本發(fā)明涉及一種智能電網(wǎng)中廣域繼電保護(hù)通信網(wǎng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種智能電網(wǎng)中集中式廣域保護(hù)通信網(wǎng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，屬于電力系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，廣域保護(hù)系統(tǒng)(WAP)能從電力系統(tǒng)獲得全球信息，以整體系統(tǒng)的觀點(diǎn)，從而提高牢度，選擇性、準(zhǔn)確性和保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

廣域后備保護(hù)的實(shí)現(xiàn)首先必須確定廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(Wide Area Protection System,WAPS)，不同的WAPS結(jié)構(gòu)對(duì)廣域后備保護(hù)算法、廣域后備保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)、廣域后備保護(hù)分區(qū)等方面的設(shè)計(jì)也會(huì)有所不同，WAPS結(jié)構(gòu)可分為：分布式WAPS結(jié)構(gòu)、變電站集中式WAPS結(jié)構(gòu)、區(qū)域主站集中式WAPS結(jié)構(gòu)等3種。

在廣域保護(hù)系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)變電站之間的數(shù)據(jù)傳輸，因此它直接決定廣域保護(hù)系統(tǒng)的性能。通信網(wǎng)絡(luò)是廣域保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，它必須滿足廣域保護(hù)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性要求。集中式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是由區(qū)域電網(wǎng)主設(shè)備組成。其中一個(gè)變電站被選為主站，其他變電站是區(qū)域電網(wǎng)中的子站。主站需要增加決策單元，決策單元成本相對(duì)較低，且易于運(yùn)行和維護(hù)。主站可以采集區(qū)域電網(wǎng)中的其他變電站的數(shù)據(jù)，有助于提高廣域保護(hù)決策的可靠性和安全性。同時(shí)，它可以適應(yīng)未來(lái)智能電網(wǎng)的發(fā)展。因此，在區(qū)域電網(wǎng)廣域后備保護(hù)系統(tǒng)采用集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種智能電網(wǎng)中集中式廣域保護(hù)通信網(wǎng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種智能電網(wǎng)中集中式廣域保護(hù)通信網(wǎng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，所述通信網(wǎng)，在路徑滿足跳數(shù)約束的情況下，實(shí)現(xiàn)最小代價(jià)的路徑1+1保護(hù)，包括以下具體步驟：

步驟1：最優(yōu)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建：

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

x_ij∈{0,1} (4)

其中Z代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇鷥r(jià)；x_ij代表節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j是否存在鏈路，為1存在鏈路，否則為0；c_ij是節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j建立鏈路的代價(jià)；K代表主站與各子站之間的跳數(shù)；L代表從主站到各子站的鏈路集；公式(2)代表實(shí)時(shí)性的約束條件，公式(3)代表可靠性的約束條件；N代表該通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)集合；|N|為該通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；S代表該通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜我蛔蛹?/p>

步驟2：用改進(jìn)的遺傳算法求解所述通信網(wǎng)的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由以下具體步驟組成：

步驟2-1：產(chǎn)生初始種群：初始種群的規(guī)模為N，進(jìn)化代數(shù)t＝0，種群中每個(gè)個(gè)體代表所述通信網(wǎng)的不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

步驟2-2：計(jì)算每一代個(gè)體的適應(yīng)度值：計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，將目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體記錄下來(lái)，再按線性排序方法計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，并將最優(yōu)個(gè)體保存下來(lái)；

步驟2-3：根據(jù)適應(yīng)度從種群中利用輪盤賭選擇的方法，依選擇概率GP選取m個(gè)子代個(gè)體；

步驟2-4：采用選擇、交叉、變異和重組來(lái)產(chǎn)生新一代種群：選擇m個(gè)個(gè)體組成的子代種群，分別以交叉概率Pc進(jìn)行交叉操作和以變異概率Pm進(jìn)行變異操作，將交叉變異后的子代種群和步驟2-2記錄的個(gè)體和合并為新的種群，并且更新t＝t+1；

步驟2-5：計(jì)算新種群的適應(yīng)度值；

步驟2-6：判斷是否滿足預(yù)設(shè)的終止條件，如果是，輸出最優(yōu)解并退出；否則轉(zhuǎn)向步驟2-2。

所述步驟2中適應(yīng)度值的計(jì)算由以下步驟組成：

步驟A：逐一判斷每個(gè)個(gè)體是否同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和可靠性，如果是，計(jì)算所述個(gè)體的適應(yīng)度值，否則舍棄；

計(jì)算適應(yīng)度值的適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)建為：

其中k為種群的第k個(gè)個(gè)體，C_k為第k個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，γ為一個(gè)正整數(shù)固定值，α為懲罰因子，決定了選擇的強(qiáng)制性，R、D分別為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诩s束條件下的可靠性和實(shí)時(shí)性，R＝1并且D＝1代表拓?fù)湓诩s束條件下同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和可靠性；步驟B：根據(jù)適應(yīng)度值，將最優(yōu)的個(gè)體保存下來(lái)，作為下一代的個(gè)體成員，同時(shí)選擇適應(yīng)度值高于預(yù)設(shè)閾值的個(gè)體進(jìn)行交叉、變異和重組，產(chǎn)生下一代個(gè)體成員；

步驟C：由目標(biāo)函數(shù)求得代價(jià)最小的個(gè)體，其對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度值作為種群的適應(yīng)度值。

所述實(shí)時(shí)性和可靠性的判斷方法由以下步驟組成：

在計(jì)算主路徑時(shí)，F(xiàn)C₁代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目煽啃?，F(xiàn)D₁代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)時(shí)性。在計(jì)算后備保護(hù)路徑時(shí)，對(duì)于新產(chǎn)生的拓?fù)洌現(xiàn)C₂代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目煽啃?，F(xiàn)D₂代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)時(shí)性，L為每個(gè)個(gè)體拓?fù)渚仃嚨拈L(zhǎng)度，R為歸一化之后的可靠性，D為歸一化之后的實(shí)時(shí)性；

步驟a：若FC₁＝1，在拓?fù)鋱D中對(duì)子站到主站之間用Dijska算法尋找最短路徑，若計(jì)算出的路徑跳數(shù)滿足要求，則FD₁＝1，否則為0；

步驟b：在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中將步驟a中求出的最短路徑置零，判斷新拓?fù)涞倪B通性，若FC₂＝1，對(duì)新的拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)用Dijska算法尋找后備保護(hù)路徑，若計(jì)算出的路徑中的節(jié)點(diǎn)跳數(shù)滿足要求，則FD₂＝1，否則為0；

計(jì)算實(shí)時(shí)性和可靠性的值：

步驟c：判斷是否同時(shí)滿足R＝1且D＝1，如果是，則滿足實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，即存在1+1保護(hù)路徑，否則不存在。

采用上述技術(shù)方案所取得的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明在智能電網(wǎng)集中式廣域保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)1+1鏈路保護(hù)，從而保證信息傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。

具體實(shí)施方式

一種智能電網(wǎng)中集中式廣域保護(hù)通信網(wǎng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，所述通信網(wǎng)，在路徑滿足跳數(shù)約束的情況下，實(shí)現(xiàn)最小代價(jià)的路徑1+1保護(hù)，其特征在于：包括以下具體步驟：

步驟1：最優(yōu)通信系統(tǒng)的構(gòu)建：

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

x_ij∈{0,1} (4)

其中Z代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇鷥r(jià)；x_ij代表節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j是否存在鏈路，為1存在鏈路，否則為0；c_ij是節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j建立鏈路的代價(jià)；K代表主站與各子站之間的跳數(shù)；L代表從主站到各子站的鏈路集；公式(2)代表實(shí)時(shí)性的約束條件，公式(3)代表可靠性的約束條件；N代表該通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)集合；|N|為該通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；S代表該通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜我蛔蛹?/p>

步驟2：用改進(jìn)的遺傳算法求解所述通信網(wǎng)的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由以下具體步驟組成：

步驟2-1：產(chǎn)生初始種群：初始種群的規(guī)模為N，進(jìn)化代數(shù)t＝0，種群中每個(gè)個(gè)體代表所述通信網(wǎng)的不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

步驟2-2：計(jì)算每一代個(gè)體的適應(yīng)度值：計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，將目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體記錄下來(lái)，再按線性排序方法計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，并將最優(yōu)個(gè)體保存下來(lái)；

步驟2-3：根據(jù)適應(yīng)度從種群中利用輪盤賭選擇的方法，依選擇概率GP選取m個(gè)子代個(gè)體；

步驟2-4：采用選擇、交叉、變異和重組來(lái)產(chǎn)生新一代種群：選擇m個(gè)個(gè)體組成的子代種群，分別以交叉概率Pc進(jìn)行交叉操作和以變異概率Pm進(jìn)行變異操作，將交叉變異后的子代種群和步驟2-2記錄的個(gè)體和合并為新的種群，并且更新t＝t+1；

步驟2-5：計(jì)算新種群的適應(yīng)度值；

步驟2-6：判斷是否滿足預(yù)設(shè)的終止條件，如果是，輸出最優(yōu)解并退出；否則轉(zhuǎn)向步驟2-2。

所述步驟2中適應(yīng)度值的計(jì)算由以下步驟組成：

步驟A：逐一判斷每個(gè)個(gè)體是否同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和可靠性，如果是，計(jì)算所述個(gè)體的適應(yīng)度值，否則舍棄；

計(jì)算適應(yīng)度值的適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)建為：

其中k為種群的第k個(gè)個(gè)體，C_k為第k個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，γ為一個(gè)正整數(shù)固定值，α為懲罰因子，決定了選擇的強(qiáng)制性，R、D分別為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诩s束條件下的可靠性和實(shí)時(shí)性，R＝1并且D＝1代表拓?fù)湓诩s束條件下同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和可靠性；

步驟B：根據(jù)適應(yīng)度值，將最優(yōu)的個(gè)體保存下來(lái)，作為下一代的個(gè)體成員，同時(shí)選擇適應(yīng)度值高于預(yù)設(shè)閾值的個(gè)體進(jìn)行交叉、變異和重組，產(chǎn)生下一代個(gè)體成員；

步驟C：由目標(biāo)函數(shù)求得代價(jià)最小的個(gè)體，其對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度值作為種群的適應(yīng)度值。

所述實(shí)時(shí)性和可靠性的判斷方法由以下步驟組成：

在計(jì)算主路徑時(shí)，F(xiàn)C₁代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目煽啃裕現(xiàn)D₁代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)時(shí)性。在計(jì)算后備保護(hù)路徑時(shí)，對(duì)于新產(chǎn)生的拓?fù)?，F(xiàn)C₂代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目煽啃?，F(xiàn)D₂代表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)時(shí)性，L為每個(gè)個(gè)體拓?fù)渚仃嚨拈L(zhǎng)度，R為歸一化之后的可靠性，D為歸一化之后的實(shí)時(shí)性；

步驟a：若FC₁＝1，在拓?fù)鋱D中對(duì)子站到主站之間用Dijska算法尋找最短路徑，若計(jì)算出的路徑跳數(shù)滿足要求，則FD₁＝1，否則為0；

步驟b：在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中將步驟a中求出的最短路徑置零，判斷新拓?fù)涞倪B通性，若FC₂＝1，對(duì)新的拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)用Dijska算法尋找后備保護(hù)路徑，若計(jì)算出的路徑中的節(jié)點(diǎn)跳數(shù)滿足要求，則FD₂＝1，否則為0；

計(jì)算實(shí)時(shí)性和可靠性的值：

步驟c：判斷是否同時(shí)滿足R＝1且D＝1，如果是，則滿足實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，即存在1+1保護(hù)路徑，否則不存在。