考虑地理信息的多电源配网规划研究

2016-12-12李胜俊

中国新技术新产品 2016年19期

关键词：支路电气电源

李胜俊

（国网四川省电力公司巴中供电公司，四川巴中 636000）

考虑地理信息的多电源配网规划研究

李胜俊

（国网四川省电力公司巴中供电公司，四川巴中 636000）

在电力系统中配电网具有重要的作用，配电网的投资与运行费用在整个系统中所占份额较大，科学、有效地进行方案规划能够降低投资费用。本文主要对现阶段城市新建供电区电源配网规划存在的问题进行了分析，并提出了针对街道地理环境约束的多电源配网规划模型，应用遗传算法对规划问题进行解决。本文通过某城市的电网规划系统对该模型与算法的有效性进行验证。

地理信息；配网规划；遗传算法；多电源；电力系统

早期对配电网的规划研究没有对地理环境因素进行考虑，主要考虑的是辐射、电压降以及容量等条件的约束，综合费用应当降低，近几年人们对电源配网规划的研究，大部分没有对地理环境因素进行考虑。首先对每一个电源点的供电范围进行确定，然后每一个电源点实施单独的电源配网规划。这种规划的方式会在很大程度上影响综合目标的优越性，环境问题引起了人们的高度重视，因此考虑地理环境约束已经成为多电源配网规划不得不考虑的问题。目前该方面的研究还不够成熟，主要是对模型的成本目标函数进行修改，还没有详细地对地理环境给多电源配网的影响进行考虑，在成本计算方面也不够细致。但是实际中地理环境对网架的影响不能单从目标函数进行反映，主要原因有以下几点：（a）在对地理信息进行考虑以后，规划图中除了要包含负荷点和电源点，还应增加道路标记，并对接到布置特点进行考虑，不能实现度待建线路集进行确定，所以不能继续应用不对地理信息进行考虑的方案。（b）如果规划区全部应用电缆，需要根据线路回数、走廊的宽度以及电压的等级对电缆的敷设方式进行选择，不同的选择相对应的费用会存在巨大的差异。

本文主要对现阶段城市新建供电区电源配网规划存在的问题进行了分析，并提出了针对街道地理环境约束的多电源配网规划模型，应用遗传算法对规划问题进行解决。本文通过某城市的电网规划系统对该模型与算法的有效性进行了验证。

一、前提规划

路段与路段端点代表相应的地理信息，路段是不可被分割，每个路段含有两个端点。端点不仅是负荷点或电源点，同时也是街道的交叉点。电源点、负荷点以及街道交叉点统称为地理节点。对电气信息进行表示时，电气节点包含了电源点、负荷点、电气分支点，同时电气节点也属于地理节点。

本文城市电网规划，所有的容量、负荷位置以及电源位置已经给出，电源的进线、走廊和回路数已经确定，路段的可选电缆敷设方式和地理信息一致，电缆型号统一，因此本文规划中不包含对线路型号的选择。

二、模型

目标函数：年投资费用最低是目标函数的目的，包含了土建、电气费用、走廊线路的费用以及运行的费用。

上式中的第一部分表示的是电气费用，第二部分表示的是土建费用，第三部分表示的运行费用，该式中的，其中r0表示电缆的投资收益率，t表示的是电缆能够运行的年限。式（1）中的f（D）表示的是每一个单位长度的电缆的造价，L表示的电缆的总长度，n表示的是电缆的种类；N表示的供电线路的个数；li表示的是第i中敷设方式的路段长度，Ci表示的第i种敷设方式的单位土建费用，T表示年最大负荷损耗时间（小时）。

约束条件：电气约束：节点电压的安全约束、变电站出线间隔的数量约束、电气设备的容量约束；路网约束：路段的最大电缆回数；网络约束：辐射性约束与连通性约束。

（一）染色体编码

为了实现对地理与电气信息的查询，并实现统计、动态修改操作，需要处理各种约束，确定个体的适应度，应用多信息矩阵进行个体染色体编码。

地理节点信息：

该矩阵能够对地理节点中经过的电气之路完成记录，并对电气节点编号，地理节点的编号是行号，每相两个元素，就对应着1条制度与电气节点的编号，例如MGN（i，1）所指为：在i地理节点的第1条支路，以此类推。

支路信息：

该矩阵是对每一个电气支路的电气和地理信息进行记录，行号表示的支路的编号，每一行的前两个元素表示的支路的首端与末端的电气节点的编号，第三个则表示的是支路所在线路的编号，第四个表示的支路的长度，其后的元素表示的支路的首端到支路的末端所存在的地理节点的编号。

线路信息：

该矩阵能够对每条线路中的负荷功率以及电源编号记录，线路的编号是行号，例如：ML（i，1）就是线路i的电源编号，ML（i，2）就是线路i的负荷功率。

电源信息：

能够记录出线回数和负荷功率，电源编号对应行号。

（二）种群初始化

基本思路是从任意负荷点，根据街道随机进行新线路敷设，从任意地理节点对另一个进行随机收索，寻找没有超限的供电电源，即完成供电布线。如果已经存在供电线路，并且接入后负荷点的线路容量没有超限，应当优先将该线路接入。紧接着按照该方式完成剩余负荷点的供电布线，指导完成个体网架的规划，并确保所规划的网架能够符合辐射性与连通性的约束。

（三）适应度计算

在完成初始化操作后，根据个体的线路信息矩阵与支路信息矩阵，对每个支路的电源归属进行确定，并确定每一条支路的长度和电气节点编号，然后可以根据推回代算方法计算供电子网的潮流，将每个节点电压有功网损进行确定。

（四）遗传操作

选择：为了让优良的个体稳定地保存，应用非线性排名、分组竞标赛的方式随机选择，为了避免最优个体没被选出，应用最优个体保留方案，让最优个体直接进行下一代。

交叉：边重组交叉运算，本文对路网信息进行了考虑，因此每一条线路会包含地理路段较多，因此本文中的边重组实际上也是支路重组和路段重组，因此重组过程会发生图1的布线情况。边重组个体对应的是随机的地理节点与路段，同样会产生新电气节点与新支路，确保新个体能符合约束。

变异：应用的变异方法有：支路最短路径替换变异与末端负荷点转移变异两种。

支路最短路径替换：选择最短路径缩短支路长度，降低迂回供电发生率，该方法基本思想是应用两端电气节点最优地理对变异支路的地理路径进行替换，同时应用Dijkstra算法提高搜索效率，这种变异操纵不会对破坏个体约束。末端负荷点转移变异，支路最短路径替换并不会对改变网络拓扑结构，因此会对制遗传算法搜索空间存在一定限制，因此该方法选择使用末端负荷点转移变异的方法来产生新的电气节点和新个体。基本思路为选中的末端负荷点的供电支路进行删除，然后对其进行重新布线，形成全新的供电网络，该方法也不会对变异个体约束造成破坏。