（电力系统及其自动化专业论文）基于模糊自适应遗传算法的配电网络重构研究.pdf

蒌! 篓鍪 一一 a b s t i t l l e t 科掰莨r e c o n f i g u r a t i o ni s1 t l li m p o r t a n tp 8 艇o f t h ed i s t r i b w s o ns y s t e m ，a n dt h e r e s e a r c ho fi th a sb e e nq u i t ea c t i v ei nt h ep a s tt e l ly e a r s u n d e rs u c ht h es i t u a t i o nt h a t e c o n o m yi sd e v e l o p i n gr a p i d l ya n dp o w e rs u p p l yi ss h o r td a yb y i a y , i tc a nj m p r o v e s e c t u i t ya n de c o n o m yo f p o w e rs y s t e ma n de x e r tt h e p o t e n f i a i i t yo fe x i s t i n g d i s t r i b u t i o nn e t w o r kt h r o u g hd i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o n ，w h i c hh a sg r e a t e c o n o m i cb e n e f i t sa n ds o c i a lb e n e f i t s 。 t h et h e s i sd i s c u s s e st h e h o m ea n df o r e i g nm e t h o d s o fd i s t r i b u t i o n d i s t r i b u t i o np o w e rc a l c u l a t i o n i tm a k e sa 淝印a n a l y s i s v en u m b e ro f t i m eo f n e 讥o nm e t h o da n db a c k f o r w a r d s w e e pm e t h o d i tc o m p a r e s8 l it h er e c o n f g u r a t i o na l g o r i t h m s u s i n g n o n l i n e a r p r o g r a m m i n gt h e o r yi tc a ng e to p t i m i z a t i o nr e s u l t ，b u tc a l c u l a t i o nt i m ei sv e r yl o n g ； o p t i m a lf l o wc a l c u l a t i o nm e t h o dn e e d sc a l c u l a t ed i s t r i b u t i o np o w e rf l o wr e p e a t e d b r a n c h - e x c h a n g em e t h o dd a nm a k e s 珏潜d i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n f i g u r a t i o nw h i c hc a n r e d u c el i n el o s sr a p i d l y , b u tt h eo p t i m i z a t i o nr e s u l to b t a i n e dr e l a t e st oi n i t i a lo p e r a t i o n w a yo f t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；u t i l i z i n ga n n c a nr e d u c et h et i m eo fd i s t r i b u t i o n n e t w o 救r e c o n f i g u r a t i o ng r e a t l ) ；b u t t h ep r e c i s i o ni sl i m i t e d ；t h ek e yo fs a c o n v e r g e n c el i e si nt h ec h o o s i n ga n n e a ls c h e m e t h ee x p e r ts y s t e mc a nr e d u c et h e n e t w o r kl o s sb u tc a nn o tg u a r a n t e et og e tt h eg l o b a lo p t i m i z a l t o nr e s u l t ；g ah a sm a n y s p e c i a l i t y i nn e t w o r kr e c o n f g u r a t i o n ，i tw i l lg e tm o r ea p p l i c a t i o ni nn e t w o r k r e c o n f i g u r a t i o ni f w ec a nc o m b i n ew i t ht h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mp e c u l i a r i t ya n d i m p r o v e 如ec o n v e r g e n ts p e e da n da s t r i n g e n c y s ot h e t h e s i ss t u d i e sn e t w o r k r e c o n f i g u r a t i o nw i t ht h ef u z z ys e l f - a d a p t a t i o ng e n e t i ca l g o r i t h m ， t h et h e s i ss i m p l i f i e sd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，r e g a r d i n gd i s t f i b u t i o nt r a n s f o r m e ra n d s u b s t a t i o na sn o d e s ，d i s t r i b u t i o nl i n ea sb r a n c h e s ，s u p p o s i n gt h a tt h e r ea r es w i t c h e s ( i n c l u d i n gb l o c ks w i t c ha n dc o n n e c t i v es w i t c h ) o ne a c hb r a n c h ，t h en o d e ，b r a n c h ， s w i t c hs e r i a ln u m b e ra r ei d e n t i c a l ：o nt h eb a s i so f a n a l y z j n gs t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c o ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k 、t h ed i s t r i b u t i o np o w e rf l o wa n dt h en 3 e m o r yw a yi nt h e b r a n c hd a t ah a v eb e e na n a l y z e da n dr e s e a r c h e d ； a tl a s ti tc o n s t r u c t sm a t h e m a t i e m 墨兰篓要 m o d e lo f n e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o nf o rl o s sm i n i m i z a t i o n 。 t h et h e s i sd i s c u s s e st h eo r i g i n ，b a s i cp r i n c i p l e ，m a t h e m a t i cm e c h a n i s m ， c h a r a c t e r i s t i ca n dt h ea p p l i c a t i o no fg e n e t i ca l g o r i t h m ； i th a sm a d et h e i m p r o v e m e n to fc o d i n g d u et og e n e t i ca l g o r i t h ml i m i t a t i o n ，r e d u c i n gt h e c h r o m o s o m el e n g t h ；i th a sm a d et h ei m p r o v e m e n to fs e l f - a d a p t e dg e n e t i ca l g o r i t h m ， c o m b i n i n gt h ef u 7 1 y c o n t r o l t h e o r y w i t hm eg e l a e t i ca l g o r i t h m 。i tp r o p o s e s s e l f - a d a p t a t i o ng e n e t i ca l g o r i t h mb a s e do i lt h ef u z z yc o n t r o l l e r i th a sd i s c u s s e ds p e c i f i c a l l yh o w or e a l i z en e t w o r kr e c o m f i g u r a t i o nb a s e do n f u z z ys e l f - a d a p t a t i o ng e n e t i ca l g o r i t h mt h r o u g hc o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c o f d i s t r i b u t i o nn e t w o r k 舔赫f u z z ys e l f - a d a p t a t i o ng e n e t i ca l g o r i t t m l ： i th a sm a d e i m p r o v e m e n to ff o i 1 n u l a t i o no f t h ei n i t i a lc o l o n ya n dt h ec h o i c e , c r o s s i n g ，v a r i a t i o a o p e r a t e di nh e r e d i t y , i th a sc o n s t m c e dt h ec r i t e r i o no f c o n v e r g e n c ea l g o r i t h m ；a t l a s t as p e c i f i ce x a m p l eh a sd e m o n s t r a t e dc o r r e c t n e s sm i df e a s i b i l i t yo fw ep r o p o s e d a p p r o a c h 。 k e y 辫 o r d ：n e t w o r kd i s t r i b u t i o nf u z z y c o n t r o l l e r s e n - a d a p t i v e g e n e t i ca l g o r i t h m n e t w o r kr e c o n f l g u r a t i o n 独创性声明 本人声明所璺交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工佟及取得的 研究成果。据我所知，除了文申特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获褥南昌_ 太学或其他教育机 构的学位或诞书谣使用过的材料。与我一闷工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者虢缈域签字隰2 蝴年6 月脚 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌太学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 错阙。本人授权南昌太学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字e t 期：2 0 0 6 年 治啦弧 廿 移月 ，锢 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 形扩 签字日期：2 0 0 6 年莎月r p 日 电话： 邮编： 糍是丈学强i ：b 学位捻文 露一章蜷论 1 1 弓l 言 第一章绻论 随蔷国爨经济静逐逮发震年拜天民镪霞文化生活承平的不断提高，广大用户 对供电痿亟、供电可靠性提出了爱高鼢要求，传统的糯电网设计、运行、管理 等方式己不能适应当前的需求。随着近罐来计算机、通信等相关学科的飞速发 展，实现酉己电自动化的条件也已瑟本具备。1 9 9 9 年，国家电力公司提出：酉e e - g 自动化的总目标是在l o 年或更长一点的时间内，分区域、分步骤使我国城市 l o k v 配电网的运行管理基本实现瑷代化的目挺，大、中城市一扭心区供电可靠性 达到9 9 。9 9 及以上，安全经济运行积供电服务水平上一个粳台阶。这样令爨 栎只骞在驻瞧网网架合理、结擒灵活、转供互带能力强，一次设餐满足鑫动优 要求的前提下，大力开震配电自动亿才麓实现。激近函家电潮公司又明确罐出 了整体的供电可靠往必须要达到9 9 9 6 的目标，配电网自动化是实现这一目标 的重要保证。 配电系统的舰模越来越大，配电网络中的负荷密度也增长很快。旧的配电 系统及其供电质量及可靠性已不能满足用户的需求，必须对其进行改造。随羲 科学技术的发展，人民生涎水乎日盏握毫，用户对供电可靠性灼要求越来越裹， 供电霹蠡一陡弱题熬来越为人们掰关注。供照焉嚣率既蓬接反映供电系统对嗣户 鹩供奄篷力，又及淤了电力工监辩国涎经济电麓需求瀚满足程度。电力部已j 锌 徽电可靠率指标刊入供电企业“双达标，饲一流”的必备条件之一。因此提商 供电系统供电可靠性的研究是保证供电质量，实现电力工业现代化的重要手段， 对促进和改善电力工业生产技术和管理，提高经济效茄和社会效益，进行城市 网络建设和改造都有蔫重要的作用。 鲤西我国l o k v 中压冁电网纂本上还是随意无序建设，盟此现有网络菸不 是最优结橡。在分蛎理有阚终熬鏊磁上，逶过配电网络重构，理论上蕊可以找 裂一个最优结构。在逡个最饶结构下运行，除了可以辩低网损，还可以均衡负 葡、消除过载、提高电压麓量、提高供电可靠往。这就是配电网络重构的萌的。 葱墨大学硬： 学彼电文 第一章绪论 1 2国内辨配瞧瞰络重构的研究动态 配暾网终重构是通过切换联络萝l ：关翻分段开关蛉开合状态寒改变嬲终终 挺扑，以影哟网络e 躲功率滤动，最终达到嬲终优佬敬爨豹。醚电潮一般具有 竭繇设计、开环运行靛特点。为了掇离供窀司i 靠经及运行筠灵活性，配奄沿线 上设有分段开关，在馈线入e l 处设有联络开关，正是配电网的这一特点，使得 其网络结构可以霾构。网络羹构可分为故障前重构和故障后羹构( 故障恢复) 。 近十年来电力研究者在网络羹构方面作了大量实用的工作、提出了很多可行的 算法，尽管他们采用了不同的方法，借鉴了各种学课的理论，但在i 叟敛性、计 算速度、寻优效果很难找到秘完美的网络羹构诗算方法。因此，无论现在还 是将来，配电网网络霾掏是悠的魄力磅究工l 乍老深入疆究戆领域。 强翦国内步 臻究配电网络重橡涎方法有以下凡耱“1 ： ( 1 ) 非线性麓鲻技术； ( 2 ) 鬣优潮流模式算法； ( 3 ) 支路交换法； ( 4 ) 人工神经网络法： ( 5 ) 模拟遐火法； ( 6 ) 遗传算法； ( 7 ) 专家系统法。 1 2 1j 乍线性规划技术 一些学者利蹋数学裁矧方法寒楚疆耐络耋构闯题，蠲分支界定法得出最佳 酝阐结构。典型的是n d r s 等人提国种基于o 一1 箍数舰划的配电网网络重 构算法，这种方法一次可以考虑多个开关操作，并可以得到全局最优解。此后 许多学者将传统优化理论应用于配电阑络霪构中，j i - y u a nf a n 。1 等人提出一次 只开合一对开关的单环网优化问题，其数学模型可以归结为带有二次目标函数、 0 - i 状态变量的非线性整数翅划问题，共用单纯形法求解。m e r l i n 和b a s k 。1 提 出了分支爨瑟洼，基本蒙璎是：首先掺藤熹开关 l = | 合，然后根据与骚翻络稿 髓鹃 线性邀阻网络攫型来决定簧打开的开关，不断蓬菱，直至澎成辐射溺络这个方 法滴优点楚最终瀚阏络结构不依赖网络开关雨初始状态，并且问题的解算过程 糍昌火学硬士学像论文 第一章缝稔 是趋于最优解答的；其主要缺点是用直流潮流算法来计箕网络湖流，负蕊为纯 有功，用不能反映网络结构变化的电滚源寒波示，忽略了网络约柬。文献 4 则在此基矬上镁了送一步的教进，瑕设受棼怒隧逛压变化载连续电流受蘅，把 每个阉合开关器残个电浚源，蔫一交流受荷潮流算法来计算网络潮流，选 出鬣优解。文献 5 掇出了一种解决簸优配电网络重构的单回潞优化法( s i n g l e l o o po p t jm i z a t i o nm e t h o d ，s l o m ) 。s l o m 法将最优网络结构表示成个整数优 化问题，其目标函数为网络有功损耗，是电流的二次函数。 一般认为，利用非线性规划理论可以得到不依赖配电网初始结构的全局最 优锻，但是属于“贪婪”搜索算法，计算时阈非常长。 1 2 2 最伉流模式算法 媛优漉模式算法( o f p ) 是1 9 8 9 年出d a r i s hs h i r m o h a m m a d i 等”入提出黪 一瓣寝发式方法，它以功率损耗最小为爨标鬣数，其鉴本思想为：第一步，瓣 掰有开关合上形簸多环瘸；繁二步，将耐络中躺所有支蹄隘抗中豹电流部分去 掉，在满足k v l 和k c l 的条件下求得的电流分布就是系统的最优流模式；第三 步，以打开在最优流模式下电流最小的开关为打开开关的启发式规则，打开 个开关解开一个环路：重复步骤二和三，直到网络恢复为辐射状态结构为止。 该方法以优化理论为依据，把开关组合的问题转化为优化潮流的计算问题，馒 复杂问题姆到了麓化。不足之处是初始时闭台所稳开关馊刚终中阉时存在多个 环网，求鳃o f p 时各环网浚辛爨互影蟾，打开开关趣爆彦对结聚有较丈影确，蕊 曼确定一个特开开关有胃能需要送行多次耗电潮潮流计算。 文献c 7 提出了醚电闷重构的改进最优流模式，提出等值注入电流应随节点 电压的变化而变化，并在o f p 迭代中求出，从而取消了专门等值注入电流的潮 流计算，降低了5 0 的计算量。文献 8 提出采用补偿原理对配电网络踅的最优 流模式算法进行改进，该算法的主要优点是在计算单环网经济潮流时，利用 偿原理在原开式网潮浚上楚加一个经济环漉求鳃，这样可以充分利用已计算愿 出的缕果，减少量 葵燮，翔快寻饯速度。 1 2 3 支路交换法 支路交换法( b r a n c he x c h a n g em e t h o d ) 也称开关交疑算法，是指利糟开 磷星大学壕：| 二学慢论文第一章堵瓷 关的开台在两条馈线之间交换负衙。支路交换算法在解决方褰时，每次仅考虑 对开关的开合，在褥到重槐结果后，可在擞 乍时一次躺时打开戏台上多个开 关。然算网攒类支路交换算法一般具有鼹令特征：l 、可以 占冀重魄后翡瀚损变 纯：2 、绘滋露辛亍溺筛选溉赠激清除大量不会寻蒙圈损下降拍开关操作，觚而降 低维数。 支路交换法可以快速确定能够降低配电阔线损的配例结构，还能通过启发 式规则减少需要考虑的开关组合。但是每次只能考虑一对开关的操作，且不能 保证全局最优，得出的优化结果与配电网的初始运行方式有关。 文献 9 提出配电嘲终重构的改逃支鼹交按法，该方法根撼配瞧系统中存在 大量独立拓 调整的特点，提出一次可以实施多个独立撼拎调整的配阙璧搀方 法，著逶过节点淡过粒受蘅魄浚馕与瑾怒转移受荷之海懿距离确定打开的分段 翻：关，遗一梦提商了处毽效率，警降损效率小于给定值时不褥进行阐络耋构， 避免了无实际意义的拓扑调整；该算法考虑并非所有配阐支蹄上都安装开关， 受符合实际情况。文献 1 0 提出扁发式支路交换法，该步骤为：利用上报数据 和网络参数计算潮流，得到最初网络线损一运用启发式规则判断备环路联络开 关两端电压差是否越限，是否进行拓扑调整，否则退出。辐扑调整步骤为：台 上该h 环路的联络开关一依次打开电压较毒一侧的分段开关形成毅的霹络并进行 湖渡计算一判断耨旧鄹损差是否较大，是则继续遴行拯 调整窝激流计雾，番 则判叛是否缝寒。 1 2 4 智能优化算法 餐能优纯算法( i n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m s ) 怒通过模拟或揭示 菜些自然现象或过程丽得到发展，其思想和内容涉及数学、物理学、生物进化、 人工糟能、神经科学和统计力学等方顾，为解决复杂问题提供了新的思路和手 段；期能优化算法具有独特的优点和机制，由于这些优点引越了礅内夕 学者的 广泛冀视，势掀起了该领域的硬究热溯，且在诸多领域中撂到了戏功应熙。缨 熊伐化算法在鄹络重橡黢应羯主要确：人工辛孛经网络( a r t i f i c i 8 ln e u r a l n e t w o r k ，a n n ) 、模拟邋犬弊法( s i m u l a t e da n n e a l i n g ，s a ) 、遗传彝法( g e n e t i c a l g o r i t h m ，g a ) 、专家系统法等。 ( 1 ) ：人工神经网络 4 镌墨大学硬： 学位谊文第一章臻论 人工神缀网络的最大特点在于可能通过样本的训练将输入与输出之间的非 线性关系存储在神经元的权傻中。憋人工秽经网络用于醚电网络优化中馁予反 映配电网各节点受蕊与配电蟋最缆结擒之阕豹j 线性关系；输入为醚电溺各节 患翡受糟，输出为开关瀚状态组合。由予不需要计算潮流诗算，也不用对开关 操作的降损效采进行估算，利用a n n 可以大天降低配电嘲重构的时间，从速度 上看这怒目前最快的配刚重构算法。然而a n n 算法得出的结果的精度依赖于提 供的训练样本，对于一个有一定规模的酗电网，疆得到所有可能的负荷模式及 其对应的最优配电网结构非常困难，训练样本也需要大量的时间。 文献 1 1 为了克服获取大量训练样本的圈难，穆负蕊分为不同躲区域，针 慰每一负糖区域雩罨出训练样本，样本的输出则透过求辫毯含电压降落秘缓线热 褰终寐豹二次浚划润趣季譬到。矗k a s h e m 等人“8 将负荷分为工业、裔韭和琵黼 3 类，丽时将负鬻水平分为7 类，结莱大大减少了负荷横式的数蓬。由于同类 负荷的变化规律楚相同的，由3 类负荷的7 种负荷水平构成了训练样本的输入， 样本的输出由开关交换方法确定。上述措施不仅降低了配电网重构的维数，呶 提高了运算速度。 ( 2 ) ：模拟遐火算法 攫拟退火葵法就是用陵搬搜索迭伐过程来寻求最优瓣。电予一个娌模较大 豹配电系统会产生大蹩黪终选结橱，要对每一个躐终状惑迸行网按计算，势必 漤露计算= 莛= ，事实上簿一个耨静潮络缩构都楚在前一个网络结构的基础上通过 对菜一条或凡条谈线骰随机扰动而产生的，在假设电源电压恒定时，只需对扰 动过的馈线进行有功阐损增量的计算，即可得到整个系统的有功网损变化量， 然后根据m e t r o p o l i s 接受准则判断是否接受为当前状态，若被接受，则修改当 前网络结构；否则，放弃此待选结构。s a 法对目标函数无特殊要求，得到的是 全局最优勰，此鼹与初始可行解基本无关，s a 法还毖有效地吏殿“维数灾”。 但是，姒法收敛熬关键在于遐火方案憋选取，若选择不当，烈需大量熬隧 死这 我，计算燕大，霉裂静解与最优解相鬟很远。 文献( 1 3 提高改进的豁算法，郁以当前最优解作为当前控涮温度下的初始 当前解，从而构造了个单调递减的初始当前解序列，这改进使算法对参数 的依赖减小，而且进一步降低了计算量。文献 1 4 提出一种将遗传算法与模拟 鬻昌大学 甄上学纯论文 蒸章绪论 退火法相结合的方法( g s a ) 用于配电网照构技术，酋先用g a 法搜索个初始 网络结构和一个初始温发，然后删s a 法搜索全局最饯解，充分剽熙了薅令方法 l c l 皇优点，嚣毒 了各爨蝗不足。 ( 3 ：遗传箨法 遗传算法楚锐自然基因选择_ 梳理为鏊础的搜索方法，它综台了啻然基因适 应自然及带有目标优化特性的组织进化过程自尊优点，通过模拟基因串的优者生 存及随机交换信息的方法搜索优化方案。在每个新代里，它利用上代屉邋合的 信息去创造新的合成基因串，它有效开发利用过去信息去搜索寻新的搜索点， 刹用这些点可以改进搜索操作。遗传筵法结合了鼹标函数和遗传过瑕，在配电 喇重构t p ，缡玛如位惩好爆来表示开关躲状态，瑟遣应痰函数由系绞斡总线损 槐残。适应度函数值怒遗传算法摇导控索方两熬袄据，首先要僳证其德不为负， 其次禽稼涵数的优化方商应当对应于适应度值增加的方向。 遗传算法处理的是参数的编码而不是参数本身；它从一群点搜索，而不是 从一点开始搜索，发现优化值的可能性高，能够快速全局收敛；只需耍目标函 数本身，刁；需要目标函数的导数或其它辅勘的信息，有，“泛的适应性；使用概 率规则而不是确定性规则指导搜索，能处理瘸态、离数型煦优化问题；但是逖 传算法的计算速度慢，选取不同的初鲶基因审会宥不囿鲤优化结粱。 照然g 矗在提多实际翊题中帮有戏功熬应用，僵本身也存在惹一些不是。铡 热届部援索憝力蘩、存在单熟牧敛等。为此文献 1 5 提蠢释舀适应遗传舞法， 该算法的交叉率与变髯率雒根据遗传进程自适应地改变，从而克服了早熟收敛 的问题。文献 1 6 提出了一种模糊自适应遗传算法，该算法怒根据自适应遗传 算法中有很多模糊概念，采用模糊系统技术来自适应地估计交叉率和变异率， 其结果表明收敛速度比自适应遗传算法要快，能很快褥到全局全优解。 ( 4 ) ：专家系统算法 鸯不少人尝试剥月专家系统亲逃撂琵电鹦终优化。这类算法鏊予瘙发式的 援剽，是鏊予满是系统静运行麴索，并不镪赫数学运算和评话。c h e r t c h i n g l i u 等久”提癌有一稗蓥于专家系统酌故障恢复与配电阐覆鞫算法，蕊剐是对配电 网进行研究和了解调度人员的经验后所得捌的，这种方法可以降低网损但不能 保证得到全局最优解。由于在实际中调度员不愿意对系统作较大的调度操作， 6 商昌大学预：i 学链谂文第一章绪论 闲此专家系统方趣量可以给嘲度员提供确实有效的建议。 1 2 5 箕它重构算法 除了上露的方法，国蠹终学卷还提出了其它有效螅重梅方法。文献 1 8 提 燃配瞧翳重构麴递归愆擞漉褒论秘葵法。文献 1 9 在对踊络中戆各联络开关擎 猿闭合磊形成的环潞之满静关系进行分类，并确定目标蕊数的裰小点与系统纂 本邻城结构的对应关系后提出一种新的大蕊模三相不平衡配电系统的网络重构 算法。文献 2 0 2 3 采用图论的方法来求解最优网络结构。文献 2 4 2 6 提出完 全基于启发式规则的配电网重构算法。文献 2 7 提出了两种算法：一种基于沿线 统一分布的负荷，另一种基于集中负荷；根据篇一种算法可以得到近似最优赡， 丽利用第二种算法则可以使结果逃一步优化。文献 2 8 中的重秘方法分为题步： 蓠先用不迭饯的潮流诗算方法计算强弱熬潮滚，以此磷定次最 _ 茏解，然后聱j 髑支鼹交换法遴一步降 蔻瓣攒。文献e 2 9 提崮了一释蒸予综合潮流穰式瀚配泡 潮重构方法。还有更多静重褐方法限于篇幅这里不再陈述。 1 3本文的主要工作 扶上述鹃分橇中可知，各释醚电溺络羹构算法中，都跫弱用数学优纯瀵论， 葡且有鎏算法觚理论上可戳得到全局蔽优。但是在实际中，随着配电网络越来 越复杂，雅致瀚增多，将导致严重的“组合爆炸”问题。涎于a n n 的算法不需 进行潮流计算，可以在很短的时间内得出结果；但其精度取决于样本，而腰获 得完整的样本较困难，需要较大的时间来训练样本。基于s a 的算法可以获得全 局最优解，但存在算法依赖参数和计算量大等缺点。模糊数学嬲专家系绞必须 依赖予其它技术的发鼹。攫位湖溅模式鞠基于支蹙故交换方法不黪保证餐到全 弱最优解，毽与庙发式趣剥结合舞，哥戬在较短酶时闰撂剿结梁。融具有很多 适于求勰配毫网络重耥的特点，鲡采能结合配电黼络的特点，提高收敛速度和 收敛馥，那么在配电网络羹构中将会有更好的应用。因此本文结合模糊控制理 论与遗传算法对配电网络熏构作了进一步的研究，提商了算法的收敛性和计算 速度，能够达到全局最优。 论文的主疆研究工作如f ； 鬻墨太学硬：t 学钽论文第一章绪 宅 1 ) ：对配电网进行了简化处理，以配电变压器为节点，配电线蹲为支赡， 并假设每条支路上都囊开关( 包括分段开关与联终开关) ，节点、支爨、开关缡 号一致( 其中节点绽号扶o 开始，支鼹与开关编号钛】开始) ；结合爨论鲡谈对 酝毫鼹遴考亍了拓扑分橱，在分轿鬣电网结构特点翁鍪确上，应鬲前报西代法进 行了配电丽潮流分柝，本文对支路数据的存储方式进行了分析研究；建立了以 阕损最小的网络羹构数学模型。 2 ) ：对遗传算法的来源、基本原理、数学机理、特点及应用进行论述；针 对基本遗传算法的局限性、交叉率与变异率的选取问题，对遗传算法的缄码 乍 出了改进，缩短了染色体的长度，对囊适应遗传葵法作出了改进；赐模糕控铡 理论与遗传算法堋结合，提出基予模糊投捌器熬熬逶应遗传算法；没讨了疆个 赠辕入擎糁出静模糊控毒l 器寒在线控铡交叉率与变异率静大小，傻褥该算法畿 戳较浃瀚速度达到全焉最优。 3 ) ：本文结合配电网特点与模糊囱适应遗传算法特点具体探讨了如何实现 基于模糊自适应遗传算法的网络重构；对初始群体的生成，遗传操作的选择、 交叉、变异作出了改进，构造了收敛算法的判据：最后通过具体算例分析来说 明本文所提出方法的正确性和可行性。 建昌大学颞= e 学位论文第二章鼹络拓龄分拆与醚电秘黼滤计算 第二摩网络拓扑分柝与配电劂潮流计算 2 1 弓i 言 丽络重构是疆确定一组开关状态，使网络结构在这组开关状态的作用下，网 络运行状态达到最优，这就需要知道各个开关在网络中的位置以及开关之问的相 互联结关系一网络拓扑结构。因此无论采用人工智能算法还是采用其它算法，这 些功能的实现均离不开网络拓扑分析。实现这些功能的算法不仅包含配电网的拓 扑结槐描述和状态变量撼述，藤熙必须将这两方蕊有机地缝合起来。一个好鳇撼 述嫫型将育助于功能算法蛉实理。特裂是对于配电鼹这融对象，其各秘功能均与 怒电耀熬拓扑结构紧密攘连。琵电弼滋流计算是潮络霆构的基穑，配泡溺中线径 院较绢，线路的甜x 院较高，线潞的按主氇支路通常为并联电容器，线路的充电容 纳一般穰小，在计算潮流时可以忽略不计。由于配电网的根节点通常为输电网变 疆器的低压侧，而输电网的容量与配电网相比可以作为无限大电源处理，所以根 节点的电压可认为保持不变。配电网运行时里辐射状，并且r x 比较离，这两个 特点使经典的潮流算法在配电网的应用受到挑战。p q 分勰法幽于解勰条件的不 满足藤陷入斟境，牛顿法震要加以修正。 怒电网终中麴分段开关帮联络开关静存在使得弼络终梅可以髓受薄交讫粝 调整，群进行重褐。矮体邃说，就是识剐不简酌开关状态组合下黼络活扑结构 的交纯，并计算新结构下的功率、电疆分布。可见，驻构技术着想进入实用化 阶段，必须有一套能快速识别网络拓扑结构变化的方法，同时要有一套快速且 收敛性好的潮流计算方法。 本章针对网络拓扑分析与配电网潮流计算问题进行了分析研究。 2 2图论基栅t 阁论是一门应用十分广泛其内容非常丰富的数学分支，如是近年来鞍为活 跃的数学分支之，它在网络拓扑分橱中起着重要的作用。它起源于瑞士数学 家欧控( l e u l e r ) 【3 0 1 在1 7 3 6 年嬲决了当对颇为有名媳一个数学难题，露鼍尼 9 囊墨大警硕士学墩诧文 第二章鞴络拓事 势耩与嚣电蹲潮流谤葬 期城镳七桥问题，从丽使他成了圈论和拓拎学的创始人。2 0 世纪以后，随着计 算枧飞跃式的发鼹，图逾也锝到了快速的发展，其应爆范圈巴涵妻豪了从鸯然科 学到社会辩学媳广泛领域，它包撼：电错弼终、电力溺络、运输麓力、控制论、 可靠牲理论、专 舞枫程序设计、工入管栽、着色褒论、祷报稔索、社会缩掏、 经济学、遗佟学等。 本节介绍图的基本概念、邻接矩阵及图的遍历方法，为后面的网络拓扑分 析及网络重构打好基础。 2 。2 1 图韵基本概念爱邻搂矩阵 网是图型结构的简称，它是一种复杂非线性数据缩构。一个凰g 足由p 个 顶点的非空有限繁合v 和预先绘定出v 中不同顶点的q 个无序对构成救集合 肛e ( g ) 组戏，记擞g = ( v ，e ) 。e 中每个该点对( u ，v ) 称为g 瓣边，豁 檠雳e 表示这条边，瓣记炉& ，v ) 残记散为u v 。称u 、v 是边e 瀚端点，昼称 u 稻v 是邻接静顶点。简单遗说，图就是顶点和边的集合。 邻接矩阵是表示顶点之间相邻关系的矩阵。设g 一( v ，e ) 是具有n 个顶 点的圈，顶点序号依次为1 、2 n ，则g 的邻接矩阵a 是具有如下定义的n 阶 方阵：矩阵a 中的元索取1 或0 ，当节点i 和，有直接的联系蛳取l ，反之蛳 取0 ，对角线元素a 。取0 。图l ，1 的邻接矩阵如下所示： ollol t010 l 11010 0 o1o 1 o10lo 图】，t ：图的结构 1 0 鲰墨大学填：e 学健论文 箍二牵测络辐羚努衙与醮奄耐霸流计算 2 2 2 图的遍历方法 图麴遍掰蒇楚钛指定涎巢个颈点( 称为裙始点) 出发，籀黧一定的搜索方 法对图瀚所有预点各作一次访淘的过程。舀的遍历比橱的遍历要复杂，因为从 树禳到达树中的每个结点只有一条路径，而从图的初始点到迁蔓图中的每个顶点 可能存在蓿多条路径。当顺麓图中的一条路径访问过某一顶点后，可能还会顺 精另一条路径回到该顶点。为了避免重复访问图中的同一顶点，必须记住每个 顶点是否被访问过，为此可设置一个辅助数组v i s i t e d ( 1 n ) ，它魄每个元囊熬襁 俊均为逻辑篡缓或数健0 ，或爨寒被访阉过，一量访润了顶点v 。，裁怒对应元 豢v 搔密圉饕为逡辑篷囊或数值1 ，表示已游润过 3 ”。胬静遍历方法有两稀： 深度优先援索遍坜和广度优先搜索遍历，本文采确广度优先搜索遍历方法。 广度优先搜索遍历的过程：酋先访问初始点v i ，并将其标记为已访问过， 接着访问v 的所有未被访问的邻接点v j i ，v i 2 ”h 。( 从邻接矩阵中可以得知) ，并 均标记为已访问过，然后佴按照v i l ，v 弘v m 的次序，访问每一个顶点的所有朱 被访问过的邻接点，并均标记为己访问过，依次类推，直到图中所有秘初始点 v 有鼹径楣通麴顶点都被访 琏 过为止。 下瑟缩合强2 1 说甥广度忧先接索遮历煞详缁过程。 j 5 蹦2 ，1 ：树( 圈) 的不懿隧 1 ：访目初始v l ，共燎其撂记为已访闾过； 2 ：访淹v 靛鼹奄末被访瓣逑的邻接点v 2 、v 3 和v 4 ，荠将它们标谶为已访 淘过； 3 ：访问与v 2 的所有末被访问过的邻接点v 5 和v 6 ( 它的一个邻接点v 3 已被 访问过，将它们标记为已访问过； 4 ：访问与v 3 的所有末被访问过的邻接点v ? ，并将它们标记为已访问过： 5 ：访问与v 4 的所有束被访目过的邻接点v 8 ( 它的一个邻接点v 7 已被访鲻 鹰墨大学缓学链埝文 髂二露弼络拓 努嚣i 与配电踊潮流计算 过) ，并将它们标记为已访问过； 6 ：依次访闻v 5 、v 6 、v 7 秘v 8 的所有寒被访涟黪邻接点，睦邻接矩簿褥翘 它们没有邻接点，黢有赘个逡历结柬。 扶戳上对胬2 2 进行的广度优先嫠索遍历过程，可以得出被访问的各顶点 阳次序依次为：。1 、v 2 、v 3 、。4 、v 5 、v 6 、v 7 、v 8 。 2 3配电隧鹩接线分析 鬣龟两怒指电力系统中二次降压衡鲞接或降压后向用户供电的网络。配电 幽馈线、降舔变压器、断路器、各种开关构成。就我国电力系统而言，配电网 是指l l o k v 及以下的电网。在配电网中，通常把l l o k v 、3 5 k v 电压等级称为高 压，l o k v 电压等级称为中压，o 4 k v 电压等级称为低压。从体系结构上，配电 网可以分作辐射状网、树状刚和环状劂，如图2 2 所示。我国配电网大部分楚 璺榭状结构。 搦臻事获溺 蚪一r 吲。 橱靛潮臻袄闷 图2 2 ：配电网的体系结构 配电网是面向晟终用户的，即由它将电能配送到用户。由于用户数量众多、 城市中心密集，而且不同用户的供电性质、供电要求不同，因而配电网的结构 也不同，不论是上面提到的哪一张结构，配电网都是b 源点、分段开关、一般 开关、馈线和末蛸点鳃成，并由溅点开关开始起各馈线所攀的夔棼提供逛能； 由予努关可开、可关，因此逶邀改变开关黔状态，簸可以改变运行溺络潦结构， 扶露实现竣障隔离或爨络霆构，鄯开关状态韵致交将改交配电网各点的状态交 莹。谯不论怎祥改变开关的袄态，配电网无论运行于何种状态，配电嗣各开关 所处的位谶不变，各懒线的联结顺序不变的；不同的是在不同的运行状态，这 些开关、馈线之间的参数关系不同而已，即配电嘲的拓扑结构不同。因此酉己电 网运行网络的不同闻以理解为妃电网的拓扑结构在不嘲开关状态的作用下产生 毒墨大学硕士学位论文 篱二章剥络拓拎分橱与配电秘潮流计算 不同的状态量，而各种功能的实现算法就是在拓扑结构和目标运行网络继构之 间找到一组合适的开关状态鳃会。因此开关状态的改变是啦酝电卿鲍据扑结橡 为基础的。酝电网撼拎结构的攒遮模型萼冬壹接影嚷醋瞧鬓动能各功能豹实瑗舞 法。 2 4 配瞧瘸戆拓拎分析 有了上文款耀论基础，霹戬据复杂熬配魄霹终篱纯裁节点边静关系。本 文所讨论豹醮窀姻均是措1 镰v 凝电网络 ；结合凿论知谖， 掇宙掰结构数组动态地反淤节点间韵链接关系，当嘲络结构发生变化时，可以 快速识剐网络拓扑结构的变化，只需交换结构数纽中行的位置，而不必改变节 点和支路的编号。应用面i 句支路的前推回代法进行了酉己电网潮流计算分析，为 后文的配电网络重构奠定了良好的基础。 2 l 枣量大学硬：0 学位论文第三牵模糊南遥立遴信算法 第三章模糊自适应遗传算法 3 ，l 遗传算法 遗传算法( g e n e t i c a l g o r i t b a n ，镶稼g a ) 起源予对生穆系统遴行计算橇模 拟研究。美国m i c h i g a n 大学静h o l l a n d 教授致其学生受到生物模拟技术的稿发， 到造国了一种基于生物遗传和进化视铺的适合于复杂系统优化的自适应概率优 化技术一遗传算法。1 9 6 7 年，h o l l a n d 的学生b a g l e y 在其博士论文中首次提出 了“遗传算法”词，他发展了复制、交叉、变昴、显性、倒位等遗传算子， 在个体编码上使用双倍体的编码方法。h o l l a n d 教授用遗传算法的思想对自然和 人工自适应系统进行了硪究，提出了遗徙算法的熬本定理模式定理( s c h e m a t h e o r e m ) ，著于1 9 7 5 年出叛7 第一本系绞论述遗传算法秘人工垂适应系统豹专 著 a d a p t a t i o ni nn a t u r a la n da r t i f i c i a ls y s t e m s ) ) 。2 0 世纪8 0 年代，h o l l a n d 教授 实瑶了第一个基予遗传算法酌帮t 器学习系统，开到了遗传算法的机器学习的概 念。1 9 7 5 年，d ej o n g 基于遗传算法的思想在计算机上进行了大量的纯数值函 数优化计算实验，建立了遗传算法的工作框架，得到了一些重要且具有指导意 义的结沦。1 9 8 9 年，g o l d b e r g 出版了 g e n e t i c a l g o r i t h mi ns e a r c h o p t i m i z a t i o n a n dm a c h i n el e a r n i n g 一书，系统总结了遗传算法的主要磅究成果，金恧完整 地论述了遗传葵法螅錾本厥理及共应嬲。1 9 9 1 年，d a v i s 爨舨t h a n d b o o ko f g e n e t i ca l g o r i t h m s ) ) 一书，介绍了遗传算法在科学计簿、工程技术和社会经济 中游大量实铡。1 9 9 2 年，k o z a 将遗传算法应丽于计算机程序的优化设计及自动 生成，提出了遗传编程( g e n e t i cp r o g r a m m i n g ，简称g p ) 的概念。例如， k r i s l m a k u m a r 和g o l d b e r g 以及b r a m l e t t e 和c u s i n 己证明使用遗传优化方法在太 空应用中导出优异的控制器结构比使用传统方法如l q r 和p o w e l l ( 鲍威尔) 的 增音机设计所用的时闻要少( 功能评戗) 。p o r t e r 和m o h a m e d 展示了使用本威 结构分派任务躲多变量飞行控划系绫鲍遗健设计方案。与此嗣时，另一些人涯