一种适用于配电网的编码和遗传算法及在配网重构中的应用的制作方法
【专利摘要】一种适用于配电网的编码和遗传算法及在配网重构中的应用，利用节点名称、节点深度、节点度数进行编码，通过选择父本，用交叉算子和变异算子进行交叉和变异繁殖得到后代，在选择父本交叉变异时，一个随机选择，另一个最优选择；交叉算子是交换两个编码所映射的树中的某一节点与父节点的联接关系；变异算子是改变编码所映射的树中某一个存在余枝的节点的父节点。本发明不需要校验辐射状约束，更不需要为得到有效网络而反复操作修复无效网络，大幅度减少计算时间；在任意规模网络中都能100%保证得到有效网络，解决了现有方法难以运用在大规模实际配电网络重构的问题。
【专利说明】—种适用于配电网的编码和遗传算法及在配网重构中的应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于配电网络自动化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]配电网络重构具有不增加额外经济投入，通过现有网络的开关操作改变网络结构实现网损、电压质量、供电可靠性等运行指标优化的功能，属于配电网络自动化的一部分。配电网络重构问题属于NP难问题，没有解决该问题确定的数学解析法。目前，配电网络重构除了少数采用基于物理模型的简单启发式算法外，大多数是采用智能算法来解决该问题。智能算法理论上能够从全局得到最优网络重构方案，而物理模型的简单启发式算法不能保证方案的最优。现有的智能算法都是对配电网网络采用简单的传统方法进行编码，大致分为二种方法。第一种是以配电网络的每个开关为独立变量，开关的开闭状态用0-1进行编码，这种方法产生的大部分网络都不是有效网络，编码效率极低。第二种是以配电网络的基本环路为独立变量，对环路中打开的开关编号进行编码，编码效率在小规模配电网络中较第一种有较大提升，是目前普遍采用的最好的编码方式，但是该方法在大规模配电网络中的编码效率会急剧下降，同样会产生大量的无效网络。配电网络具有辐射状开环运行的强制性要求，现存方法在编码设计上普遍存在不能保证网络可行的弊病，在计算过程中不可避免地会产生大量的含环和/或孤岛的不可行网络，使得计算过程中需要频繁地校验网络并为得到有效网络而反复操作修复无效网络。同时现有编码方法构造的算子与实际配电网络结构的变化联系不紧密。上述种种不足导致现有智能算法存在迭代次数多、耗时长的问题，难以运用于解决大规模配电网络的重构。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于配电网的编码和遗传算法及在配网重构中的应用。
[0004]本发明在任意规模网络下的编码都能100%满足网络的辐射状约束，不会存在环路或者孤岛；设计了基于该编码方法的遗传算法的交叉和变异算子，所设计的算子严格保证了遗传算法操作过程中任一个染色体都映射一个辐射状的配电网络，并且算子本身具有改变上级供电点的明确物理意义；设计了一种半随机半最优的遗传算法的父本选择方法，加速了遗传算法的收敛速度。因此本发明在计算过程中不需要校验辐射状约束，更无需为得到有效的辐射状网络而反复操作修复无效网络，特别是在实际大规模复杂网络的最优化重构中，能够大幅度减少计算时间。
[0005]本发明的技术方案主要由五部分构成，其一为采用节点的名称、深度、度数三种信息对配电网络进行编码的方法；其二为基于该编码的求解配电网络重构问题的遗传算法的交叉算子设计方法；其三为基于该编码的求解配电网络重构问题的遗传算法的变异算子设计方法；其四为遗传算法实施过程中采用的半随机半最优的父本选择方法；其五为包括以上四部分核心内容的遗传算法对配电网络最优重构的实施步骤。
[0006]本发明所述的编码是:配电网络所有开关闭合后形成一个多环路的网络，将该网络记作图仏(K，E);实际运行时通过断开若干个开关形成辐射状树形网络，将该网络记作树图-=(ΚΤ，Ετ)α 为G的一个子图，断开的开关所在支路为余枝。图2(a)为图1的一个子图，图中虚线为T1的余枝。利用节点名称(Abofe)、节点深度(ZfepiA)、节点度数(Pegree)来编码一棵树图-,其中Abofe用以表示节点编号'Depth反映了节点与根节点的距离'Degree反映了节点所联接支路的数量。编码的每一列对应一个节点，每一行对应相应信息，节点排列顺序对应深度优先搜索的顺序，每一个编码与唯一的辐射状网络对应，图2(b)为图2(a)的编码。
[0007]本发明所述的遗传算法是通过选择父本，用交叉算子和变异算子进行交叉和变异繁殖得到后代。
[0008]所述的选择父本是每选择一对父本个体进行交叉变异时，其中一个父本按适应度值进行轮盘赌方式随机选择，另一个父本选择种群中最优(适应度最高)的个体；
所述的交叉算子:遗传算法中的交叉算子是交换两个编码和C)所映射的树(7；和T2)中的某一节点与父节点的联接关系，对应到配电网络中即上级供电点的交换，交叉后的两个编码所映射的网络一定满足辐射状。以图3为例说明。
[0009]所述的变异算子:遗传算法中的变异算子是改变编码(CO所映射的树(Π中某一个存在余枝的节点的父节点，对应到配电网络中即将选中的节点的上级供电点在可能的节点中进行随机重选，变异操作后的编码所映射的网络也一定满足辐射状。以图4为例说明。
[0010]本发明在配网重构中的应用。
[0011]本发明按编码-父代种群-选择-交叉-变异-子代种群的步骤对上述四部分核心内容进行操作，具体步骤如下。
[0012]1、建立配电网络最优重构的模型，以式⑴网损最小为优化目标，并满足式(2 (4)节点功率平衡、线路功率及节点电压不越限的约束。
【权利要求】
1.一种适用于配电网的编码，其特征是配电网络所有开关闭合后形成一个多环路的网络，将该网络记作图G=(K，E);实际运行时通过断开若干个开关形成辐射状树形网络，将该网络记作树图r=(KT，ε?) 7为6的一个子图，断开的开关所在支路为余枝；利用节点名称、节点深度、节点度数来编码一棵树图r，其中节点名称用以表示节点编号；节点深度反映了节点与根节点的距离；节点度数反映了节点所联接支路的数量；编码的每一列对应一个节点，每一行对应相应信息，节点排列顺序对应深度优先搜索的顺序，每一个编码与唯一的辐射状网络对应。
2.一种适用于配电网的遗传算法，其特征是通过选择父本，用交叉算子和变异算子进行交叉和变异繁殖得到后代； 所述的选择父本是每选择一对父本个体进行交叉变异时，其中一个父本按适应度值进行轮盘赌方式随机选择，另一个父本选择种群中最优的个体； 所述的交叉算子是交换两个编码所映射的树中的某一节点与父节点的联接关系，对应到配电网络中即上级供电点的交换，交叉后的两个编码所映射的网络满足辐射状； 所述的变异算子是改变编码所映射的树中某一个存在余枝的节点的父节点，映射到配电网络中即将选中的节点的上级供电点在可能的节点中进行随机重选，变异操作后的编码所映射的网络满足辐射状。
3.权利要求1和2所述的编码和遗传算法在配网重构中的应用，其特征是按如下步骤: (1)建立配电网络最优重构的模型，以式(I)网损最小为优化目标，并满足式(2广(4)节点功率平衡、线路功率及节点电压不越限的约束；
【文档编号】G06N3/12GK103440521SQ201310364704
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】王淳, 高元海 申请人:南昌大学