基于规则综合方法的电力配电网
重构算法
熊小伏1,张俊1
1重庆大学电气工程学院
摘要——本文提出了一种基于规则的综合方法来研究配电网的重构(DRNC)问题.所建立DNRC模型考虑了线路功率约束,其目标是使系统的功率损耗最少.为了得到精确的支路电流和系统的功率损耗,文中应用了基于功率合计方法的辐射型配电网潮流算法.并基于系统的运行经验形成综合规则进行配电网最佳重构计算.这种基于规则的配电网优化重构综合算法在贵阳南方供电局的配电网络中得到实际运用.为了阐述这一方法,在文中对两个配电网络系统进行了测试和分析.
关键词:最优化;基于规则的方法;试探算法;配电系统;网络重构;配电网络潮流算法
一. 引言
配电网络是电力系统中最广泛的一部分,而且由于配电网较低的电压水平,会产生很多的功率损耗.配电网重构的目的就是找到一种辐射状的运行结构,使得配电系统在正常运行条件下的功率损耗最小.一般来说,配电网络往往建设成互相连接的孔状网络,但在实际运行时,以辐射型的树状网络进行功率传送.这就意味着配电系统被分为几个辐射状的子系统,这些子系统都包含一些常开和常闭开关.根据图论的相关理论,一个配电网络可以表示成一个图G(N,B),这个图包含了一系列的节点N和一系列的支路B.每个节点表示一个源点(供电电源)或者一个接收点(用户负荷点),而每条支路则代表供电线路部分,这些支路可以是工作(开关闭合)和不工作(开关断开)的.由于网络是辐射状的,所以对由支路组成的树来说,每个负荷点都是准确地由一个电源电来供电.因此,配电网路重构就是要找到一个辐射状的运行结构,使系统在满足运行约束的条件下,功率损耗最小[1].事实上,配电网重构问题可以看成是从一个图中来选择一棵最佳的树的问题.许多算法已经被用来解决重构问题:试探或启发式算法[2-8],专家系统,离散分枝定界算法的组合优化[9-14], 以及遗传算法[1,15-17].
Merlin和Back首先提出了离散分枝定界方法来减少配电网中的功率损耗[3].由于组合本身的要求,对于一个实际的系统来说,这种方法需要对大量的网路重构进行检验.Shirmohammadi和Hong[7]用了在[3]中提到的同样的启发式算法.Castro et al[4]提出了搜索启发式算法来恢复线路供电和网络负荷的平衡.Castro和Franca[6]提出了改进的启发式算法来恢复线路供电和网络负荷的平衡.通过改进的牛顿-拉夫逊快速解耦法进行潮流计算,以检查系统运行约束违反状况.Baran和Wu[5]基于支路交换的方式提出一种试探型的重构方法来减少线路损耗以及平衡线路负荷.在计算时运用了两种近似的不同精度的辐射网潮流算法.同时他们也给出了数学表达式用来估计因拓扑结构的改变而造成的损耗的减少量.Liu等[12]提出了一个专家系统来解决配电网的重建和功率损耗问题.重构问题的模型是一个组合的非线性优化问题,要发现最佳的解决方案,就必须考虑由于网络中开关的开闭而形成的所有可能的树.
现在,基于遗传算法(GA)的新方法已经被应用于DNRC中[1,15-17].GA在获得全局最优方面要优于传统的试探或启发式算法.然而,在给定的描述空间上GA本质上是一种不受约束的探求方法.所有的信息都必须反映在适应函数里,过分近似的适应函数将直接导致不可靠的结论.
本文提出了一种基于规则的综合方法来研究配电网的重构(DRNC)问题.所建立DNRC模型考虑了线路功率约束,其目标是使系统的功率损耗最少.由于配电网络是一个简单的辐射型树状网络,这种网络中R/X比相对较大,对某些传输线来说甚至大于1.0,因此P-Q分解法和牛顿-拉夫逊法都不适合配电网潮流计算.所以,本文应用了一种基于功率合计方法的辐射型配电网潮流算法(PSRDNLF).用来选择配电网重构最佳方式的规则是基于系统的运行经验.这种基于规则的配电网优化重构综合算法在贵阳南方供电局的配电网络中得到实际运用.为证明本文方法的可行性和有效性,本文对两个配电网络系统(14节点系统和38节点系统)进行了计算和分析.
二.DNRC的数学模型
DNRC的目的就是找到一种辐射状的运行结构,使配电系统在满足运行约束的条件下功率损耗最小.如此,以下的模型可以描述DNRC问题.
l ( NL (1)
约束条件:
kl ( Pl ( ( Plmax l ( NL (2)
kl ( Ql ( ( Qlmax l ( NL (3)
Vimin ( Vi ( Vimax i ( N (4)
gi(P, k) = 0 (5)

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