[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)型蟻群算法的配網(wǎng)低電壓自動(dòng)治理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711237285.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107909214B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文彬;伍小生;范瑞祥;李瓊;蒙天騏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/06;G06N3/00;H02J3/12
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 姚伯川

1.一種基于改進(jìn)型蟻群算法的配網(wǎng)低電壓自動(dòng)治理方法，其特征在于，所述方法以10kV配網(wǎng)全部節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到正常電壓為約束條件，以治理方案投資成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)對(duì)螞蟻行進(jìn)禁忌表進(jìn)行限制，采用最優(yōu)-最差螞蟻系統(tǒng)對(duì)基本蟻群算法的信息素更新規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)，提高算法的收斂速度；

所述優(yōu)化目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)為：

式中，S為低電壓治理花費(fèi)的總費(fèi)用，L_i為線路i改造的長(zhǎng)度，為對(duì)應(yīng)線路型號(hào)的單價(jià)，η為改造的總線路個(gè)數(shù)，為節(jié)點(diǎn)j新增無(wú)功補(bǔ)償器價(jià)格，t為新增無(wú)功補(bǔ)償器個(gè)數(shù)，為α節(jié)點(diǎn)新增調(diào)壓器價(jià)格，l為新增的調(diào)壓器個(gè)數(shù)；

約束條件為，V_a≥9.3KV(a＝1,2,…,γ)；

式中，V_a為a節(jié)點(diǎn)處電壓值，γ為電網(wǎng)中總節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

所述方法定義從初始節(jié)點(diǎn)到線路末端節(jié)點(diǎn)為一條支路，即若配網(wǎng)中有f個(gè)末端節(jié)點(diǎn)，就會(huì)有f條支路；并且定義初始節(jié)點(diǎn)到末端節(jié)點(diǎn)電壓最低的線路為第一條支路，初始節(jié)點(diǎn)到末端節(jié)點(diǎn)電壓次低的線路為第二條支路，以此類推初始節(jié)點(diǎn)到末端節(jié)點(diǎn)電壓最高的線路為第f條支路；螞蟻從初始節(jié)點(diǎn)沿第e條(e從1開(kāi)始)支路行進(jìn)，在經(jīng)過(guò)線路和節(jié)點(diǎn)時(shí)，可能采取治理步驟，也可能不采取治理步驟，但會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)的線路和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄；若螞蟻?zhàn)咄甑趀條支路，沒(méi)有完成低電壓治理，則螞蟻從第e條支路與第e+1條支路的分支節(jié)點(diǎn)處向電壓次低的末端節(jié)點(diǎn)行進(jìn)，重復(fù)上述治理步驟，直到完成螞蟻完成其生命周期；

所述螞蟻的生命周期包括兩種情形：

(1)螞蟻?zhàn)叩剿缆非覜](méi)有完成低電壓治理，即螞蟻?zhàn)叩侥┒斯?jié)點(diǎn)電壓最高的節(jié)點(diǎn)能夠采取的治理步驟并且沒(méi)有完成低電壓治理，導(dǎo)致沒(méi)有可以繼續(xù)執(zhí)行的治理步驟，則將該螞蟻從系統(tǒng)中刪除；

(2)完成低電壓治理，即10kV配網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的電壓均大于9.3kV，這時(shí)該螞蟻所走過(guò)的治理步驟即為一個(gè)可行的治理方案；

當(dāng)螞蟻完成其生命周期時(shí)就停止活動(dòng)；當(dāng)電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的電壓都在9.3kV以上時(shí)，螞蟻便完成了一次路徑訪問(wèn)，此時(shí)螞蟻所經(jīng)過(guò)的治理步驟就是一個(gè)可行的低電壓治理方案；從蟻群的產(chǎn)生到所有螞蟻的生命周期結(jié)束，將會(huì)有一部分螞蟻找到問(wèn)題的可行解，且可行解的數(shù)量小于或等于初始螞蟻的總數(shù)；

在所述低電壓治理中，某段線的線徑可以修改成不同的型號(hào)，假如是兩種，則記為兩個(gè)能夠采取的治理步驟；但在一次迭代過(guò)程中，只有其中一個(gè)治理步驟可能被采取；設(shè)在配網(wǎng)中能夠采取的低電壓治理步驟的總個(gè)數(shù)為n；C＝{c₁,c₂,…c_i,…,c_n}為n個(gè)低電壓治理步驟的集合，其中c_i表示為第i步的治理步驟；L＝{l_ij|c_i,c_j∈C}是C中兩兩連接的集合，表示進(jìn)行第i步治理步驟c_i后，下一步能夠采取的治理步驟為c_j；G＝(C,L)是一個(gè)圖，表示可行的配網(wǎng)低電壓治理方案；已知各個(gè)治理步驟所需要的投資成本，基于改進(jìn)型蟻群算法的配網(wǎng)低電壓治理研究的求解目的就是從G中找出投資成本最小的低電壓治理方案；設(shè)m是蟻群算法中一次迭代使用螞蟻的數(shù)量，d_ij(i,j＝1,2,…,n)表示第j步治理步驟的投資成本；任一個(gè)螞蟻k(k＝1,2,…,m)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，按下式的概率轉(zhuǎn)移規(guī)則決定轉(zhuǎn)移方向：

上式中：P_ij^k(t)表示在t時(shí)刻螞蟻k從治理步驟c_i轉(zhuǎn)移到c_j的概率；τ_ij(t)表示t時(shí)刻治理步驟c_i和c_j之間殘留的信息素濃度；η_ij＝1/d_ij，表示邊弧的能見(jiàn)度，反映由治理步驟c_i轉(zhuǎn)移到c_j的啟發(fā)程度，這個(gè)量在螞蟻的運(yùn)行中不變；α反映了螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所積累的信息在螞蟻運(yùn)動(dòng)時(shí)所起到的作用，其值越大，該螞蟻傾向于選擇其他螞蟻?zhàn)哌^(guò)的治理措施，螞蟻之間協(xié)作性越強(qiáng)，一般取1≤α≤5；β是描述螞蟻行進(jìn)時(shí)信息素和治理步驟價(jià)格相對(duì)重要性的參數(shù)，當(dāng)值較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部最優(yōu)治理方案上的信息正反饋?zhàn)饔脴O強(qiáng)，算法會(huì)過(guò)早的收斂，一般取1≤β≤5；allowed_k表示螞蟻k下一步允許選擇的城市；

所述方法對(duì)螞蟻行進(jìn)過(guò)程中選擇下一個(gè)治理步驟的禁忌表入手進(jìn)行算法改進(jìn)；對(duì)于處于c_j步治理步驟的螞蟻，按照概率轉(zhuǎn)移公式P_ij^k(t)選擇下一步可行的治理步驟c_j；其中螞蟻k下一步允許選擇的治理步驟為：

allowed_k＝{1,2,…,n}-tabu_k

式中，集合tabu_k為螞蟻的禁忌表；螞蟻k在行進(jìn)過(guò)程中會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)的線路和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄，tabu_k中保存螞蟻k經(jīng)過(guò)的線路、節(jié)點(diǎn)以及這些線路和節(jié)點(diǎn)之前靠近電源點(diǎn)的線路和節(jié)點(diǎn)中能夠采取的治理步驟；

在一次迭代中，不允許螞蟻再選擇這些線路和節(jié)點(diǎn)以及這些線路和節(jié)點(diǎn)之前靠近電源點(diǎn)的線路和節(jié)點(diǎn)中能夠采取的治理措施；

所述采用最優(yōu)-最差螞蟻系統(tǒng)對(duì)基本蟻群算法的信息素進(jìn)行更新，并將信息素濃度的正反饋帶入到以后的迭代過(guò)程中：

τ_ij(t+1)＝(1-ρ)*τ_ij(t)+Δτ_ij^best(t)

-Δτ_ij^worst(t),ρ∈(0,1)

其中，

式中，τ_ij(t)表示t時(shí)刻治理步驟c_i和治理步驟c_j之間的信息素量；表示t時(shí)刻治理步驟c_i和c_j之間信息素增量的最大值；表示t時(shí)刻治理步驟c_i和治理步驟c_j之間信息素增量的最小值；V_i為本次迭代最少的治理方案投資成本，V_best為當(dāng)前最少的投資成本，V₂為本次迭代最多投資成本；Q₁、Q₂為信息素改變系數(shù)；ρ為信息素殘留系數(shù)，1-ρ表示信息素的揮發(fā)系數(shù)；

所述信息素更新過(guò)程如下所示：

在迭代過(guò)程中，如果某只螞蟻所走過(guò)的治理步驟完成低電壓治理，則計(jì)算這只螞蟻所形成的治理方案的成本，并進(jìn)行變量更新；每次迭代完成后，計(jì)算可行的治理方案投資成本的最小值和最大值，作為可行的最優(yōu)解和最差解。