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

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)

[1] 李寧.分布式電源在配電網(wǎng)中布點(diǎn)規(guī)劃研究[J].東北 電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，（2）.

[2] 鮑博.智能電網(wǎng)建設(shè)中分布式電源的規(guī)劃研究[J].通 訊世界，2016，（8）.

[3] 趙憲，周力行，鄧維.改進(jìn)的層次分析法在含分布 式電源系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估中的應(yīng)用[J].中國(guó)電 力，2014，（12）.

[4] 王迪，吳鑫強(qiáng)，王振浩.基于改進(jìn)遺傳算法的含分布 式電源配電網(wǎng)故障定位[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)， 2016，（1）.

[5] 馮雪平，宋曉輝，等.基于最小生成樹(shù)及改進(jìn)遺傳 算法的含分布式電源配電網(wǎng)孤島劃分方法[J].高電壓 技術(shù)，2015，（10）.

[6] 吳萬(wàn)祿，韋鋼，謝麗蓉，張?chǎng)?含分布式電源與充電 站的配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2014，（15）.

[7] 徐鵬，陸迪，辛釔辰.基于改進(jìn)遺傳算法的分布式電 源優(yōu)化配置[J].科協(xié)論壇（下半月），2013，（9）.