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      改進(jìn)遺傳算法在含DG配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

      2016-12-22 21:27:04許達(dá)鄭偉鋒
      關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)規(guī)劃分布式電源

      許達(dá) 鄭偉鋒

      摘要:由于分布式電源融入到配電網(wǎng)中,分布式電源和配電網(wǎng)規(guī)劃間存在相互影響的關(guān)系。文章進(jìn)行了一定的框架規(guī)劃,同時(shí)在框架中加入了DG效益獎(jiǎng)勵(lì)因子,對(duì)于原有的遺傳算法存在的譯碼復(fù)雜、迭代時(shí)間長(zhǎng)、次數(shù)多等缺點(diǎn),提出了一種改進(jìn)的遺傳算法。

      關(guān)鍵詞:改進(jìn)遺傳算法;分布式電源;配電網(wǎng)規(guī)劃;DG效益獎(jiǎng)勵(lì)因子;電力負(fù)荷 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

      中圖分類(lèi)號(hào):TM76 文章編號(hào):1009-2374(2016)31-0035-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.018

      配電網(wǎng)規(guī)劃的目的是在已知的電力負(fù)荷以及電源規(guī)劃的基礎(chǔ)上,依照現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)合理地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行完善,使其可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的最大化。分布式電源簡(jiǎn)稱(chēng)為DG,可對(duì)能源危機(jī)有所緩解,并且可以對(duì)供電故障有所改變,確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定高效。將DG加入到配電網(wǎng)中,DG的容量以及位置的確定對(duì)規(guī)劃有所影響,合理進(jìn)行DG的位置與容量的明確對(duì)配電網(wǎng)有著很大的積極

      意義。

      1 含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃簡(jiǎn)介

      1.1 分布式電源和配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃

      配電網(wǎng)規(guī)劃是一類(lèi)目標(biāo)眾多的規(guī)劃問(wèn)題,增加了DG后,使規(guī)劃的難度以及維數(shù)都得到了提高。以往傳統(tǒng)的方法是先進(jìn)行DG的容量與位置的確定,再據(jù)此進(jìn)行配電網(wǎng)的規(guī)劃,這是一類(lèi)縱向規(guī)劃方式。然而,DG與配電網(wǎng)架在配電網(wǎng)中有著相互影響的作用,凡是一個(gè)有所變化對(duì)另一個(gè)也會(huì)產(chǎn)生一定的作用,因此縱向規(guī)劃已經(jīng)不能使規(guī)劃達(dá)到最佳狀態(tài)。采取協(xié)調(diào)規(guī)劃的方式,建立出配電網(wǎng)和分布式電源的科學(xué)關(guān)聯(lián),一同進(jìn)行協(xié)調(diào)、規(guī)劃,從而使整體規(guī)劃達(dá)到完美。協(xié)調(diào)規(guī)劃不但可以保證規(guī)劃的整體性,而且計(jì)算簡(jiǎn)便,節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間。

      1.2 含DG的配電網(wǎng)模型

      含DG的配電網(wǎng)在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)常常是以穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性綜合評(píng)定最佳為目標(biāo)。本文以經(jīng)濟(jì)效益為基礎(chǔ),對(duì)環(huán)境效益進(jìn)行考慮,依據(jù)DG的污染物與其他形式的區(qū)別,將DG所減少的污染治理費(fèi)作為獎(jiǎng)勵(lì)因子添加到目標(biāo)函數(shù)中,可以得到目標(biāo)函數(shù)為:

      式中:f1是配電線(xiàn)路以及DG建設(shè)與運(yùn)行年費(fèi);f2是停電損失費(fèi)用;f3是DG環(huán)境效益;ω是權(quán)重因子;n0規(guī)劃節(jié)點(diǎn)數(shù);N是安裝DG節(jié)點(diǎn)數(shù);r0是折射率;T是投資回收期限;gi和ui分別是建設(shè)費(fèi)以及運(yùn)行年費(fèi);c1是單位線(xiàn)路的維修和造價(jià);lj,k是線(xiàn)路長(zhǎng)度;A[j,k]是投資決策變量。ΔPj,k是線(xiàn)路有功損耗,

      τmax是最大負(fù)荷小時(shí)數(shù);c2是電價(jià);λ是單位長(zhǎng)線(xiàn)路故障率;c3j是j處停電損失;γ是DG的環(huán)境效益,是CO2、NOx、SO2等排放減少量和治理成本的乘積,即:

      在進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中有著諸多的約束條件,例如節(jié)點(diǎn)電壓、電流、網(wǎng)絡(luò)連通性、網(wǎng)絡(luò)輻射性、DG容量等約束。在進(jìn)行計(jì)算時(shí),可以將電流、電壓以及DG容量約束經(jīng)由罰函數(shù)形式添進(jìn)目標(biāo)函數(shù)f中,將無(wú)法達(dá)到網(wǎng)絡(luò)輻射與連通性的解加以修正。

      1.3 規(guī)劃算法

      以往的算法在進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí),有著搜索錯(cuò)誤、逼近速度慢、迭代收斂難等缺點(diǎn),特別是在約束及變量較多時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題更多。遺傳算法與傳統(tǒng)算法相比,有著不需要梯度信息、目標(biāo)函數(shù)可導(dǎo)等優(yōu)勢(shì),尤其在整數(shù)變量進(jìn)行組合優(yōu)化時(shí)極為適用,致使得到了非常廣泛的使用。但是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的遺傳算法有著先收斂局部解、計(jì)算量大、時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),從而產(chǎn)生了多種優(yōu)化了的遺傳算法。本文對(duì)傳統(tǒng)的遺傳算法進(jìn)行改進(jìn),使其在配電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中可以得到最為科學(xué)合理的結(jié)果。

      2 改進(jìn)的遺傳算法

      2.1 編碼

      在進(jìn)行以0-1向量作為編碼模式來(lái)對(duì)適應(yīng)值展開(kāi)計(jì)算時(shí),要根據(jù)一些規(guī)則來(lái)進(jìn)行解碼。如果數(shù)字量越大,在進(jìn)行解碼的計(jì)算時(shí)計(jì)算量也會(huì)很大,這會(huì)浪費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間。對(duì)此將采取矩陣編碼的方式,對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1的網(wǎng)絡(luò)連接采用矩陣編碼與傳統(tǒng)編碼進(jìn)行編碼,分別是A和B。

      B=(0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,01,1,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,0,0)

      A是經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行變化獲得,對(duì)角線(xiàn)右上的點(diǎn)安放分布式電源的容量,右上角中對(duì)應(yīng)的是各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接方式,其中1代表連接,0代表未連接,左下角的M不具有實(shí)際意義。如果電網(wǎng)的規(guī)模相對(duì)較大時(shí),可以很輕松地看出矩陣編碼方式要比B的編碼形式要好。此外矩陣編碼可以將配電網(wǎng)絡(luò)的輻射性和連通性進(jìn)行快速的修復(fù),對(duì)分布式電源的聯(lián)合迭代有著極大的作用。在適應(yīng)值計(jì)算時(shí)不必再進(jìn)行解碼,可以將矩陣直接代入

      運(yùn)算。

      通常來(lái)說(shuō),DG編碼就是將分布式電源的容量和位置由0、1進(jìn)行代替。假設(shè)DG較多時(shí),在進(jìn)行編碼和解碼時(shí)都會(huì)異常的復(fù)雜,同時(shí)交叉點(diǎn)選取出現(xiàn)不合理會(huì)對(duì)分布式電源的整體性有著極大的破壞力。矩陣進(jìn)行編碼的過(guò)程,第一,明確分布式電源的安裝節(jié)點(diǎn);第二,對(duì)分布式電源容量進(jìn)行確定,同時(shí)對(duì)其初始數(shù)值加以明確,將初始數(shù)值安放在矩陣對(duì)角的節(jié)點(diǎn)位置,其他位置設(shè)定為0。進(jìn)行解方程時(shí),分布式電源金額配電網(wǎng)都不用進(jìn)行解碼,從而使計(jì)算量大大減少。如果交叉點(diǎn)i=j時(shí),矩陣中變化的是相同分布式電源的不同的容量值,不再是進(jìn)行0-1編碼時(shí)所使用的二進(jìn)制碼,避免分布式電源容量在整體性上有所破壞,可以提升遺傳算法的高效性。

      2.2 不可行解修復(fù)

      遺傳運(yùn)算過(guò)程中由于變異和交叉常常會(huì)出現(xiàn)許多的不可行解,使搜索范圍擴(kuò)大,從而使搜索的速率被降低,大量增加了計(jì)算時(shí)間。對(duì)此大量研究者對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)了大量研究與改善,從而對(duì)這一問(wèn)題的不足進(jìn)行彌補(bǔ)。大量的參考文獻(xiàn)在編碼時(shí)有著許多的辦法,例如有采取多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼,還有根節(jié)點(diǎn)融合法對(duì)變量進(jìn)行編碼,也有節(jié)點(diǎn)變量來(lái)對(duì)輻射性加以修復(fù),但是這個(gè)方式對(duì)于連通性和變異所產(chǎn)生的新解有效性是沒(méi)有辦法保證的,此外利用搜索技術(shù)進(jìn)行不可行解展開(kāi)修復(fù)的方式,要進(jìn)行環(huán)狀網(wǎng)、孤島、孤鏈分別加以操作,增加了操作的復(fù)雜程度。

      本文所依照的矩陣進(jìn)行修復(fù)僅僅需要一次操作即可,就能夠滿(mǎn)足對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的輻射和連通性能。首先對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行定義,出列即電流或功率所在節(jié)點(diǎn)的列,入列即出節(jié)點(diǎn)所在功率或電流流入得節(jié)點(diǎn)所在列位置,等效入列即如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)上有一個(gè)入列節(jié)點(diǎn),該節(jié)點(diǎn)與另一節(jié)點(diǎn)相連,那么這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就是等效入列。實(shí)際的操作方法如下:依據(jù)節(jié)點(diǎn)的大小從小到大地進(jìn)行出列編寫(xiě),同時(shí)對(duì)入列節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行搜索,當(dāng)大于1時(shí),使用出現(xiàn)次數(shù)為0的等效節(jié)點(diǎn)進(jìn)行代替。這是構(gòu)建一個(gè)新的矩陣X,根據(jù)矩陣X可以獲取新的能夠和網(wǎng)絡(luò)連接的節(jié)點(diǎn),從而形成一個(gè)閉合的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。如果未進(jìn)行相連,便會(huì)產(chǎn)生出孤立的網(wǎng)絡(luò),此時(shí)將矩陣表示為假設(shè)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)輻射與連通的需求,每個(gè)節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)入列節(jié)點(diǎn)。之后對(duì)矩陣X加以修復(fù),根據(jù)編號(hào)從小到大來(lái)搜索節(jié)點(diǎn),再對(duì)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)修復(fù)。

      2.3 計(jì)算流程

      本文所改進(jìn)的遺傳算法主要有如下三點(diǎn):第一,避免近親出現(xiàn)交叉,換句話(huà)說(shuō)就是在進(jìn)行迭代時(shí),添加對(duì)矩陣的比較環(huán)節(jié),對(duì)矩陣的歐式距離進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)距離較小時(shí)去除適應(yīng)度小的矩陣;第二,增設(shè)兄弟比較環(huán)節(jié),簡(jiǎn)而言之就是對(duì)父代所產(chǎn)生的子代展開(kāi)比較,將其中不合理的數(shù)值加以去除,從而使搜索范圍變小;第三,盡可能避免出現(xiàn)反復(fù)比較的情況,對(duì)此可引入不良群集來(lái)對(duì)去除的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì),防止出現(xiàn)重復(fù)比較,從而減少計(jì)算量,提高計(jì)算效率。

      3 結(jié)語(yǔ)

      通過(guò)以上的算法進(jìn)行分析可知,在進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)添加DG,從而得到一種規(guī)劃框架,可以將規(guī)劃中的相互影響的因素加以改善,可以根據(jù)計(jì)算來(lái)對(duì)可行性進(jìn)行驗(yàn)證。此外在其中融入了環(huán)境效益,可以進(jìn)行對(duì)環(huán)境損害小的分布式電源發(fā)電加以獎(jiǎng)勵(lì),以此來(lái)達(dá)到對(duì)環(huán)境的保護(hù),保證資源的循環(huán)與可持續(xù)利用。改進(jìn)后的遺傳算法可以有效地對(duì)計(jì)算編碼中存在的問(wèn)題進(jìn)行解決,比以往的遺傳算法擁有計(jì)算時(shí)間短、計(jì)算量小、計(jì)算效率高的優(yōu)勢(shì),可以進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。

      參考文獻(xiàn)

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