一种考虑多类型用户差异化停电损失的配电终端优化配置方法与流程

1.本发明属于配电网技术领域，具体涉及一种考虑多类型用户差异化停电损失的配电终端优化配置方法。


背景技术：

2.配电终端是安装在中压配电网的各类远方监测、控制单元的总称，在配电自动化中完成数据采集、控制、通信等功能，主要包括馈线终端、站所终端等。“二遥”配电终端具有遥测、遥信功能，“三遥”配电终端具有遥测、遥信、遥控功能。在配电网中，配电终端设备可以实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电等功能，对增加配电网可靠性、减小停电损失费用具有一定的作用。
3.在优化终端配置时，传统建模较为粗糙，未共同考虑多种因素对综合费用的影响。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种考虑多类型用户差异化停电损失的配电终端优化配置方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种考虑多类型用户差异化停电损失的配电终端优化配置方法，包括如下步骤：
7.s1、输入配电网系统相关参数；
8.s2、构建针对不同类型用户差异化停电损失的量化评估方法与评估体系；
9.s3、建立终端综合费用与停电损失费用之和最小的配电终端设备配置模型；
10.s4、使用蝙蝠仿生算法求解配电终端设备位置和类型；
11.s5、输出配电终端设备配置结果。
12.作为本发明进一步的方案，所述步骤s2中，用户类型包括工业单位负荷停电损失fi、商业单位负荷停电损失fc和居民单位负荷停电损失fr，分别建立迭代求解公式。
13.作为本发明进一步的方案，在所述步骤s3中，终端综合费用f包括终端投资费用ft和终端维护费用fw，分别建立终端投资费用ft和终端维护费用fw以及终端综合费用f的迭代求解模型。
14.作为本发明进一步的方案，在步骤s3中，使用如下公式计算用户停电损失费用：
[0015][0016]
式中，n为工业用户数量，pi为工业用户i的负荷，m为商业用户数量，pj为商业用户j的负荷，l为居民用户数量，pk为居民用户k的负荷。
[0017]
作为本发明进一步的方案，在步骤s3中，所述配电终端设备包括二遥终端设备和三遥终端设备。
[0018]
作为本发明进一步的方案，在s3中，限制配电终端的数量，使其不超过可安装位置
总数的m％，限制三遥配电终端的数量，使其不超过安装配电终端总量的n％。
[0019]
作为本发明进一步的方案，在步骤s4中，用蝙蝠算法求解配电终端设备配置模型的步骤s如下：
[0020]
s4.1、初始化蝙蝠算法的种群和参数，使用递归随机产生均匀分布的二进制串作为初始终端安装位置随机矩阵b(b1，b2，b3
…
bd)t，再求初始蝙蝠位置矩阵x(x1，x2，x3
…
xd)t，每个位置的数值对应终端安装类型，每个位置的下标对应终端安装位置；再进行适应度计算获得每个种群的适应度，即终端综合费用与停电损失费用之和，得到初始全局最优种群，即初始终端安装情况下，终端综合费用与停电损失费用之和最小的配电终端安装位置和类型；
[0021]
s4.2、每只蝙蝠会根据自身当前速度和当前位置与最优位置间的距离来更新其速度，再根据速度更新得到一组新位置st(st1，st2，st3
…
std)t；
[0022]
s4.3、若蝙蝠的随机数大于蝙蝠的脉冲频率，则蝙蝠随机飞行得到一组新位置st(st1，st2，st3
…
std)t：
[0023]
s4.4、若新位置的适应度小于上一代的适应度并且蝙蝠的随机数小于蝙蝠的回声响度则将st作为蝙蝠的新位置xt(xt1，xt2，xt3
…
xtd)t，更新后判断终端数目和类型，若终端数目大于数目限制或三遥数目大于数目限制，则蝙蝠返回更新前的位置，再更新蝙蝠的回声响度和脉冲频率；
[0024]
更新后若蝙蝠的新位置的适应度小于原来的全局最优位置的适应度，则将新位置设为全局最优位置，即终端综合费用与停电损失费用之和最小的配电终端安装位置和类型；
[0025]
s4.5、判断终止条件是否满足，若当前迭代次数t大于g，则输出全局最优解，否则转s4.2继续迭代；
[0026]
作为本发明进一步的方案，所述步骤s5中，使用步骤s4中获得的全局最优蝙蝠位置来获得总费用最低的二遥配电终端和三遥配电终端的配置位置和类型，全局最优蝙蝠位置中的每个元素对应相应的配电终端安装位置；
[0027]
若元素的范围是[0，1]，则该位置不安装配电终端，该位置对应的输出矩阵元素为0，若元素的范围是[1，2]，则该位置安装二遥配电终端，该位置对应的输出矩阵元素为2，若元素的范围是[2，3]，则该位置安装“三遥”配电终端，该位置对应的输出矩阵元素为3，输出配电终端设备配置结果。
[0028]
本发明的有益效果：本发明提出的一种考虑多类型用户差异化停电损失的配电终端优化配置方法，以获得最小的终端综合费用与停电损失费用之和为目的，考虑了多类型用户的差异化停电损失，建立终端配置模型，运用蝙蝠算法对终端的安装位置和安装类型进行了配置优化，对提升配电网配电终端配置的可靠性和经济性有一定的指导意义。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1是本发明的流程图；
[0031]
图2是实施例中某配电区域22节点系统结构图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
一种考虑多类型用户差异化停电损失的配电终端优化配置方法，包括如下步骤s：
[0034]
s1、输入配电网系统相关参数；
[0035]
对于图2所示的22节点系统，输入各负荷点的负荷、用户类型，输入各供电干线的长度、故障率、故障修复时间，输入变压器的故障率、故障修复时间。
[0036]
s2、构建针对不同类型用户差异化停电损失的量化评估方法与评估体系如下：
[0037][0038]
其中字母、数值表示单位负荷停电损失。工业单位负荷停电损失fi
[0039][0040]
其中cpred为单位负荷每小时生产损失，cpay为单位负荷每小时场地工资损失，t为年停电时间，crestart为单位负荷平均每次重启费用，r为单次平均停电时间。
[0041]
商业单位负荷停电损失fc计算公式如下：
[0042][0043]
fc＝(c
merch
+c
pay
)
·
t(r＜t
max
)
[0044]
其中cmerch为单位负荷每小时销售损失，cpay为单位负荷每小时场地工资损失，t为年停电时间，cdamage为单位负荷商品变质费用，r为单次平均停电时间。
[0045]
居民单位负荷停电损失fr计算公式如下：
[0046]fr
＝c
daily
·
t
[0047]
其中c
daily
为单位负荷每小时日常损失，t为年停电时间。
[0048]
s3、建立终端综合费用与停电损失费用之和最小的配电终端设备配置模型；
[0049]
终端综合费用包括终端投资费用和终端维护费用，投资费用计算公式为：
[0050]
f＝f
t
+fw[0051]
式中，f为终端综合费用，ft为终端投资费用，fw为终端维护费用。
[0052]
终端投资费用的计算公式为：
[0053][0054]
式中，g1和g2分别为“二遥”终端和“三遥”终端数量，p1为“二遥”终端投资现值单价，p2为“三遥”终端投资现值单价，s表示设备的运行年限，i为贴现率。
[0055]
终端维护费用的计算公式为：
[0056]fw
＝(g1p1+g2p2)
·
λ
[0057]
式中，g1和g2分别为“二遥”终端和“三遥”终端数量，p1为“二遥”终端投资现值单价，p2为“三遥”终端投资现值单价，λ为运行维护费用在设备投资费用中所占的比重。
[0058]
用户停电损失费用计算公式为：
[0059][0060]
式中，n为工业用户数量，pi为工业用户i的负荷，fi为单位负荷工业用户停电损失费用；m为商业用户数量，pj为商业用户j的负荷，fc为商业用户单位负荷商业用户停电损失费用；l为居民用户数量，pk为居民用户k的负荷，fr为单位负荷居民用户停电损失费用。
[0061]
在本实施例中，“二遥”配电终端具有遥信、遥测功能，“三遥”配电终端具有遥信、遥测、遥控功能。
[0062]
限制配电终端的数量，使其不超过可安装位置总数的m％，限制“三遥”配电终端的数量，使其不超过安装配电终端总量的n％。
[0063]
对于图2所示的22节点系统，限制配电终端的数量不超过13，限制“三遥”配电终端的数量不超过7。
[0064]
s4、使用蝙蝠算法对配电终端设备配置模型进行求解；
[0065]
用蝙蝠算法求解配电终端设备配置模型的步骤s如下：
[0066]
s4.1、初始化蝙蝠算法的种群和参数，包括回声响度a、脉冲频率r、回声频率q、声波响度衰减系数α，脉冲频度增强系数γ，初始脉冲频率r0、问题的维度d、种群个数np以及迭代次数g。使用递归随机产生均匀分布的二进制串作为初始终端安装位置随机矩阵b(b1,b2,b3…bd
)
t
，递归结束的条件为终端数不超过7,再建立类型获取矩阵p(p1,p2,p3…
pd)
t
，类型获取矩阵如下：
[0067]
p＝1+rand(np,d)*2
[0068]
求类型获取矩阵p和初始终端安装位置随机矩阵b的点积，作为初始蝙蝠位置矩阵x(x1,x2,x3…
xd)
t
，每个位置的数值对应终端安装类型，每个位置的下标对应终端安装位置；再进行适应度计算获得每个种群的适应度，即终端综合费用与停电损失费用之和，得到初始全局最优种群，即初始终端安装情况下，终端综合费用与停电损失费用之和最小的配电终端安装位置和类型，记为bests。
[0069]
如图2所示网络，将终端安装位置随机矩阵b(b1,b2,b3…b26
)
t
点乘获取矩阵p(p1,p2,p3…
p
26
)
t
获得初始蝙蝠位置矩阵x(x1,x2,x3…
x
26
)
t
，其中x1到x
26
的分别对应1，2，3，5，6，8，10，12，14，15，17，19，21，23，25，27，30，31，33，35，36，38，40，42，43，45号供电干线上的终端安装情况。
[0070]
s4.2、每只蝙蝠会根据自身当前速度和当前位置与最优位置间的距离来更新其速度，速度更新过程如下：
[0071]vt+1
＝v
t
+q(x
t-bests)
[0072]
再根据速度更新得到一组新位置s
t
(s
t1
,s
t2
,s
t3
…std
)
t
，位置更新过程如下：
[0073]
x
t+1
＝x
t
+v
t+1
[0074]
s4.3、进行随机飞行，若蝙蝠的随机数大于蝙蝠的脉冲频率，则蝙蝠按照下式随机飞行得到一组新位置s
t
(s
t1
,s
t2
,s
t3
…std
)
t
：
[0075]
x
new
＝bests+εa
t
[0076]
式中ε为0到1间的随机数，a
t
为第t代蝙蝠的回声响度。
[0077]
s4.4、若新位置的适应度小于上一代的适应度并且蝙蝠的随机数小于蝙蝠的回声响度则将s
t
作为蝙蝠的新位置x
t
(x
t1
,x
t2
,x
t3
…
x
td
)
t
，更新后判断终端数目和类型，若终端数目大于数目限制或“三遥”数目大于数目限制，则蝙蝠返回更新前的位置。再按下式更新蝙蝠的回声响度和脉冲频率：
[0078]at
＝α
tat-1
[0079]rt
＝r0(1-e-γt
)
[0080]
式中α为声波响度衰减系数，γ为脉冲频度增强系数，r0为初始脉冲频率。随着迭代次数增加，回声响度逐渐减小，脉冲频率逐渐增加。
[0081]
更新后若蝙蝠的新位置的适应度小于原来的全局最优位置的适应度，则将新位置设为全局最优位置，即终端综合费用与停电损失费用之和最小的配电终端安装位置和类型。
[0082]
s4.5、判断终止条件是否满足，若当前迭代次数t大于g，则输出全局最优解，否则转s4.2继续迭代。
[0083]
s5、获得总费用最低的“二遥”配电终端和“三遥”配电终端的配置位置和类型，输出配电终端设备配置结果。
[0084]
使用s4中获得的全局最优蝙蝠位置来获得总费用最低的“二遥”配电终端和“三遥”配电终端的配置位置和类型，全局最优蝙蝠位置中的每个元素对应相应的配电终端安装位置，若元素的范围是[0,1]，则该位置不安装配电终端，该位置对应的输出矩阵元素为0，若元素的范围是[1,2],则该位置安装“二遥”配电终端，该位置对应的输出矩阵元素为2，若元素的范围是[2,3]，则该位置安装“三遥”配电终端，该位置对应的输出矩阵元素为3。输出配电终端设备配置结果。蝙蝠算法可以求解连续离散混合的组合优化问题，适合同时对配电终端的位置和类型进行规划。
[0085]
蝙蝠算法可以求解连续离散混合的组合优化问题，适合同时对配电终端的位置和类型进行规划，且蝙蝠算法在准确性和有效性方面远优于其他算法。
[0086]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系为为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0087]
此外。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0088]
对于本领域技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以
对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。因此，从任意一处来说，都应将实施例看作是指导性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。