基于改進遺傳算法的配電網網架規劃

楊 軒

（湖北工業大學，湖北 武漢 430000）

電力系統涉及到用電、配電、輸電、發電等各環節，且電氣設備構成包括電能的消耗、分配、輸送和生產。結合發電機對高壓所輸出的電網進行輸送，以抵達目標需要，再借助于降壓變壓器，將配送電網所輸送的電壓以各種等級形式構建網架分配電能。

1 課題研究目的與意義

伴隨著國內城市發展速度的加快，普通城市電網難以滿足電能質量要求，尤其是用電負荷急劇增長，要求供電負荷和供電質量滿足持續增長需求。然而，近年來大中型城市電網改造難度增加，尤其是中低壓電網壓力在夏季復合增長，曾在城市配電網網架構建規劃過程當中出現落后局面。為此，需要快速加強配電網網架規劃設計，明確供電調度需求，擴大配電容量。傳統常使用手工計算配電網網架規劃方案，主要思路是對比經濟技術并結合可行方案選擇優化。而由于供電條件限制，部分城市改擴建配電網難度增加，所選方案并非最優方案。部分配電網網架規劃工作人員僅以以往經驗，實施最終所推薦的方案并不能滿足現代電力供應需求，且存在主觀性和局限性。隨著供電技術水平的發展以及互聯網優化理論、計算機應用技術的不斷優化，智能算法可應用于配電網網架規劃設計的實際工作當中。

2 分布式發電配電網網架規劃的數學模型

2.1 配電網網架規劃的數學模型

結合運行成本和前期線路投資建設最小作為目標函數的目的，在選擇變電站位置當中予以優化，配電線路用戶會結合運營成本和投資最小需求展開構建目標函數。具體規劃任務在于確定位置以及用電負荷、拓撲結構和線型選擇，以保障區域性供電需求質量滿足要求，結合配電網網架規劃成本最小的原則，以及當地已知發電狀態和用電量構建地點，時間確定條件下選擇何時架設多少回配電線路，以保障投資運營年費用達到最優值，模型要考慮資金投資價值以及年費用最小，因此構建的目標函數如下：

在公式當中，C作為配電線路的建造費用，n是設備的使用壽命，i作為貼現率，Ct在t一年整個配電網系統當中的運行費用結合水平年作為目標，整個設備使用壽命一般為20 a。由于貼現率是0.1，假定該設備整體的使用年限、運行費用相等，最終可以轉化成公式：

由于在整個配電網網架規劃設計當中需要考慮諸多目標因素的影響，除技術和經濟之外，還要考慮整體環境、區域政治、社會影響力。為此，在規劃過程當中所使用的目標還是要考慮投資和成本預算，以及后期對環境造成的影響，線路網損情況用電載荷能力，注重網損設計為最小值以及可靠性為最大值，確保環境影響為最小以及電網荷載能力為最大。

2.2 分布式發電配電網網架規劃

2.2.1 介紹

配電網網架規劃調度的根本目標是滿足用戶需求，幫助用戶提高終端供電可靠性。在具體應用過程當中，綜合運營管理模式的有效創新，實現簡單權責平衡，協調管理、統一規劃的組織體系，形成資產周期成本最小的原則，在運行維護建設當中，減小負荷損耗，降低電網損耗，以提高整個電網網架規劃調度的周期設施壽命。在電網資產網架規劃設計當中，整體結合配電網擴展規劃當中有關升級建設、運行維護，實現改造建設，在網架規劃建設當中與后期的運行調度相結合，綜合基礎工程設施建設，推進工程建設改造結合智能技術優化。

2.2.2 案例分析

在案例當中涉及25個節點的110 kV配電網系統當中的相關網架案例予以規劃調度，初始網如圖1所示。

圖1 初始網架結構

在初始網架結構中實線作為前期以經具備的線路，虛線是有待進一步規劃的線路，其中涉及到的節點需要與原來的網絡進行連接，連接過程當中需要結合分布式電源作為新增負荷節點，而結合文獻研究當中相關負荷節點需要結合分布式電源布置在饋線末端，提高整體供電可靠性，減小負荷，減少平均停電時間。在接入所使用的分布式電源節點之后，在原有的負荷節點新建電源。

（1）規劃成本參數

實際應用案例當中，結合配電網具體網架規劃設計，考慮到網絡參數以及成本具體設置，要明確規劃成本參數，首先是對110 kV配電網線路的成本，假定其參考值是80萬元，結合分布式電源所使用的設備容量的運營投資成本20萬元，進行簡化計算，結合國情投入分布電源。借助于遺傳算法對整體投資成本，假設其為30萬元，結合電網當中的負荷增容，在原來配電網系統當中增加網架結構，并滿足負荷增長需要，在計算過程當中可能會忽視復合增長成本。

（2）網絡參數

在網絡參數規劃當中，綜合考慮的是植入參數和節點參數，結合配電網網架結構，新增的負荷也是575 MW。在假定該配件網站當中所要規劃的網架需要新增2臺5 MWp分布式電源，當中因數功率是0.9，參考節點參數，明確各節點負荷，明確支路的參數信息。

3 改進的遺傳算法原理

3.1 應用改進遺傳算法

綜合考慮所連接的分布式電源，后期設備，需要明確在配電網系統當中的線路成本、安裝成本、綜合成本降低、成本優化目標結合。連接可再生能源作為發電電源，例如，增加風力發電和太陽能發電在分布式電源當中的應用，可以強化配電網環保能力，綜合所使用的改進遺傳算法，對配電網網架進行擴容建設，實現有效調度。

（1）染色體編碼，結合電源、分布式電源具體容量變量和安裝的位置，使用編碼方法，假設所安裝的復合節點上的分布式電源，以每個節點安裝對應的電源允許節點安裝的一串算法。輻射狀的配電網具體運算量可以結合改進后的遺傳算法實行染色體編碼，具體公式如下：其中按照第一行節點予以編號，并結合分布式電源配置情況編排第二行數據信息，其中C的數值作為所對應節點的負荷遺傳算法建設情況，代表電源的容量，而C等于0時，則代表這一節點不存在異常算法。如果當初等于0的時候，證明該處沒有分布式電源。

（2）適應值計算。目標函數當中的網損最小的表，公式如下：

規劃年網損f（x）作為矢量，N作為可選線路數，可獲取染色體的擴展式如下：

在擴展規劃當中，x作為可選用的線路，如果它的值顯示為1，代表選擇了該線路，如果表示0則不選擇該線路。在確保配電網網架具體調度的輻射性和連通性的時候，利用x代替，具體滿足條件如下：

綜合考慮電壓約束的一系列條件，進一步對函數進行修正，達到適應函數，公式如下：

在公式當中，約束條件是ST，懲罰系數是U，約束條件個數為M。

（3）遺傳操作。綜合所改進的遺傳算法進行雙點交叉操作，具體概率當中的交叉概率一點的交叉概率是0.9，二點的交叉概率是0.6，而變異概率在第一位交叉點的變異概率是0.1，第二個交叉點的變異概率是0.001。

3.2 計算結果

綜合由改進后的遺傳算法對案例進行規劃，可以得到有關分布式電源的配電網網架規劃，具體結果見表1。

表1 分布式電源的配電網網架規劃表

接入了分布式電源之后，可以進行調度，調度發揮主動管理的效用，相關調度研究較少，而分布式電源協同微網進行優化之后，參與到高滲透率的配電管理系統當中，實現調度管理模型。尤其是考慮配電網網架規劃當中實現的接頭控制，借助于混合整數線性規劃的方法予以求解，對網架結構實現動態重構，并對有功出力調度實現運行。其中，配電網網架結構的調度架構包括等值負荷曲線、數據準備、模塊予以劃分，配電網模塊包括不可調度和復合預測值，短時間內不能頻繁操作，根據時段予以劃分構建網架結構，實現可調度的分布式協調調度模型進行求解，最終得到最優網架結構。

考慮到網架結構和可調度的分布式有功出力，動態調整具體流程如下。

步驟一：數據準備，結合數據對未來24 h復合預測和不可調度的分布式處理預測，并結合文獻方法進行調度。

步驟二：對初始等值復合曲線予以分段預測，不可調度的分布式節點處理預測結果，可調度的分布式取額定功率共同合成初始的負荷聚集時段劃分。

步驟三：配電網網架結構的規劃，應結合日前調度模型予以計算，構建網架結構調度模型，在求解當中予以優化。

步驟四：修正等值負荷曲線分段優化，得到可以調度的分布式處理值進行修正，結合時段劃分記錄結果。

步驟五：判斷比較，對比不同處理點，優化結束，輸出最優網架結構以及可調度的分布式電源優化處理。而這種基于改進遺傳算法的網架結構規劃形成的協調調度規劃模型，具體思路是結合等值曲線時段予以劃分，優化每個時段開關狀態和分布式出力建模。規劃前后網損情況見表2，分布式發電配電網規劃網架結構如圖2所示。

表2 規劃前后網損對比

圖2 分布式發電配電網規劃網架結構

4 結論

在分布式電源應用過程當中，對配電網規劃進行靈活性的應用，推進供電可靠性。本文結合發電形式、規模以及配電網進行的多目標優化規劃需求，綜合采用可再生能源，降低消耗和損耗，對配電網、電源、潮流以及分布式影響，結合改進的智能遺傳算法，對配電網網架予以綜合探究得出以下結論。

（1）對配電網發展現狀進行綜合闡述，明確供電可靠性對于促進配電網的優化作用。綜合分布式電源應用到配電網各節點當中，以討論分布式電源具體模型，并結合運行規劃對電力系統的影響，提出了解決多端電源配電網規劃的重要意義。

（2）明確配電網網架規劃的流程和步驟，結合技術應用進行建模，綜合前期投資成本，明確網絡聯通性約束，對各節點電壓約束展開分析。綜合多目標，降低對環境的影響，構建數學模型以作為多目標，優化計入分布式電源，通過遺傳算法進行詳細研究，進一步優化函數，形成相關研究的網架規劃。

在本文研究過程當中，配電網網架規劃綜合及調度已作為電力系統的構成部分滿足整體運行需求，但相關研究仍存在著不足之處。前期投資運營從運營成本以及后期的檢修成本尚未統一計算到其中，尤其配電網運行之后是否影響后期的生命周期，需要進一步研究。