本發(fā)明涉及一種采用遺傳算法的電力線路路徑尋優(yōu)方法。

背景技術(shù)：

在目前電網(wǎng)規(guī)劃的電力線路布線中，一般采用人工布線，人工布線一般由資歷較深的專家來進(jìn)行，極大的限制了人力資源，此外，人工布線效率較低，耗時較大，再一次提高了人工成本，最后人工布線并不能每次都找到最優(yōu)路線，導(dǎo)致布線路徑變長，投資成本提高。以漢峪金谷片區(qū)A分地塊為例。需要對9個環(huán)網(wǎng)柜形成單環(huán)網(wǎng)，采用專家經(jīng)驗(yàn)選取的線路如圖1所示，為2.4km。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用遺傳算法的電力線路路徑尋優(yōu)方法，提升電力負(fù)荷預(yù)測、電網(wǎng)建設(shè)時序與用電需求之間的吻合度，以及優(yōu)化中壓電力線路路徑，在考慮供電半徑情況下提出以線路規(guī)劃年綜合費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)的路徑尋優(yōu)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種采用遺傳算法的電力線路路徑尋優(yōu)方法，包括以下步驟：

1)、建立包括線路的投資費(fèi)用、網(wǎng)損費(fèi)用的線路規(guī)劃年綜合費(fèi)用最小的目標(biāo)函數(shù)方程組：

其中，α為單位長度線路投資費(fèi)用，r₀為貼現(xiàn)率，m為變電站低壓側(cè)線路折舊年限，N為變電站總數(shù)，l_ij為第i座變電站第j條主干線路的長度，J_i為第i個變電站所出線路的總數(shù)，P_j為第j條主干線路所帶的負(fù)荷，β為線路網(wǎng)損折算系數(shù)；

2)、在片區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃中，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測獲得各個子地塊的負(fù)荷，確定該子地塊需要的環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量，根據(jù)子地塊實(shí)際情況布置環(huán)網(wǎng)柜位置，參照實(shí)際電纜管溝路徑，將各個環(huán)網(wǎng)柜串接，形成單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)；

3)、采用遺傳算法對電纜環(huán)網(wǎng)路徑進(jìn)行優(yōu)化，抽象約束條件及目標(biāo)為尋找最短電纜路徑，具體包括以下步驟：

a)、采用符號編碼方式，對包含n個電纜單環(huán)網(wǎng)柜和或電纜雙環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行編碼，隨機(jī)生成區(qū)間為[1,n]的n個整數(shù)的隨機(jī)排列，形成一個染色體；

b)、選定用來評判染色體對目標(biāo)的適應(yīng)性的適應(yīng)度函數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)方程為其中，S_ij代表第i個環(huán)網(wǎng)柜和第j個環(huán)網(wǎng)柜之間的實(shí)際距離；

c)、遺傳算法主要控制參數(shù)選擇，確定種群數(shù)量N、最大代數(shù)Gmax、交叉概率pc和變異概率pm；

d)、選擇過程是以旋轉(zhuǎn)賭輪100次為基礎(chǔ)，每次旋轉(zhuǎn)都為新的種群選擇一個個體，采用輪盤賭方式選取適應(yīng)值大的個體作為父體，賭輪是按個體的適應(yīng)度進(jìn)行選擇的，適應(yīng)值大的個體則選取，適應(yīng)值小的個體則去除；

e)、交叉算子設(shè)計(jì)：采用部分映射交叉確定交叉操作的父代，將100個樣本兩兩組合分為50組，首先從閉區(qū)間[0，1]中產(chǎn)生2個隨機(jī)數(shù)b1和b2，令r1等于b1×100和b2×100，確定2個位置，對2位置中間的數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉；交叉后，同一樣本中會有重復(fù)的環(huán)網(wǎng)柜，不重復(fù)的數(shù)字保留，重復(fù)的數(shù)字采用部分映射交叉法消除重復(fù)；

f)、變異算子設(shè)計(jì)：采用倒位變異法，隨機(jī)選擇2個點(diǎn)c1和c2，交換位置，并將2點(diǎn)間的數(shù)字從c2開始倒序放置；

g)、對新群體中各染色體評價，最優(yōu)個體進(jìn)行保存，輸出最優(yōu)解。

進(jìn)一步地，步驟d)中，采用輪盤賭方式選取適應(yīng)值大的個體作為父體，計(jì)算每個染色體的適應(yīng)值v_r的適應(yīng)值eval(v_r)(i＝1,2....N)和群體的總適值計(jì)算每個染色體v_r的選擇概率p_r＝eval〔v_r〕/F(i＝1,2....N)；計(jì)算每個染色體v_r的累計(jì)概率對輪盤轉(zhuǎn)動100次，每次按照下面的方法選擇一個單個的染色體：產(chǎn)生一個在區(qū)間[0,1]的隨機(jī)數(shù)r，如果r<q₁，選擇第一個染色體v₁加入新群體，否則選擇使得q_r-1＜r＜q_r成立的第i個染色體v_r(2≤i≤N)加入新群體。

本發(fā)明的有益效果是，

本發(fā)明通過路徑尋優(yōu)技術(shù)，可以最優(yōu)化電纜路徑，以縮短電纜線路投資。對于數(shù)量更多的環(huán)網(wǎng)柜，或者一次形成5個或以上的環(huán)網(wǎng)時，節(jié)省電纜明顯。同時相比手工布線，既減少了人工成本，又提高了設(shè)計(jì)效率，并且靈活可靠，節(jié)約了企業(yè)成本。

附圖說明

圖1是采用專家經(jīng)驗(yàn)選擇的環(huán)網(wǎng)路徑圖；

圖2是一種采用遺傳算法的電力線路路徑尋優(yōu)方法；

圖3是10kV電纜出線分段數(shù)為5，導(dǎo)線截面為400mm³，銅芯電纜”的單環(huán)式物理模型圖；

圖4是10kV電纜出線分段數(shù)為5，導(dǎo)線截面為400mm³，銅芯電纜”的雙環(huán)式物理模型圖；

圖5是采用遺傳算法選擇的環(huán)網(wǎng)路徑圖；

圖6是漢峪片區(qū)電纜路徑優(yōu)化后效果圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，一種采用遺傳算法的電力線路路徑尋優(yōu)方法，包括以下步驟：

1)、建立包括線路的投資費(fèi)用、網(wǎng)損費(fèi)用的線路規(guī)劃年綜合費(fèi)用最小的目標(biāo)函數(shù)方程組：

其中，α為單位長度線路投資費(fèi)用，r₀為貼現(xiàn)率，m為變電站低壓側(cè)線路折舊年限，N為變電站總數(shù)，l_ij為第i座變電站第j條主干線路的長度，J_i為第i個變電站所出線路的總數(shù)，P_j為第j條主干線路所帶的負(fù)荷，β為線路網(wǎng)損折算系數(shù)；

2)、在片區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃中，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測獲得各個子地塊的負(fù)荷，確定該子地塊需要的環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量，根據(jù)子地塊實(shí)際情況布置環(huán)網(wǎng)柜位置，參照實(shí)際電纜管溝路徑，將各個環(huán)網(wǎng)柜串接，形成單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)。以電纜網(wǎng)為例，論述電力線路路徑尋優(yōu)。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測獲得各個子地塊的負(fù)荷，確定該子地塊需要的環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量；根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)(重要程度)，確定電纜環(huán)網(wǎng)類型(單環(huán)式或雙環(huán)式)。以“10kV電纜出線分段數(shù)為5，導(dǎo)線截面為400mm2，銅芯電纜”為例，說明負(fù)荷與裝接容量的關(guān)系?！?0kV電纜出線分段數(shù)為5，導(dǎo)線截面為400mm2，銅芯電纜”的傳輸功率分析如表1所示。

表110kV電纜出線分段數(shù)為5，導(dǎo)線截面為400mm²，銅芯電纜的傳輸功率

如圖3、圖4所示，雙環(huán)式僅是單環(huán)式的疊加，“兩個單環(huán)”與“一個雙環(huán)”的區(qū)別是配電室設(shè)備的兩路電源分別來自一個環(huán)網(wǎng)柜還是分別來自兩個環(huán)網(wǎng)柜。以單環(huán)式為例來說明每個環(huán)網(wǎng)柜的可裝接容量。在不考慮負(fù)荷矩的情況下，不同用電設(shè)備(配變)負(fù)載率時的每個環(huán)網(wǎng)柜的可裝接容量如表2所示。

表210kV電纜出線分段數(shù)為5，導(dǎo)線截面為400mm²，銅芯電纜每個環(huán)網(wǎng)柜的可裝接容量

若選定配變負(fù)載率為40％，并考慮同時率(選取0.65)，則一個環(huán)網(wǎng)柜可裝接配變?nèi)萘繛?MVA，否則不滿足線路N-1。若已知子地塊的負(fù)荷W_r(t)(MW)，則該子地塊需要的環(huán)網(wǎng)柜數(shù)量為n_h＝W_z(t)/(4×0.95×0.4)。

3)、采用遺傳算法對電纜環(huán)網(wǎng)路徑進(jìn)行優(yōu)化，抽象約束條件及目標(biāo)為尋找最短電纜路徑，具體包括以下步驟：

a)、采用符號編碼方式，對于包含9個環(huán)網(wǎng)柜電纜單環(huán)網(wǎng)(或雙環(huán)網(wǎng))路徑長度優(yōu)化問題。采用用符號編碼方法，每個數(shù)字代表1個環(huán)網(wǎng)柜，隨機(jī)生成區(qū)間為[1，9]的9個整數(shù)的隨機(jī)排列，形成一個染色體。

b)、適應(yīng)度函數(shù)是評價染色體對目標(biāo)的適應(yīng)性的作用，選定用來評判染色體對目標(biāo)的適應(yīng)性的適應(yīng)度函數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)方程為其中，S_ij代表第i個環(huán)網(wǎng)柜和第j個環(huán)網(wǎng)柜之間的實(shí)際距離，如果由于電纜管溝的限制兩點(diǎn)不同，則認(rèn)為S_ij為無窮大，在實(shí)際計(jì)算中用一個大數(shù)代替。

c)、遺傳算法主要控制參數(shù)選擇，確定種群數(shù)量N、最大代數(shù)Gmax、交叉概率pc和變異概率pm；群體規(guī)模越大，GA所處理的模式越多，陷入局部解的可能性越小，極易陷入未成熟收斂，但規(guī)模過大會增加計(jì)算量，影響算法效率，這里選取40。迭代次數(shù)少，目標(biāo)值收斂效果不好，迭代次數(shù)過大，運(yùn)行時間長，這里選取500。雜交是遺傳算法的一個重要的重組算子，雜交概率pc是算法的一個參數(shù)，此概率給出預(yù)計(jì)要進(jìn)行雜交的個數(shù)為pc*N，交叉概率一般選取0.2-0.9，這里選取0.8；變異也是一個重要的遺傳算子，是在一位一位基礎(chǔ)上執(zhí)行的，預(yù)計(jì)的變異位數(shù)為pm*N，因此變異以等于變異率的概率改變一個或若干個基因，整個群體中的所有染色體中的每一位都有均等的機(jī)會經(jīng)歷變異，一般變異概率pm選取0.01-0.1，這里選取0.1。

d)、采用輪盤賭方式選取適應(yīng)值大的個體作為父體，計(jì)算每個染色體的適應(yīng)值v_r的適應(yīng)值eval(v_r)(i＝1,2....40)和群體的總適值計(jì)算每個染色體v_r的選擇概率p_r＝eval(v_r)/F(i＝1,2....40)；計(jì)算每個染色體v_r的累計(jì)概率對輪盤轉(zhuǎn)動100次，每次按照下面的方法選擇一個單個的染色體：產(chǎn)生一個在區(qū)間[0,1]的隨機(jī)數(shù)r，如果r<q₁，選擇第一個染色體加入新群體，否則選擇使得q_r-1＜r＜q_r成立的第i個染色體v_r(2≤i≤40)加入新群體；

e)、交叉算子設(shè)計(jì)：采用部分映射交叉確定交叉操作的父代，將100個樣本兩兩組合分為50組，首先從閉區(qū)間[0，1]中產(chǎn)生2個隨機(jī)數(shù)b1和b2，令r1等于b1×100和b2×100，確定2個位置，對2位置中間的數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉；交叉后，同一樣本中會有重復(fù)的環(huán)網(wǎng)柜，不重復(fù)的數(shù)字保留，重復(fù)的數(shù)字采用部分映射交叉法消除重復(fù)；

f)、變異算子設(shè)計(jì)：采用倒位變異法，隨機(jī)選擇2個點(diǎn)c1和c2，交換位置，并將2點(diǎn)間的數(shù)字從c2開始倒序放置；

g)、對新群體中各染色體評價，最優(yōu)個體進(jìn)行保存，輸出最優(yōu)解。

以漢峪金谷片區(qū)A分地塊為例。需要對9個環(huán)網(wǎng)柜形成單環(huán)網(wǎng)，采用專家經(jīng)驗(yàn)選取的線路如圖1所示，為2.4km。采用遺傳算法選取的路徑如圖5所示，為2.2km，縮短8.3％。通過路徑尋優(yōu)技術(shù)，可以最優(yōu)化電纜路徑，以縮短電纜線路投資。對于9個環(huán)網(wǎng)柜的串接而言，節(jié)省電纜并不明顯。但是對于數(shù)量更多的環(huán)網(wǎng)柜，或者一次形成5個或以上的環(huán)網(wǎng)時，節(jié)省電纜明顯。如圖6所示，整個漢峪金谷片區(qū)優(yōu)化后的效果圖，在保證供電可靠性前提下節(jié)省電纜長度31公里，按電纜線路100萬元/公里計(jì)算，共節(jié)省3100萬元。同時相比手工布線，效率提高顯著。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。