CN109449921A - 基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法。该方法包括以下步骤：步骤1：构建融冰电流的数学模型，建立计算融冰电流的目标函数，目标函数是以达到融冰电流的融冰点为最佳；步骤2：运用改进遗传算法对配电网进行重构优化，进行潮流计算，在满足电压和潮流约束的前提下，选取合理的融冰点；步骤3：计算距离变电站不同距离处的电流值，判断是否达到融冰电流，最终确定融冰点最优方案。本发明可以实现负荷不断电情况下的配电线路预融冰，避免覆冰风险，在通讯中断情况下，依然能保证系统安全可靠运行。

Description

基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于改进遗传算法的强励模式配电网 融冰选点优化方法。
背景技术
近年来，由于国内地形地貌及气象条件等参差不齐，每逢严寒腊冬时期，随着雨雪低温冰冻天气的袭击，部分地区出现冰灾事故。冰灾事故不仅使输电线路的承载负 荷量增大，而且对输电线路所用导线、铁塔、绝缘子等具有不同程度的破坏性作用， 甚至可能导致部分地区断线和倒塌事故的发生，导致大范围停电现象。如2008年初 发生的低温雨雪冰冻灾害，在我国南方地区大规模的雨雪冰冻造成输电线路和杆塔大 面积覆冰，部分地区电网输变电设施受损，相关电厂发电机组也因之跳闸停机。共造 成全国范围电网停运电力线路36740条，停运变电站2018座，110kV～500kV线路8381 基杆塔倾倒及损坏，全国共170个县(市)发生供电中断。南方电网供电区域的贵州大 部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区电网设施遭受到严重破坏， 仅南方电网的直接经济损失就高达150多亿元。这次冰灾表明中国电网抵御和防范极 端天气灾害的能力仍有待提高。
因此，在认真总结2008年初抗击冰雪灾害经验的基础上，研究电力线路融冰技术，运用科学有效的方式防止电网冰灾带来的危害，降低电网覆冰事故的发生率，尽可能减 少其经济损失，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的旨在解决上述问题，从而提供一种基于改进遗传算法的强励模式配电 网融冰选点优化方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点 优化方法。该方法包括以下步骤：
步骤1：构建融冰电流的数学模型，建立计算融冰电流的目标函数，目标函数是以达到融冰电流的融冰点为最佳；
步骤2：运用改进遗传算法对配电网进行重构优化，进行潮流计算，在满足电压和潮流约束的前提下，选取合理的融冰点；
步骤3：计算距离变电站不同距离处的电流值，判断是否达到融冰电流，最终确定融冰点最优方案。
优选地，所述步骤1中考虑多种设备和环境因素，包括气温、冰雪厚度、导线参数及系数和风速，建立计算融冰电流的目标函数，为最佳融冰点的选择提供理论依据。
优选地，所述步骤2中将配电网融冰选点的方法和改进遗传算法相结合，在满足电压和潮流约束的前提下，融冰点由遗传算法确定。
优选地，所述步骤3以变电站为参考节点，计算距离变电站的不同距离处计算节点电流值，选取电流值达到融冰电流的节点为融冰点，从而获得融冰选点的最优方案。
本发明提供了基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法，可以实现负 荷不断电情况下的配电线路预融冰，避免覆冰风险，在通讯中断情况下，依然能保证系统安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明的基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法流程图；
图2为本发明实施例提供的IEEE标准3馈线16节点配电系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基因交叉操作示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例 绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能 有一定缺省。
发明提供了一种基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法。该方法包 括以下步骤：
在步骤101中，构建融冰电流的数学模型，建立计算融冰电流的目标函数，目标函数是以达到融冰电流的融冰点为最佳。
其融冰电流目标函数为：
式中：Ir——融冰电流；
Tr——融冰时间；
R0——0℃时的导线电阻；
RT0——等效冰层传导热阻，
Δt——导体温度与外界气温之差；
g0——冰的比重；
b——冰层厚度；
D——导体覆冰后的外径；
d——导线直径；
Ln——为导线长度；
λ——导热系数，对雨淞λ＝2.27×10-2，对雾淞λ＝0.12×10-2。
RT——对流及辐射等效热阻，对雾淞对雨淞其中V为风速。
在步骤102中，运用改进遗传算法对配电网进行重构优化，进行潮流计算，在满足电压和潮流约束的前提下，选取合理的融冰点。具体如下：
改进的遗传算法
102.1遗传算法首先要形成染色体，然后进行复制、交叉和变异等工作，最后选择适应度最高的新个体为最佳方案。
102.1.1染色体形成及优化
配网重构用传统的遗传算法进行重构优化时，对距离进行编号，将网络中的距离用 0(开)或1(合)表示，每个距离占染色体的一位，染色体的长度等于距离的总数。
网络重构前断开的距离数要和网络重构后断开的距离数相等。本发明通过网络拓扑 的搜索，基于重构前的网络运行状态，经过优化，将网络分为若干条环路，环路数和断开的距离数一样。按每个环路为一个个体将所有的环路以固定的顺序排列好，然后分别 对每条环的距离分别进行编码。由于每个环路都是有且仅有距离是相同的，其他必须处 于不同的，根据这个特点进行实数编码。环路中各个开关的位置是固定的，环路中第i 个开关是断开的则将这条环路编码为i(i为自然数)，i的取值范围是1～N(N为距离的 总数目)。所有的环路都按照上述方法进行实数编码，然后按照已有的环路间的顺序将 整个网络环路进行整合，得到一个实数编码的染色体。
由图2的IEEE标准3馈线16节点配电系统为例，由图2可知，根据优化的原则 可以将支路1、支路7、支路10、支路15的开关状态从染色体中去除。将剩下的支路 进行分环操作，下面得到一种分环方案：
环路1：支路3-4-6-8；
环路2：支路9-13-14；
环路3：支路2-5-11-12-16。
在环路1中，支路4的开关是断开的，用传统的二进制编码表示为1011，而用实 数编码方式可以表示为2，状态编码的变换范围是1～4。同理环路2的状态用实数编码 表示为2，状态编码的变换范围是1～3；环路3的状态用实数编码表示为3，状态编码 的变换范围是1～5。按照环路1环路2环路3的顺序排列，图2中网络运行状态可以 用实数编码223表示。
上例可以看出，采用分环实数编码方法可以使染色体的长度大范围的减少，染色体 的所有编码都是可行的编码，不会出现不符合配网正常运行的编码，故无需对不符合配网运行的染色体进行修正。这种编码方式使配网重构遗传算法的效率有很大程度的提 高。
102.1.2染色体的遗传操作
本发明采用的复制方法是转轮法。复制完成，形成种群后就要进行交叉操作。本发明采用的是分环路的实数编码，交叉操作发生在环路与环路之间。下面还是以图1所示IEEE标准3馈线16节点配电系统为例说明本发明的交叉操作。
假设经过实数编码，复制操作，两两配对后，出现一组配对的染色体：A：234B：322。交叉位置选择在第二位，则形成两个新的染色体A1：222B1:334。具体操作如 图3所示。基因发生变异后的染色体就可能出现错误，不符合配网的网络运行条件。发 生染色体错误后要对染色体进行修正。本发明的染色体变异出现错误是开关数目越限， 越限后要将错误的环路编码变换到状态编码的变换范围内。以上例染色体A1为例。A1 的第二位发生变异，变异后的形成新的染色体A1：252。而第二位的变化范围为1～3， 故要对第二位进行修正，将第二位变换为1～3的随机数，修正后的染色体A1：232。 得到的网络运行状态符合配网的网络结构。
在步骤103中，计算距离变电站不同距离处的电流值，判断是否达到融冰电流，最终确定融冰点最优方案。
本发明提供了基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法，可以实现负 荷不断电情况下的配电线路预融冰，避免覆冰风险，在通讯中断情况下，依然能保证系统安全可靠运行。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1：构建融冰电流的数学模型，建立计算融冰电流的目标函数，目标函数是以达到融冰电流的融冰点为最佳；
步骤2：运用改进遗传算法对配电网进行重构优化，进行潮流计算，在满足电压和潮流约束的前提下，选取合理的融冰点；
步骤3：计算距离变电站不同距离处的电流值，判断是否达到融冰电流，最终确定融冰点最优方案。
2.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法，其特征在于，所述步骤1中考虑多种设备和环境因素，包括气温、冰雪厚度、导线参数及系数和风速，建立计算融冰电流的目标函数，为最佳融冰点的选择提供理论依据。
3.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法，其特征在于，所述步骤2中将配电网融冰选点的方法和改进遗传算法相结合，在满足电压和潮流约束的前提下，融冰点由遗传算法确定。
4.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法的强励模式配电网融冰选点优化方法，其特征在于，所述步骤3以变电站为参考节点，计算距离变电站的不同距离处计算节点电流值，选取电流值达到融冰电流的节点为融冰点，从而获得融冰选点的最优方案。
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