配电网中辐射线路的最优分段处理

配电网中辐射线路的最优分段处理
随着我国经济的快速发展，城市用电负荷和需求不断地增长，使得人们对供电质量和可靠性提出了更高的要求。

配电网是电力系统的最后一个环节，对人们的供电有着直接的影响。

为了加强配电网的可靠性，在配电网辐射线路上安装分段开关是一种有效的措施。

但要如何对这些线路上的开关进行合理的规划，实现配电网规划的经济性和可靠性成为人们研究的重点，本文就针对这一问题进行了分析研究。

标签：配电网；辐射线路；开关
一、引言
近几年，我国对配电网进行大力的改造，其中实现配电网辐射线路的最优分段处理就是重要的工作之一。

也就是说在配电网辐射线路中安装分段开关，当辐射线路发生故障时可利用这些分段开关进行故障隔离，降低线路故障所造成的停电损失，提高供电的可靠性。

而在对这些配电网线路上的分段开关进行规划设计时，要实现最优的分段处理就要同时考虑经济性和可靠性问题。

辐射线路上的分段开关安装的位置对配电网线路上的负荷是有直接影响的，另外，分段开关安装数量的多少也与系统的总投资是有关系的，因此要如何处理两者之间的关系，实现最优分段处理成为一个研究的问题。

本文采用遗传禁忌混合算法解决辐射线路上分段开关的安装问题，将投资费用与停电损失等综合费用控制在最小范围，实现配电网辐射线路分段开关的最优处理。

二、配电网最优分段数计算方法
1、基本模型
分段开关的优化规划要求同时考虑可靠性和经济性性，也就是说在保证配电网辐射线路上安装的分段开关数量和位置能够起到尽可能的减小用户的停电损失，又要将投资成本控制在一定的范围内，综合考虑配电网在达到一定供电后的可靠性效益和网络建设的投资成本。

根据图1所示，可靠性与效益性成本之间的关系是，总费用的值达到最低点，也就要求年投资维修费用的曲线图与用户缺点的曲线图两者相交时的一点为最佳优化。

其中公式1中F表示总目标函数，A表示用户缺点成本，B表示年投资维修费用。

根据可靠性模型的计算可知，当供电半径取值一定时总目标函数呈现一条U形曲线，目标函数会随着两条曲线的值的变化而变化，当这条曲线的某一点达到最低值时也就是最优的分段处理。

2、配电网的经济性计算
用户的缺电成本一般会受缺电量、缺电频率、缺电发生的时间及持续的时间
等多种因素的影响。

因此，尽可能的将这些因素都考虑到用户缺电的计算过程中，则可以用一下关系进行表示：
在公式中，COC i 表示负荷点i的用户停电损失，C i（r j）指的是相关的用户类型与停电时间，从而得出的停电损失，L i表示负荷点i 的平均负荷值；S j 指的是停电分区段j内的负荷点，COOS j表示停电分区段j的停电损失，POC 表示系统停电损失，n指的是系统中分区段个数。

3、绘制用户停电损失函数曲线
函数曲线要根据大量历史数据从而进行绘制，由于国外在这方面起步的比较早，资料比较多，因而做的比较好。

图2中是国外1995年农业、商业、工业、居民等各行业的用户停电损失费用的函数曲线图。

而在我国，由于在这方面的工作起步比较晚，所以缺乏相关的数据资料。

三、分段开关优化规划问题的求解
1、遗传禁忌混合算法
在现代算法中的禁忌搜索算法（TS）和遗传算法（GA）等，因具有强大的全局搜索能力因而为解决配电网规划和优化运行等很多困难的问题提供了求解的可能性，但是在禁忌搜索算法中，主要是针对全局搜索，因而具有很容易陷入到局部最优和收敛速度慢的缺点，而遗传算法的局部搜索能力较强，正好弥补了这一缺点，将两个算法相结合进行计算，就可以解决配电网规划和优化运行这种大型的复杂系统优化问题，实现最好的效果处理。

2、编码方式
编码方式是GTHA等优化算法需要解决的第一个问题，要设计一个较好的变量表达方式是很重要的。

根据辐射线路上的分段开关位置可以使用0和1的表达在反映开关安装的状态。

0代表不安装1代表安装。

从而建立一个二进制编码来表示分段开关位置安装的状态：
公式5中，G代表的是可以建立的分段开关位置总数；x i代表的是第几个位置的安装状态。

3、计算流程
对群体的初始化可以进行随机的产生，也就是说在每个将建立的分段开关位置的状态都可以随机进行0和1的取值。

通过对前代群体进行变异、交叉、选择的操作，从而产生新的解法。

1、选择和交叉操作
選择操作指的是最优保存策略，也就是说将群体中不多的适应度最高的的个体排除在交叉和变异运算之外，从而让这些个体成为交叉、变异运算后的最低适应度个体。

交叉操作指的是2个点进行交叉，这种交叉操作可以对优良基因组合的子体产生提供有力的条件，并且交叉点可以随机进行选择。

2、TS变异操作
根据二进制编码的特点，在每个位置的开关状态都可以随机进行1或0的取值，针对于可以建立G个分段开关位置的总数，将每个位置原有的状态除外，就可以出现G个实验邻居值。

建立的Tabu表要根据实际情况来定，表中所建立的信息是安装状态的取值变化信息。

为了确保优良解的完好，所以就利用简单的藐视准则，也就是说如果某一个开关的状态比当前的最优解更加的好，就可以无视它的禁忌属性，就可以对现有的最优解进行替代处理。

3、适应度计算
在每一个染色体当中都会相对应的产生一个适应度，也就在在上述文中的总目标函数F，需要对分段开关的总投资费用和用户缺点成本进行考虑，在计算出相应的指标后，就可以对其进行处理，在基于罚函数法的情况下不符合约束条件的个体赋上较大的适应度，并将难以生存的个体进行淘汰，如下面计算：
（6）
在公式6中，F’代表的是染色体的适应度，F代表总目标函数，G代表约束条件，M代表很大的一个正数。

四、总结
配电网中辐射线路上的分段开关安装的最优处理要同时对经济性和可靠性的非线性复杂组合进行同时的考虑。

保障配电网的安全、有效、稳定的供电，减小停电所带来的损失。

本文结合了TS算法和GA算法，采用新的混合算法对分段开关的总投资费用与用户缺点成本进行计算处理，从而实现配电网辐射线路的最优分段处理。

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