算時不必再進行解碼，可以將矩陣直接代入

運算。

通常來說，DG編碼就是將分布式電源的容量和位置由0、1進行代替。假設(shè)DG較多時，在進行編碼和解碼時都會異常的復雜，同時交叉點選取出現(xiàn)不合理會對分布式電源的整體性有著極大的破壞力。矩陣進行編碼的過程，第一，明確分布式電源的安裝節(jié)點；第二，對分布式電源容量進行確定，同時對其初始數(shù)值加以明確，將初始數(shù)值安放在矩陣對角的節(jié)點位置，其他位置設(shè)定為0。進行解方程時，分布式電源金額配電網(wǎng)都不用進行解碼，從而使計算量大大減少。如果交叉點i=j時，矩陣中變化的是相同分布式電源的不同的容量值，不再是進行0-1編碼時所使用的二進制碼，避免分布式電源容量在整體性上有所破壞，可以提升遺傳算法的高效性。

2.2 不可行解修復

遺傳運算過程中由于變異和交叉常常會出現(xiàn)許多的不可行解，使搜索范圍擴大，從而使搜索的速率被降低，大量增加了計算時間。對此大量研究者對該問題展開了大量研究與改善，從而對這一問題的不足進行彌補。大量的參考文獻在編碼時有著許多的辦法，例如有采取多節(jié)點進行編碼，還有根節(jié)點融合法對變量進行編碼，也有節(jié)點變量來對輻射性加以修復，但是這個方式對于連通性和變異所產(chǎn)生的新解有效性是沒有辦法保證的，此外利用搜索技術(shù)進行不可行解展開修復的方式，要進行環(huán)狀網(wǎng)、孤島、孤鏈分別加以操作，增加了操作的復雜程度。

本文所依照的矩陣進行修復僅僅需要一次操作即可，就能夠滿足對整個配電網(wǎng)的輻射和連通性能。首先對有關(guān)內(nèi)容進行定義，出列即電流或功率所在節(jié)點的列，入列即出節(jié)點所在功率或電流流入得節(jié)點所在列位置，等效入列即如果一個節(jié)點上有一個入列節(jié)點，該節(jié)點與另一節(jié)點相連，那么這兩個節(jié)點就是等效入列。實際的操作方法如下：依據(jù)節(jié)點的大小從小到大地進行出列編寫，同時對入列節(jié)點的出現(xiàn)次數(shù)進行搜索，當大于1時，使用出現(xiàn)次數(shù)為0的等效節(jié)點進行代替。這是構(gòu)建一個新的矩陣X，根據(jù)矩陣X可以獲取新的能夠和網(wǎng)絡(luò)連接的節(jié)點，從而形成一個閉合的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。如果未進行相連，便會產(chǎn)生出孤立的網(wǎng)絡(luò)，此時將矩陣表示為假設(shè)滿足網(wǎng)絡(luò)輻射與連通的需求，每個節(jié)點有且僅有一個入列節(jié)點。之后對矩陣X加以修復，根據(jù)編號從小到大來搜索節(jié)點，再對網(wǎng)絡(luò)展開修復。

2.3 計算流程

本文所改進的遺傳算法主要有如下三點：第一，避免近親出現(xiàn)交叉，換句話說就是在進行迭代時，添加對矩陣的比較環(huán)節(jié)，對矩陣的歐式距離進行計算，當距離較小時去除適應度小的矩陣；第二，增設(shè)兄弟比較環(huán)節(jié)，簡而言之就是對父代所產(chǎn)生的子代展開比較，將其中不合理的數(shù)值加以去除，從而使搜索范圍變小；第三，盡可能避免出現(xiàn)反復比較的情況，對此可引入不良群集來對去除的節(jié)點進行記錄和統(tǒng)計，防止出現(xiàn)重復比較，從而減少計算量，提高計算效率。

3 結(jié)語

通過以上的算法進行分析可知，在進行配電網(wǎng)規(guī)劃時添加DG，從而得到一種規(guī)劃框架，可以將規(guī)劃中的相互影響的因素加以改善，可以根據(jù)計算來對可行性進行驗證。此外在其中融入了環(huán)境效益，可以進行對環(huán)境損害小的分布式電源發(fā)電加以獎勵，以此來達到對環(huán)境的保護，保證資源的循環(huán)與可持續(xù)利用。改進后的遺傳算法可以有效地對計算編碼中存在的問題進行解決，比以往的遺傳算法擁有計算時間短、計算量小、計算效率高的優(yōu)勢，可以進行大規(guī)模的應用。

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