[发明专利]一种基于改进遗传算法和PRIM算法的配电网规划方法

权利要求书

1.一种基于改进遗传算法和PRIM算法的配电网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立配电网规划数学模型，以最小的投资和运行费用为目标函数，确定中压配电变电站的最优站址、数量以及所选变压器容量大小，具体步骤如下：

S1以最小投资和运行费用为目标函数，建立配电网规划数学模型的目标函数为：

C_Total＝min{C_Station+C_Feeder+C_Network-loss} (1)

式中，C_Total表示配电网规划总成本，C_Station表示变电站的投资与变电站运行等值年费用，C_Feeder表示上级电网馈线与下级电网馈线总投资等值年费用，C_Network-loss表示网络运行等值年费用；

其中：变电站的投资与变电站运行等值年费用C_Station的计算公式如下：

式中：f(S_i)表示第i个待选中压变电站的投资费用，ns表示待选中压变电站总数，r₀表示贴现率，ms表示中压变电站折旧年限，g(S_i)表示第i个待选中压变电站的运行费用，δ_i表示决策变量，当第i个待选中压变电站被选中时值为1，否则为0；

中压变电站的上级电网馈线和下级电网馈线总投资等值年费用C_Feeder的计算公式如下：

式中：C_Feeder-up表示中压变电站上级电网馈线投资等值年费用，C_Feeder-down表示中压变电站下级电网馈线投资等值年费用，CL_down表示中压变电站二次侧出线单位长度建设投资费用，ns表示待选中压变电站总数，nl表示负荷节点总数，ml表示变电站二次侧出线折旧年限，D_i,j表示第i个待选中压变电站与第j个负荷中心之间的下级电网馈线长度，(X_i,Y_i)表示第i个待选中压变电站的位置坐标，(x_j,y_j)表示第j个负荷中心的位置坐标，CL_up表示中压变电站一次侧馈线单位长度建设投资费用，M表示高压变电站总数目，且满足m∈M，N表示被选中的中压变电站总数目，且满足n∈N，ML表示中压变电站一次侧馈线折旧年限，D_m,n表示第m个高压变电站与第n个选中的中压变电站之间的上级电网馈线长度，δ_i表示决策变量，当第i个待选中压变电站被选中时值为1，否则为0，(X_m,Y_m)表示第m个高压变电站的位置坐标，(x_n,y_n)表示第n个中压变电站的位置坐标；

网络运行等值年费用C_Network-loss的计算公式如下：

式中：U表示线电压，cosθ表示变电站功率因数，α₁表示单位电能损耗折价系数，α₂表示线路单位长度电阻，α₃表示线路年损耗小时数，ns表示待选中压变电站总数，nl表示负荷节点总数，P_j表示第j个负荷中心的有功功率，D_i,j表示第i个待选中压变电站与第j个负荷中心之间的下级电网馈线长度，δ_i表示决策变量，当第i个待选中压变电站被选中时值为1；

S2根据电网和配电系统的实际运行特点，所述的配电网规划数学模型的目标函数需满足以下约束条件：

1)网络连通性约束，网络辐射性约束：配电网应该保持在开环运行状态，任何一个负荷中心节点均只能由一个电源供电，即：

式中：nt表示被选中变电站的个数，β_i,j表示决策变量，当第i个待选中的中压变电站与第j个负荷中心节点相互连接时值为1，否则值为0，nl表示负荷节点总数；

2)线路潮流约束：各支路功率必须在线路的容量范围以内，即：

p_j≤p_jmax (8)

式中：p_j表示第j条线路上的潮流，p_jmax表示第j条线路上的潮流限值；

3)节点电压约束：电网运行中，各负荷中心节点的运行电压必须在限定的上下限范围内，即：

U_jmin≤U_j≤U_jmax，j∈nl (9)

式中：U_jmin表示配电网中负荷中心节点j的电压下限值，U_jmax表示配电网中负荷中心节点j的电压上限值，U_j表示配电网中负荷中心节点j的实际运行电压，nl表示负荷节点总数；

4)中压变电站容量及供电半径约束：

D_i,j≤D (11)

式中：p_j表示第j条线路上的潮流，且满足j∈nl，nl表示负荷节点总数，S表示新建变电站总容量，λ(S)表示新建变电站的最大负载率，cosθ表示变电站功率因数，D_i,j表示第i个待建中压变电站与第j个负荷中心之间的下级电网馈线长度，D表示最大供电半径；

步骤2：采用改进遗传算法求解中压配电站的最优站址、数量以及所选变压器容量大小，通过改进染色体编码、适应度函数和遗传算子来增强遗传算法，规划方案采用遗传算法中的染色体组的编码来表示，通过设置交叉算子、变异算子以及互补的变异算子，使得染色体的决策变量在满足约束的同时，确保种群多样性启发式地进化为规划问题的最优解；

步骤3：采用改进PRIM算法来求解高压变电站和中压变电站之间联络线、中压变电站至负荷中心以及负荷中心之间馈线最优路径；

步骤4：通过在测试网络上执行所述的基于改进遗传算法和PRIM算法的配电网规划方法得到变电站和中压馈线的最佳布置规划方案，通过计算经济性和可靠性指标，最终确定出最优的配电网规划方案；

步骤5：采用前推回代法进行潮流计算验证规划方案的实用性。