开关优化配置的位置置换算法及其应用

论文摘要

本文受国家自然基金项目“配电网络最优切换模型和算法研究（No.50307015）”等相关课题资助。论文对基于配电网可靠性的开关位置置换法及其改进算法,对开关优化配置的可靠性与经济性影响分析等进行研究。据国内外的资料统计显示,大约有80%的停电事故缘于配电系统故障,因此,如何在经济约束的条件下提高配电网的可靠性水平已成为研究的热点。开关优化配置为提高配电网可靠性提供了有效途径。通过配电网开关优化配置,可提高网络的可靠性水平,减少停电损失,提高配电网经济效益。论文在以成本-效益分析原理和配电网可靠性理论等为基础,提出了配电网开关优化配置位置置换求解算法。论文主要内容如下:①给出配电网络开关优化配置的位置置换法的模型和算法。该模型基于等年值方法,计及停电损失费用、开关设备的投资、运行维护费用等,以总费用最小为目标函数,并计及潮流、可靠性、成本费用等约束。在对配电网运用位置置换法进行开关优化配置时,每次只置换一个开关位置,其余开关位置保持不变,即依次将各开关从初始位置移动至周围位置,每次开关位置置换都对网络进行可靠性评估,计算目标函数,最终实现开关优化配置。开关优化配置中,可靠性评估的算法采用分块算法,即以块为单位代替单元件进行故障枚举。根据故障模式后果分析方法知,每次开关置换只改变了网络极少数块的结构,因此,只需对改变的块重新进行故障枚举计算即可快速得到网络的可靠性指标和停电损失以及目标函数值,以提高算法的计算效率。通过RBTS-BUS6及其他系统的开关优化配置及与遗传算法等的对比分析,验证了该算法的正确性、可行性。②提出位置置换与遗传算法相结合的改进开关优化配置算法。位置置换算法的全局最优性和收敛速度对初值有很强的依赖性,因此如何确定初值显得尤为重要。为进一步优化该算法,将位置置换算法与遗传算法结合运用,以遗传算法的解作为位置置换算法的初始解,以代替根据工程经验的均匀分段法等。该算法充分利用位置置换法的局部收敛特性和遗传算法的全局收敛特性,以得到较遗传算法更优解乃至全局最优解。将该算法应用于某10kV中压配电网,在利用遗传算法配置开关的基础上进行再优化,在不改变开关数量的前提下,可降低网络的停电损失费用。算例表明,当配置的开关越多时其优化效果越明显。③分析了可靠性参数与经济性参数的变化对开关优化配置的影响。由开关优化配置的数学模型可以看出,开关配置的结果决定于元件和系统的可靠性和经济性等参数。目前,许多研究都基于网络规划时以确定的参数配置开关模式,但随着社会与经济的发展,这些可靠性或经济性参数可能发生变化,进而影响开关配置结果,因此,需要开展参数变化的开关优化配置影响分析。论文以10kV实际工程网络为例,分别从可靠性和经济性两个方面分析了参数变化对网络开关配置的影响。为计及参数变化的电力系统的规划,特别是开关优化配置,提供一定的参考价值。④在VC++6.0上编写基于配电网可靠性评估分块方法的开关位置置换优化配置程序。已应用于实际工程算例系统,检验了程序的工程适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出及意义
• 1.3 配电网可靠性的研究现状
• 1.4 配电网开关优化配置研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 复杂配电网可靠性评估的算法
• 2.1 引言
• 2.2 配电网交流潮流算法
• 2.3 可靠性计算的基本公式
• 2.4 配电网可靠性指标
• 2.5 故障模式后果分析法
• 2.6 配电网可靠性评估的节点分类
• 2.7 可靠性评估的分块算法
• 2.7.1 父节点和子节点的定义
• 2.7.2 节点邻接矩阵及其性质
• 2.7.3 分块形成算法
• 2.7.4 可靠性评估分块算法
• 2.8 本章小结
• 3 配电网开关优化配置的位置置换算法
• 3.1 引言
• 3.2 资金的时间价值
• 3.3 成本效益分析方法
• 3.4 配电网开关优化的模型
• 3.4.1 设备投资费用
• 3.4.2 运行维护费用
• 3.4.3 停电损失费用
• 3.4.4 开关优化配置的数学模型
• 3.5 开关优化配置位置置换算法
• 3.5.1 N 度开关位置
• 3.5.2 开关置换后系统可靠性分析
• 3.5.3 开关优化配置的位置置换分析
• 3.6 开关优化配置的位置置换算法
• 3.6.1 算法描述
• 3.6.2 程序流程图
• 3.7 算例分析
• 3.7.1 算例1
• 3.7.2 算例2
• 3.8 本章小结
• 4 改进位置置换算法及其应用
• 4.1 引言
• 4.2 位置置换算法与其他算法的比较
• 4.3 位置置换算法与其他算法的结合
• 4.3.1 改进的位置置换算法
• 4.3.2 算例分析
• 4.4 开关优化配置的参数影响分析
• 4.4.1 可靠性参数的影响分析
• 4.4.2 经济性参数的影响分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录