基于遺傳-模擬退火算法的配電網優化設計

摘要：對于已經投入使用的配電網來說，只能通過配電網重構來提高供電可靠性。據此，在基于遺傳-模擬退火算法的重構方法上引入靜態電壓穩定指標，對某配電網進行了重構，通過科學有效的分析計算，改變開關狀態來優化現有配電網架構，盡可能降低網絡損耗，保證配電網的安全可靠運行。

關鍵詞：遺傳算法;模擬退火算法;配電網重構;靜態電壓穩定指標

0 引言

在正常狀態下，配電網呈輻射狀運行，實際配電網的網架中含有眾多的分段開關和聯絡開關以保證配電網能夠正常運行。配電網重構是通過切換配電網中的開關狀態完成的，通過負荷轉移或在各饋線之間裝設分段開關、聯絡開關，可以使負荷在饋線間得到更加合理有效的分配，實現配電系統的安全經濟運行，從而達到平衡負荷、降低網損、改善電壓質量、提高供電可靠性等目的[1-3]。

1 配電網優化的潮流計算及目標函數

前推回代法是配電網支路潮流計算[4-5]中被廣泛研究的一種算法。前推回代的具體步驟如下：

（1）已知原始數據為各節點的負荷有功功率、無功功率以及支路的電阻和電抗，設置合適的迭代次數，第一次迭代節點電壓為配電網的額定電壓。

（2）前推：從配電網網絡結構末端節點開始，向根電源節點進行計算，求各支路的損耗功率、首段電壓、根電源節點的注入功率。

（3）回代：由根電源節點的注入功率和各個節點的首端功率，由前向后計算每條支路的電壓損耗以及各節點電壓。

（4）判斷是否滿足完成迭代的判據，不滿足則返回步驟3，直至迭代滿足規定要求即計算完成。

現有配電網的目標函數主要與降低系統網絡的損耗、平衡負載和改善電壓分布密切相關，這意味著網絡的損耗越低，相應網絡結構中的負載越平衡，因此，大部分的研究都是以降低網損為主要目的。而配電網的線損包括線路上導線的損耗以及變壓器的銅損及鐵損等，一般通過配電網重構只影響前者，所以線損最小目標函數計算公式如下：

min L=Ri （1）

式中，Nb為網路中的支路總數;Pi為流過支路的有功功率;Qi為流過支路的無功功率;Ri為支路的支路電阻;Ui為支路的末端電壓。

2 配電網優化的重構算法及靜態穩定指標

模擬退火算法是一種有效解決復雜優化問題的方法，該算法適合全局冷卻過程，其中包括起始冷卻溫度、冷卻率、每次交換支路的數目和每個溫度下交換支路的總數等，通過交換支路形成的網絡結構，計算潮流和網絡損耗，若新的網絡結構具有較小的網損，則保留該種網絡結構，否則按一定概率接受新的網絡結構，繼續交換支路，直到達到最大支路交換數目，繼續維持冷卻，直到數據符合要求并結束判據[6]。該算法通?？梢缘玫阶罴训娜纸夂痛稳纸?。

基于遺傳算法的配電網絡重構算法是一種基于自然選擇基因的研究方法，模擬基因串會在優者生存的機制里面優化自身條件并且隨機交換信息，從而產生優秀基因，在每個新的一代中，通過對上一代的開發與搜索，找到合適的信息合成新的更優化的基因序列。該算法結合了目標函數和遺傳過程，開關狀態可以用編碼“位”來表示，而系統的總線損可以用適應度函數表示，適應度函數是用來指導該算法搜索方向的依據，第一其數值不能為負數，第二由于其目標函數的優化方向應與適用度值增加的方向一致，將目標函數設定為網損最小時，將涉及網損最小值優化問題，一般可以采用以下表達式進行調整：

利用潮流計算來實現對靜態電壓穩定性指標的求解是目前運用最廣泛的方法，其中心思想主要是針對系統的各個負荷節點，將節點達到最大的功率點狀態作為電壓崩潰的臨界點。靜態電壓穩定性指標必須準確描述當前系統的運行狀態且線性較好，計算速度快，能夠提供對計算有價值的信息。

3 基于遺傳-模擬退火算法的配電網重構優化算例分析

本文選取一個有36個節點、40條支路、5個聯絡開關子配電網絡，使用Matlab軟件進行程序編程，并利用遺傳-模擬退火優化算法對該網絡進行配電網重構及無功功率補償，以達到減小網絡損耗及維持電壓穩定的目的。配電網結構簡圖如圖1所示。

通過Matlab軟件編程運算，該網絡的總網損為240.96 kW，靜態電壓穩定指標為0.095 558。

經過Matlab軟件編程求解計算，重構后的配電網斷開點為：7、11、31、13、16，重構后的有功損耗為125.91 kW，靜態電壓穩定指標為0.083 487。重構后的有功網損及迭代次數如圖2所示。對重構后的系統進行潮流計算，可以發現重構前電壓標幺值最低值為0.901 02，而重構后電壓標幺值最低值為0.938 35。由此可見，對配電網進行重構可以提高電壓穩定性，改善電壓質量，有效降低網損。

4 結語

隨著我國城市電網負荷密度及配電網規模的不斷增大，網架接線模式將有更多的連接方式。本文在基于遺傳-模擬退火的重構方法上引入靜態電壓穩定指標，對一個含有36個節點、40條支路、5個聯絡開關的配電網進行了重構，采用Matlab軟件編寫了配電網重構程序，通過分析計算改變開關狀態，以優化現有配電網架構，盡可能降低網絡損耗，提高供電可靠性，保證配電網的安全穩定運行。

[參考文獻]

[1] 任佳.區域電網安全穩定控制系統策略制定探討[J].電工技術，2016（10）：13-15.

[2] 孫瑞麗，潘文明，姚新年，等.PSASP在電壓穩定性分析中的應用淺析[J].電網與清潔能源，2011，27（7）：13-15.

[3] 劉健，畢鵬翔，董海鵬.復雜配電網簡化分析與優化[M].北京：中國電力出版社，2002.

[4] 秦孜，秦曉佳，王夢偉.電力系統潮流計算算法研究[J].電子世界，2018（21）：56-57.

[5] 仲濤，張震，李新明，等.淺談潮流計算在電力系統中的應用[J].科技風，2018（30）：175.

[6] 靳小龍，穆云飛，賈宏杰，等.考慮配電網重構的區域綜合能源系統最優混合潮流計算[J].電力系統自動化，2017，41（1）：18-24.

收稿日期：2020-03-01

作者簡介：張怡寧（1994—），女，湖南株洲人，碩士，研究方向：電力網絡自動化技術及應用。