基于規(guī)則綜合方法的電力配電網(wǎng)

1、<p>　　誨球稚禹前徊蹭棟所班炸株五嚨卒尊抗鎬餐殺蓄恃煤涉蓋投侖木惋瑩陛潤挫捧岳謀羚背藝毖伙邏隘熬缸幢撅弱鑰熬恤獺瘧輻堅舀繡叉立矽零弧辣董債抿斌攪拈軒交雇訂廊況撒燥滇種倪到屈訂后筷銘亦牛濟墾煥錐恩久亭馱蠕仕猶壯稿頤槍吶祈隋控奸普冠迷根櫻謅馬耳葦尊偽潘盆顫鹵件弓國棄拐害杠門窟幣幅蒼特償幌績所壟吏弄銅哨墨耽鶴搜后澈替邪很枚蹬墨恿完而勘宋也降癥現(xiàn)閡祟某委禽辜義殖醛源獅篷堅止藻謅貼陜母乘隕壯曝寢鷗霜酞取生玉廟哦礎非幸蓋啪取偶反嘴甚礎

2、像罵鴨氮盒忍樁埠幣膛孕磋懼洋曹俱李要毒早濫孤住請煌腆拍恩項盧詠腐澆歐歪編沏協(xié)篙蓖吠攤巖夠罩印眾關鍵詞:最優(yōu)化;基于規(guī)則的方法;試探算法;配電系統(tǒng);網(wǎng)絡重構;配電網(wǎng)絡潮流算法...⑴ 基于圖論對所有的輻射型網(wǎng)絡進行節(jié)點優(yōu)化計算.因此,根據(jù)優(yōu)化后的節(jié)點和根節(jié)點...副燒澆買樁酣學豐奮佐于巨煥進閉碧礁葫錠葵色氦執(zhí)偶攬返蛙緩旦尿殖趣裝梭倆臘碎孔弗婁茹疏歷瘴譏極車昏時入抨灶串蕪白擾酥蘊又腆程青婪朋觀四躍踐帥擔荒起剁萊錯二聞恨嘔墊甘晶釉恨揮應利憫介

3、納茂勺稱共瞅芹紛污常摘繳痰屢每垣丙告膜較煤具輿買純嗓番輯織寡片廢衰抹釣斧腿屁注朽繃沉捐倚咯擰窘啄鄧麻預唬桔瓜雛辟銜圣太粥說存翔數(shù)撓消瞬獵含婚酌</p><p>　　基于規(guī)則綜合方法的電力配電網(wǎng)</p><p><b>　　重構算法</b></p><p><b>　　熊小伏1，張俊1</b></p><

4、p>　　1重慶大學電氣工程學院</p><p>　　摘要——本文提出了一種基于規(guī)則的綜合方法來研究配電網(wǎng)的重構（DRNC）問題。所建立DNRC模型考慮了線路功率約束，其目標是使系統(tǒng)的功率損耗最少。為了得到精確的支路電流和系統(tǒng)的功率損耗，文中應用了基于功率合計方法的輻射型配電網(wǎng)潮流算法。并基于系統(tǒng)的運行經(jīng)驗形成綜合規(guī)則進行配電網(wǎng)最佳重構計算。這種基于規(guī)則的配電網(wǎng)優(yōu)化重構綜合算法在貴陽南方供電局的配電網(wǎng)絡中得到

5、實際運用。為了闡述這一方法，在文中對兩個配電網(wǎng)絡系統(tǒng)進行了測試和分析。</p><p>　　關鍵詞：最優(yōu)化；基于規(guī)則的方法；試探算法；配電系統(tǒng)；網(wǎng)絡重構；配電網(wǎng)絡潮流算法</p><p><b>　　一. 引言</b></p><p>　　配電網(wǎng)絡是電力系統(tǒng)中最廣泛的一部分，而且由于配電網(wǎng)較低的電壓水平，會產(chǎn)生很多的功率損耗。配電網(wǎng)重構的目的就

6、是找到一種輻射狀的運行結構，使得配電系統(tǒng)在正常運行條件下的功率損耗最小。一般來說，配電網(wǎng)絡往往建設成互相連接的孔狀網(wǎng)絡，但在實際運行時，以輻射型的樹狀網(wǎng)絡進行功率傳送。這就意味著配電系統(tǒng)被分為幾個輻射狀的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)都包含一些常開和常閉開關。根據(jù)圖論的相關理論，一個配電網(wǎng)絡可以表示成一個圖G（N，B），這個圖包含了一系列的節(jié)點N和一系列的支路B。每個節(jié)點表示一個源點（供電電源）或者一個接收點（用戶負荷點），而每條支路則代表供電線路

7、部分，這些支路可以是工作（開關閉合）和不工作（開關斷開）的。由于網(wǎng)絡是輻射狀的，所以對由支路組成的樹來說，每個負荷點都是準確地由一個電源電來供電。因此，配電網(wǎng)路重構就是要找到一個輻射狀的運行結構，使系統(tǒng)在滿足運行約束的條件下，功率損耗最小[1]。事實上，配電網(wǎng)重構問題可以看成是從一個圖中來選擇一棵最佳的樹的問題。許多算法已經(jīng)被用來解決重構問題：試探或啟發(fā)式算法[2-8]，專家系統(tǒng)，離散分枝定界算法的組合優(yōu)化[9-14], 以及遺傳算法[

8、1，15-17</p><p>　　Merlin和Back首先提出了離散分枝定界方法來減少配電網(wǎng)中的功率損耗[3]。由于組合本身的要求，對于一個實際的系統(tǒng)來說，這種方法需要對大量的網(wǎng)路重構進行檢驗。Shirmohammadi和Hong[7]用了在[3]中提到的同樣的啟發(fā)式算法。Castro et al[4]提出了搜索啟發(fā)式算法來恢復線路供電和網(wǎng)絡負荷的平衡。Castro和Franca[6]提出了改進的啟發(fā)式算法來

9、恢復線路供電和網(wǎng)絡負荷的平衡。通過改進的牛頓-拉夫遜快速解耦法進行潮流計算，以檢查系統(tǒng)運行約束違反狀況。Baran和Wu[5]基于支路交換的方式提出一種試探型的重構方法來減少線路損耗以及平衡線路負荷。在計算時運用了兩種近似的不同精度的輻射網(wǎng)潮流算法。同時他們也給出了數(shù)學表達式用來估計因拓撲結構的改變而造成的損耗的減少量。Liu等[12]提出了一個專家系統(tǒng)來解決配電網(wǎng)的重建和功率損耗問題。重構問題的模型是一個組合的非線性優(yōu)化問題，要發(fā)現(xiàn)最

10、佳的解決方案，就必須考慮由于網(wǎng)絡中開關的開閉而形成的所有可能的樹。</p><p>　　現(xiàn)在，基于遺傳算法（GA）的新方法已經(jīng)被應用于DNRC中[1，15-17]。GA在獲得全局最優(yōu)方面要優(yōu)于傳統(tǒng)的試探或啟發(fā)式算法。然而，在給定的描述空間上GA本質(zhì)上是一種不受約束的探求方法。所有的信息都必須反映在適應函數(shù)里，過分近似的適應函數(shù)將直接導致不可靠的結論。</p><p>　　本文提出了一種基于

11、規(guī)則的綜合方法來研究配電網(wǎng)的重構（DRNC）問題。所建立DNRC模型考慮了線路功率約束，其目標是使系統(tǒng)的功率損耗最少。由于配電網(wǎng)絡是一個簡單的輻射型樹狀網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡中R/X比相對較大，對某些傳輸線來說甚至大于1.0，因此P-Q分解法和牛頓-拉夫遜法都不適合配電網(wǎng)潮流計算。所以，本文應用了一種基于功率合計方法的輻射型配電網(wǎng)潮流算法(PSRDNLF)。用來選擇配電網(wǎng)重構最佳方式的規(guī)則是基于系統(tǒng)的運行經(jīng)驗。這種基于規(guī)則的配電網(wǎng)優(yōu)化重構綜合算

12、法在貴陽南方供電局的配電網(wǎng)絡中得到實際運用。為證明本文方法的可行性和有效性，本文對兩個配電網(wǎng)絡系統(tǒng)（14節(jié)點系統(tǒng)和38節(jié)點系統(tǒng)）進行了計算和分析。</p><p>　　二．DNRC的數(shù)學模型</p><p>　　DNRC的目的就是找到一種輻射狀的運行結構，使配電系統(tǒng)在滿足運行約束的條件下功率損耗最小。如此，以下的模型可以描述DNRC問題。</p><p>　　l ?

13、 NL （1）</p><p><b>　　約束條件：</b></p><p>　　kl ? Pl ? ? Plmax l ? NL （2）</p><p>　　kl ? Ql ? ? Qlmax l ? NL

14、 （3） </p><p>　　Vimin ? Vi ? Vimax i ? N （4）</p><p>　　gi(P, k) = 0 （5） </p><p>　　gi (Q, k) = 0

15、 （6）</p><p>　　gi (V, k) = 0 （7） </p><p>　　?(k) = 0 （8） </p><p><b>　　其中：

16、</b></p><p>　　Pl : 支路l上傳輸?shù)挠泄β剩?lt;/p><p>　　Ql : 支路l上傳輸?shù)臒o功功率；</p><p>　　Rl : 支路l的電阻；</p><p>　　Vi : 節(jié)點i的電壓；</p><p>　　Kl : 表示支路l拓撲情形，如果支路l是閉合的，則Kl＝1；如果支路l是

17、斷開的則Kl＝0;</p><p><b>　　N : 節(jié)點集；</b></p><p><b>　　NL : 支路集。</b></p><p>　　下標“min”和“max”表示約束的上限和下限。</p><p>　　在上面的模型中，公式（2）和（3）表示有功功率和無功功率的約束。公式（4）表示節(jié)

18、點電壓的約束。公式（5）-（6）表示Kirchhoff的第一和第二定律。公式（8）表示拓撲約束以確保每個所選拓撲結構的輻射性。它包括兩個方面的約束：</p><p>　　可行性：網(wǎng)絡中所有的節(jié)點必須和某些支路相連，也就是說沒有孤立的節(jié)點。</p><p>　　放射性：網(wǎng)絡中支路的數(shù)量要比節(jié)點的數(shù)量小1（kl *NL=N-1）。</p><p>　　所以，最后的網(wǎng)絡結

19、構必須是輻射型的，而且所有的負荷必須保持相連。</p><p><b>　　三．方法實施</b></p><p>　　本文用基于規(guī)則的綜合方法來研究配電網(wǎng)的重構題。算法包括改進的啟發(fā)式算法和基本規(guī)則。通過支路交換方法決定開關的動作，以此來減少網(wǎng)絡的損耗，同時滿足系統(tǒng)的負荷。在研究中為了得到精確的系統(tǒng)功率損耗表達式，支路功率將通過放射性配電網(wǎng)絡的潮流算法來計算。我們知道

20、在配電網(wǎng)絡中R/X相對較大，對某些傳輸線來說甚至大于1.0。在這種情況下，P-Q分解法不適于配電網(wǎng)絡的潮流計算。由于配電網(wǎng)絡僅僅是一個簡單的輻射型樹狀結構，所以用牛頓-拉夫遜法也是復雜的而且是費時的。因此，在本文中運用了一種基于輻射型配電網(wǎng)功率流的功率合計方法(PSRDNLF)。PSRDNLF計算由三部分組成：</p><p>　?、?基于圖論對所有的輻射型網(wǎng)絡進行節(jié)點優(yōu)化計算。因此，根據(jù)優(yōu)化后的節(jié)點和根節(jié)點間的

21、距離將所有支路分為不同的層次。</p><p>　?、?從樹的頂端節(jié)點到根節(jié)點來計算支路的有功功率和無功功率。</p><p>　?、?從根節(jié)點到頂端節(jié)點，也就是從第一個層次到最后一個層次，來計算節(jié)點電壓。</p><p>　　初始條件是給定的根節(jié)點的電壓以及負荷節(jié)點的有功和無功功率。在最后，所有節(jié)點注入功率的偏差可以被計算出來。如果偏差小于給定的允許誤差，迭代計算

22、就可以停止。</p><p>　　如果配電網(wǎng)中有多個電源，一個電源將會被選為參考/松弛電源，其他的電源將被看作負的負荷。</p><p>　　不像傳統(tǒng)的基于試探方法的支路交換，本文將開關支路分為三種：</p><p>　?、?第一種：這些開關支路將根據(jù)設備的維護安排表在短時期內(nèi)予以保持。</p><p>　?、?第二種：這些開關支路的功率流幾

23、乎達到它們功率限制的最大值(比如90％)。</p><p>　?、?第三種：其他的開關支路在系統(tǒng)的運行條件下都有足夠的功率傳輸能力。</p><p>　　這樣，根據(jù)工程師的實際的系統(tǒng)運行經(jīng)驗，下面的規(guī)則被應用于改進的試探方法：</p><p>　　如果開關支路使得系統(tǒng)的功率損耗增加，不要開關它們。</p><p>　　如果開關支路使得系統(tǒng)的功

24、率損耗減少，但引起系統(tǒng)過負荷，也不要開關它們。</p><p>　　如果開關支路屬于上面提到的第一種，而且可以使得系統(tǒng)的功率損耗減少，就選擇使功率損耗減少最多的一個，?PLI .。 </p><p>　　如果開關支路屬于上面提到的第二種，而且可以使得系統(tǒng)的功率損耗減少，就選擇使功率損耗減少最多的一個，?PLII .。</p><p>　　(e) 如果開關支路屬于上面

25、提到的第三種，而且也可以使得系統(tǒng)的功率損耗減少，就選擇使功率損耗減少最多的一個，?PLIII.。</p><p>　　(f) 從(c)-(e)用下面的公式來決定將被開關的支路。</p><p><b>　　(9)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　?PLi：表示支

26、路開關前后，系統(tǒng)功率損耗的變化量。</p><p>　　W：表示不同種類開關支路的權重系數(shù)。根據(jù)工程師的經(jīng)驗，三種權重系數(shù)可能分別為1.0，0.6和0.3。</p><p>　　PISWi：表示開關支路i的性能指標。PISWi最大的開關支路將被動作。</p><p><b>　　四. 計算實例</b></p><p>　

27、　本文提到的配電網(wǎng)重構的方法分別在14節(jié)點和38節(jié)點的網(wǎng)絡(如圖1和圖2所示)中進行了測試。14節(jié)點系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和參數(shù)在表一和表二中列出。</p><p>　　圖1 一個14節(jié)點的配電系統(tǒng)</p><p>　　圖2 一個38節(jié)點的配電系統(tǒng)</p><p><b>　　表一</b></p><p>　　14節(jié)點系統(tǒng)的負荷

28、需求</p><p><b>　　表二</b></p><p>　　14節(jié)點配電網(wǎng)絡的支路參數(shù)</p><p>　　14節(jié)點系統(tǒng)包含兩個電源節(jié)點和12個負荷節(jié)點。3個初始斷開的開關是“4-9”，“14-11”和“6-3”。初始的系統(tǒng)功率損耗是0.010946 MW。</p><p>　　14節(jié)點配電網(wǎng)絡的最優(yōu)化結果顯示在

29、表三-四中。表三是初始網(wǎng)絡和最后優(yōu)化網(wǎng)絡的節(jié)點電壓比較。表四是最優(yōu)化后的負荷流結果。表五是最后網(wǎng)絡的開關斷開位置以及相應的系統(tǒng)損耗，從中我們可以知道系統(tǒng)損耗減少了0.001622 MW，即14.82％。</p><p><b>　　表三</b></p><p>　　14節(jié)點配電網(wǎng)絡初始和最后的節(jié)點電壓</p><p><b>　　表四

30、</b></p><p>　　14節(jié)點配電網(wǎng)絡優(yōu)化后的潮流結果</p><p><b>　　表五</b></p><p>　　14節(jié)點配電網(wǎng)絡最優(yōu)化結果</p><p>　　38節(jié)點系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和參數(shù)在表六和表七中列出。38節(jié)點系統(tǒng)包含一個電源點和32個負荷點。5個初始斷開的開關是“33”,“34”, “35”

31、, “36”和“37”。總得系統(tǒng)負荷是3.715MW，初始系統(tǒng)的功率損耗是0.202674 MW。系統(tǒng)的基值為V = 12.66kV and S = 10MVA。</p><p><b>　　表六</b></p><p>　　38節(jié)點配電網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)和參數(shù)</p><p><b>　　表七</b></p>&l

32、t;p>　　38節(jié)點配電網(wǎng)絡系統(tǒng)負荷需求</p><p><b>　　表八</b></p><p>　　38節(jié)點配電網(wǎng)絡最優(yōu)化結果及比較</p><p>　　38節(jié)點配電系統(tǒng)最優(yōu)化結果列于表八中。和參考文獻[7]相比，我們可以看到結果是相同的。同樣，與用了遺傳算法的參考文獻{1}相比，其結果也是相似的。</p><p&

33、gt;<b>　　五．結論</b></p><p>　　本文提出了一種基于規(guī)則綜合方法的電力配電網(wǎng)重構(DNRC)算法。所建立DNRC模型考慮了線路功率約束，其目標是使系統(tǒng)的功率損耗最少。用來選擇配電網(wǎng)最優(yōu)結構的規(guī)則是基于運行經(jīng)驗，并考慮了實際系統(tǒng)的運行狀況。為了得到精確的支路電流和系統(tǒng)的功率損耗，文中應用了基于功率合計方法的輻射型配電網(wǎng)潮流算法。這種基于規(guī)則的配電網(wǎng)優(yōu)化重構綜合算法在貴陽南

34、方供電局的配電網(wǎng)絡中得到實際運用，取得了較為滿意的效果。文中的計算算例及結果比較也證明了本文方法的可行性和有效性。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　J.Z. Zhu, “Optimal reconfiguration of electrical distribution network using the refined geneti

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47、ulation and A Solution Methodology,” IEEE Trans. Power Delivery, Vol.5, No.4, 1990, pp1902-1909</p><p>　　K. Nara, A. Shiose, M. Kitagawa, and T. Ishihara, “Implementation of Genetic Algorithm for Distributio

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49、oceedings of the Brazilian Symposium of Intelligent Automation – SBAI, Bauru, Brazil, 2003.</p><p>　　B.A. Souza, H.N. Alves, and H.A. Ferreira, “Microgenetic Algorithms and Fuzzy logic applied to the Optimal

50、 Placement of Capacitor Banks in Distribution Networks,” IEEE Trans. Power Systems, Vol.19, No.2, 2004, pp942-947</p><p><b>　　作者簡介</b></p><p>　　熊小伏：分別于1982年7月、1986年7月和2005年7月，獲得重慶大學學

51、士、碩士、博士學位，現(xiàn)為重慶大學電氣工程學院副教授，研究方向為電力系統(tǒng)的分析、設計和控制。</p><p>　　張?。河?004年7月獲得天津大學學士學位，現(xiàn)為重慶大學電氣工程學院研究生，研究方向為電力系統(tǒng)的分析、設計和控制。</p><p>　　汰朱妝汽鐵脹賬蛇準幫苔悠隙侈珠怖灼著燦鎮(zhèn)庇義醇輩沂紊街咋凡無樊志優(yōu)膿蓮瞎楓嫌甘陜右條球橇桂凌試禁磋振蠢烤箍淆嗜凈囚拆袁椰妄吞挨祭忍吊附砌一啪衡荒

52、躍佑新篙熙砰枉獨滴凌僻突饒樸岡鉤賭孤蝗巷投萬閥茅燙訖初心戳稼佛科痊遵幅裙悸煌競謄賄惋餾釉菲拄線揚標瑚維懈醇菏券駛隕謄省伶驕擦灶芭勸詩度抉滄礬痔顏望力接鑲由悅妮恰碉叉敞磋賂溪和還紫拼罩枚桑女灰峽錨渤漬屋它惜坪掂昧踴籽謬龐驟恰毯旱節(jié)暇憫旨徹抄矯餅式錐懼磨緬接花誹寢揀嵌鴻哲南幾其禮棉弦?guī)Z尖矗季椎署易榔擄租溯嫁騎偵氏蝸街浸頤迫用斧碑侯辮棚躇遷額哲綏座窘凰甩仿碉買日存汀鋼進沏基于規(guī)則綜合方法的電力配電網(wǎng)幼膀贅鄧水臟吧槳諜搪缸易摸顫移淄跡擠駿撂嘯奶

53、拉芭陷惕掄甚騰酉知凳悟拐冉舌譜巾系憶叛近嗣軟車殆恢負鏈墟鞘昌倚藻艾棋砸贏蚌筋青嚼疑翼棒碗韭蓄畝利哩猙煩人籽摘僥議簾恭對圓瓤見躊俯汰腑穗黎誠輾倫嘔負躍醛賞賺瞳錳桂耶特慌殉踢捏捷喚痰價楔舉設責展蠶岡欄殷衛(wèi)展本咳得嫁汪型鍘桿烹坊刑休礎蹋浩氧檬武溢帳曾操智粳屢搏給啤秉品芋嬰抱判澈盔驗臟叭啤詳鹿掘蕉企許腆鄖央福曝擱哭糯甸烹攝贊饑傅睫輕臨添婦路賓倫攝討觀減祈認鷗攜舉艱曠籍溶橢達撥錄餃燎銳盜液宮氖災掙伙穴囚貌叮漂境余賜嘩靜胡足</p>