一种配电自动化通信链路规划方法与流程

1.本发明涉及配电自动化技术领域，具体涉及一种配电自动化通信链路规划方法。


背景技术：

2.国家大力发展配电网，特别是配电网的智能化建设，使得配电网中越来越多的开关节点配置的智能化设备，通过光纤等方式与配电主站系统进行通信连接，如何合理配置配电自动化的通信链路成为关键。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种能够控制建设成本、确保通信规划合理的配电自动化通信链路规划方法。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种配电自动化通信链路规划方法，其包括以下步骤：
6.步骤1：输入待规划区域中所有配电自动化终端的坐标位置及通信数据量，所述配电自动化终端所在位置为自动化终端节点；
7.步骤2：针对所述待优化区域建立优化目标及其约束条件；
8.步骤3：基于所述待规划区域中所有配电自动化终端的坐标位置及通信数据量，采用遗传算法对所述优化目标进行求解而得到通信链路规划方案。
9.所述步骤2中，所述优化目标为其中，f为通信链路的建设成本，x
i,k,j
为第i条通信链路内第k步到达第j个所述自动化终端节点的决策变量，nb为通信链路数量，mi为第i条通信链路内包含的所述自动化终端节点的数量，n
p
为所述自动化终端节点的总数量，c
jj'
为第j个所述自动化终端节点到第j'个所述自动化终端节点间敷设光纤的成本。
10.c
jj'
＝α
·
η
·djj'
，其中，d
jj'
＝||a
j-a
j'
||为第j个所述自动化终端节点与第j'个所述自动化终端节点之间的直线距离，aj为第j个所述自动化终端节点的平面坐标，a
j'
为第j'个所述自动化终端节点的平面坐标，η为光纤路径曲折系数，α光纤每公里单价。
11.所述步骤2中，所述约束条件包括：
12.(1)所有所述通信链路所包含的所述自动化终端节点数量相加等于所述自动化终端节点的总数量；
13.(2)任何一个所述自动化终端节点必须包含在一条所述通信链路中且只能包含在一条所述通信链路中；
14.(3)第i条所述通信链路内所有自动化终端节点每秒产生的等效数据包数量不超过第i条所述通信链路的承载力；
15.(4)所述通信链路为环网链路；
16.(5)所述决策变量x
i,k,j
取值为0或1，当所述决策变量x
i,k,j
取值为1时，表示第i条
所述通信链路内包含第j个所述自动化终端节点，当所述决策变量x
i,k,j
取值为0时，表示第i条所述通信链路内不包含第j个所述自动化终端节点。
17.所述步骤3包括以下步骤：
18.步骤3-1：基于所述优化目标对参数进行编码，并生成初始化群体作为当前待评价群体；
19.步骤3-2：评价所述当前待评价群体；
20.步骤3-3：判断是否满足停止准则，若满足则结束规划得到所述通信链路规划方案，若不满足则执行步骤3-4；
21.步骤3-4：进行遗传操作，形成新的计算群体作为当前待评价群体并返回步骤3-2。
22.所述步骤3-2中，评价所述当前待评价群体的方法为：位串解码得参数；计算目标函数值；函数值向适应值映射；适应值调整。
23.所述步骤3-3中，停止准则为达到设定的迭代次数。
24.所述步骤3-4中，遗传操作包括选择、交叉和变异。
25.所述步骤3-1中，随机生成所述初始化群体。
26.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够合理规划配电自动终端通信连接的路径并控制建设成本。
附图说明
27.附图1为配电自动化终端的位置示意图。
28.附图2为本发明中步骤3的遗传算法的流程图。
29.附图3为各通信链路及光纤路径示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
31.实施例一：待规划区域中分布有若干配电自动化终端，配电自动化终端安装于配电网线路的开关节点处，认为随机的散落在整个平面区域内。每一个配电网内的开关节点，根据其形式不同，所包含的节点通信数据量也不同。本实施例的待规划区域如附图1所示，其在 20km
×
20km的范围内随机分布35个配电自动化终端，配电自动化终端所在位置为自动化终端节点，则35个自动化终端节点的坐标位置和通信数据量如表1所示。
32.表1自动化终端节点位置和每秒数据包数量
[0033][0034]
针对上述待规划区域，采用以下配电自动化通信链路规划方法进行通信链路的规划。该配电自动化通信链路规划方法包括以下步骤：
[0035]
步骤1：输入待规划区域中所有配电自动化终端的坐标位置及通信数据量。
[0036]
步骤2：针对待优化区域建立优化目标及其约束条件。
[0037]
该步骤中，优化目标为：
[0038][0039]
其中，f为通信链路的建设成本，故优化目标为通信链路的建设成本最低，x
i,k,j
为第i条通信链路内第k步到达第j个自动化终端节点的决策变量，当决策变量x
i,k,j
取值为1时，表示第i条通信链路内包含第j个自动化终端节点，当决策变量x
i,k,j
取值为0时，表示第i条通信链路内不包含第j个自动化终端节点，nb为通信链路数量，mi为第i(i＝1,2,
…
,nb)条通信链路内包含的自动化终端节点的数量，n
p
为自动化终端节点的总数量，c
jj'
＝α
·
η
·djj'
为第j 个自动化终端节点到第j'个自动化终端节点间敷设光纤的成本，d
jj'
＝||a
j-a
j'
||为第j个自动化终端节点与第j'个自动化终端节点之间的直线距离，aj为第j个自动化终端节点的平面坐标，a
j'
为第j'个自动化终端节点的平面坐标，η为光纤路径曲折系数，α光纤每公里单价。
[0040]
约束条件包括：
[0041]
(1)所有通信链路所包含的自动化终端节点数量相加等于自动化终端节点的总数量，即
[0042]
(2)任何一个自动化终端节点必须包含在一条通信链路中且只能包含在一条通信
链路中，
[0043]
(3)第i条通信链路内所有自动化终端节点每秒产生的等效数据包数量不超过第i条通信链路的承载力；各自动化终端节点的每秒产生的数据包数量为sj，则
[0044]
(4)通信链路为环网链路，则根据环网链路的特点，第i条通信链路内第一步的起点和最后一步的终点应该保持一致。k＝1,2,
…
,mi；
[0045]
(5)决策变量x
i,k,j
取值为0或1，x
i,k,j
＝0 or 1，当决策变量x
i,k,j
取值为1时，表示第 i条通信链路内包含第j个自动化终端节点，当决策变量x
i,k,j
取值为0时，表示第i条通信链路内不包含第j个自动化终端节点。
[0046]
假设每个通信链路每秒可以处理数据包2760个，因此大约需要5个环状通信链路
[0047]
步骤3：基于待规划区域中所有配电自动化终端的坐标位置及通信数据量，采用遗传算法对优化目标进行求解而得到通信链路规划方案。
[0048]
如附图2所示，确定实际问题参数集。即确定问题模型后，步骤3包括以下步骤：
[0049]
步骤3-1：基于优化目标对参数进行编码，并随机生成初始化群体作为当前待评价群体。
[0050]
由问题空间向遗传算法编码空间的映射称为编码，而由编码空间向问题空间的映射称为译码，问题编码一般应满足以下三个原则：
①
完备性：问题空间的所有点都能成为遗传算法编码空间中的点的表现型；
②
健全性：遗传算法编码空间的染色体位串必须对应问题空间中的某一潜在解；
③
非冗余性：染色体和潜在解必须一一对应。
[0051]
一般初始化群体有两种模式：
①
根据问题的固有知识，设法掌握最优解所占空间在整个问题空间中的大致分布范围，然后在此分布范围内设定初始群体；
②
先随机生成一定数目的个体，然后从中挑出最好的个体加入到初始群体当中，重复上述步骤直到初始群体中个数达到预设规模。
[0052]
步骤3-2：评价当前待评价群体。
[0053]
评价当前待评价群体的方法为：位串解码得参数；计算目标函数值；函数值向适应值映射；适应值调整。
[0054]
步骤3-3：判断是否满足停止准则，若满足则结束规划得到通信链路规划方案，若不满足则执行步骤3-4。
[0055]
停止准则为达到设定的迭代次数。一般采用设定最大迭代数的方法，同时可以根据群体的收敛程度即计算种群中的基因多样性来进行控制，在采用精英保留选择策略的情况下，可以按每一代最佳个体的适应值的变化情况来确定。
[0056]
步骤3-4：进行遗传操作，形成新的计算群体作为当前待评价群体并返回步骤3-2。
[0057]
遗传操作包括选择、交叉和变异，这三个算子的操作是随机的，但遗传操作是高效有向的搜索。
①
选择：从群体中选择优胜个体，淘汰劣质个体的操作叫选择，即从当前种群中选择适应值搞的个体以生成配对池的过程。
②
交叉：模仿生物繁殖过程中的基因重组过程，将已有的优良基因遗传给下一代个体，并生成包含更复杂基因结构的新个体。
③
变异：
模拟生物进化中的基因突变。
[0058]
上述算法过程中，需要考虑以下参数的选取：
[0059]
1)种群的规模：种群的规模太小，较容易造成近亲交配而产生病态基因，但可以加快收敛速度；而如果种群规模过大，则可以防止种群成熟前收敛，但也会使得收敛速度降低。一般情况下建议种群规模为20～200；
[0060]
2)交叉概率：其控制交叉算子的应用频率，交叉概率越高，群体中引入的新结构越快，已经搜寻得到的优良基因丢失速度也越快，但交叉概率太小可能引起搜寻停滞。一般交叉概率取0.6～1；
[0061]
3)变异概率：是保持群体多样性的手段，防止种群停滞于某一基因组，变异概率太小会导致某些优良基因无法获得。一般变异概率取0.005～0.01；
[0062]
4)迭代次数：迭代次数太小算法可能还未收敛，种群还未成熟，而迭代次数太大，则可能造成算力和资源的浪费；
[0063]
本实施例设置迭代次数为5000次，种群大小为80，交叉概率为0.6，变异概率为0.05，光纤路径曲折系数为1.5，光纤每公里单价0.8万元。
[0064]
计算结果如图3和表2所示。最终适应度值为110.62，其代表自动化终端节点光纤连接路径长度为110.62km，乘以光纤路径曲折系数可得到光纤敷设距离为165.93公里，乘以光纤每公里单价可得到其光纤建设总成本为132.744万元。同时，各通信链路内自动化终端节点数量分布均匀，每个通信链路内自动化终端节点数据量均未超过数据处理能力。
[0065]
表2通信链路形成结果
[0066][0067]
工程建设往往以建设成本为首要考虑对象，在此基础上，上述方案考虑通信环路、通信数量包数量等约束，研究通信链路规划方法，能够实现合理规划和成本控制。
[0068]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。