李辰雷

(河海大學(xué)可再生能源發(fā)電技術(shù)教育部工程研究中心，南京，210098)

0 引言

配電網(wǎng)絡(luò)在電力工程中屬于最后的支撐性環(huán)節(jié)，整個電力網(wǎng)絡(luò)的運行離不開良好的配電網(wǎng)絡(luò)，良好的配電網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)起到支撐和保護的作用。對整體配電系統(tǒng)進行控制和調(diào)整，最主要的手段就是進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，同時這也和配電管理系統(tǒng)的正常運行密切相關(guān)。運行方式就是通過對網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)運行狀態(tài)進行改變，以此來對供電拓撲結(jié)構(gòu)進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)移各種變電站或者饋線之間的負荷，這樣就能夠達到降低電力損耗的作用，同時也可以起到保證電壓穩(wěn)定，確保負載平衡的目的。由于我國目前在電量供應(yīng)方面依舊存在相對緊張的問題，所以，通過對供電網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)，就可以有效減輕電量供應(yīng)緊張的局面，這樣對于我國的經(jīng)濟建設(shè)以及社會發(fā)展都有很大好處。摘要中已經(jīng)提到過，進行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，是一個非常復(fù)雜的工程，同時涉及到了網(wǎng)絡(luò)損耗、供電可靠性、平衡負荷等方面。其主要的手段就是通過降維的方式來對線路進行優(yōu)化，工作原理就是以某一個函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，對其他標(biāo)量或者目標(biāo)進行優(yōu)化和約束。因為重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)時具有非線性的特點，所以，在進行優(yōu)化的過程中，每次都要計算配電網(wǎng)潮流，所以這是一個非常耗費時間的過程。為了能夠保證計算速度的提高，并且可以得到最優(yōu)的結(jié)果，所以很多研究者在研究各種方式來對電網(wǎng)重構(gòu)問題進行解決。最早嘗試的傳統(tǒng)手段以及現(xiàn)代運用的近全局尋優(yōu)方式，再到目前使用的計算機智能算法，各種方式都進行了嘗試，總的來說，每種方法都有其優(yōu)點，同時也有不足之處。。

1 配電網(wǎng)重構(gòu)的概述

1975年，Back 提出了配電網(wǎng)重構(gòu)的概念，其主要目的就是通過改變電網(wǎng)中的拓撲結(jié)構(gòu)，使得電網(wǎng)在輸送電過程中能夠穩(wěn)定良好運行。由于運行條件不斷變化，進行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目的也在改變，如果系統(tǒng)運行正常，則重構(gòu)的目的就是為了降低能量損耗；如果系統(tǒng)無法正常運行，重構(gòu)的目的就是為了將故障區(qū)域隔離起來，消除相關(guān)的過載，通過對開關(guān)的控制來保證不給隔離區(qū)域供電，這種重構(gòu)的方法稱為恢復(fù)重構(gòu)。

所以，配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)具有多重目的：第一，能夠盡快恢復(fù)故障，損失降低；第二，使得電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定；第三，降低系統(tǒng)運行過程中的損耗；第四，消除相關(guān)過載，保證饋線之間的平衡；第五，對各種組合目標(biāo)進行優(yōu)化，也就是對以上的目標(biāo)進行多個考慮。

對配電網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)需要有以下條件的約束：第一，配電網(wǎng)的潮流約束；第二，母線中的最大電流約束；第三，饋線有一定的容量；第四，母線電壓約束；第五，保證具有輻射狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2 智能優(yōu)化算法

在重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的過程中，一般會結(jié)合運用多種智能算法，主要的有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、專家系統(tǒng)方面的算法、禁忌搜索算法、遺傳算法、退火算法等等。

3.1 模擬退火算法（SA）。這種算法是在重構(gòu)供電網(wǎng)絡(luò)過程中，最早采用的。其原理在于和物理固定的退火過程一樣，通過退火的方式，使得各個物質(zhì)之間進行緊密地聯(lián)系。這種算法是以一定溫度為初溫，隨著溫度的下降，根據(jù)概率具有突跳的特點，根據(jù)最有可能的概率找到最好的解決方案，并且最終得到的解決方案與初始解決方案不同。在文獻中，對于這種算法，其提出了一種比較可行的改進方案。這種改進使得這個算法對參數(shù)不具有很高的依賴性，同時也在很大程度上減少了計算量。文獻則是通過SA 算法來提高重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性，在對目標(biāo)函數(shù)進行評價的過程中，通過采用分布處理的方法，就能夠很好地節(jié)約時間成本。

通過對SA 算法進行運用，我們可以在得到一個較好的全局最優(yōu)解，然而算法缺點在于非常依賴于退火方案以及參數(shù)，在重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)的運用過程中，要通過個各種開關(guān)的不斷交換，來形成一定的效果，需要動用非常大量的計算，來估計網(wǎng)損和潮流。

3.2 遺傳算法(GA)。以生物進化論為基礎(chǔ)，采用的一種非常隨機的計算方式，就是我們熟知的GA 法。這種方法是通過對遺傳過程以及目標(biāo)方面的函數(shù)進行結(jié)合，在重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)的同時，對開關(guān)進行編碼，并且對于問題本身的性質(zhì)，沒有需要特別運用限制。在進行遺傳操作的計算時會出現(xiàn)很多無效的不可行解，這樣就大大降低了運行的效率。目前主要的改進方法就是對免疫機制進行運用，對于遺傳算法在局部尋找最優(yōu)解的能力進行提高，同時以染色體的形式來對網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的開合狀態(tài)編碼，來保證全局都能夠得到最優(yōu)或者次優(yōu)解 。算法的優(yōu)點是可導(dǎo)性以及目標(biāo)函數(shù)的連續(xù)性等條件對于算法限制不大，通過多點并行的方式搜索解的空間，對于離散狀態(tài)的優(yōu)化問題可以進行有效處理，可以在很短時間內(nèi)到達全局收斂。同樣，遺傳算法一些弊端，很容易導(dǎo)致早熟收斂的產(chǎn)生，如果最開始的基因編碼不同，則結(jié)果也會不一樣。

3.3 禁忌搜索法(TS)。TS 算法就是對領(lǐng)域進行拓展的尋優(yōu)方式，是一種在全局逐漸對最優(yōu)進行尋找的方式，是完全模擬人類智力的過程。這種方法的原理就是通過一種非常完好的“記憶”方式，對于已經(jīng)完畢的優(yōu)化情況進行選擇和記錄，對于之后的搜索方位進行指定。文獻采用禁忌搜索算法為優(yōu)化手段，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文獻以最小網(wǎng)損為目標(biāo)，通過改進禁忌搜索策略來來重構(gòu)的供電網(wǎng)絡(luò)。

3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)。ANN 是一種以生物神經(jīng)為模擬對象的優(yōu)化算法，這種算法將實際問題與生物穩(wěn)定的神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系起來，進而得到將實際問題進行神經(jīng)化分析的過程。這種算法不需要有很多潮流方面的數(shù)據(jù)，能夠節(jié)約重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的時間，然而，優(yōu)化結(jié)果質(zhì)量的高低在于訓(xùn)練樣本的質(zhì)量。

3.5 專家系統(tǒng)法。這種方法主要的運用領(lǐng)域在于建立相關(guān)模型，而需要根據(jù)一定的實際經(jīng)驗來解決的問題。這種方法的缺點在于對專業(yè)人員的依賴度非常高，并且，由于是經(jīng)驗解決問題，所以，無法形成完善的理論系統(tǒng)。

3 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)要注意的問題

4.1 重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)，最為基礎(chǔ)的方向就是系統(tǒng)負荷的影響。同時，這個方向也必將成為以后研究的一個重要領(lǐng)域。

4.2 電網(wǎng)中的負荷是不斷變化的，所以，對實時的網(wǎng)絡(luò)負荷進行研究，具有一定的潛在意義。然而，在工程化應(yīng)用方面，目前的優(yōu)化方式還無法達到實時要求。

4.3 因為配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不一樣，所以在輸電方面對潮流的算法并不能夠完全不變地運用到配電網(wǎng)絡(luò)中，對于配電網(wǎng)絡(luò)潮流的計算，一定要采用考慮網(wǎng)絡(luò)特點的計算方法。

4.4 在進行重構(gòu)的過程中，一定要對分布式的電源進行考慮。通過目前的研究看來，DG 在一般情況下是有利于減小網(wǎng)損的，而且可以提高電網(wǎng)的電壓的質(zhì)量。

4.5 對不確定的因素進行處理。很多實例表明，不能夠在實際操作過程中完全獲得配電系統(tǒng)的信息。在選擇方法時，一定要將信息的不確定性考慮進去。

4.6 對網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)，其作用可以減少電流在網(wǎng)絡(luò)中的損失，但是，在重新構(gòu)建電路的同時，一定要考慮到新的電路對于配電的安全性影響。所以，重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)是非常復(fù)雜的，考慮單一目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實用性無法保證。重構(gòu)配線網(wǎng)是一個整體性的動作，到各個環(huán)節(jié)做到最好，同時保證供電安全性，這樣才能夠達到重構(gòu)的目的。

4 結(jié)語

配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是一個非常復(fù)雜的工程，屬于非線性的范疇。每種重構(gòu)方法都存在一定的缺陷，可以通過各種不同的方法來獲得最優(yōu)的配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。并且，隨著我國工業(yè)和科技的發(fā)展，對于電力需求的不斷增加，在配電網(wǎng)絡(luò)方面，就更加需要保證配電的安全性，穩(wěn)定性，經(jīng)濟型。只有找到更好的解決重構(gòu)的方法，才能夠為我國的經(jīng)濟建設(shè)作出貢獻。

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