基于蟻群算法的配電網(wǎng)分段開關(guān)優(yōu)化配置

1、<p>　　基于蟻群算法的配電網(wǎng)分段開關(guān)優(yōu)化配置</p><p>　　摘要：本文采用了蟻群算法，來確定配電網(wǎng)分段開關(guān)最佳數(shù)量和安裝位置的雙層優(yōu)化規(guī)劃方法，外層優(yōu)化針對(duì)不同的開關(guān)數(shù)量采用蟻群逐步向最佳開關(guān)數(shù)逼近；對(duì)開關(guān)安裝位置進(jìn)行優(yōu)化，采用缺供電量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，內(nèi)層優(yōu)化在給定開關(guān)數(shù)量條件下合理配置開關(guān)的安裝位置。通過算例，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞

2、：配電網(wǎng) 分段開關(guān) 蟻群算法 </p><p><b>　　1 概述 </b></p><p>　　對(duì)配電網(wǎng)上設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的集成系統(tǒng)，被叫做配電自動(dòng)化。配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中直接面向電力用戶的系統(tǒng)。 </p><p>　　盡量減少停電面積和縮短停電時(shí)間是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主要目的之一，當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障或異常運(yùn)行時(shí)，查處故障區(qū)段及異

3、常情況，在正常情況下，通過監(jiān)視配網(wǎng)運(yùn)行工況，優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行方式。通過配電網(wǎng)開關(guān)快速隔離故障區(qū)段，減少停電面積，縮短停電時(shí)間，及時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電。 </p><p><b>　　2 蟻群算法 </b></p><p><b>　　2.1 引言 </b></p><p>　　蟻群算法是一種求解組合問題的通用啟發(fā)式算法，

4、其主要特征是正反饋，分布式計(jì)算和貪婪啟發(fā)式搜索的運(yùn)用。正反饋有助于快速發(fā)現(xiàn)較好的解；分布式計(jì)算避免了在迭代過程中出現(xiàn)早熟現(xiàn)象。 </p><p>　　2.2 蟻群算法的原理 </p><p>　　蟻群算法具有一種新的模擬進(jìn)化優(yōu)化方法的有效性和應(yīng)用性，是一種用來尋找優(yōu)化路徑的機(jī)率型算法，又稱螞蟻算法，英文名（ant colony optimization，ACO），該算法是一種模擬進(jìn)化算法，

5、將蟻群算法設(shè)計(jì)的結(jié)果與遺傳算法設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行了比較，初步的研究表明該算法具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，數(shù)值仿真結(jié)果表明，蟻群算法具有良好的實(shí)用性。 </p><p>　　3 蟻群最優(yōu)算法在開關(guān)優(yōu)化的應(yīng)用 </p><p>　　3.1 蟻群算法優(yōu)化的過程 </p><p>　　蟻群算法的主要依據(jù)是信息正反饋原理和某種啟發(fā)式算法的有機(jī)結(jié)合，這種算法在構(gòu)造解的過程中利用隨機(jī)選擇策略

6、，這種選擇策略使進(jìn)化速度變慢，正反饋原理旨在強(qiáng)化性能較好的解，卻易出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，這是造成基本蟻群算法缺陷的根本原因。 </p><p>　　蟻群算法的解空間是多維空間，對(duì)應(yīng)著螞蟻旅行的各個(gè)時(shí)期（stage），目前在蟻群算法的應(yīng)用中空間維數(shù)已知，每維空間的可選狀態(tài)數(shù)已知。本文中結(jié)合配電網(wǎng)開關(guān)配置的實(shí)際問題，對(duì)基本蟻群算法進(jìn)行如下4方面的改進(jìn)：初始信息素賦值的優(yōu)化，轉(zhuǎn)移策略的改進(jìn)，搜索空間維數(shù)的動(dòng)態(tài)減少，信息更新的改

7、進(jìn)。 </p><p>　　3.1.1 優(yōu)化初始信息素。從電源端沿潮流分布方向，首先計(jì)算各段線路故障時(shí)其下游負(fù)荷的停電損失Cb（j），再將停電損失通過如下轉(zhuǎn)換計(jì)算，作為各點(diǎn)初始信息素。各段停電損失標(biāo)么值為： </p><p>　　Cb（j）=λjtrCr■lj■PK （1） </p><p>　　C■■（j）=■ （2） </p><p>　

8、　各點(diǎn)間初始信息素為C■■（j）=C■■（i）-C■■（j）（3） </p><p>　　此式子在于優(yōu)化開始時(shí)各節(jié)點(diǎn)相互之間的信息素值，縮短了選擇下一路徑的計(jì)算過程。同時(shí)，得出的非故障下游區(qū)各節(jié)點(diǎn)Cb（j），也為之后的計(jì)算缺電損失提供各節(jié)點(diǎn)的缺電值。 </p><p>　　3.1.2 轉(zhuǎn)移策略。螞蟻從x時(shí)期的節(jié)點(diǎn)i轉(zhuǎn)移到y(tǒng)時(shí)期的節(jié)點(diǎn)j，由下算式確定轉(zhuǎn)移系數(shù)： </p><

9、;p>　　P■■=■ 若j？埸Tabu■；0 其他 （4） </p><p>　　式中，Tabu■為禁忌旅游的節(jié)點(diǎn)集合。螞蟻k選擇轉(zhuǎn)移系數(shù)最大的路徑，s=maxP■■所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)j 引導(dǎo)螞蟻朝著最優(yōu)方向搜索。 </p><p>　　3.1.3 維數(shù)終止原則。配網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化配置的數(shù)量對(duì)應(yīng)著螞蟻旅行的節(jié)點(diǎn)數(shù)（stage），開關(guān)的安裝位置對(duì)應(yīng)著螞蟻每個(gè)時(shí)期的搜索狀態(tài)（state）。首先對(duì)配電

10、網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)安裝分段開關(guān)時(shí)所減少的停電損失進(jìn)行計(jì)算，只有當(dāng)安裝分段開關(guān)時(shí)所減少的停電損失大于設(shè)備本身的投資時(shí)，該點(diǎn)列入螞蟻可行路徑集travel。每只螞蟻k從某一時(shí)期（x）的狀態(tài)搜索到下一時(shí)期（y）的狀態(tài)搜索之前，計(jì)算當(dāng)前所搜索路徑的目標(biāo)函數(shù)，并與當(dāng)前最優(yōu)值比較，若小于當(dāng)前最優(yōu)解，該螞蟻繼續(xù)旅行剩余的節(jié)點(diǎn)，否則螞蟻k則結(jié)束這次旅行，記錄本次旅游路徑，所有螞蟻重復(fù)該過程。 </p><p>　　計(jì)算每只螞蟻旅程對(duì)應(yīng)的目

11、標(biāo)函數(shù)，選擇目標(biāo)函數(shù)最小值作為本次循環(huán)的最優(yōu)解并記錄下來。蟻群第一次循環(huán)旅行的時(shí)期數(shù)等于travel路徑集的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，以后循環(huán)旅行中的可選節(jié)點(diǎn)數(shù)小于travel路徑集的元素個(gè)數(shù)，從而減少了搜索空間維數(shù)。上述指導(dǎo)每只螞蟻結(jié)束本次旅游的原則稱為維數(shù)終止原則。 </p><p>　　3.1.4 信息更新原則。由于配網(wǎng)分段開關(guān)的配置與開關(guān)配置的先后順序無關(guān)，因此信息更新只需實(shí)現(xiàn)全局更新，全局更新用于所有螞蟻都搜索到自己的

12、路徑，完成一次循環(huán)后執(zhí)行。全局更新不再用于所有螞蟻，而只對(duì)每一次循環(huán)中得出最優(yōu)解的螞蟻所記錄的路徑進(jìn)行信息更新： </p><p>　　τ■（N+1）=（1-ρ）τ■（N）+Δτ■ （5） </p><p>　　Δτ■1/f，路徑ij是已求出的最優(yōu)路徑的一部分；0，其他（6） </p><p>　　式中， f為本次旅游最優(yōu)路徑的停電損失和設(shè)備投資總費(fèi)用；（1-ρ）為

13、信息素殘留因子；ρ為信息蒸發(fā)因子（0<ρ<1）。 </p><p>　　應(yīng)用蟻群優(yōu)化配網(wǎng)分段開關(guān)配置的步驟如下： </p><p>　?、賲?shù)初始階段。計(jì)算路徑上各支路的初始信息素Δτ■■，按下游非故障線路段的損失確定所有螞蟻的初始位置。 </p><p>　?、谂沙鑫浵伻弘A段。所有螞蟻重復(fù)一個(gè)過程，完成一次蟻群旅游循環(huán)，從而得出安裝斷路器的位置組合。螞

14、蟻從節(jié)點(diǎn)i選擇下一節(jié)點(diǎn)j， 首先計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移系數(shù)Cij，再按照轉(zhuǎn)移策略選擇下一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，并按上述維數(shù)終止原則指導(dǎo)每只螞蟻完成一次旅游。 </p><p>　?、墼u(píng)價(jià)階段。計(jì)算蟻群所選擇的節(jié)點(diǎn)組合的評(píng)價(jià)函數(shù)，并記錄本次旅游的最優(yōu)解。 </p><p>　　④更新信息素。按更新規(guī)則更新每條邊上的信息素，每條支路上信息素的密度受兩個(gè)因素影響，一是隨著螞蟻在這些邊上重復(fù)旅行，信息素增加；