一種基于改進蟻群算法的智能配電網(wǎng)自愈方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能配電技術領域，更具體地說，涉及一種基于改進蟻群算法的智能 配電網(wǎng)自愈方法。
【背景技術】
[0002] 智能電網(wǎng)是當今電網(wǎng)發(fā)展變革的最新方向，對于提高能源使用效率和促進全球經(jīng) 濟發(fā)展有著重要作用。而配電網(wǎng)的自愈技術則是智能電網(wǎng)的重要特征和核心技術之一。在 我國，由于歷史的原因，配電網(wǎng)投資相對不足，自動化程度比較低，在供電質(zhì)量方面與國際 先進水平有一定的差距。
[0003] 電力系統(tǒng)的損耗有近一半產(chǎn)生在配電網(wǎng)，分布式電源接入對電網(wǎng)的影響主要是對 配電網(wǎng)的影響，對用戶進行需求管理的著眼點也在配電網(wǎng)。配電網(wǎng)故障自愈問題指的是在 保證滿足電網(wǎng)安全運行的約束條件，如電壓降落的要求、線路熱容等的情況下，通過改變各 分段開關以及聯(lián)絡開關的開合狀態(tài)來進行供電電源與線路的選擇，其求解目的是通過這種 選擇最終形成一個輻射狀網(wǎng)絡，使得配電網(wǎng)的某一項指標，如線路損耗、電壓容量、負荷均 衡等能夠達到最優(yōu)狀態(tài)。故障自愈的實質(zhì)就是通過一系列對聯(lián)絡開關和分段開關的操作， 把非故障失電區(qū)域上的負荷轉移到其它饋線上，制定出符合優(yōu)化綜合指標的非故障失電區(qū) 的恢復方案，同時滿足約束條件。智能配電網(wǎng)主要由變電站、配電站、配電變壓器及二次變 電站以下的各級線路等組成，智能配電網(wǎng)示意圖如圖1所示。配電網(wǎng)自愈策略的研究與應 用，使得配電網(wǎng)擁有了自愈功能和自愈性的堅強網(wǎng)架，可以有效提高配電網(wǎng)供電的可靠性， 保障了用戶的不間斷供電和供電質(zhì)量。因此，對配電網(wǎng)自愈技術的研究具有重要的實用價 值。
[0004] 蟻群算法是人工智能算法的一種，有學者將該算法應用于解決配電網(wǎng)自愈控制問 題，如郇嘉嘉等于2008年9月在《電力系統(tǒng)保護與控制》中發(fā)表的《基于免疫原理的蟻群算 法在配電網(wǎng)恢復中的應用》，該論文提出了結合實際的配電網(wǎng)故障恢復目標函數(shù)，并將蟻群 優(yōu)化算法引入其中，針對蟻群算法存在的易陷入局部最優(yōu)和收斂難的問題，引入免疫機制， 通過基于抗體濃度的選擇機制和多樣性策略來提高蟻群的全局搜索能力和停滯現(xiàn)象。但該 方法的穩(wěn)定性受抗體濃度的影響較大，且該方法隨機產(chǎn)生種群的方式，將容易導致數(shù)字的 取值非均勻的分布在解的空間，從而增加數(shù)據(jù)冗余的現(xiàn)象，并且可能出現(xiàn)早熟收斂現(xiàn)象和 缺少交叉操作的問題。劉學琴等于2009年3月在《電力系統(tǒng)》中發(fā)表的《基于蟻群算法的 配電網(wǎng)故障后恢復重構》，該論文將蟻群算法應用于配電網(wǎng)故障后恢復重構，提出了綜合考 慮切負荷最小和開關操作次數(shù)最少的恢復重構模型，該方法具有一定的可行性和有效性， 但其存在易陷入局部最優(yōu)和收斂難的問題。
[0005] 經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)?01410655369. 6,申請日為2014年11月18日，發(fā)明創(chuàng)造 名稱為：一種含分布式電源的配電網(wǎng)重構方法，該申請案先獲取當前需要重構的配電網(wǎng)的 網(wǎng)架結構參數(shù)和運行參數(shù)，并初始化最大最小蟻群算法的參數(shù)，然后依據(jù)最大最小蟻群算 法和生成樹理論形成多個輻射網(wǎng)，再采用前推回代法潮流計算形成的輻射網(wǎng)的網(wǎng)損值，隨 后找出本次計算的最小網(wǎng)損值及該最小網(wǎng)損值所對應的輻射網(wǎng)的網(wǎng)架結構，并更新全局最 小網(wǎng)損值及本次計算的最小網(wǎng)損值所對應的輻射網(wǎng)的網(wǎng)架結構中各支路的信息素濃度，接 著對更新后的各支路的信息素濃度進行限定以完成一次迭代，再依次循環(huán)直至完成最大迭 代次數(shù)，最后輸出得到全局最小網(wǎng)損值及其所對應的輻射網(wǎng)網(wǎng)架結構。該申請案實現(xiàn)了含 分布式電源的配電網(wǎng)重構，且重構效果較好，但該申請案同樣存在蟻群算法易陷入局部最 優(yōu)和收斂難的問題。
[0006] 鑒于上述蟻群算法在配電網(wǎng)故障后恢復重構中應用的缺陷，相對于其他人工智能 算法，蟻群算法在配電網(wǎng)自愈控制技術中的應用相對較少，需要對蟻群算法應用的可行性 和有效性進行進一步優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 1.發(fā)明要解決的技術問題
[0008] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中，蟻群算法應用于配電網(wǎng)的自愈控制存在易陷 入局部最優(yōu)和收斂難的問題，提供了一種基于改進蟻群算法的智能配電網(wǎng)自愈方法；本發(fā) 明將基于方向性信息素的改進的蟻群算法應用于配電網(wǎng)的自愈控制，將配電網(wǎng)自愈模型利 用改進的蟻群算法進行解析，以減小配電網(wǎng)網(wǎng)損為目標，將自愈問題中的約束條件進行代 入求解；通過仿真實驗證明，本發(fā)明在解決配電網(wǎng)自愈問題時能取得較優(yōu)的結果。
[0009] 2.技術方案
[0010] 為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：
[0011] 本發(fā)明的一種基于改進蟻群算法的智能配電網(wǎng)自愈方法，其步驟為：
[0012] 步驟一、獲取當前需要重構的配電網(wǎng)的初始數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟二、初始化配電網(wǎng)故障恢復的環(huán)境信息；
[0014] 步驟三、依據(jù)蟻群算法和最小生成樹理論生成多個輻射網(wǎng)絡；
[0015] 步驟四、根據(jù)步驟一所得配電網(wǎng)初始數(shù)據(jù)，計算步驟三形成的多個輻射網(wǎng)絡的網(wǎng) 損值，并選取本次迭代中所有螞蟻形成的路徑中具有最小網(wǎng)損值的一條進行方向性信息素 更新；
[0016] 步驟五、重復步驟三和四以完成下一次迭代，依次循環(huán)，直至完成最大迭代次數(shù) Ncmax 〇
[0017] 更進一步地，步驟一所述的配電網(wǎng)初始數(shù)據(jù)包括配電網(wǎng)中支路的數(shù)目Nb，支路電 阻值R 1，支路電流I1，節(jié)點電壓U1，支路開關開合狀態(tài)，支路有功功率P1和無功功率Q 1<3
[0018] 更進一步地，步驟二中初始化配電網(wǎng)故障恢復的環(huán)境信息，具體為：設置各個節(jié)點 上的方向性信息素值為〇,各條支路上的信息素值T ljCt) = const，其中const為一個常 數(shù)；探索率ε = N，N為一整數(shù)；設置最大迭代次數(shù)為Naiiax，初始時刻Λ τ ^ (〇) = 〇,將m只 螞蟻隨機放到η個配電網(wǎng)節(jié)點上。
[0019] 更進一步地，步驟三的具體過程為：
[0020] (1)產(chǎn)生一個在0~η之間的隨機數(shù)，若隨機數(shù)大于探索率ε，則螞蟻k根據(jù)Pk(t) 從集合E k (t)中選擇邊j (s-w)，反之，則隨機從集合Ek (t)中選擇一條邊；
[0021] (2)判斷集合^⑴中是否存在到節(jié)點w的邊，若存在則斷開j，返回步驟（1)，否 則執(zhí)行步驟（3);
[0022] (3)更新節(jié)點集合Wk (t)，將w節(jié)點從集合Wk (t)移動到Sk (t)，即
[0023] ffk(t+l) = ffk(t)-{w}, Sk(t+1) = Sk(t) + {w}；
[0024] (4)檢查集合^⑴是否為空，若為空，則表示所有的負荷節(jié)點已經(jīng)被連入生成樹， 結束，否則執(zhí)行步驟（5);
[0025] (5)更新集合Ek (t)，將邊j從集合Ek (t)中移除，并將集合Ak (t)加人到集合Ek (t) 中，gPEk(t+l)=Ek(t)+Ak(t)-{j}，跳轉到步驟（l) ;
[0026] 上述過程中，Sk(t)表示第k只螞蟻在t時刻連入樹的節(jié)點的集合;Wk(t)表示第 k只螞蟻在t時刻沒有連入樹的節(jié)點集合；E k(t)表示t時刻在集合之間所有的可選路徑的 集合；Pk(t)表示第k只螞蟻在t時刻進入某一路徑的概率;A k(t)表示在t時刻可在集合 Ek (t)中加入的新的可選邊的集合；s-w表示從節(jié)點s至Ij節(jié)點w的一條邊，s和w分另Ij為邊 的頂點。
[0027] 更進一步地，第k只螞蟻在t時刻進入某一路徑的概率為：
[0028]
[0029] 式中：allowedk為允許值閾；τ u為普通信息素 ；為方向性信息素；η u為啟發(fā) 式因子。
[0030] 更進一步地，步驟四中方向性信息素的更新規(guī)則為：
[0031]
[0032] 式中為本次迭代中，所有螞蟻形成的輻射網(wǎng)絡中的最小網(wǎng)損值；Q'為方向 信息素的濃度；R lj為支路（i，j)上的電阻；為在更新之前當前支路上的方向性信息素 值。
[0033] 3.有益效果
[0034] 采用本發(fā)明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
[0035] (1)本發(fā)明的一種基于改進蟻群算法的智能配電網(wǎng)自愈方法，將基于方向性信息 素的改進的蟻群算法應