湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)HUNANUNIVERSITY畢業(yè)論文論文題目基于營配信息融合的配電網(wǎng)停電計(jì)劃優(yōu)化方法研究及輔助決策軟件開發(fā)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)學(xué)院名稱指導(dǎo)老師學(xué)院院長2015年 5月日第Ⅰ頁湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第Ⅰ頁第第：盡量恢復(fù)停電負(fù)荷、盡量減少開關(guān)操作次數(shù)、盡量降低系統(tǒng)網(wǎng)速、盡量減少電壓偏移；約束條件為：潮流約束、支路電流節(jié)點(diǎn)電壓不能越限、網(wǎng)絡(luò)滿足輻射狀運(yùn)行。為了簡(jiǎn)化子優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，將目標(biāo)函數(shù)中的盡量減少電壓偏移轉(zhuǎn)化為約束條件，即增加節(jié)點(diǎn)電壓約束。改進(jìn)后的模型如下：3.1.1目標(biāo)函數(shù)負(fù)荷轉(zhuǎn)移不但要考慮如何將更多的負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，而且還要考慮開關(guān)的操作費(fèi)用、線路損耗等。由于有多重因素影響，建立以下模型。（1）減少售電損失F1 （3-1）其中，為平均電價(jià)，N為待轉(zhuǎn)移的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合，P為節(jié)點(diǎn)i未轉(zhuǎn)移出的負(fù)荷，T為節(jié)點(diǎn)i的檢修持續(xù)時(shí)間。由于不同設(shè)備的檢修時(shí)間不同，則每次檢修的停電損失不同，這里將停電損失轉(zhuǎn)換為售電損失用于更方便直觀的比較各方案的可行性。（2）減少開關(guān)操作費(fèi)用F2 （3-2）其中，為開關(guān)操作一次的費(fèi)用，n為進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移的開關(guān)操作次數(shù)。開關(guān)的操作費(fèi)用=開關(guān)總費(fèi)用/開關(guān)使用壽命（3）減少附加網(wǎng)損F3 （3-3）其中，為第r條路徑的附加網(wǎng)損；為第r條路徑轉(zhuǎn)移負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間；L為所有轉(zhuǎn)移路徑集合。的計(jì)算公式如下，Prx、Qrx為第r條線路原有功和無功功率，Prz、Qrz為第r條線路轉(zhuǎn)入的有功和無功功率： （3-4）以上公式說明：為了降低附加網(wǎng)損，負(fù)荷功率轉(zhuǎn)移不僅要向路徑電阻小的方向轉(zhuǎn)移，而且要在保證線路功率不越限的條件下，向線路原功率小的方向轉(zhuǎn)移。由于符合轉(zhuǎn)移目標(biāo)函數(shù)很多，這是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，求解起來十分復(fù)雜，在此我們用加權(quán)法來將其簡(jiǎn)化與優(yōu)化，即在每個(gè)目標(biāo)函數(shù)前乘以一個(gè)權(quán)值wk，然后將目標(biāo)函數(shù)相加，得到總的目標(biāo)函數(shù)。綜上所述，配電網(wǎng)檢修負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑的優(yōu)化目標(biāo)F為: （3-5）其中，wk為第k個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重。關(guān)于權(quán)值的確定：權(quán)重系數(shù)需要有經(jīng)驗(yàn)的專家學(xué)者通過對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)深入了解，分析開關(guān)操作對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的影響來確定各項(xiàng)權(quán)重系數(shù)。3.1.2約束條件負(fù)荷轉(zhuǎn)移模型約束條件有：（1）支路電流約束： （3-6）式中，Ir為路徑r的電流；為支路r允許通過的電流限值。（2）節(jié)點(diǎn)電壓約束： （3-7）式中，，，分別為轉(zhuǎn)移負(fù)荷后各節(jié)點(diǎn)的電壓上限和電壓下限。（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束:進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移后的網(wǎng)絡(luò)需要保持輻射狀的運(yùn)行模式。 （3-8）g表示進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；G為輻射狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.2優(yōu)化算法：基于待恢復(fù)樹切割的啟發(fā)式搜索法先介紹狀態(tài)空間搜索。狀態(tài)空間搜索：從初始狀態(tài)通過一定的路徑來尋找目標(biāo)狀態(tài)，其中路徑可以是直線也可以是曲線。由于求解過程中條件的不確定性以及不完備性造成求解過程中分枝很多，使得所有可能的求解路徑構(gòu)成了狀態(tài)空間。從其中搜索出最優(yōu)的線路就是狀態(tài)空間搜索。而狀態(tài)空間搜索有一個(gè)很大的不足就是必須從上述狀態(tài)空間一個(gè)一個(gè)枚舉。這種算法適用于狀態(tài)空間較小的情況，一旦空間狀態(tài)變大則會(huì)大大降低運(yùn)算效率，甚至難以完成計(jì)算任務(wù)。于是引入啟發(fā)式搜索啟發(fā)式搜索是對(duì)每一個(gè)在狀態(tài)空間中的位置進(jìn)行評(píng)估，每一次都選出目前最好位置，然后再有剛選出的位置進(jìn)行起始點(diǎn)搜索直到找到目標(biāo)。啟發(fā)式搜索大大減少了不必要的搜索路徑并提高了搜索效率。而在啟發(fā)式搜索中最關(guān)鍵的是位置的評(píng)估體系，選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于搜所結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。啟發(fā)式算法的優(yōu)越性：（1）建立的啟發(fā)式規(guī)則適用性很高，可以在多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。（2）合適的啟發(fā)式搜索規(guī)則可以縮小搜索范圍，提高搜索效率。（3）有很多啟發(fā)式規(guī)則已經(jīng)可以通過算法來表示。缺點(diǎn)是：（1）求解結(jié)果比較依賴初始條件，其獨(dú)立性不夠。（2）如果啟發(fā)式規(guī)則不合適，則可能產(chǎn)生巨量解，導(dǎo)致運(yùn)算效率低下甚至無法運(yùn)算。3.2.1優(yōu)化算法流程（1）讀入初始信息：子優(yōu)化問題的初始信息包括母優(yōu)化問題的個(gè)體信息（檢修設(shè)備的時(shí)間編排信息）；區(qū)域配電網(wǎng)的拓?fù)湫畔?；月?fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果（每一個(gè)配變30天內(nèi)的月負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線）（2）拓?fù)浞治觯捍_定檢修設(shè)備之后，通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鰴z修設(shè)備影響的停電區(qū)域，即確定待轉(zhuǎn)移區(qū)域，為后面確定待恢復(fù)樹提供依據(jù)。（3）負(fù)荷轉(zhuǎn)移過程：初始化T=1，Z=1，首先對(duì)第一天的第一個(gè)待轉(zhuǎn)區(qū)域進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，處理方法為基于待恢復(fù)樹切割的啟發(fā)式搜索算法（詳細(xì)講解見后文），然后另Z+1，當(dāng)判斷T=1的所有待轉(zhuǎn)區(qū)域都轉(zhuǎn)移完畢后，另T+1，繼續(xù)用同樣的方法往下處理。（4）結(jié)束：當(dāng)30天的所有待轉(zhuǎn)區(qū)域均處理完畢后，輸出每一天的切負(fù)荷量，并輸出每一天的開關(guān)操作次序。算法流程圖如下：圖3.1負(fù)荷轉(zhuǎn)移流程圖3.2.2示例網(wǎng)絡(luò)圖3.2是一個(gè)含環(huán)網(wǎng)的32節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)，圖中實(shí)心點(diǎn)為分段開關(guān)，空心點(diǎn)為正常狀態(tài)下處打開狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。假設(shè)母線1右側(cè)的這一段線路現(xiàn)在需要檢修（f），待轉(zhuǎn)移區(qū)域?yàn)閳D中虛線所包圍的區(qū)域所示。圖3.2檢修前的配電網(wǎng)3.2.3算法中的幾個(gè)概念（1）聯(lián)絡(luò)開關(guān)：在雙電源供電時(shí)一個(gè)電源出現(xiàn)故障，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)把故障電源的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電源。圖3.2中空心點(diǎn)為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。（2）分段開關(guān)：兩端都在失電或者帶電區(qū)域。（3）支持饋線：將聯(lián)絡(luò)開關(guān)與失電區(qū)域直接相連的饋線為支持饋線。圖3.2中，是支持饋線。（4）二級(jí)饋線:不與失電區(qū)域相連通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)與支持饋線相連。圖3.2中是二級(jí)饋線。（5）聯(lián)絡(luò)開關(guān)的備用容量：設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)i的道路為pi，在pi，上有n個(gè)設(shè)備，則聯(lián)絡(luò)開關(guān)的備用容量為： （3-9）其中，是第n個(gè)設(shè)備的最大允許通過電流，是第n個(gè)設(shè)備在轉(zhuǎn)移負(fù)荷之前的電流。（6）聯(lián)絡(luò)開關(guān)的電氣距離： （3-10）其中，Zi為路徑pi中第i個(gè)設(shè)備的阻抗。3.2.4生成待恢復(fù)樹根據(jù)上圖，以聯(lián)絡(luò)開關(guān)為根節(jié)點(diǎn)，利用寬度優(yōu)先搜索法生成樹狀雙向鏈表，即可得失電區(qū)域以生成的待恢復(fù)樹。如圖3.3所示：圖3.3待恢復(fù)樹示意圖如圖3.3，按照每個(gè)開關(guān)離根節(jié)點(diǎn)的距離生成待恢復(fù)樹，并對(duì)每層編號(hào)。圖中即為以為根節(jié)點(diǎn)生成的待恢復(fù)樹上開關(guān)的層號(hào)。3.2.5恢復(fù)策略為了簡(jiǎn)化算法，提高計(jì)算效率，暫時(shí)不考慮二級(jí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)和二級(jí)聯(lián)絡(luò)饋線。提取檢修計(jì)劃獲取檢修設(shè)備信息，對(duì)需要檢修線路進(jìn)行拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)分析，判斷出待恢復(fù)區(qū)域（圖3.2中虛線區(qū)域）及候選聯(lián)絡(luò)開關(guān)(圖3.2中候選聯(lián)絡(luò)開關(guān)為S7-8，S14-15，S19-20）（2）選一個(gè)具有備用容量的聯(lián)絡(luò)開關(guān)作為根節(jié)點(diǎn)，從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)對(duì)待恢復(fù)區(qū)域進(jìn)行搜索，形成待恢復(fù)樹。(以為例，生成的待恢復(fù)樹如上圖3.3)（3）確定不可關(guān)斷開關(guān)：將其他具有備用容量的聯(lián)絡(luò)開關(guān)作為起點(diǎn)，朝根節(jié)點(diǎn)的方向順著恢復(fù)樹的各個(gè)節(jié)點(diǎn)開始搜索查詢，形成一個(gè)無分支的搜索路徑，其中路徑中被訪問到的開關(guān)就是可關(guān)斷開關(guān)?？申P(guān)斷開關(guān)所帶的負(fù)荷一般來說是可以被轉(zhuǎn)移的，因?yàn)槠鋬深^都有供電回路，所以開關(guān)是可以關(guān)斷的。當(dāng)所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)已經(jīng)搜索完畢，如果依然存在沒有被搜索到的分段開關(guān)，則分段開關(guān)為不可斷開開關(guān)。不可斷開開關(guān)一旦斷開則其所帶的負(fù)荷一般是無法轉(zhuǎn)移的。圖3.3中，S1-2，S2-3，S3-4，S14-load均為不可開斷開關(guān)。其次若聯(lián)絡(luò)開關(guān)S19-20沒有備用容量時(shí)，則S13-18，S18-19也是不可關(guān)斷開關(guān)。（4）從根節(jié)點(diǎn)開始逐層向下搜索訪問，假設(shè)搜索訪問到K層的開關(guān)Sj，Sj所帶負(fù)荷為Pj+jQj，則分段開關(guān)Sj的近似電流為，Vh為開關(guān)Sj的上一層開關(guān)Sh的電壓，，其中Zsi，Zsij分別為根節(jié)點(diǎn)到電源點(diǎn)（F2）的電氣距離和分段開關(guān)Sj到根節(jié)點(diǎn)Si的電氣距離。每搜索訪問一個(gè)分段開關(guān)，就判斷一下各個(gè)搜索訪問過的分段開關(guān)和根節(jié)點(diǎn)（聯(lián)絡(luò)開關(guān)）是否出現(xiàn)電流越限和電壓越限的情況，若出現(xiàn)越限情況：1）當(dāng)可Sj開斷時(shí)，直接斷開Sj以及第LK層的其它未被訪問開關(guān)，結(jié)束本次切割；2）當(dāng)Sj不可開斷時(shí)，則斷開本層可關(guān)斷開關(guān)同時(shí)檢測(cè)潮流約束，如果不滿足約束條件，則斷開上層可關(guān)斷開關(guān)，一直到滿足潮流約束，結(jié)束本次切割；如果當(dāng)所有可關(guān)斷開關(guān)全部打開潮流約束還是不滿足，則斷開Sj切斷該點(diǎn)及其下游所帶負(fù)荷，并恢復(fù)所打開的開關(guān)，結(jié)束本次切割。例如假設(shè)閉合S14-load不滿足潮流約束，但打開S14-load直接導(dǎo)致了其所帶負(fù)荷被切斷，則此時(shí)應(yīng)打開已合上的S13-18，如果打開S13-18還是不能滿足潮流約束，則應(yīng)該重新合上S13-18，打開S14-load，此時(shí)S14-load所帶負(fù)荷無法被轉(zhuǎn)移，本次恢復(fù)樹切割結(jié)束。（5）將根節(jié)點(diǎn)變換為其他聯(lián)絡(luò)開關(guān)或者聯(lián)絡(luò)開關(guān)組合，重復(fù)(2)一(4)步驟。步驟（4）具體流程圖如下：圖3.4待恢復(fù)樹切割法流程圖3.2.6最優(yōu)恢復(fù)方案由于待恢復(fù)樹的恢復(fù)過程相當(dāng)于以聯(lián)絡(luò)開關(guān)為根的待恢復(fù)樹切割問題，所以按聯(lián)絡(luò)開關(guān)不同的搜索順序形成的恢復(fù)方案可以有n！組結(jié)果，例如：圖4.5中有S7-8，S14-15，S19-20三個(gè)一級(jí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則根據(jù)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的不同搜索順序可以形成3！即6組恢復(fù)方案：第一組：S7-8，S14-15，S19-20第二組：S7-8，S19-20，S14-15第三組：S14-15，S7-8，S19-20第四組：S14-15，S19-20，S7-8第五組：S19-20，S14-15，S7-8第六組：S19-20，S7-8，S14-15將每一組方案的目標(biāo)函數(shù)（由停電負(fù)荷最小、開關(guān)操作次數(shù)最少、附加網(wǎng)損最小加權(quán)組合成的單目標(biāo)）進(jìn)行比較，選取目標(biāo)函數(shù)值最小的方案最為最佳負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案。需要注意的是：以上結(jié)果僅為某一日的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，針對(duì)每一套時(shí)間編排方案都需要得到30天的負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案，然后將30天內(nèi)的總售電損失作為時(shí)間編排模型的目標(biāo)函數(shù)值。最終，選出目標(biāo)函數(shù)值最小的時(shí)間編排方案作為最終的檢修編排方案，其對(duì)應(yīng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移開關(guān)操作可作為檢修班組的操作依據(jù)。

第四章算例分析本節(jié)使用上述方法對(duì)某市2013年9月檢修計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化形成月初始檢修計(jì)劃。4.1基本數(shù)據(jù)某市9月檢修計(jì)劃30個(gè)設(shè)備的開始時(shí)間約束如表4-1所示表4-1開始時(shí)間約束設(shè)備編號(hào)檢修開始最早時(shí)間檢修開始最晚時(shí)間檢修持續(xù)時(shí)間1131532161713272824242515371691137121438262819131521089311181931215171132729114151711525272162223217232411817203192512011141211342221224231618124111422571042617191279134283842968330471通過查閱資料與以往檢修計(jì)劃得出設(shè)備間檢修約束條件如表4-2所示表4-2a同時(shí)檢修約束組別同時(shí)檢修設(shè)備編號(hào)1同時(shí)檢修設(shè)備編號(hào)21212241531826表4-2b互斥檢修約束組別互斥檢修設(shè)備編號(hào)1互斥檢修設(shè)備編號(hào)21102722130檢修資源約束：檢修公司每天最多進(jìn)行5個(gè)設(shè)備檢修。4.2計(jì)算結(jié)果分析本文使用了Matlab作為平臺(tái)來編寫算法程序，并且編制了MatlabGUI交互式界面來進(jìn)行時(shí)間編排操作，更加方便與適合用戶。圖4-3將上表中信息輸入MatlabGUI圖4-4開始運(yùn)行計(jì)算的出檢修時(shí)間安排結(jié)果表4-5完整檢修安排信息檢修設(shè)備編號(hào)檢修開始時(shí)間檢修結(jié)束時(shí)間1151721717327284252554461012713158272791314108101118201217171328281417171525261623241724241819211933201212213622212423161624141525912261919271215285829793077從上表可以看出，其中的2號(hào)和14號(hào)、4號(hào)和15號(hào)、18號(hào)和26號(hào)設(shè)備的檢修時(shí)間滿足同時(shí)檢修的約束條件。10號(hào)和27號(hào)、21號(hào)和30號(hào)設(shè)備的檢修時(shí)間滿足互斥檢修的約束條件。而且通過基本測(cè)算可以看出每天不超過5組同時(shí)檢修，滿足檢修資源約束。說明此篩選算法基本滿足其功能，再提高內(nèi)部隨機(jī)生成變量，可以同時(shí)得到更多組符合約束條件的個(gè)體。通過得到的多組個(gè)體組成初始種群，再由符合轉(zhuǎn)移得到的每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值，既可以進(jìn)行遺傳算法。

第五章結(jié)論與展望本文分析了配電網(wǎng)檢修的研究背景表明配電網(wǎng)檢修在維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、提高用戶用電可靠性上起著很重要的作用。結(jié)合我國實(shí)際國情分析了配電網(wǎng)檢修存在的問題并提出了配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型，模型應(yīng)分為負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑優(yōu)化（子模型）和檢修時(shí)間優(yōu)化（母模型）兩部分，通過兩個(gè)模型相結(jié)合求得月檢修計(jì)劃安排。在檢修時(shí)間優(yōu)化模型中充分考慮了同時(shí)檢修、互斥檢修、檢修資源約束、檢修開始時(shí)間約束等約束條件。在配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移模型中提出目標(biāo)函數(shù)應(yīng)考慮減少停電負(fù)荷、減少開關(guān)操作、降低系統(tǒng)網(wǎng)損。而其約束條件有節(jié)點(diǎn)電壓約束、設(shè)備潮流約束、配電網(wǎng)輻射運(yùn)行約束等。對(duì)于檢修時(shí)間優(yōu)化采用遺傳算法對(duì)設(shè)備進(jìn)行分組編號(hào)形成初始種群，然后進(jìn)過一系列的篩選、交叉、變異等操作最終得到月檢修計(jì)劃。使用基于待恢復(fù)樹的啟發(fā)式算法來對(duì)負(fù)荷轉(zhuǎn)移模型進(jìn)行求解，求得對(duì)應(yīng)設(shè)備開關(guān)操作和適應(yīng)值。本文在最后設(shè)