（电力系统及其自动化专业论文）基于进化算法的城市高压配电网规划.pdf

东北电力大学硕：仁学位论文 a b s t r a c t i nt h ec o u r s eo ft h ed e v e l o p m e n to fc i t yt o w a r d si n d u s t r i a l i z a t i o n ，t h ee l e c t r i c i t y c o n s u m p t i o ni n c r e a s e sc o n t i n u o u s l y , t h ew h o l es c a l eo ft h ec i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r k b e c o m e sh u g e h i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sv e r yi m p o r t a n ti nt h ew h o l e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k h i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gi sd i f f e r e n tt ot h e h i g h v o l t a g et r a n s m i s s i o ns y s t e ma n dl o wv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g s o i t sn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h eh ig hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gt h e o r y t h i s p a p e rd i s c u s s e st h et h e o r ya n da p p l i e st o t h eh a i n i n gh i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n g n e t w o r kp l a n n i n gi se x t e n d e df r o mt h ep r e s e mp o w e r 鲥d s oi ti sn e c e s s a r yt o a n a l y s e st h ep r e s e n tn e t w o r kb e f o r ep l a n n i n g ，p o i n to u tt h ep r o b l e ma n dt h ef u t u r e d i r e c t i o n l o a df o r e c a s t i n gi st h en e t w o r kp l a n n i n g sf o u n d a t i o n ，a c c u r a t el o a d f o r e c a s t i n g i si m p o r t a n tf o rp o w e r 酣di n s t r u c t i o n t h i sp a p e rd i s c u s s e ss e v e r a l t y p i c a ll o a df o r e c a s t i n gm e t h o d s b a s e do nt h er e s u l to ft h el o a df o 玲c a s t i n g ，t h e s u b s t a t i o n si n s t r u c t i o ns e q u e n c ei sp l a n n e d t h ed i s s e r t a t i o np r e s e n t sa ni m p r o v e de v o l u t i o n a r ya l g o r i t h mf o rt h ed i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n g t h em e t h o di st e s t e db yi e e e3n o d en e t w o r k s ，a n dt h ed e s i r e d r e s u l td e m o n s t r a t e st h ev a l i d i t yo ft h em e t h o d a n da p p l i e dt h i sm e t h o di nh a i n i n g h i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g h a i n i n gh i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gi n c l u d sp r e s e n tn e t w o r k s i t u a t i o na n a l y s i s ，l o a c tf o r e c a s t i n g ，s u b s t a t i o np l a n n i n g ，t r a n s m i s s i o nl i n ep l a n n i n g ， p o w e rf l o wc a l c u l a t i o na n dr e l i a b i l i t ya n ds oo n t h ep l a n n i n go b t a i n sar e l a t i v e l y p e r f e c tr e s u l t k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g ；l o a df o r e c a s t i n g ；e v o l u t i o n a l g o r i t h m ；o p t i m i z a i o np l a n n i n g i i 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报； 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 论文作者签名： 旌勉盈 日期：丝呈年l 月旦日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名： 导师签名： 日期：卫生星年立月二堕二日 中国优秀博硬士学位论文全文数据库 和中国学位论文全文数据库 投稿声明 研究生部： 本人同意 中国优秀博硕士学位论文全文数据库和中国学位论文全文 数据库出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生部向中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社的中国优秀博硕士学位论文全文数据库和中国科 技信息研究所的i ：中国学位论文全文数据库投稿，希望中国优秀博硕士学 位论文全文数据库和中国学位论文全文数据库给予出版，并同意在 丑 筮 略 妪 蔓蒸 蔓藕 苦柩 考辐 罾*暴彀 2 肄 2 肄廿制 = 谗 = 谗如 舞 材 将 hvh 蒸盂羹面 剞 随 酶 o o 蜒 憷 n 耀 牦 nn寸n口 求凶 剞凶 o u 、 l n n 、 o西 ot q 凸 t qn岔 nt q _ _ l n o l ，、 n 寸 on on n寸 n一 一 t q_ t q nn _ o o 呐 一 o小 一 t q _ - 一 o _ _ - 一 - 一 n v 、 _ no o岔 一 t qo - 一 小 - 一一 。 o 一 t q v 、i n v 、 o _o o t q t qo，叫 o o a寸 n文 o _ 一n怕 o口 卜 no o 叫 口 nn。 o岔 n口 on 卜o t q卜 - 一- n 卜 叫l n o寸 卜 ot q 、 f - q _寸 撂 挺r 哥 皿 枢 趣 毯 瞬 1 斗匿 臀 如 嗣 酶 挂 将耀 剞 心 t qn 坎 权g革扑二匿孙 匝脚 妪 删 卿立 咖卿 似 面嘲 删_ _馋 肆 2 谗谗 脚 姆 肄搀 2 臀 毯融 2 脚翘 - 一 脚脚 毯 舟_母 脚 - 一 斗皿苷 幡 _ _ 衄 蔓 _肄 o脚 辫 锹 漆 立_ 榷一 _卫 麟 榷耀 o 呈 。 _ _廿 _ 枢 oo 吣 磬 o 鼯 雠随 n 榷 昌 椎榷 榷憷 者 j z o = 馘球 犍憷 酆 nn寸nnn寸”口 臻 融 榷 求凶长凶般凶 钗袋掣扑二巨扑r吾芸帐 第4 章电源及变电站规划 4 4 变电站建设规划 4 4 1变电站规划方案的要求 变电站规划方案主要涉及：增容节点及增容容量，新增节点的分布、电压 等级、规模、供电范围，设备选型，短路电流计算等。 增容变电站、新增变电站的规划方案 根据负荷情况及高压配电网现状、电源分布情况，制定增容节点及其容量 规划方案，制定新增节点电压等级、位置、容量等规划方案。 新增变电站选址 变电站的所址应符合下列基本要求瞳4 1 ： 1 便于进、出线的布置，交通方便，在条件许可的情况下尽量接近负荷中 心。 2 占地面积应满足最终规模要求。 3 避开易燃、易爆及严重污染地区。 4 注意对公用通信设施的干扰问题。 5 市区变电站的设计应尽量节约用地面积，采用占地较少的户外型或半户 外型布置。市中心区的变电站应考虑采用占空间较小的全户内型并考虑与其他 建筑物混合建设，必要时也可考虑建设地下变电站。市区变电站的建筑物设计 应考虑与环境布局协调，立面美观，并适当提高建筑标准。 新增变电站容量 变电站容量可按以下要求确定乜5 1 ： 1 主变压器一般按变电站建成后5 - 1 0 年的规划负荷选择，并适当考虑到 远期1 0 - 2 0 年的负荷发展，对城郊变电站主变压器应与城市规划相结合。 2 根据变电站所带负荷性质和电网结构来确定主变压器的容量。 文献 2 6 认为，为解决电网面临的短路电流超限问题，在规划计算阶段优 化电网结构限制短路电流应该是首选的和最为有效的办法。优化电网结构不仅 是优化电网接线以及电源拉入方案，还应当包括提高变电站容量，使各级线路、 变电容量相互协调匹配，达到优化电网结构的目标。 3 同级电压单台降压变压器容量的级别不宜太多，应当从全网出发，推行 东北电力大学硕士学位论文 系列化、标准化。 ， 也可根据选定的容载比确定主变压器容量。 4 4 2 海宁市高压变电站规划 4 4 2 1建设原则 由于海宁市经济开发区未来几年负荷增长较快，因此应着重加大经济开发 区2 2 0 k v 电源站和1 1 0 k v 变电站的建设，从电源点上提高整个海宁市的供电可 靠性和容载比。变电站建设近期以增加变电站的数量为主，远期以变电站增容 扩建为主。 2 2 0 k v 变电站：最终规模考虑3 , - - , 4 台主变，每台主变容量为1 8 0 m v a 或 2 4 0 m v a ； 1 1 0 k v 变电站：最终规模以2 3 台主变为主，局部负荷密度大的地区考虑 3 台主变，每台主变容量为5 0 或6 3 m v a ； 3 5 k v 变电站：由于3 5 k v 变电站在城市电网中普遍存在重复降压现象，降低 了电网运行的经济性。故在本次电网规划中，原则上不再考虑新建3 5 k v 变电站， 特殊原因除外。 4 4 2 2 变电站建设方案 根据已经确定的规划目标、技术原则，提出海宁市高压配电网的2 0 1 2 年目 标网架方案，至2 0 1 2 年海宁将有2 2 0 k v 变电站5 座，变电容量达到1 9 2 万k v a ， 1 1 0k v 变电站2 4 座，变电容量达2 0 8 9 万k v a ，具体方案见表4 5 和表4 - 6 。 第4 章电源及变电站规划 表4 - 5 海宁市2 2 0 k v 变电站建设一览表( 单位：万k v a ) 电 压 序号变电站规模 2 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 1 1 2 0 1 22 0 1 52 0 2 0 等 级 1 双山变 3 6 2 2 03 x 1 2 3 x 1 23 1 23 1 2 3 1 2 3 1 23 x 1 23 1 2 2 民谊变 3 02 2 02 x 1 52 1 52 x 1 52 1 52 1 52 1 52 x 1 52 x 1 5 3 潮乡变 7 2 2 2 02 1 82 1 82 1 82 x 1 82 x 1 82 1 82 x 1 84 1 8 4 庆云变 7 22 2 02 1 82 x 1 82 1 82 x 1 82 1 84 x 1 8 5 天明变 7 22 2 02 1 82 1 82 1 83 1 83 x 1 84 1 8 6 凤凰变 3 62 2 02 1 82 1 8 7 狮岭变 5 42 2 02 x 1 8 3 x 1 8 合计 3 7 2 容载比 1 9 61 6 02 3 31 9 41 7 71 7 71 9 81 7 9 表4 6 海宁市l1 0 k v 变电站建设一览表( 单位：万k v a ) 序 变电站规模 电压 2 0 0 72 0 0 82 0 0 9 2 0 1 02 0 l l2 0 1 22 0 1 5 2 0 2 0 号 等级 东 区 1 硖石变 6 311 06 36 36 36 36 36 36 36 3 2 硖西变 7 1 51 1 07 1 57 1 57 1 57 1 57 1 57 1 57 1 57 1 5 3 盐官变 9 1 51 1 09 1 59 1 59 1 59 1 59 1 59 1 59 1 59 1 5 4 马桥变 1 0 1 1 051 01 01 01 0l o1 01 0 5 东山变 1 01 1 05551 01 01 01 01 0 6 海昌变 1 01 1 051 01 01 01 01 01 01 0 7 朝阳变 1 01 1 051 0 1 01 0 1 0 l o1 01 0 8 龙晓变 1 011 01 01 01 01 01 0l ol o 9 隆兴变 1 01 1 0555551 01 0 i o 金龙变 1 0 1 l o551 01 01 01 01 0 1 1 尖山变 1 51 1 0551 01 01 01 01 51 5 1 2 斜桥变 9 1 1 044999 99 9 1 3 黄湾变 1 0 1 l o1 01 01 0 1 01 0 1 0 1 4 双化父 1 0 1 1 06 3 6 31 0 1 0 1 01 01 0l o 1 5 谈桥变 l o 1 1 0 1 01 0l o1 0 1 6 城东变 l o1 1 0l o1 01 0 1 7 围垦变 1 5 11 0 1 0 1 01 5 1 8 丁桥变 1 01 1 01 01 0 3 7 - 东北电力大学硕士学位论文 序 电压 号 变电站规模 2 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 1 1 2 0 1 22 0 1 52 0 2 0 等级 1 9 治江变 1 5 1l o 1 01 5 2 0 城西变 1 0 1 1 0 1 0 2 l 群益变 1 01 1 0l o 2 2 城中变 1 011 01 0 2 3 昌北变 1 0l1 01 0 2 4 联合变 1 01 1 0 1 0 2 5 群乐变 1 0 1 1 0 1 0 2 6 五丰变 1 511 0 1 5 2 7 丹枫变 1 01 1 01 0 2 8 皮都变 l o1 1 01 0 2 9 硖北变 1 011 0 1 0 西 区 1 长安变 6 311 06 36 36 36 36 36 36 36 3 2 许巷变8 1 1 088 888888 3 钱江变 8 1 1 08 8888888 4 永福变 1 01 1 01 0l o1 01 01 01 01 01 0 5 周镇变 1 01 1 05551 01 01 01 01 0 6 农发变 1 011 05 5 5 5 5 1 0 1 0 7 红星变 1 0 11 0 555 5 51 01 0 8 东陈变 1 0l l o1 01 0 9 许村变 1 011 0 51 0 马家塘 1 01 01 1 01 0 变 1 1 石井变 1 01 1 0 1 0 1 2 沈士变 1 011 0l o 1 3 启航变 1 0 1 1 0 1 0 合计 4 2 3 91 0 0 21 4 0 21 6 3 91 7 8 91 8 8 9 2 0 8 92 6 3 94 2 3 9 容载比 1 9 9 2 2 72 2 01 9 91 9 2 1 9 31 9 82 0 4 4 5 小结 本章对电力电量平衡理论进行了分析。电力电量平衡可从电源与电力电量 的平衡及供电设备容量与电力的平衡两方面进行考虑，其中前者需考虑电量的 平衡。给出了可用有功功率、变配电主变容量以及增容容量的计算方法。 根据电力电量平衡理论，对2 0 0 7 - 2 0 2 0 年海宁市2 2 0k v 和l1 0k v 电网进行 第4 章电源及变电站规划 了电力电量平衡，并根据分区负荷预测，对海宁市东西分区进行了分区电力电 量平衡。在电力电量平衡的基础上，进行了高压变电站的站点站容规划，并且 确定了变电站的建设时序。 东北电力大学硕士学位论文 第5 章基于进化算法的高压配电网网架规划 确定了变电站的站点站容之后，就需要对电网网架进行规划。高压配电网 网架一般包括2 2 0k v ，1 l o k v 和3 5k v 输电线路，是城市电网中的重要组成部 分，作用重要。网架规划是整个配电网规划中的关键步骤，本文提出了一种改 进的进化算法，以目标网架网损最小为目标，对高压配电网进行规划。 5 1基于改进进化算法的电网规划方法 进化算法是一种现代式启发算法，这类算法通过变异、杂交、加速和移民 等操作在整个解空间中寻找最优解，具有全局寻优和局部寻优的能力。但是这 类方法用于配电网规划时，由于配电网的结构特点，进化过程中产生了大量的 不可行解，这是进化类算法用于配网规划的一大缺陷。针对这一缺陷，文中给 出了一种改进的进化算法，只在可行解组成的解空间中寻优，加快了算法的收 敛速度和寻优能力。 网架规划既是在站点确定的情况下确定供电路径的问题，为了简化问题， 网架中所有的线路均设置一虚拟开关，开关的开闭代表线路的是否被选择。确 定了开关的状态也就确定了最终的网架结构。本文以网损最小为目标，应用一 种改进的进化算法对电网网架进行规划，具体描述如下： 5 1 1 数学模型 以网损最小为目标函数，用数学公式描述如下： m i nf = 兰k i r t 等粤 ( 5 - 1 ) i - - 1 ，f 其中k f 为每条待选线路开关的状态，0 为打开，l 为闭合；r 为线路电阻； 尸z + 骈为注入节点i 的功率；形刀、- 1 丁4 4 - , 点i 的电压。 约束条件如下： ( 1 ) 功率容量约束：墨s i m a x ( 2 ) 节点电压约束：杉m i l l 圪形m a x ( 3 ) n 络结构约束：g k q 4 0 第5 章基于进化算法的高压配电网网架规划 ( 4 ) 潮流约束 其中杉m i n 和k m 戤分别是各节点电压的上下限，5 l m 双是各支路的负载能 力，g 是当前的网络结构，“七是允许的辐射状网络结构集合。 5 1 2 应用于配电网规划的进化算法 用遗传算法求解问题时瞄l 。般采用二进制编码方式，而进化算法则大多数 采用十进制编码方式，显得更加直观，编码也更简单，缩短编码串的长度，从 而提高求解速度。本文参考文献 2 8 1 的混合差异进化算法，对进化过程做一些改 进，具体步骤如下： ( 1 ) 初始化：文献中初始化过程如下：输入基本数据，产生初始种群p o ， 并计算种群中每个个体z ? 的适应度函数和越限情况，从而得到初始群体中的最 优个体z 6 甜，。初始种群中每个个体钟按照下面的公式随机生成： z 7 = z 锄i n + r o u n d ( 仃f 幸( z f ，麟一z f ，m i n ) ( 5 - 2 ) 式中i = l ，2 ，, n p ，随机数吼 0 ，1 ，r o u n d ( b ) 表示距离数字b 最近的整数，z 1 哪 和互。i 。是第i 个个体中每个元素的上下限。 在实际问题的处理当中，可以将整个网络做必要的简化处理，比如新建的 1 1 0 k v 变电站只从最近的两个2 2 0 k v 变电站提供两条供电线路，每条线路的实 际需要控制联络开关只有一个，在给联络开关编号时如果将同一变电站两条供 电线路的联络开关连续编号，这样初始种群中第i 个个体中每个元素的上下限 z j ，一和z i 曲之间的差值即为1 ，随机数o i 可以改为随机选取0 ，1 中任意个数， 这样可以简化种群初始化过程，也同样简化了下面的选择操作。 ( 2 ) 选择操作：随机生成和z o 相同规模的新的群体z 腮矿，认为这个新的群体 即是差异进化算法中变异和杂交产生的结果群体。比较个体z 严和z ? 的适应度 和越限情况，把二者中优良的个体保存为z 严矽，并更新最优个体z 胁，。 ( 3 ) 加速操作：文献 2 9 j 1 1 速操作的对象是当前种群中的最优个体，这样可能 会使这个最优个体远远优于种群中的其他个体，与差异进化算法并行直接搜索 的性质相背离。为了提高搜索效率，可以对种群z 船矿中所有的优良个体进行加 速操作。文献【3 0 】并没有给出对包含整型变量的个体进行加速操作的具体实现步 骤。文中结合配电网的结构特点的概念，给出一种对整型变量个体加速操作的 东北电力大掌坝十学位论文 实现方法。对于种群中的优良个体z 严矽= 。7 _ , u n e w ，z n e w ，z 叫n z w ，z 叫n e j ，j = l ， 2 ，d ( d 是个体的维数，在规划问题中d 在数值上等于联络开关的个数) ，找 到z 孑一个领域u ( z 孑缈) ，产生一个新的个体x = 。z n e w ，z n e w ，x ，z 髫j ， 其中x ，u ( z 丹矿) ，如果x 是满足辐射状约束的可行解，则比较x 和z 罗， 选择较好的个体保存在z 舾中。用公式表示如下： 7 腮一jz i n j e w ，则术厶i jw 优于x 叫 i x ，其余情况 r 与一讪 在实际问题中，邻域u ( z 等) 表示和z 等所对应的支路相连的支路的集合。 由于在初始化中的简化操作，使得这个集合中只有2 个元素，相应就只剩下了1 个新的个体x ，把这个个体和个体z 严矿进行比较和选择，优秀的个体保留为 z 严矿。对优良个体的d 维数据全部进行这样的加速操作，最终得到经过加速处 理的个体z p 。 加速处理的对象是种群中的优良个体，优良个体判断的标准为：如果该个 体经过b m i n 代选择和保留操作之后依然和初始群体中相应的个体相同，则认为 该个体具有较强的竞争力，是一个优良个体。对该个体加速处理之后，更新最 优个体么6 耐。 ( 4 ) 移民操作：比较加速处理过的个体z 严矽和初始种群中的个体z ? ，如果这 两个个体完全相同，说明该个体已经收敛到局部最优解，把z 严移出种群z 胎矿， 按照公式( 5 2 ) 生成一个满足辐射状结构约束的可行解替代z 罗。这种移民操作 可以把局部最优解移出群体，保持进化过程中种群的多样性，从而提高全局寻 优能力，也可以保留种群中未收敛到局部最优解的优良个体，为下一代进化提 供了较好的父代种群，从而提高搜索效率。 ( 5 ) 重复第( 2 ) 到第( 4 ) 步，当最优个体保留的代数g 6 嚣，达到设定值g m 戤时退 出循环，输出结果。 5 1 3 优化过程分析 5 1 3 1染色体的适应值及选择规则 文中算法染色体的适应度直接取该染色体对应网络结构的网损。在选择操 作的过程中，考虑到约束条件的限制，不仅计算染色体的适应值，而且计算该 染色体对应网络结构的越限次数。根据文献【3 0 】确立选择和保留的规则为：如果 第5 章基于进化算法的高压配电网网架规划 两个个体越限次数相同，则选择和保留具有较小适应度的个体；如果两个个体 当中只有一个满足约束条件，则选择和保留满足约束条件的个体。采取这样的 选择规则有两个优点，一是在满足约束条件的全局最优解不存在的情况下，可 以在违反约束的个体中选择较好的个体；二是避开了采用罚函数来构造适应度 函数的方法，因为合理选择惩罚因子需要经过大量的试验，一旦选取得不合理， 将会影响最终的结果。 从染色体库中调用染色体对于一个具体的配电网络来说，满足约束条件的 网络结构的数量是可以通过穷举算法求得的，这样可以根据公式( 1 ) 随机生成一 个包含足够数量满足辐射状约束的染色体库，作为独立于优化过程之外的资源。 在形成初始群体、选择操作以及移民操作的过程中可以从这个库中随机选取染 色体，避免了在规划过程中使用公式( 5 1 ) 来形成染色体，也避开了遗传算法或 者差异进化算法交叉和变异操作很多次才产生一个可行解的不足之处，而且运 用文中的选择操作扩大了搜索范围，极大的提高了运算速度。 5 1 3 2 算法机理分析 对于种群中的第i 个个体，若经过占m i n 代选择依然生存下来，则说明该个 体具有较强的竞争力，对它进行加速操作，若加速操作之后该个体依然生存下 来，则说明该个体已经收敛到局部最优解，把它移出种群，产生新的个体取代 该个体。如果个体i 经过加速操作之后更加优良，则说明该个体没有收敛到局部 最优解，就把它保存在种群中，为下一代的进化提供优良的父代个体。种群在 进化的过程当中，所有收敛到局部最优解的个体都被移出种群，这些个体中的 最优个体被选择为进化过程中的最优个体么6 耐，当最优个体z b e s t 保留的代数 超过设定代数g m 麟时，认为该个体即是全局最优解。算法利用选择操作和移民 操作进行全局搜索，利用加速操作进行局部搜索，从而保证搜索到全局最优解。 图5 1 给出了上述算法的流程。 东北电力大学硕七学位论文 图5 - 1 进化算法流程图 5 1 4 算例 用m a t l a b 对算法进行编程实现，并对文献 2 8 】中的算例进行仿真实验， 算例是i e e e 一个典型的三馈线系统，可以代表包括所有待选线路的环状网络， 包含1 6 个开关，功率基准值为s b a s e = 1 0 0 m v a ，具体数据见原文献，网络结构 如图4 9 所示。应用文中的算法，取种群规模n p = 5 ，b m i n - - 2 ，g m 戕= 3 ，程序 运行1 0 0 0 次，全部找到最优解，使得网络成辐射状供电且网损最小。最大进化 代数为8 次，最小进化代数为3 次，平均进化代数为5 7 代，进行一次优化的平 均时间o 1 5 3 s ，结果和原文献的比较如表l 所示，由表可见，两种方法的结果一 样，本文的进化速度要远远快于文献。 第5 章基于进化算法的高压配电网网架规划 oo 图5 2 算例中的3 馈线系统 表5 1 算例结果 5 2 海宁市高压配电网规划 海宁市今后的电网发展将在现有电网的基础上，以“安全、经济、可靠 为基本原则，加强电网建设，完善电网结构，到2 0 2 0 年，形成以大电网为依托， 以5 0 0 k v 变电站为主要受电电源点，2 2 0 k v 变电站为辅助受电电源点，以区域 内小型发电厂为必要补充的供电网络体系；同时在增加2 2 0 k v 电源点的基础上， 着力加强1 l o k v 电网的建设，形成以1 l o k v 电网为主干网架的配电网络体系； 彻底消除供电瓶颈现象，为国民经济的建设和发展提供强有力的支撑。 东北电力大学硕士学位论文 根据海宁市的东西狭长的地形特点及2 2 0 k w l l o k v 3 5 k v 变电站分布情况， 规划将整个海宁市分为东部分区和西部分区两个相对独立的供电分区，各分区 内以各分区的2 2 0 k v 变电站为核心，以1 1 0 k v 3 5 k v 变电站为基本配电变电站， 形成每座2 2 0 k v 变电站正常情况下带若干1 1 0 k v 3 5 k v 变电站的格局，分区电网 在正常运行方式下相对独立运行，在特殊方式下考虑互相转带支援，使海宁市 电网运行灵活，供电经济安全可靠。 5 2 1 2 2 0 k v 网架规划 5 2 1 12 2 0 k v 网架规划目标 根据嘉兴地区2 2 0 k v 及以上电压等级电网网架规划目标，海宁市2 2 0 k v 电 网属于嘉兴地区电网的西部分区，规划中2 2 0 k v 变电站主要由5 0 0 k v 海宁变和 秦山一期供电。本次海宁市2 2 0 k v 电网规划以嘉兴地区2 2 0 k v 及以上电网目标 网架规划为主要参考依据，并结合海宁市的实际负荷发展情况，制定海宁市 2 2 0 k v 电网规划的基本原则： 1 2 2 0 k v 电网远景规划分区独立运行，近中期环状结构闭环运行，并充分 利用原有的线路提供分区之间的相互支援。 2 2 2 0 k v 线路原则上都采用同杆双回，减少占地面积。线路选用3 0 0 m m ： 及以上截面积双分裂导线。 3 2 2 0 k v 变电站2 2 0 k v 侧主接线选择：2 2 0 k v 枢纽变电站电气主接线可选 择双母线双分段接线，双母线单分段和双母线接线；中间变电站电气主接线可 选择双母线接线、单母线分段接线；终端变电站电气主接线可选择线路变压器 组接线、桥接线、扩大桥接线、单母线接线。 4 2 2 0 k v 变电站1 1 0 k v 侧主接线选择：户内站采用双母线或双母线双分段 接线，户外站采用双母线单分段、双母线或单母线分段接线。 5 2 2 0 k v 变电站3 5 1 0 k v 侧主接线：通常采用单母线分段接线，当3 5 1 0 k v 不出线仅接无功补偿装置和站用变压器时采用单元制单母线接线。 6 新建2 2 0 k v 变电站主变以1 8 万k v a 容量的变压器为主，个别变电站根 据实际情况主变可采用1 5 万k v a 和2 4 万k v a 容量的变压器；每座变电站远景 主变按3 4 台主变设计，主变的电压变比以2 2 0 k v 1 1 0 k v 3 5 k v 的三圈变为主。 - 4 6 第5 章基于进化算法的高压配电网网架规划 曼鼍曼鼍! 舅皇曼皇曼蔓曼曼寰璺曼曼鲁皇皇毫曼皇曼曼笪量量鼍曼曼曼鼍曼量曼曼曼皇! 皇曼曼曼曼曼皇! 曼i 1 寰曼尝曼曼曼皇 5 2 1 22 0 12 年2 2 0 k v 网架规划 2 0 1 2 年海宁市电网2 2 0 k v 变电站有双山变、潮乡变、民谊变、庆云变以及 红星变，根据嘉兴地区2 2 0 k v 及以上电网目标网架，各新建2 2 0 k v 变电站接入 方式如下： 1 2 0 0 7 年潮乡变建成，单开口接入秦山核电一期至双山变的线路，主要由 秦山核电一期供电，线路选用2 , 4 0 0 m m 2 截面的导线。 2 民谊变单开口接入5 0 0 k v 乔司变到双山变的线路，并增加一回乔司变至 民谊变的线路，5 0 0 k v 海宁变建成之后，将海宁变开口接入民谊变到双山变的线 路，并增加一回海宁变到民谊变的线路，线路选用2 * 4 0 0 m m 2 截面的导线。 3 2 0 0 8 年庆云变建成，新建双回线路向庆云变供电，并将线路延长到潮乡 变，线路选用2 * 5 0 0 m m 2 截面的导线。 4 2 0 1 0 年红星变建成，供电方式采用双开口接入5 0 0 k v 乔司变到民谊变的 线路，主要由乔司变供电。 5 2 1 32 0 2 0 年2 2 0 k v 网架规划 根据规划，2 0 1 3 年 - - 2 0 2 0 年海宁市将新建2 2 0 k v 变电站2 座，分别为狮岭 变和凤凰变，为了减少2 2 0 k v 线路的改造和新建，避免重复建设，根据嘉兴地 区2 2 0 k v 及以上电网目标网架规划，上述2 座新建的2 2 0 k v 变电站接入方式如 下： 1 新建2 2 0 k v 狮岭变开口接入5 0 0 k v 王店变到双山变的线路，同时将秦山 一期到双山变的线路改接到狮岭变，形成王店变，秦山一期双电源供电的格局。 2 新建2 2 0 k v 凤凰变，其供电方式可以考虑新建两回5 0 0 k v 海宁变到凤凰 变的线路，由海宁变供电，线路选用2 * 4 0 0 m m 2 截面的导线。 5 2 211o k v 网架规划 5 2 2 11 1o k v 网架规划目标 根据海宁市电网规划目标，海宁市电网将形成东部分区和西部分区两个相 对独立的分区电网，各分区电网分别以不同的2 2 0 k v 变电站为电源点，以l l o k v 、 3 5 k v 变电站为基本配电点。主要原则如下： 1 1 1 0 k v 城市电网结线：海宁市1 l o k v 高压配电网采用双辐射型网络结构， 电源一般取自同一变电站不同母线。过渡年可采用“t 接方式，在两个2 2 0 k v 东北电力大学硕_ 二i ：学位论文 变电站之间适当采用“手拉手 形式，以实现负荷平衡和转供。 2 1 1 0 k v 变电站主变选型及主接线选择：新建1 1 0 k v 主变容量采用 5 0 m v a 、6 3 m v a ，电压等级一般为1 1 0 1 0 k v 。海宁市主城区全部考虑远景3 台 主变以应对不断增长的负荷需求，其它区域远景2 台主变。 3 1 1 0 k v 变电站主接线选择：海宁市1 1 0 k v 变电站主变最终为2 台时，推 荐采用内桥接线；变电站主变最终为3 台时，推荐采用内桥+ 线变组接线模式 或t 型接线模式。 4 为了提高线路的输送容量，1 1 0 k v 线路选用3 0 0 m m 2 截面的导线。 5 2 2 2 基于进化算法的1 1 0 k v 网架规划 1 1 0 k v 网架在高压配电网中起承上启下的作用，是整个电网的中坚力量， 1 1 0 k v 网架规划是整个高压配电网规划重要的组成部分。由于1 1 0 k v 变电站布 点和线路众多，如何确定每条l1 0 k v 线路的走向及每个l1 0 k v 变电站的供电路 径，对于整个电网的经济安全运行将起到重要作用，以往基本凭主观经验来确 定，并无科学依据。本文依据上文讨论的改进进化算法，再结合传统的启发式 算法，对海宁市1 1 0 k v 网架进行规划。 如第2 章所述，传统的启发式规划方法可分为两种模型，第一种模型采用逐 步扩展策略，逐条的增加线路，形成扩展网络。第二种模型采用逐步倒推策略， 即首先将所有待选线路全部加入系统构成一个冗余的虚拟网络，再逐步去除多 余线路，形成目标网络。 本文采用后一种模型，将待选线路全部加入到系统之中，形成一个多环状 网络，网络中每条线路都有一个开关。这样开关状态的不同将代表线路是否被 选择。如果开关处于断开状态，即说明此条线路需要去除；如果开关处于闭合 状态，说明此条线路被选择。本文应用上文讨论的改进进化算法来选择线路开 关的开闭状态。确定了每条线路开关的状态，也就确定了最终的供电路径。 在实际的电网规划中运用优化算法，需要对实际电网进行一定的简化处理： 1 对于已经存在的1 1 0 k v 变电站和线路，不参加此次优化，直接给出现状 供电路径。 2 对于明显靠近一个2 2 0 k v 变电站的1 1 0 k v 变电站不参加此次优化，而直 接由接近的高压变电站供电。 - 4 8 - 第5 章基于进化算法的高压配电网网架规划 3 每个2 2 0 k v 变电站即电源点都独立解环运行，对l l o k v 变电站呈辐射状 供电。 4 参加优化的变电站只由最近的两个2 2 0 k v 变电站供电，即只提供两条供 电路径。 5 只对2 0 2 0 年目标电网进行优化，其他年份1 l o k v 变电站供电路径可参 见2 0 2 0 年优化结果。 至2 0 0 6 年底，海宁市有1 l o k v 变电站1 3 座，到2 0 2 0 年海宁市将拥有1 1 0 k v 变电站4 2 座，去除现状变电站和由于距离2 2 0 k v 变电站近而不参加优化的变电 站，参加优化的共有变电站1 8 座，线路3 6 条，每条线路都设置一个联络开关。 添加完所有待选线路的具体电网示意图如图5 3 图5 - 311 0 k v 变电站线路待选图 经过计算要断开的开关为2 , 4 ，6 ，7 ，1 0 ，1 1 ，1 3 ，1 5 ，1 7 ，1 9 ，2 1 ，2 4 ，2 6 ，2 8 ，2 9 ，3 2 ，3 3 ，3 5 。 即沈士变，东陈变，农发变由红星变供电；周镇变和启航变由民谊变供电；群 益变和金龙变由庆云变供电；黄湾变由凤凰变供电；丁桥变，朝阳变，龙晓变 东北电力大学硕士学位论文 由湖塘变供电；丹枫变，城东变，联合变由狮岭变供电；皮都变，硖北变，城 中变，城西变由双山变供电。网损为1 5 3 1 9 9 万千瓦，整个系统的降损率为5 2 1 。 参加优化的最低电压节点为丁桥变，电压为111 9 k v 。整个系统最低电压节点为 盐官变，电压为1 1 1 3k v 。 经过优化可以确定这些1 1 0 k v 变电站的供电路径，成辐射状供电网络如图 5 4 所示 一1_。一。1。一 ；l电压荨够童电站 蟛路电7 o 0 - 0 0 o 。p 羚”j 撕 一 一j 、烹妒毫 ”a b 珊4 。1。11。1。一 慌忙后： 7 l 电站鳗路田 j ，一一 图5 - 4 优化后1 1 0 k v 网架图 供电路径的确定对实际的电网建设有如下的指导意义： 1 当变电站为双辐射供电时，可以直接按照上述优化结果进行建设 2 当变电站为手拉手供电时，可以按照上述优化结果确定优先建设的线路 需要说明的是，本次优化结果主要以网损为优化目标，虽然兼顾了电压， 潮流等约束条件，但是在电网建设中，需要考虑的实际问题很多，比如说过渡 年的过渡方案确定，实际地理环境，高压变电站的负载率等因素，可能根据实 际情况进行调整，也就是说上述优化结果只对1 1 0 k v 网架规划起一定的指导意 义，并不能完全照搬，这也符合了第二章所讨论的规划算法只能求得近似最优 解的结论。 鼻 + o 。 迭 rp叫飞 第5 章基于进化算泫的高压配电网网架规划 5 2 2 32 0 12 年110 k v 网架规划 2 0 1 2 年海宁市电网2 2 0 k v 变电站有双山变、潮乡变、民谊变、庆云变以及 红星变，根据嘉兴地区2 2 0 k v 及以上电网目标网架，各新建1 1 0 k v 变电站接入 方式如下： 1 2 0 0 7 年海宁电网新建2 2 0 k v 潮乡变，其环入原秦山核电至双山变的 2 2 0 k v 线路中。新建1 1 0 k v 周镇变，由2 2 0 k v 民谊变出线主供，同时出一回线 路“t 接至民谊至斜桥的线路上做为备用线路。新建1 1 0 k v 朝阳变，采用双辐 射的接线模式，出两回线路至2 2 0 k v 潮乡变。 2 2 0 0 8 年海宁新建1 1 0 k v 变电站较多。其中西部分区新建临杭变和农发 变，其中临杭变由2 2 0 k v 民谊变出两回1 1 0 k v 线路，构成双辐射的接线模式； 接至农发变的两回线路，一回“t ”接自民谊变至许巷变的线路中，一回“t 接自民谊变至钱江变的线路中。东部分区新建铁北变、龙晓变和金龙变，其中 铁北变、龙晓变构成双辐射的接线模式，两回线路分别出自2 2 0 k v 双山变和潮 乡变。金龙变则“t ”接在双山变至斜桥变的回线路中。 3 2 0 0 9 年网架过渡方案：2 0 0 8 年海宁电网新建2 2 0 k v 变电站两座，分别 为庆云变和红星变。其中，庆云分别出双回线路，其中一双回线路接至5 0 0 k v 海宁变，另一个双回线路接至2 2 0 k v 潮乡变。红星变环入原民谊变至乔司变的 双回线路中。1 1 0 k v 变电站新建黄湾变，其中一回线路接至2 2 0 k v 潮乡变做为 主供线路，另一回“t 接至潮乡变至尖山变的线路中。 4 2 0 1 0 年无新建变电站，但是有3 座扩建，分别为周镇变、朝阳变和金龙 变。由于原有线路均为一主供和一备用，故无过渡方案。 5 2 0 1 1 年新建1 1 0 k v 谈桥变，由2 2 0 k v 潮乡变出两回线路，构成双辐射 的接线模式。 6 2 0 1 2 年海宁电