|
TS算法在配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中的應(yīng)用
（作者未知） 2009/6/30
摘 要：配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)、降低線損的一項(xiàng)重要手段，受到廣大研究人員的重視。TS算法是一種新興的現(xiàn)代啟發(fā)式尋優(yōu)技術(shù) ，適合于求解組合優(yōu)化問(wèn)題，并能以很大的概率跳出局部最優(yōu)解。本文介紹了配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，并嘗試將TS算法用于求解配網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題。另外，本文通過(guò)對(duì)尋優(yōu)過(guò)程的有效控制，避免了在尋優(yōu)過(guò)程中大量不可行解的產(chǎn)生，提高了計(jì)算效率。通過(guò)對(duì)實(shí)際算例的演算，證明了TS算法對(duì)于求解配網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題的有效性和可行性。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)； 重構(gòu)； 線損； TS算法
1、引言
線路損耗是影響配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電負(fù)荷的不斷增加，線路損耗的問(wèn)題越來(lái)越突出，極大地影響了供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究配電系統(tǒng)中降低線路損耗的方法越來(lái)越受到普遍的關(guān)注和重視。配電網(wǎng)具有閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn)，配電線路中存在大量常閉的分段開關(guān)以及少量常開的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，這使得可以通過(guò)變換分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開合狀態(tài)來(lái)改變配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。
理論上，存在一個(gè)最優(yōu)結(jié)構(gòu)，使線路損耗達(dá)到最小。配網(wǎng)重構(gòu)的目的就是要尋求使線損最小的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足實(shí)際運(yùn)行約束。由于配網(wǎng)重構(gòu)能利用配電網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，不需要額外的硬件投資，在降低網(wǎng)損的同時(shí)還能夠平衡負(fù)荷和改善電壓質(zhì)量，因此是配電系統(tǒng)控制和運(yùn)行的重要手段，也是配電管理系統(tǒng)（DMS）的重要內(nèi)容。從數(shù)學(xué)上來(lái)講，配網(wǎng)重構(gòu)屬于非線性組合優(yōu)化問(wèn)題，隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法將產(chǎn)生“組合爆炸”問(wèn)題。目前，求解配網(wǎng)重構(gòu)的方法主要有支路交換算法、最優(yōu)流模式算法以及SA、GA等智能化算法。支路交換算法和最優(yōu)流模式算法的計(jì)算精度較差，無(wú)法保證全局最優(yōu)性。SA和GA算法具有很好的全局尋優(yōu)能力，但計(jì)算量很大。TS（Tabu Search）算法，即禁忌搜索算法，是一種擴(kuò)展鄰域的啟發(fā)式搜索方法，也是人工智能在組合優(yōu)化算法中的一個(gè)成功應(yīng)用。它采取了有效的措施能以較大的概率跳出局部最優(yōu)點(diǎn)，因此具有很強(qiáng)的全局尋優(yōu)性能。
目前，TS算法在配網(wǎng)重構(gòu)中的應(yīng)用很少。文獻(xiàn)［1］雖然對(duì)TS算法在配網(wǎng)重構(gòu)中的應(yīng)用做了初步嘗試，但缺乏對(duì)尋優(yōu)過(guò)程的有效控制，需要對(duì)尋優(yōu)過(guò)程中產(chǎn)生的大量不可行解進(jìn)行事后判斷和處理。本文將從配網(wǎng)自身的特點(diǎn)出發(fā)，將約束條件直接體現(xiàn)在對(duì)尋優(yōu)的控制上，從而使尋優(yōu)過(guò)程中產(chǎn)生的所有解在結(jié)構(gòu)上都是可行的，避免了不必要的計(jì)算，提高了算法的計(jì)算效率。
2、配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的數(shù)學(xué)模型
從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)屬于大規(guī)模非線性組合優(yōu)化問(wèn)題。以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的配網(wǎng)重構(gòu)一般可表示為下面的最小優(yōu)化問(wèn)題：
1）潮流方程約束；
2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約束，包括輻射狀和無(wú)網(wǎng)絡(luò)孤島；
3）線路容量約束
3、TS算法
TS（Tabu Search）算法是近年來(lái)受到普遍關(guān)注的一種高效率的現(xiàn)代啟發(fā)式優(yōu)化算法，該算法由F.Glover于20世紀(jì)70年代末首先提出，并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而成功的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，解決了大量復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題。近幾年，該算法被引入電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域，如水火電聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度［2］、電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化［3］以及輸電系統(tǒng)最優(yōu)規(guī)劃［4］等，并取得了一定研究成果。TS算法的基本思想是利用一種靈活的“記憶技術(shù)”，對(duì)已經(jīng)進(jìn)行的優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行記錄，用以指導(dǎo)下一步的搜索方向。為了避免搜索陷入局部最優(yōu)，TS允許將搜索朝著使目標(biāo)函數(shù)退化最小的一個(gè)方向移動(dòng)，重新開始搜索。該算法有三個(gè)最基本的要素：移動(dòng)，Tabu表和釋放水平。
3.1移動(dòng)
TS算法的搜索過(guò)程是通過(guò)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此移動(dòng)是TS算法的基礎(chǔ)。移動(dòng)的方式有許多種，例如單步移動(dòng)、交換移動(dòng)和多點(diǎn)移動(dòng)等，具體采用哪種移動(dòng)因研究的問(wèn)題而異。在搜索尋優(yōu)的過(guò)程中，TS選擇在約束條件下能使目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)最大的一個(gè)移動(dòng)，如果不存在這樣的移動(dòng)，則退而選擇使目標(biāo)函數(shù)退化最小的一個(gè)移動(dòng)。
1）單步移動(dòng)
2）交換移動(dòng) 交換移動(dòng)由兩個(gè)單步移動(dòng)組合實(shí)現(xiàn) 對(duì)配網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題而言，其物理意義為：合上開關(guān)i的同時(shí)打開開關(guān)j.
3.2Tabu表 Tabu表是TS算法的關(guān)鍵，也是其區(qū)別于其他算法的最明顯的特點(diǎn)。它用來(lái)存放已經(jīng)發(fā)生的移動(dòng)的逆移動(dòng)，只要是存在于Tabu表中的移動(dòng)，在當(dāng)前迭代過(guò)程中是禁止采用的。
TS正是通過(guò)這種手段，有效地防止了在搜索過(guò)程中返回已經(jīng)訪問(wèn)過(guò)的局部最優(yōu)點(diǎn)，為取得全局最優(yōu)解創(chuàng)造了良好的條件。Tabu表的管理有多種方式，本文采用先進(jìn)先出（FIFO）的隊(duì)列來(lái)進(jìn)行管理。 文［1］認(rèn)為，如果新的當(dāng)前解是通過(guò)移動(dòng)tij產(chǎn)生的，則Tabu表中需要保存的移動(dòng)有tjk，tki，k為所有可能的（未完，下一頁(yè)）
|