基于改进遗传算法的配电网网架规划

杨 轩

（湖北工业大学，湖北 武汉 430000）

电力系统涉及到用电、配电、输电、发电等各环节，且电气设备构成包括电能的消耗、分配、输送和生产。结合发电机对高压所输出的电网进行输送，以抵达目标需要，再借助于降压变压器，将配送电网所输送的电压以各种等级形式构建网架分配电能。

1 课题研究目的与意义

伴随着国内城市发展速度的加快，普通城市电网难以满足电能质量要求，尤其是用电负荷急剧增长，要求供电负荷和供电质量满足持续增长需求。然而，近年来大中型城市电网改造难度增加，尤其是中低压电网压力在夏季复合增长，曾在城市配电网网架构建规划过程当中出现落后局面。为此，需要快速加强配电网网架规划设计，明确供电调度需求，扩大配电容量。传统常使用手工计算配电网网架规划方案，主要思路是对比经济技术并结合可行方案选择优化。而由于供电条件限制，部分城市改扩建配电网难度增加，所选方案并非最优方案。部分配电网网架规划工作人员仅以以往经验，实施最终所推荐的方案并不能满足现代电力供应需求，且存在主观性和局限性。随着供电技术水平的发展以及互联网优化理论、计算机应用技术的不断优化，智能算法可应用于配电网网架规划设计的实际工作当中。

2 分布式发电配电网网架规划的数学模型

2.1 配电网网架规划的数学模型

结合运行成本和前期线路投资建设最小作为目标函数的目的，在选择变电站位置当中予以优化，配电线路用户会结合运营成本和投资最小需求展开构建目标函数。具体规划任务在于确定位置以及用电负荷、拓扑结构和线型选择，以保障区域性供电需求质量满足要求，结合配电网网架规划成本最小的原则，以及当地已知发电状态和用电量构建地点，时间确定条件下选择何时架设多少回配电线路，以保障投资运营年费用达到最优值，模型要考虑资金投资价值以及年费用最小，因此构建的目标函数如下：

在公式当中，C作为配电线路的建造费用，n是设备的使用寿命，i作为贴现率，Ct在t一年整个配电网系统当中的运行费用结合水平年作为目标，整个设备使用寿命一般为20 a。由于贴现率是0.1，假定该设备整体的使用年限、运行费用相等，最终可以转化成公式：

由于在整个配电网网架规划设计当中需要考虑诸多目标因素的影响，除技术和经济之外，还要考虑整体环境、区域政治、社会影响力。为此，在规划过程当中所使用的目标还是要考虑投资和成本预算，以及后期对环境造成的影响，线路网损情况用电载荷能力，注重网损设计为最小值以及可靠性为最大值，确保环境影响为最小以及电网荷载能力为最大。

2.2 分布式发电配电网网架规划

2.2.1 介绍

配电网网架规划调度的根本目标是满足用户需求，帮助用户提高终端供电可靠性。在具体应用过程当中，综合运营管理模式的有效创新，实现简单权责平衡，协调管理、统一规划的组织体系，形成资产周期成本最小的原则，在运行维护建设当中，减小负荷损耗，降低电网损耗，以提高整个电网网架规划调度的周期设施寿命。在电网资产网架规划设计当中，整体结合配电网扩展规划当中有关升级建设、运行维护，实现改造建设，在网架规划建设当中与后期的运行调度相结合，综合基础工程设施建设，推进工程建设改造结合智能技术优化。

2.2.2 案例分析

在案例当中涉及25个节点的110 kV配电网系统当中的相关网架案例予以规划调度，初始网如图1所示。

图1 初始网架结构

在初始网架结构中实线作为前期以经具备的线路，虚线是有待进一步规划的线路，其中涉及到的节点需要与原来的网络进行连接，连接过程当中需要结合分布式电源作为新增负荷节点，而结合文献研究当中相关负荷节点需要结合分布式电源布置在馈线末端，提高整体供电可靠性，减小负荷，减少平均停电时间。在接入所使用的分布式电源节点之后，在原有的负荷节点新建电源。

（1）规划成本参数

实际应用案例当中，结合配电网具体网架规划设计，考虑到网络参数以及成本具体设置，要明确规划成本参数，首先是对110 kV配电网线路的成本，假定其参考值是80万元，结合分布式电源所使用的设备容量的运营投资成本20万元，进行简化计算，结合国情投入分布电源。借助于遗传算法对整体投资成本，假设其为30万元，结合电网当中的负荷增容，在原来配电网系统当中增加网架结构，并满足负荷增长需要，在计算过程当中可能会忽视复合增长成本。

（2）网络参数

在网络参数规划当中，综合考虑的是植入参数和节点参数，结合配电网网架结构，新增的负荷也是575 MW。在假定该配件网站当中所要规划的网架需要新增2台5 MWp分布式电源，当中因数功率是0.9，参考节点参数，明确各节点负荷，明确支路的参数信息。

3 改进的遗传算法原理

3.1 应用改进遗传算法

综合考虑所连接的分布式电源，后期设备，需要明确在配电网系统当中的线路成本、安装成本、综合成本降低、成本优化目标结合。连接可再生能源作为发电电源，例如，增加风力发电和太阳能发电在分布式电源当中的应用，可以强化配电网环保能力，综合所使用的改进遗传算法，对配电网网架进行扩容建设，实现有效调度。

（1）染色体编码，结合电源、分布式电源具体容量变量和安装的位置，使用编码方法，假设所安装的复合节点上的分布式电源，以每个节点安装对应的电源允许节点安装的一串算法。辐射状的配电网具体运算量可以结合改进后的遗传算法实行染色体编码，具体公式如下：其中按照第一行节点予以编号，并结合分布式电源配置情况编排第二行数据信息，其中C的数值作为所对应节点的负荷遗传算法建设情况，代表电源的容量，而C等于0时，则代表这一节点不存在异常算法。如果当初等于0的时候，证明该处没有分布式电源。

（2）适应值计算。目标函数当中的网损最小的表，公式如下：

规划年网损f（x）作为矢量，N作为可选线路数，可获取染色体的扩展式如下：

在扩展规划当中，x作为可选用的线路，如果它的值显示为1，代表选择了该线路，如果表示0则不选择该线路。在确保配电网网架具体调度的辐射性和连通性的时候，利用x代替，具体满足条件如下：

综合考虑电压约束的一系列条件，进一步对函数进行修正，达到适应函数，公式如下：

在公式当中，约束条件是ST，惩罚系数是U，约束条件个数为M。

（3）遗传操作。综合所改进的遗传算法进行双点交叉操作，具体概率当中的交叉概率一点的交叉概率是0.9，二点的交叉概率是0.6，而变异概率在第一位交叉点的变异概率是0.1，第二个交叉点的变异概率是0.001。

3.2 计算结果

综合由改进后的遗传算法对案例进行规划，可以得到有关分布式电源的配电网网架规划，具体结果见表1。

表1 分布式电源的配电网网架规划表

接入了分布式电源之后，可以进行调度，调度发挥主动管理的效用，相关调度研究较少，而分布式电源协同微网进行优化之后，参与到高渗透率的配电管理系统当中，实现调度管理模型。尤其是考虑配电网网架规划当中实现的接头控制，借助于混合整数线性规划的方法予以求解，对网架结构实现动态重构，并对有功出力调度实现运行。其中，配电网网架结构的调度架构包括等值负荷曲线、数据准备、模块予以划分，配电网模块包括不可调度和复合预测值，短时间内不能频繁操作，根据时段予以划分构建网架结构，实现可调度的分布式协调调度模型进行求解，最终得到最优网架结构。

考虑到网架结构和可调度的分布式有功出力，动态调整具体流程如下。

步骤一：数据准备，结合数据对未来24 h复合预测和不可调度的分布式处理预测，并结合文献方法进行调度。

步骤二：对初始等值复合曲线予以分段预测，不可调度的分布式节点处理预测结果，可调度的分布式取额定功率共同合成初始的负荷聚集时段划分。

步骤三：配电网网架结构的规划，应结合日前调度模型予以计算，构建网架结构调度模型，在求解当中予以优化。

步骤四：修正等值负荷曲线分段优化，得到可以调度的分布式处理值进行修正，结合时段划分记录结果。

步骤五：判断比较，对比不同处理点，优化结束，输出最优网架结构以及可调度的分布式电源优化处理。而这种基于改进遗传算法的网架结构规划形成的协调调度规划模型，具体思路是结合等值曲线时段予以划分，优化每个时段开关状态和分布式出力建模。规划前后网损情况见表2，分布式发电配电网规划网架结构如图2所示。

表2 规划前后网损对比

图2 分布式发电配电网规划网架结构

4 结论

在分布式电源应用过程当中，对配电网规划进行灵活性的应用，推进供电可靠性。本文结合发电形式、规模以及配电网进行的多目标优化规划需求，综合采用可再生能源，降低消耗和损耗，对配电网、电源、潮流以及分布式影响，结合改进的智能遗传算法，对配电网网架予以综合探究得出以下结论。

（1）对配电网发展现状进行综合阐述，明确供电可靠性对于促进配电网的优化作用。综合分布式电源应用到配电网各节点当中，以讨论分布式电源具体模型，并结合运行规划对电力系统的影响，提出了解决多端电源配电网规划的重要意义。

（2）明确配电网网架规划的流程和步骤，结合技术应用进行建模，综合前期投资成本，明确网络联通性约束，对各节点电压约束展开分析。综合多目标，降低对环境的影响，构建数学模型以作为多目标，优化计入分布式电源，通过遗传算法进行详细研究，进一步优化函数，形成相关研究的网架规划。

在本文研究过程当中，配电网网架规划综合及调度已作为电力系统的构成部分满足整体运行需求，但相关研究仍存在着不足之处。前期投资运营从运营成本以及后期的检修成本尚未统一计算到其中，尤其配电网运行之后是否影响后期的生命周期，需要进一步研究。