CN112446553B - 一种配电变压器资源优化配置的方法及装置 - Google Patents

一种配电变压器资源优化配置的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电变压器资源优化配置的方法及装置，涉及电力资源管理技术领域；方法包括S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数，所述分目标函数权重系数包括第一分目标函数f1的权重系数α1、第二分目标函数f2的权重系数α2和第三分目标函数f3的权重系数α3；S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，给定区域内配电变压器资源最佳配置方案对应的配电变压器资源优化配置综合目标函数值F最小；装置为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现配电变压器资源优化配置方法的步骤；其通过S1和S2的步骤等，实现给定区域内配电变压器资源最佳配置，解决或减轻配电变压器重过载问题。

Description

一种配电变压器资源优化配置的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力资源管理技术领域，尤其涉及一种配电变压器资源优化配置的方法及装置。
背景技术
配电变压器重过载不但自身损耗会增大，而且还会给电网的安全运行带来较大隐患。供电企业有时会采用配电变压器调换的方式，来解决或减轻给定区域内部分配电变压器重过载的问题，该方式仅仅是对给定区域内的配电变压器资源进行了优化配置，无需额外增加设备投资，经济性较高。但仅凭工作人员的经验，对配电变压器进行位置调换，很难达到理想的效果。因此，有必要发明一种配电变压器资源优化配置方法，以求解给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，为工作人员的配电变压器位置调换工作提供支撑，从而保证配电网安全经济运行。
现有技术问题及思考：
如何通过配电变压器调换的方式，解决或减轻给定区域内配电变压器重过载的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种配电变压器资源优化配置的方法及装置，其通过S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数和S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案的步骤等，实现给定区域内配电变压器资源最佳配置，解决或减轻了该区域内配电变压器重过载的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种配电变压器资源优化配置的方法包括如下步骤，S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数，给定配电变压器资源优化配置综合目标函数如式(1)所示，所述分目标函数权重系数包括第一分目标函数f1的权重系数α1、第二分目标函数f2的权重系数α2和第三分目标函数f3的权重系数α3；S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案对应的配电变压器资源优化配置综合目标函数值F最小；
F＝min(α1f1+α2f2+α3f3) (1)
式(1)中，F为配电变压器资源优化配置综合目标函数值。
进一步的技术方案在于：所述S1步骤中用AHP算法求解分目标函数权重系数。
进一步的技术方案在于：所述S1步骤中，第一分目标函数f1按式(2)求得，
Figure BDA0002841178450000021
式(2)中，N为给定区域内的台区数量，因一个台区配置一台配电变压器，故N也是给定区域内的配电变压器数量；hi为给定区域内第i个台区的配电变压器重过载标识。
进一步的技术方案在于：在S1步骤中，hi按式(3)求得，
Figure BDA0002841178450000022
式(3)中，Pimax为给定区域内第i个台区的最大用电负荷；SiN为该台区配电变压器的额定容量。
进一步的技术方案在于：所述S1步骤中第二分目标函数f2按式(4)求得，
Figure BDA0002841178450000023
式(4)中，ei为给定区域内第i个台区的配电变压器位置调换标识。
进一步的技术方案在于：在S1步骤中，
ei按式(5)求得。
Figure BDA0002841178450000024
进一步的技术方案在于：在S1步骤中，第三分目标函数f3按公式(6)求得，
Figure BDA0002841178450000031
式(6)中，dB为距离基准值，其计算方式如式(7)所示；di为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器与其原来位置之间的直线距离，若调换工作实施完毕后，该变压器的位置不变，则di为0，否则按式(8)计算di。
进一步的技术方案在于：在S2步骤中，用模拟退火算法求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案。
一种配电变压器资源优化配置的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述配电变压器资源优化配置方法的步骤。
一种配电变压器资源优化配置的装置为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述配电变压器资源优化配置方法的步骤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
一种配电变压器资源优化配置的方法包括如下步骤，S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数，给定配电变压器资源优化配置综合目标函数如式(1)所示，所述分目标函数权重系数包括第一分目标函数f1的权重系数α1、第二分目标函数f2的权重系数α2和第三分目标函数f3的权重系数α3；S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案对应的配电变压器资源优化配置综合目标函数值F最小。其通过S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数和S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案的步骤等，实现给定区域内配电变压器资源最佳配置，解决或减轻了该区域内配电变压器重过载的问题。
一种配电变压器资源优化配置的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述配电变压器资源优化配置方法的步骤。其通过S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数和S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案的步骤等，实现给定区域内配电变压器资源最佳配置，解决或减轻了该区域内配电变压器重过载的问题。
一种配电变压器资源优化配置的装置为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述配电变压器资源优化配置方法的步骤。其通过S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数和S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案的步骤等，实现给定区域内配电变压器资源最佳配置，解决或减轻了该区域内配电变压器重过载的问题。
详见具体实施方式部分描述。
附图说明
图1是本发明实施例1的流程图；
图2是图1中第一步骤的流程图；
图3是图1中第二步骤的流程图；
图4是本发明实施例1初始配置方案编码的结构图；
图5是本发明实施例1扰动操作过程状态的对比图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1：
如图1～图3所示，本发明公开了一种配电变压器资源优化配置的方法，包括如下步骤：
S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数
给定配电变压器资源优化配置综合目标函数如式(1)所示；
F＝min(α1f1+α2f2+α3f3) (1)
式(1)中，F为配电变压器资源优化配置综合目标函数值。所述分目标函数权重系数包括第一分目标函数f1的权重系数α1、第二分目标函数f2的权重系数α2和第三分目标函数f3的权重系数α3。
S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案
给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案对应的配电变压器资源优化配置综合目标函数值F最小。
S3按给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案对配电变压器进行位置调换
按给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，对该区域内的配电变压器进行位置调换。
进一步的技术方案在于：所述S1步骤中用AHP算法求解配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数。
进一步的技术方案在于：所述S1步骤中，第一分目标函数f1按式(2)求得，
Figure BDA0002841178450000051
式(2)中，N为给定区域内的台区数量，因一个台区配置一台配电变压器，故N也是给定区域内的配电变压器数量；hi为给定区域内第i个台区的配电变压器重过载标识。
进一步的技术方案在于：在S1步骤中，hi按式(3)求得，
Figure BDA0002841178450000052
式(3)中，Pimax为给定区域内第i个台区的最大用电负荷；SiN为该台区配电变压器的额定容量。
进一步的技术方案在于：所述S1步骤中第二分目标函数f2按式(4)求得，
Figure BDA0002841178450000061
式(4)中，ei为给定区域内第i个台区的配电变压器位置调换标识。
进一步的技术方案在于：在S1步骤中，
ei按式(5)求得。
Figure BDA0002841178450000062
进一步的技术方案在于：在S1步骤中，第三分目标函数f3按公式(6)求得，
Figure BDA0002841178450000063
式(6)中，dB为距离基准值，其计算方式如式(7)所示；di为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器与其原来位置之间的直线距离，若调换工作实施完毕后，该变压器的位置不变，则di为0，否则按式(8)计算di。
进一步的技术方案在于：在S2步骤中，用模拟退火算法求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案。
实施例2：
本发明公开了一种配电变压器资源优化配置的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现实施例1的步骤。
实施例3：
本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1中的步骤。
本申请的技术贡献：
如图1所示，为其整体流程图，本发明的具体步骤如下。
S1、用AHP算法求解f1、f2、f3等三个分目标的权重系数α1、α2、α3。
如图2所示，为本步骤对应流程图。
S2、用模拟退火算法求解给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案。
如图3所示，为本步骤对应流程图。
S3、按给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，对给定区域内的配电变压器进行位置调换，以达到解决或减轻给定区域内配电变压器重过载问题的目的。
技术方案说明：
本发明提出了一种配电变压器资源优化配置方法，为电力工作人员通过调换配电变压器位置的方式，解决或减轻给定区域内配电变压器重过载的问题提供有力支撑。通过本发明给出的配电变压器资源优化配置方法，可以获得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，进而为工作人员的配电变压器位置调换工作提供依据，最终达到解决或减轻给定区域内配电变压器重过载问题的目的。
1.配电变压器资源优化配置目标
为评价给定区域内配电变压器资源配置方案的优劣，本发明给出了配电变压器资源优化配置综合目标函数，如式(1)所示。
F＝min(α1f1+α2f2+α3f3) (1)
式(1)中，F为配电变压器资源优化配置综合目标函数值；f1为第一分目标函数的数值，其计算公式如式(2)所示；f2为第二分目标函数的数值，其计算公式如式(4)所示；f3为第三分目标函数的数值，其计算公式如式(6)所示；α1、α2、α3分别为分目标函数f1、f2、f3的权重系数，可通过AHP算法求得。
第一分目标函数以给定区域内重过载配电变压器数量最小为目标，其计算公式如式(2)所示。
Figure BDA0002841178450000081
式(2)中，N为给定区域内的台区数量，因一个台区配置一台配电变压器，故N也是给定区域内的配电变压器数量；hi为给定区域内第i个台区的配电变压器重过载标识，其计算方式如式(3)所示。
Figure BDA0002841178450000082
式(3)中，Pimax为给定区域内第i个台区的最大用电负荷；SiN为该台区配电变压器的额定容量。
第二分目标函数以位置被调换的配电变压器数量最小为目标，计算公式如式(4)所示。
Figure BDA0002841178450000083
式(3)中，ei为给定区域内第i个台区的配电变压器位置调换标识，可按式(5)进行计算。
Figure BDA0002841178450000084
第三分目标函数以调换配电变压器时的运输工作量最小为目标，本发明用给定区域内各配电变压器位置变化的直线距离之和与距离基准值的比值来衡量该项工作的工作量，计算公式如式(6)所示。
Figure BDA0002841178450000085
式(6)中，dB为距离基准值，其计算方式如式(7)所示；di为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器与其原来位置之间的直线距离，若调换工作实施完毕后，该变压器的位置不变，则di为0，否则按式(8)计算di。
Figure BDA0002841178450000091
式(7)中，p为角度与弧度之间的单位转换系数，其计算方式如式(9)所示；xmax、ymax分别为给定区域内所有台区的配电变压器经度和纬度的最大值；xmin、ymin分别为给定区域内所有台区的配电变压器经度和纬度的最小值；R为地球半径，本发明取6371km。
di＝arccos[cos(pyin)cos(pyio)cos(pxin-pxio)+sin(pyin)sin(pyio)]R (8)
式(8)中，xin、yin分别为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器经纬度；xio、yio分别为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器在调换前的经纬度。
Figure BDA0002841178450000092
2.给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案求解
本发明先用AHP算法求得分目标函数f1、f2、f3的权重系数α1、α2、α3，然后再用模拟退火算法求解给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案。
2.1求解分目标权重系数
用AHP算法求解分目标函数权重系数的具体步骤如下：
(1)构建判断矩阵
将分目标函数两两进行比较，由此得出判断矩阵B，如(10)式所示。因本发明有3个分目标函数，故B为3阶矩阵。
Figure BDA0002841178450000093
B中各元素，表示两个被比较分目标函数的重要性比较结果，如b12表示第1个分目标函数与第2个分目标函数的重要性比较结果。
如表1所示，比较结果采用1-9标度法标记。
表1：判断矩阵标度及含义
标度 含义
1 两分目标函数同等重要
3 前者比后者稍微重要
5 前者比后者明显重要
7 前者比后者强烈重要
9 前者比后者极端重要
2,4,6,8 处于上述相邻判断的中间值
若第i个分目标函数与第j个分目标函数重要性对比的标度为bij，则第j个分目标函数与第i个分目标函数重要性对比的标度为1/bij。
(2)一致性校验
由于判断矩阵B受决策者主观判断的影响，难免存在一定的误差，必须进行一致性校验，一致性比例CR定义如式(11)所示。
Figure BDA0002841178450000101
式(11)中，CI为一致性指标，其可按式(12)求得。
Figure BDA0002841178450000102
式(12)中，λmax为判断矩阵B的最大特征根；n为判断矩阵阶数，本发明n为3。
如表2所示，为RI的取值，RI为平均随机一致性指标。
表2：RI取值
矩阵阶数n 1 2 3 4 5 6
RI 0 0 0.58 0.90 1.21 1.24
当CR＜0.1时，判断矩阵的一致性满足要求，否则重新构造判断矩阵。
(3)权重系数计算
判断矩阵B通过一致性校验后，其最大特征根λmax对应的特征向量W如式(13)所示，每一分目标函数的权重系数可通过式(14)求得。
W＝[w1,w2,w3]T (13)
Figure BDA0002841178450000111
式(14)中，αi为第i个分目标函数的权重系数，wi为W中的第i个元素。
2.2求解给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案
本发明用模拟退火法求解给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，具体步骤如下：
(1)配置方案编码。
为便于计算，本发明用一组数字编码来表征给定区域内配电变压器资源的配置方案。
如图4所示，初始配置方案的编码结构图。
在配置方案编码中，第j个编码位置上的数字代表第j个台区配置的配电变压器编号，在初始配置方案中，配电变压器未经过调换，故第j个台区配置的配电变压器编号应为j。
(2)给定模拟退火算法计算参数。
模拟退火算法计算参数主要包括模拟退火初始温度T0，降温系数β，终止温度Te，同一温度下的最大迭代次数L。
(3)产生新的配置方案。
对当前的配电变压器资源配置方案进行扰动操作，产生新的配置方案。
如图5所示，对配电变压器资源的配置方案进行扰动操作时，首先在配置方案编码中随机选取两个编码位置，然后将两个编码位置上的数字进行互换，即通过将两个编码位置对应台区的配电变压器进行互换，从而形成新的配电变压器资源配置方案。
(4)判断是否接受新的配置方案。
若新的配置方案的配电变压器资源优化配置综合目标函数值Fn小于原配置方案的配电变压器资源优化配置综合目标函数值Fo，则接受新的配置方案作为当前的配置方案；否则以概率Pr接受新的配置方案作为当前的配置方案，概率Pr计算方法如式(15)所示。
Figure BDA0002841178450000121
式(15)中，Tt为模拟退火算法当前的温度值。
(5)当前温度Tt下的迭代次数l自加1，判断l是否小于L，小于则返回步骤(3)，否则进入步骤(6)。
(6)利用式(16)进行降温操作。
Tt+1＝βTt (16)
(7)若降温操作后的温度Tt+1小于终止温度Te，则结束整个计算过程，并将获得的配置方案作为给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，否则对l清零，并返回步骤(3)。
算例：
如表3所示，某给定区域内配电变压器的相关数据。
表3：配电变压器的相关数据
Figure BDA0002841178450000131
如表4所示，给定模拟退火算法计算参数，构建判断矩阵如式(17)所示。
表4：计算参数
计算参数名称 计算参数值
初始温度T<sub>0</sub> 200
降温系数β 0.95
终止温度T<sub>e</sub> 1.2
同一温度下的最大迭代次数L 50
Figure BDA0002841178450000141
用AHP算法，求得f1、f2、f3等三个分目标的权重系数分别为0.6667、0.2222、0.1111，并最终求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，如表5所示。
表5：给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案
台区序号 配电变压器编号 该台区的配电变压器是否发生调换
1 1 否
2 3 是
3 2 是
4 4 否
5 5 否
6 21 是
7 7 否
8 8 否
9 9 否
10 11 是
11 10 是
12 12 否
13 13 否
14 14 否
15 16 是
16 15 是
17 17 否
18 18 否
19 19 否
20 22 是
21 20 是
22 6 是
23 23 否
24 24 否
25 25 否
该配置方案的分目标函数值，如表6所示。
表6：分目标函数值
分目标函数 函数值
f<sub>1</sub> 0
f<sub>2</sub> 10
f<sub>3</sub> 3.0248
由表6可知，按该配置方案对给定区域内的配电变压器进行调换后，重过载配电变压器数量由5台降低为0台，达到了解决给定区域内配电变压器重过载问题的目的，工作人员需对10台配电变压器进行位置调换，调换配电变压器时运输工作量为距离基准值的3.0248倍。

Claims (4)

1.一种配电变压器资源优化配置的方法，其特征在于：包括如下步骤，S1计算配电变压器资源优化配置综合目标函数中每一分目标函数的权重系数，给定配电变压器资源优化配置综合目标函数如式(1)所示，所述分目标函数权重系数包括第一分目标函数f1的权重系数α1、第二分目标函数f2的权重系数α2和第三分目标函数f3的权重系数α3；S2求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案，给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案对应的配电变压器资源优化配置综合目标函数值F最小；
F＝min(α1f1+α2f2+α3f3) (1)
式(1)中，F为配电变压器资源优化配置综合目标函数值；
所述S1步骤中，用AHP算法求解每一分目标函数的权重系数；
所述S1步骤中，第一分目标函数f1按式(2)求得，
Figure FDA0003509750800000011
式(2)中，N为给定区域内的台区数量，因一个台区配置一台配电变压器，故N也是给定区域内的配电变压器数量；hi为给定区域内第i个台区的配电变压器重过载标识；
在S1步骤中，hi按式(3)求得，
Figure FDA0003509750800000012
式(3)中，Pimax为给定区域内第i个台区的最大用电负荷；SiN为该台区配电变压器的额定容量；
所述S1步骤中，第二分目标函数f2按式(4)求得，
Figure FDA0003509750800000013
式(4)中，ei为给定区域内第i个台区的配电变压器位置调换标识；
在S1步骤中，ei按式(5)求得；
Figure FDA0003509750800000021
在S1步骤中，第三分目标函数f3按公式(6)求得，
Figure FDA0003509750800000022
式(6)中，dB为距离基准值，其计算方式如式(7)所示；di为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器与其原来位置之间的直线距离，若调换工作实施完毕后，该变压器的位置不变，则di为0，否则按式(8)计算di；
Figure FDA0003509750800000023
式(7)中，p为角度与弧度之间的单位转换系数，其计算方式如式(9)所示；xmax、ymax分别为给定区域内所有台区的配电变压器经度和纬度的最大值；xmin、ymin分别为给定区域内所有台区的配电变压器经度和纬度的最小值；R为地球半径；
di＝arccos[cos(pyin)cos(pyio)cos(pxin-pxio)+sin(pyin)sin(pyio)]R (8)
式(8)中，xin、yin分别为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器经纬度；xio、yio分别为调换工作实施完毕后，给定区域内第i个台区的配电变压器在调换前的经纬度；
Figure FDA0003509750800000024
2.根据权利要求1所述的一种配电变压器资源优化配置的方法，其特征在于：在S2步骤中，用模拟退火算法求得给定区域内配电变压器资源的最佳配置方案。
3.一种配电变压器资源优化配置的装置，其特征在于：包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1或权利要求2中配电变压器资源优化配置方法的步骤。
4.一种配电变压器资源优化配置的装置，其特征在于：计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或权利要求2中配电变压器资源优化配置方法的步骤。
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