基于遗传算法的配电网扩展规划方法研究.pdf

2023年9月计算机应用文摘第39 卷第19 期基于遗传算法的配电网扩展规划方法研究祝清华（国网四川省电力公司洪雅县供电分公司，四川眉山6 2 0 0 10）摘要：现有配电网扩展规划方法的节点电压标么值较低，该算法易陷入局部最优而无法得到全局最优解，因此，文章提出基于遗传算法的配电网扩展规划方法。建立目标函数并设定节点功率平衡约束以减少误合。设定惩罚函数并通过潮流计算以得到分布式电源的处理方法。建立分布式电源的配电网扩展模型，并将模型中的约束条件及惩罚系数计入目标函数中。对需求解的变量进行编码，形成遗传算法的染色体，通过变异概率和交叉概率值与个体平均适应度的比较，将优秀值保留进入下一代，劣值淘汰后加快算法收敛，完成配电网的规划优化。实验结果表明，在接入分布式电源后，小组3节点电压值的提升增加了用户用电的稳定性和可靠性；收敛次数与计算次数保持一致，该方法具有较好的收敛性能，实现了良好的应用。关键词：遗传算法；配电网；扩展；规划genetic algorithmZHU Qinghua中图法分类号：T715Research on power distribution network extension planning method based on(State Grid Sichuan Electric Power Company Hongya County Power Supply Branch,Meishan,Sichuan 620o10,China)Abstract:The node voltage standard value of the existing distribution network expansion planningmethod is low,and the algorithm is easy to fall into local optimization and cannot obtain the globaloptimal solution.Therefore,this paper proposes a distribution network expansion planning methodbased on genetic algo.Establish the objective function and set the node power balance constraints toreduce false connection.Set the penalty function and calculate the power flow to get the processingmethod of distributed power generation.Establish the distribution network expansion model ofdistributed power,and include the constraints and penalty coefficients in the model into the objectivefunction.The variables of the demand solution are encoded to form the chromosome of the geneticalgo.By comparing the probability of variation and the cross probability value with the averagefitness of the individual,the excellent value is reserved for the next generation.After the inferiorvalue is eliminated,the algorithm convergence is accelerated to complete the planning andoptimization of the distribution network.The experimental results show that after the distributedpower supply is connected,the increase of the voltage value of the three nodes in the group increasesthe stability and reliability of the users electricity consumption,the number of convergences isconsistent with the number of calculations,and the method has good convergence performance andrealizes good application.Key words:genetic algorithm,distribution network,expansion,planning文献标识码：A1引言随着现代化社会的飞速发展，配电网的应用越来越广泛,面对日益增加的负荷需求，通过增加电网设备发电容量、增大电力系统规模等方式来满足负荷变化的需求,提升系统的可靠性并减少所带来的一系列环境问题，实现电力系统供电质量的向好发展1。配电网扩展规划方法的应用不仅能够在一定程度上减少网络资源损耗、降低用户使用费用，还可以通过增加供电的可靠程度实时对负荷变化进行检测，以实现能源的可持续发展目标，保持良好的环境状态。配电网在扩展规划线路过程中还可以将该方法应用到偏远地区，为该地区提供可靠发电，通过不间断供电使当地居民可以随时用电。面对复杂的网络状况时可2023年第19 期以仔细规划以解决发电过程中的单一规划问题,进而提升经济效益，保证发电安全。但现阶段，配电网的规划方法在应用中的可靠性较差,局部事故扩展程度较高,在跟踪检测负荷变化时,能力有限。偏远地区在复杂电路中的供电情况不甚理想2 。若配电网不能保证较为安全的供电环境，不仅给资源带来负担，还会减少经济效益，造成停电或者电力系统崩溃。为加快城市发展，减少改造电网系统的资金，寻找优秀线路走廊,对电力负荷进行灵活跟踪，以配电网扩展规划为研究对象,运行遗传算法并结合实际情况对其进行实验与分析。2酉配电网扩展规划方法2.1分布式电源配电网扩展模型建立在配电网线路扩展规划中，加入分布式电源并对其布点设置、容量及配网扩展进行规划3。当系统达到容量限制时，在满足不同设定范围的条件下，以缩减经济成本、提升资源容量为目标，设定保证负荷增长的最佳增容方案,并完成规划方法的优化。考虑到配电网设备使用时间与分布式电源存在一定的差异，建立目标函数,并设定等式约束条件。其中，设定的不同节点功率平衡约束公式为：(1)j=1式中,D为支路的正向和反向潮流；M为系统节点的数量;N为不同节点的负荷数量；F为支路的阻抗；U为支路电压;D,为节点j的容量;P;为节点的负荷。电流值的约束范围为Imax。电压的约束范围为UminUUmax。对分布式电源进行容量设定,为控制分布式电源接人后的配电网潮流，限制分布式电源的最大接人容量值要在系统新增负荷量的一半以下4。其中，Imax为支路上最大电流限值；Umax为节点中的最大电压值，Umin为最小电压值。添加辐射状网络约束f，使约束满足f=k+1,k为新建线路的数量与原有数量的和。设定辐射状网络约束可以减少误合情况的发生。同时,建立连通性约束,要求所有负荷点与电源进行连接，提供实时供电，在分布式电源连通电网后，系统会发生潮流变化。设定惩罚函数并将线路中的约束计入目标函数中，将不满足约束条件的个体去除,形成扩展后的目标函数：minR=D(U)+ZD(p;)nj=1式中,n为节点个数;k为支路数量。通过对潮流计算得到分布式电源的处理方法，建立分布式电源的配电网扩展模型并设定目标函数,将模型中的约束条件及惩罚系数计人目标函数中5计算机应用文摘2.2造遗传算法优化扩展规划应用遗传算法对配电网扩展规划线路进行优化。对需要求解的变量进行计算并得到遗传算法的染色体，经过选择、交叉与变异等遗传操作后完成优化。设定配电网有n个负荷点，对每个电负荷点进行编号,设定编号顺序为1n。当其中某个负荷点对下一个负荷点进行供电时，统计供电节点数据，并将供电双方设定为前继节点和后继节点6 。建立一个配电网结构的33矩阵，设定其取值元素为0 和1。不同编号的负荷节点均在矩阵中对应相同编号的行列数。不同行中的元素值表示这个元素列数所对应的负荷节点,与该行中对应节点对应的后继节点的连接是否正确。若显示为1则连接正确，若显示为0 则没有连接。由配电网络的辐射型特征可以得到配电网中至少有一个节点为支路末端节点，但是不存在后继节点。因此,该矩阵需要设定n1行对应其中的后继节点的负荷点7 。应用33阶方阵表示含有n个节点的配电网结构。由于该算法存在局部早熟性，为保证该算法能够适应配电网的辐射性与连接特性，应用一种自适应遗传方法。设定变异概率为A,交叉概率为B,通过的不断变化,将算法的收敛性进行调整。当个体交叉概率AB提升时，新增个体生成速度就变快。当AB值超过阈值范围时，破坏个体的程度就提升，具有高适应度的个体结构会遭到破坏。当AB值小于阈值范围时,算法的搜索速度会减慢，严重时会停止搜索8 。面对扩展路径的优化问题,通过运算得到适应于每个解的最佳值。应用一种自适应的交叉和变异概率并通过计算不同个体的适应度值以适应种群变化。当群体陷人局部最优解时,就提升AB的值。当群体在行为空间发散时，就调节AB的值使其下降。同时，对于适应度值大于群体平均适应度的个体，应对其进行下降调整，这样能够使解保护进入下一代。若存在小于平均适应度的个体,则淘汰该个体。其计算公式为：A1-A2f-fav)fmax-favgJavgA=LA1B1-B2B=max-avgmax-f)(B1k式中，fmax为群体中的最大适应度；favg为平均适应度；(2)i=1129(3)(4)选择操作采用最优保存策略9。在交叉过程中,对不同父代个体的交叉点进行随意选择,并在交叉点交换后，通过交叉点的权重信息，结合单点变异，随意选取变异点。在变异点中对权重值进行改变，使遗传算法可以较快收敛，实现配电网规划的优化。1303实实验测试与分析3.1实验环境搭建对某地区实际运行的配电网系统含有的10 节点进行仿真分析。设定节点1为变电站节点，2 10 为负荷节点。其中,节点2 5为配电网中存在的负荷节点，节点6 10 为新增负荷节点。根据不同环境因素特征选择负荷数据样本，输入模型的训练样本数量为100并形成10 10 的训练集矩阵，模型数据训练完成后形成对应向量,并根据解码器生成10 0 0 组典型场景。根据遗传算法模型在扩展规划中的实验步骤进行实验,运行设备为Matlab。3.2结果与分析为测试本文方法的应用性，以配电网扩展规划为实验对象,设置三个实验小组。其中，小组1为不接人分布式电源的配电网扩展规划小组。小组2 为分段规划接入分布式电源的配电网扩展规划小组。小组3为本文方法小组，即将分布式电源与配电网进行协同规划,分布式电源的接人节点位置选择3,5,7,9处。对配电网进行规划,得到在系统中各个节点的负荷及出力情况。设定节点功率基准值为7 0 VA，网络年损耗时数量为150 0 h，抗体个数为40 N。抗体编码进制次数为5，变异率为0.0 6。在进行30 次迭代后,对过负荷结果进行检验。应用潮流计算得到三个实验小组不同节点中的电压标幺值。具体结果如图1所示。10.950.90.850由图1可知,在三个小组的不同节点中,分布式电源接入后小组3的电压最小点由0.8 5p.u.提升到0.98p.u.。说明本文方法不仅调节了节点电压，还提升了电压稳定性,使用户在用电时的可靠度大幅度增加。在配电网的扩展规划中，分布式电源能够符合预期目标。同时,不同分布式电源的接入位置和容量不同,对配电网的影响也不同。在分布式电源接入后，改变了电网的具体架构,将线路布局做到更加完整与精确，再计算配电网建设费用和网损费用。在没有接计算机应用文摘入分布式电源时，扩展规划的网络架构系统损耗为185kW，而应用本文方法接入分布式电源后，网络架构的系统损耗比之前下降了45%。由此说明,通过引入分布式电源与网络架构综合规划，调整了具体规划线路，使扩展规划更加合理，也提升了配电网的年综合经济效益值，降低了经济成本，达到了较好的应用效果。为验证本文方法的有效性,应用SGA遗传算法进行多次重复计算，参数设定：抗体数N=40,编码进制次数为5,变异率为0.0 6。进行6 0 次迭代后获取目标函数。不考虑个体适应度的影响,记录三个小组的多次重复计算结果。根据结果可以得到不同小组的算法收敛次数,具体如表1所列。表1多次重复计算结果指标小组1抗体数40总计算次数60收敛次数25由表1可知,在进行6 0 次计算后，小组3的收敛次数与计算次数保持一致，具有较为稳定的收敛性能。根据收敛特征可知，小组3的算法已满足最优且安全的扩展规划线路。小组3的目标函数具有安全过负荷惩罚特性，在全局范围内通过不断扩大安全空间的搜索来使算法达到最优收敛解。同时，小组3的收敛曲线呈单调下降趋势，这是由于抗体库将不同代的优秀抗体进行存储，以减少进化出现倒退的现象。在迭代后期，进化停滞次数较少，抗体没有陷入局部小组3最优解中,在免疫浓度调节策略的影响下,抗体相对有效地保留了群体的多样性，使小组3中的抗体维持相对稳定的趋势并进行高效进化。而小组2 在迭代小组2过程中发生了局部震荡，在迭代后期陷入局部最优，增加了迭代时间，使得收敛次数减少，没有收敛到最小组1优解,算法性能较差。相较于小组1和小组2,小组31的搜索效率有所提升。13节点号图1电压仿真结果对比2023年第19 期小组2小组3404060604160579综上所述，在应用本文方法进行配电网扩展规划线路中,选择较为合理的接人分布式电源的位置，优化分布式电源容量，使不同层之间的结果相互作用，形成更加合理的规划方法。同时，优化结果取得了相对较好的经济效益，体现了本文方法具体较好的可行性；在收敛速度方面也体现了本文方法的有效性,实现了基于遗产算法的配电网扩展规划方法的良好应用。4结束语本文从配电网扩展规划方法入手，应用遗传算法(下转第133页）2023 年第19期(1)法律法规。IPTV需要遵守国家相关的法律法规，如广播电视管理条例计算机信息网络国际互联网安全保护管理办法等。这些法律法规可以规范IPTV的播放内容、运营方式、技术标准等。(2)监管部门。相关部门负责对IPTV进行监管，定期对IPTV运营企业的内容和技术进行审核与监督,确保IPTV内容符合法律法规的要求。(3)技术标准。相关部门制定了IPTV的技术标准,如IPTV技术规范等。这些标准规范了IPTV的网络结构、传输协议、内容格式等,使IPTV的监测与监管工作得以顺利进行。(4)自律机制。IPTV运营企业也建立并完善了自律机制，同时制定了相关规章制度，对内容、运营等方面进行自我管理。同时，IPTV运营企业还要积极开展公益活动，积极承担社会责任，并提升企业社会形象。IPTV的监管机制需要政府、监管部门、行业协会、企业等多部门协同联动，从而形成多层次、多元化的监管体系，进而有效地保障公众的合法权益。4结束语随着科技的快速发展，IPTV已成为数字媒体的重要组成部分。然而,IPTV平台上不良内容和版权侵权情况的不断涌现,使IPTV的监测和监管成为相(上接第130 页)来研究基于遗传算法的配电网扩展规划方法。根据分布式发电对配电网影响的原则，结合配电网潮流计算方法，对发电位置和相关容量问题进行优化。通过不断改进算法来实现扩展规划方法的优化，为日后的配电网规划问题提供了有力支撑。但该方法还存在一些不足，例如部分算法还没有做到最简化，分析数据不完善，变压器容量问题还需进一步优化。今后应通过完善算法与提升配电网的可靠性，保证数据传输能够完整传输，延长网络寿命，调节电网中的负荷节点数量，减少网络中的穴余节点数据，防止网络能源的大量消耗。合理控制与规划,并科学布控与调整，实现基于遗传算法的配电网扩展规划方法的有效应用。参考文献：1彭茜,王爱娟,李峻阳,等.基于高效遗传算法的电网需求侧调度优化研究及其收敛性分析J.电力系统保护与控制,2 0 2 2,50(6):33-42.2张照垄，何莉，吴霜.基于改进非支配排序遗传算法的配电网动态重构J.科学技术与工程，2 0 2 1,2 1（2 1）：8 916-8922.计算机应用文摘关部门呕须考虑的问题。本文对现有的主流检测技术与监管机制进行了详细地分析,提出当前IPTV的监测和监管需加强技术支持、完善法律框架，从而改进IPTV的监督机制,进而保护用户的权益,以促进IPTV服务的健康发展。参考文献：1 罗斯青，段保通.IPTV端到端业务质量监测技术研究J.电信科学,2 0 0 8(3):37-41.2胡永传,唐宏.基于分布式IPTV业务质量监测方案的研究J.电脑与电信,2 0 0 7(1)：2 1-2 4+32.3蒋力,罗斯青.IPTV业务质量保障的关键技术探讨J.电信技术,2 0 0 8(6):16-18.4 魏敏.IPTV质量监测的研究与实现J.海峡科学,2 0 11(8):40-41.5】刘永勇.数字高清及付费电视节目智能化监控平台的设计与应用J.卫星电视与宽带多媒体,2 0 2 2（1）：6 2-6 3+6 6.6纪峰,薛冬梅,陈仲达.IPTV监测与监管系统J.西部广播电视,2 0 13(17):118-119.7 张世仲.IPTV监测技术探讨J.黑龙江科技信息，2 0 15(23):46.8徐冰.IPTV电视智能化监测监播相关技术内容J.电视技术,2 0 2 2,46(9):198-2 0 0.作者简介：赵坤（1994一），本科，工程师,研究方向：广播电视工程。3方伟,王玉佳,闫文君.基于双变异遗传算法的无人机对海侦察航路规划J.中国电子科学研究院学报，,2 0 2 1,16(8):772-782.【4杨云杰.分布式电源与配电自动化终端协同规划方法研究D.保定：河北农业大学,2 0 2 1.5王海军,董颖华.基于多策略改进的遗传算法在配电网规划中的应用J.电网与清洁能源,2 0 2 1,37（11)：47-54.6胡小建,杨智.基于混合遗传算法的多栋货小车路径规划研究J.合肥工业大学学报（自然科学版），2 0 2 2，45(12):1715-1722.7刘科研，盛万兴,马晓晨，等.基于多种群遗传算法的分布式光伏接入配电网规划研究J.太阳能学报，2 0 2 1,42(6):146-155.8师文喜，付艳云，赵学义，等.基于多智能体的巡逻任务分配和路径优化方法研究J.中国电子科学研究院学报，2021,16(7):633-638.9丁明,张宇,毕锐，等.考虑集群划分的配电网网源协调扩展规划J.电力系统及其自动化学报，2 0 2 1,33（1）：136-143.作者简介：祝清华（198 8 一），本科，工程师，研究方向：电网规划、配电网规划设计、项目前期、设计评审。133