CN111725803B - 优化电网开关组合的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种优化电网开关组合的方法，本申请中，获取电网全部开关状态数据，将电网全部开关状态数据添加到初始化后的数据林，在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，本申请中，只枚举添加的所有自由状态分支，可以减少计算案例，避免组合爆炸的问题。

Description

优化电网开关组合的方法及设备
技术领域
本申请涉及配电系统调度技术领域，尤其涉及一种优化电网开关组合的方法及设备。
背景技术
配电系统是由多种配电设备(或元件)和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统，电网中的开关组合问题可以归类为组合优化问题。现有技术中，在优化电网中的开关组合时，采用全树枚举法对电网中的所有开关及开关之间的分支进行枚举，这样可能造成组合爆炸的问题，由于计算案例过多而导致计算失败。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种优化电网开关组合的方法及设备。
本申请的方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种优化电网开关组合的方法，包括：
初始化预先构建的数据林；
获取电网全部开关状态数据，将所述电网全部开关状态数据添加到所述数据林；其中，开关状态数据包括：连接状态，断开状态和自由状态；
在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支；
若添加当前自由状态分支后没有产生回路，则将所述当前自由状态分支设置为连接状态分支，在所述数据林中将所述当前自由状态分支两端的开关状态数据更新为连接状态；在确定循环进行时，将所述更新后的开关状态数据作为下次循环中的电网全部开关状态数据；
枚举完成后，若所述数据林中的开关状态数据进行了更新，则返回所述在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支的步骤；
枚举完成后，若所述数据林中的开关状态数据没有更新，则从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合，具体包括：
根据所述自由状态分支的电能损耗为所述自由状态分支赋予线性权重；
构建分支权重求和最小公式，基于所述分支权重求和最小公式计算生成的开关组合中最小功率损耗开关组合。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支，具体包括：
若枚举饱和，则基于潮流计算确定当前枚举过程中添加的自由状态分支的电能损耗；
将枚举部署到尚未进行枚举的自由状态分支；
将多次枚举过程中添加的所有自由状态分支的电能损耗进行求和。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述根据所述自由状态分支的电能损耗为所述自由状态分支赋予线性权重，具体包括：
根据枚举过程中通过潮流计算确定的自由状态分支的电能损耗为每个所述自由状态分支赋予线性权重。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述枚举添加的所有自由状态分支，具体包括：
基于回溯算法枚举添加的所有自由状态分支。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：
在枚举过程中，将所述数据林的状态恢复到添加所述自由状态分支前的状态。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述构建分支权重求和最小公式，具体包括：
基于最小生成树算法，构建分支权重求和最小公式，计算生成的开关组合中最小功率损耗开关组合。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：
基于迭代算法，对潮流计算公式进行迭代优化。
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述基于迭代算法，对潮流计算公式进行迭代优化，具体包括：
基于数值迭代算法，对所述潮流计算公式进行迭代，根据迭代过程中的收敛性和收敛速度对所述潮流计算公式进行优化。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种优化电网开关组合的设备，包括：
处理器和存储器，所述处理器与所述存储器通过通信总线相连接；
其中，所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行以上任一项所述的优化电网开关组合的方法。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中的优化电网开关组合的方法，获取电网全部开关状态数据，将电网全部开关状态数据添加到初始化后的数据林，在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，由于只枚举添加的所有自由状态分支，可以减少计算案例，避免组合爆炸的问题。本申请中，若添加当前自由状态分支后没有产生回路，则将所述当前自由状态分支设置为连接状态分支，在数据林中将当前自由状态分支两端的开关状态数据更新为连接状态；因为数据林中的开关状态数据进行了更新，所以可以生成新的开关组合，将更新后的开关状态数据作为下次循环中的电网全部开关状态数据。在枚举完成后，若数据林中的开关状态数据进行了更新，则重复执行在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支的步骤；若数据林中的开关状态数据没有更新，则从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种优化电网开关组合的方法的流程图；
图2是本申请一个实施例提供的一种优化电网开关组合的方法中从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合的流程图；
图3是本申请一个实施例提供的一种优化电网开关组合的设备的结构图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
一种优化电网开关组合的方法，参照图1，包括：
S11：初始化预先构建的数据林；
数据林用于存储电网全部开关的状态数据，也可以称为数据池等。
S12：获取电网全部开关状态数据，将电网全部开关状态数据添加到数据林；其中，开关状态数据包括：连接状态，断开状态和自由状态；
开关状态数据即开关所处的状态是开还是关还是自由的数据。
开关状态数据包括：连接状态On，断开状态Off和自由状态Free。
自由状态是指根据计算需要确定开关是连接状态还是断开状态。
S13：在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支；
电网中自由状态开关有很多，在自由状态开关之间添加自由状态分支将自由状态开关进行连接，自由状态分支添加完毕后得到开关组合。
在数学和计算机科学理论中，一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序，或者是一种特定类型对象的计数。本实施例中，枚举出所有的自由状态分支。
S14：若添加当前自由状态分支后没有产生回路，则将当前自由状态分支设置为连接状态分支，在数据林中将当前自由状态分支两端的开关状态数据更新为连接状态；在确定循环进行时，将更新后的开关状态数据作为下次循环中的电网全部开关状态数据；
添加当前自由状态分支后没有产生回路的情况是根据电网结构来判断的，比如添加的自由分支可能没有连接到别的开关上，就不会产生回路。此时将当前自由状态分支设置为连接状态分支，在数据林中将当前自由状态分支两端的开关状态数据更新为连接状态。
本实施例中，需要通过循环生成多种开关组合，在确定循环进行时，将更新后的开关状态数据作为下次循环中的电网全部开关状态数据。
S15：枚举完成后，若数据林中的开关状态数据进行了更新，则返回在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支的步骤；
枚举完成后，若数据林中的开关状态数据进行了更新，可以根据新的开关状态数据生成新的开关组合，此时返回在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支的步骤，重新生成新的开关组合，
S16：枚举完成后，若数据林中的开关状态数据没有更新，则从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合。
枚举完成后，若数据林中的开关状态数据没有更新，根据上一循环中的的开关状态数据无法生成新的开关组合，则终止循环，从已经生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合进行输出。
本申请中的优化电网开关组合的方法，获取电网全部开关状态数据，将电网全部开关状态数据添加到初始化后的数据林，在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，由于只枚举添加的所有自由状态分支，可以减少计算案例，避免组合爆炸的问题。本申请中，若添加当前自由状态分支后没有产生回路，则将所述当前自由状态分支设置为连接状态分支，在数据林中将当前自由状态分支两端的开关状态数据更新为连接状态；因为数据林中的开关状态数据进行了更新，所以可以生成新的开关组合，将更新后的开关状态数据作为下次循环中的电网全部开关状态数据。在枚举完成后，若数据林中的开关状态数据进行了更新，则重复执行在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支的步骤；若数据林中的开关状态数据没有更新，则从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合，参照图2，具体包括：
S161：根据自由状态分支的电能损耗为自由状态分支赋予线性权重；
因为最小功率损耗优化的开关组合问题是非线性优化问题，因此无法应用现有技术中的常规算法进行计算，本实施例中，根据自由状态分支的电能损耗为自由状态分支赋予线性权重，将最小功率损耗优化的开关组合问题转化为线性优化问题，方便进行计算。
S162：构建分支权重求和最小公式，基于分支权重求和最小公式计算生成的开关组合中最小功率损耗开关组合。
构建分支权重求和最小公式，采用比较功率损耗的方式，计算出最小功率损耗开关组合。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支，具体包括：
若枚举饱和，则基于潮流计算确定当前枚举过程中添加的自由状态分支的电能损耗；
将枚举部署到尚未进行枚举的自由状态分支；
将多次枚举过程中添加的所有自由状态分支的电能损耗进行求和。
枚举是具有上限的，自由状态分支可能因为数量较多无法一次性枚举完成，所以如果出现枚举饱和的情况，则基于潮流计算确定当前枚举过程中添加的自由状态分支的电能损耗。
潮流计算是指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。
在确定当前枚举过程中添加的自由状态分支的电能损耗后，将枚举部署到尚未进行枚举的自由状态分支继续进行枚举，直到将所有自由状态分支全部枚举。
将多次枚举过程中添加的所有自由状态分支的电能损耗进行求和，得到所有自由状态分支的电能损耗。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，根据自由状态分支的电能损耗为自由状态分支赋予线性权重，具体包括：
根据枚举过程中通过潮流计算确定的自由状态分支的电能损耗为每个自由状态分支赋予线性权重。
因为枚举过程中通过潮流计算确定了自由状态分支的电能损耗，在为自由状态分支赋予线性权重时，可以根据枚举过程中通过潮流计算确定的自由状态分支的电能损耗为每个自由状态分支赋予线性权重。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，枚举添加的所有自由状态分支，具体包括：
基于回溯算法枚举添加的所有自由状态分支。
回溯算法实际上是一个类似枚举的搜索尝试过程，主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解，当发现已不满足求解条件时，就“回溯”返回，尝试别的路径。回溯法是一种选优搜索法，按选优条件向前搜索，以达到目标。回溯算法是从头到尾的搜索方法，所以基于回溯算法枚举添加的所有自由状态分支。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，还包括：
在枚举过程中，将数据林的状态恢复到添加自由状态分支前的状态。
在枚举过程中，便将数据林的状态恢复到添加自由状态分支前的状态，而不是等枚举完成再将数据林的状态恢复到添加自由状态分支前的状态，主要是为了提高寻找最小功率损耗开关组合的速度。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，构建分支权重求和最小公式，具体包括：
基于最小生成树算法，构建分支权重求和最小公式，计算生成的开关组合中最小功率损耗开关组合。
最小生成树算法可以计算线性优化问题，本实施例中，采用最小生成树算法构建分支权重求和最小公式，计算生成的开关组合中最小功率损耗开关组合。
一些实施例中的优化电网开关组合的方法，还包括：
基于迭代算法，对潮流计算公式进行迭代优化。
进一步的，基于迭代算法，对潮流计算公式进行迭代优化，具体包括：
基于数值迭代算法，对潮流计算公式进行迭代，根据迭代过程中的收敛性和收敛速度对潮流计算公式进行优化。
迭代是数值分析中通过从一个初始估计出发寻找一系列近似解来解决问题(一般是解方程或者方程组)的过程，为实现这一过程所使用的方法统称为迭代法。
对潮流计算公式进行迭代优化，主要是通过根据迭代过程中的收敛性和收敛速度对潮流计算公式进行优化。
一种优化电网开关组合的设备，参照图3，包括：
处理器和存储器，处理器与存储器通过通信总线相连接；
其中，处理器，用于调用并执行存储器中存储的程序；
存储器，用于存储程序，程序至少用于执行以上任一实施例中的优化电网开关组合的方法。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种优化电网开关组合的方法，其特征在于，包括：
初始化预先构建的数据林；
获取电网全部开关状态数据，将所述电网全部开关状态数据添加到所述数据林；其中，开关状态数据包括：连接状态，断开状态和自由状态；
在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支；
若添加当前自由状态分支后没有产生回路，则将所述当前自由状态分支设置为连接状态分支，在所述数据林中将所述当前自由状态分支两端的开关状态数据更新为连接状态；在确定循环进行时，将所述更新后的开关状态数据作为下次循环中的电网全部开关状态数据；
枚举完成后，若所述数据林中的开关状态数据进行了更新，则返回所述在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支的步骤；
枚举完成后，若所述数据林中的开关状态数据没有更新，则从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从生成的开关组合中计算出最小功率损耗开关组合，具体包括：
根据所述自由状态分支的电能损耗为所述自由状态分支赋予线性权重；
基于最小生成树算法，构建分支权重求和最小公式，基于所述分支权重求和最小公式计算生成的开关组合中最小功率损耗开关组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在自由状态开关之间添加自由状态分支，生成开关组合，并枚举添加的所有自由状态分支，具体包括：
若枚举饱和，则基于潮流计算确定当前枚举过程中添加的自由状态分支的电能损耗；
将枚举部署到尚未进行枚举的自由状态分支；
将多次枚举过程中添加的所有自由状态分支的电能损耗进行求和。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述自由状态分支的电能损耗为所述自由状态分支赋予线性权重，具体包括：
根据枚举过程中通过潮流计算确定的自由状态分支的电能损耗为每个所述自由状态分支赋予线性权重。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述枚举添加的所有自由状态分支，具体包括：
基于回溯算法枚举添加的所有自由状态分支。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在枚举过程中，将所述数据林的状态恢复到添加所述自由状态分支前的状态。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
基于迭代算法，对潮流计算公式进行迭代优化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于迭代算法，对潮流计算公式进行迭代优化，具体包括：
基于数值迭代算法，对所述潮流计算公式进行迭代，根据迭代过程中的收敛性和收敛速度对所述潮流计算公式进行优化。
9.一种优化电网开关组合的设备，其特征在于，包括：
处理器和存储器，所述处理器与所述存储器通过通信总线相连接；
其中，所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行权利要求1-8任一项所述的优化电网开关组合的方法。
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