毕业论文-基于营配信息融合的配电网停电计划优化方法研究及辅助决策软件开发

湖南大学毕业设计(论文)HUNANUNIVERSITY毕业论文论文题目基于营配信息融合的配电网停电计划优化方法研究及辅助决策软件开发学生姓名学生学号专业班级学院名称指导老师学院院长2015年 5月日第Ⅰ页湖南大学毕业设计(论文)第Ⅰ页第第：尽量恢复停电负荷、尽量减少开关操作次数、尽量降低系统网速、尽量减少电压偏移；约束条件为：潮流约束、支路电流节点电压不能越限、网络满足辐射状运行。为了简化子优化问题的目标函数，将目标函数中的尽量减少电压偏移转化为约束条件，即增加节点电压约束。改进后的模型如下：3.1.1目标函数负荷转移不但要考虑如何将更多的负荷进行转移，而且还要考虑开关的操作费用、线路损耗等。由于有多重因素影响，建立以下模型。（1）减少售电损失F1 （3-1）其中，为平均电价，N为待转移的负荷节点集合，P为节点i未转移出的负荷，T为节点i的检修持续时间。由于不同设备的检修时间不同，则每次检修的停电损失不同，这里将停电损失转换为售电损失用于更方便直观的比较各方案的可行性。（2）减少开关操作费用F2 （3-2）其中，为开关操作一次的费用，n为进行负荷转移的开关操作次数。开关的操作费用=开关总费用/开关使用寿命（3）减少附加网损F3 （3-3）其中，为第r条路径的附加网损；为第r条路径转移负荷的持续时间；L为所有转移路径集合。的计算公式如下，Prx、Qrx为第r条线路原有功和无功功率，Prz、Qrz为第r条线路转入的有功和无功功率： （3-4）以上公式说明：为了降低附加网损，负荷功率转移不仅要向路径电阻小的方向转移，而且要在保证线路功率不越限的条件下，向线路原功率小的方向转移。由于符合转移目标函数很多，这是一个多目标优化问题，求解起来十分复杂，在此我们用加权法来将其简化与优化，即在每个目标函数前乘以一个权值wk，然后将目标函数相加，得到总的目标函数。综上所述，配电网检修负荷转移路径的优化目标F为: （3-5）其中，wk为第k个优化目标的权重。关于权值的确定：权重系数需要有经验的专家学者通过对电力系统网络结构深入了解，分析开关操作对电力系统网络稳定的影响来确定各项权重系数。3.1.2约束条件负荷转移模型约束条件有：（1）支路电流约束： （3-6）式中，Ir为路径r的电流；为支路r允许通过的电流限值。（2）节点电压约束： （3-7）式中，，，分别为转移负荷后各节点的电压上限和电压下限。（3）网络拓扑约束:进行负荷转移后的网络需要保持辐射状的运行模式。 （3-8）g表示进行负荷转移后的网络拓扑结构；G为辐射状网络拓扑结构。

3.2优化算法：基于待恢复树切割的启发式搜索法先介绍状态空间搜索。状态空间搜索：从初始状态通过一定的路径来寻找目标状态，其中路径可以是直线也可以是曲线。由于求解过程中条件的不确定性以及不完备性造成求解过程中分枝很多，使得所有可能的求解路径构成了状态空间。从其中搜索出最优的线路就是状态空间搜索。而状态空间搜索有一个很大的不足就是必须从上述状态空间一个一个枚举。这种算法适用于状态空间较小的情况，一旦空间状态变大则会大大降低运算效率，甚至难以完成计算任务。于是引入启发式搜索启发式搜索是对每一个在状态空间中的位置进行评估，每一次都选出目前最好位置，然后再有刚选出的位置进行起始点搜索直到找到目标。启发式搜索大大减少了不必要的搜索路径并提高了搜索效率。而在启发式搜索中最关键的是位置的评估体系，选择合适的评价指标对于搜所结果产生很大的影响。启发式算法的优越性：（1）建立的启发式规则适用性很高，可以在多种网络结构中应用。（2）合适的启发式搜索规则可以缩小搜索范围，提高搜索效率。（3）有很多启发式规则已经可以通过算法来表示。缺点是：（1）求解结果比较依赖初始条件，其独立性不够。（2）如果启发式规则不合适，则可能产生巨量解，导致运算效率低下甚至无法运算。3.2.1优化算法流程（1）读入初始信息：子优化问题的初始信息包括母优化问题的个体信息（检修设备的时间编排信息）；区域配电网的拓扑信息；月负荷预测结果（每一个配变30天内的月负荷预测曲线）（2）拓扑分析：确定检修设备之后，通过网络拓扑分析检修设备影响的停电区域，即确定待转移区域，为后面确定待恢复树提供依据。（3）负荷转移过程：初始化T=1，Z=1，首先对第一天的第一个待转区域进行负荷转移，处理方法为基于待恢复树切割的启发式搜索算法（详细讲解见后文），然后另Z+1，当判断T=1的所有待转区域都转移完毕后，另T+1，继续用同样的方法往下处理。（4）结束：当30天的所有待转区域均处理完毕后，输出每一天的切负荷量，并输出每一天的开关操作次序。算法流程图如下：图3.1负荷转移流程图3.2.2示例网络图3.2是一个含环网的32节点配电系统，图中实心点为分段开关，空心点为正常状态下处打开状态的联络开关。假设母线1右侧的这一段线路现在需要检修（f），待转移区域为图中虚线所包围的区域所示。图3.2检修前的配电网3.2.3算法中的几个概念（1）联络开关：在双电源供电时一个电源出现故障，通过联络开关把故障电源的负荷转移到另一个电源。图3.2中空心点为联络开关。（2）分段开关：两端都在失电或者带电区域。（3）支持馈线：将联络开关与失电区域直接相连的馈线为支持馈线。图3.2中，是支持馈线。（4）二级馈线:不与失电区域相连通过联络开关与支持馈线相连。图3.2中是二级馈线。（5）联络开关的备用容量：设联络开关i的道路为pi，在pi，上有n个设备，则联络开关的备用容量为： （3-9）其中，是第n个设备的最大允许通过电流，是第n个设备在转移负荷之前的电流。（6）联络开关的电气距离： （3-10）其中，Zi为路径pi中第i个设备的阻抗。3.2.4生成待恢复树根据上图，以联络开关为根节点，利用宽度优先搜索法生成树状双向链表，即可得失电区域以生成的待恢复树。如图3.3所示：图3.3待恢复树示意图如图3.3，按照每个开关离根节点的距离生成待恢复树，并对每层编号。图中即为以为根节点生成的待恢复树上开关的层号。3.2.5恢复策略为了简化算法，提高计算效率，暂时不考虑二级联络开关和二级联络馈线。提取检修计划获取检修设备信息，对需要检修线路进行拓扑网络分析，判断出待恢复区域（图3.2中虚线区域）及候选联络开关(图3.2中候选联络开关为S7-8，S14-15，S19-20）（2）选一个具有备用容量的联络开关作为根节点，从根节点出发对待恢复区域进行搜索，形成待恢复树。(以为例，生成的待恢复树如上图3.3)（3）确定不可关断开关：将其他具有备用容量的联络开关作为起点，朝根节点的方向顺着恢复树的各个节点开始搜索查询，形成一个无分支的搜索路径，其中路径中被访问到的开关就是可关断开关。可关断开关所带的负荷一般来说是可以被转移的，因为其两头都有供电回路，所以开关是可以关断的。当所有联络开关已经搜索完毕，如果依然存在没有被搜索到的分段开关，则分段开关为不可断开开关。不可断开开关一旦断开则其所带的负荷一般是无法转移的。图3.3中，S1-2，S2-3，S3-4，S14-load均为不可开断开关。其次若联络开关S19-20没有备用容量时，则S13-18，S18-19也是不可关断开关。（4）从根节点开始逐层向下搜索访问，假设搜索访问到K层的开关Sj，Sj所带负荷为Pj+jQj，则分段开关Sj的近似电流为，Vh为开关Sj的上一层开关Sh的电压，，其中Zsi，Zsij分别为根节点到电源点（F2）的电气距离和分段开关Sj到根节点Si的电气距离。每搜索访问一个分段开关，就判断一下各个搜索访问过的分段开关和根节点（联络开关）是否出现电流越限和电压越限的情况，若出现越限情况：1）当可Sj开断时，直接断开Sj以及第LK层的其它未被访问开关，结束本次切割；2）当Sj不可开断时，则断开本层可关断开关同时检测潮流约束，如果不满足约束条件，则断开上层可关断开关，一直到满足潮流约束，结束本次切割；如果当所有可关断开关全部打开潮流约束还是不满足，则断开Sj切断该点及其下游所带负荷，并恢复所打开的开关，结束本次切割。例如假设闭合S14-load不满足潮流约束，但打开S14-load直接导致了其所带负荷被切断，则此时应打开已合上的S13-18，如果打开S13-18还是不能满足潮流约束，则应该重新合上S13-18，打开S14-load，此时S14-load所带负荷无法被转移，本次恢复树切割结束。（5）将根节点变换为其他联络开关或者联络开关组合，重复(2)一(4)步骤。步骤（4）具体流程图如下：图3.4待恢复树切割法流程图3.2.6最优恢复方案由于待恢复树的恢复过程相当于以联络开关为根的待恢复树切割问题，所以按联络开关不同的搜索顺序形成的恢复方案可以有n！组结果，例如：图4.5中有S7-8，S14-15，S19-20三个一级联络开关，则根据联络开关的不同搜索顺序可以形成3！即6组恢复方案：第一组：S7-8，S14-15，S19-20第二组：S7-8，S19-20，S14-15第三组：S14-15，S7-8，S19-20第四组：S14-15，S19-20，S7-8第五组：S19-20，S14-15，S7-8第六组：S19-20，S7-8，S14-15将每一组方案的目标函数（由停电负荷最小、开关操作次数最少、附加网损最小加权组合成的单目标）进行比较，选取目标函数值最小的方案最为最佳负荷转移方案。需要注意的是：以上结果仅为某一日的负荷转移方案，针对每一套时间编排方案都需要得到30天的负荷转移方案，然后将30天内的总售电损失作为时间编排模型的目标函数值。最终，选出目标函数值最小的时间编排方案作为最终的检修编排方案，其对应的负荷转移开关操作可作为检修班组的操作依据。

第四章算例分析本节使用上述方法对某市2013年9月检修计划进行优化形成月初始检修计划。4.1基本数据某市9月检修计划30个设备的开始时间约束如表4-1所示表4-1开始时间约束设备编号检修开始最早时间检修开始最晚时间检修持续时间1131532161713272824242515371691137121438262819131521089311181931215171132729114151711525272162223217232411817203192512011141211342221224231618124111422571042617191279134283842968330471通过查阅资料与以往检修计划得出设备间检修约束条件如表4-2所示表4-2a同时检修约束组别同时检修设备编号1同时检修设备编号21212241531826表4-2b互斥检修约束组别互斥检修设备编号1互斥检修设备编号21102722130检修资源约束：检修公司每天最多进行5个设备检修。4.2计算结果分析本文使用了Matlab作为平台来编写算法程序，并且编制了MatlabGUI交互式界面来进行时间编排操作，更加方便与适合用户。图4-3将上表中信息输入MatlabGUI图4-4开始运行计算的出检修时间安排结果表4-5完整检修安排信息检修设备编号检修开始时间检修结束时间1151721717327284252554461012713158272791314108101118201217171328281417171525261623241724241819211933201212213622212423161624141525912261919271215285829793077从上表可以看出，其中的2号和14号、4号和15号、18号和26号设备的检修时间满足同时检修的约束条件。10号和27号、21号和30号设备的检修时间满足互斥检修的约束条件。而且通过基本测算可以看出每天不超过5组同时检修，满足检修资源约束。说明此筛选算法基本满足其功能，再提高内部随机生成变量，可以同时得到更多组符合约束条件的个体。通过得到的多组个体组成初始种群，再由符合转移得到的每个个体的适应值，既可以进行遗传算法。

第五章结论与展望本文分析了配电网检修的研究背景表明配电网检修在维护电力系统稳定、提高用户用电可靠性上起着很重要的作用。结合我国实际国情分析了配电网检修存在的问题并提出了配电网检修计划优化模型，模型应分为负荷转移路径优化（子模型）和检修时间优化（母模型）两部分，通过两个模型相结合求得月检修计划安排。在检修时间优化模型中充分考虑了同时检修、互斥检修、检修资源约束、检修开始时间约束等约束条件。在配电网负荷转移模型中提出目标函数应考虑减少停电负荷、减少开关操作、降低系统网损。而其约束条件有节点电压约束、设备潮流约束、配电网辐射运行约束等。对于检修时间优化采用遗传算法对设备进行分组编号形成初始种群，然后进过一系列的筛选、交叉、变异等操作最终得到月检修计划。使用基于待恢复树的启发式算法来对负荷转移模型进行求解，求得对应设备开关操作和适应值。本文在最后设