一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法技术

一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法，考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最小为目标建立模型，并基于该模型提出一种禁忌差分进化算法，对得到的最优解进行解码，根据解码得到的线路编号在电力GIS平台上绘制出规划线路。本发明专利技术利用禁忌搜索允许接受非优解，跳出局部最优的能力改善差分进化算法容易陷入局部最优的问题，并借助以电力GIS系统使配电网络线路的规划过程更具有交互性、规划结果更为直观、规划方案的调整更为灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法
本专利技术涉及一种地理信息数据处理、电力系统配电网络线路规划，尤其涉及的是，一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法。
技术介绍
配电网络线路规划是指在电网现状分析及未来负荷分布预测的基础上，在变电站选址定容工作完成之后，寻求一个能满足未来用户容量和电能质量的最优布线方案。近年来，采用现代启发式算法(如遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索、蚁群算法等)解决配电网络线路规划的全局寻优问题上取得了一些突出的成果。如王金凤等人提出一种改进遗传算法，在优化模型中考虑线路投资的时间价值，并以备选网络的生成树作为初始解，避免了随机产生初始可行解时求解速度较慢的弊端，借鉴支路交换的思想设计杂交算子和变异算子，避免辐射性检查过程；高炜欣等人提出将负荷点作为食物，利用蚁群算法进行线路规划。此外，随着GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系统)的不断发展与进步，也给配电网络线路规划带来了新思路。比如汤红卫等人提出了一种基于GIS的配电网络规划，利用GIS的空间分析能力，可以有效避开障碍物。但是目前大多数配电网络线路规划采用的启发式算法很少与GIS相结合，而且容易陷入局部最优解，算法结果不够直观且易产生无效支路，在大规模的配电网络线路规划求解时，算法效率不够理想等问题。因此，如何有效地将全局寻优算法与寻优算法相结合，如何有效地将寻优算法与GIS相结合，是配电网络线路规划面临的重要问题。
技术实现思路
为了克服现有针对现有配电网络线路规划方法的容易陷入局部最优、算法易产生无效支路的不足，本专利技术提出一种有效避免陷入局部最优、可靠性良好的基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法，包括以下步骤：A1、根据变电站选址定容与未来负荷分布预测的结果，在电力GIS平台上创建负荷点、变电站以及待选支路、已建支路要素信息，并建立相应的点-点、点-线、线-面的拓扑规则；A2、对创建的要素信息进行预处理：将所有负荷点和变电站顺序编号，所有待选支路和已建支路顺序编号，并记录起点终点节点编号；针对地理障碍生成缓冲区，进行缓冲区分析，找出不适宜架设线路的线路走廊；A3、考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最小为目标，目标函数如式(1)：式中：S1、S2、S分别为新建线路集、已建线路集和总线路集；ω是年等值回收系数，λ为维修、折旧占投资费用的百分比；li是线路i的长度，f(Di)为线径为Di的线路单位长度的造价，Xi为第i条线路的决策变量，选择该线路作为馈线支路，则Xi取1，反之取0；g(Di)为线径为Di的线路的电阻率；Pi为线路i的通过功率，UN为额定电压；τmax年最大损耗时间，d为单位电价；差分进化算法中，维数D为待选支路数量Nline，种群数量NP＝10*D，变异算子F为随机产生的二进制字符串，交叉算子CR取0.1，终止条件为经过禁忌搜索算法后的得到的最优个体与切换进入禁忌搜索算法前的最优个体适应度相同；进入禁忌搜索算法的切换条件为迭代超过若干代且最优个体连续若干代不发生变化；退出禁忌搜索算法的条件为步长超过若干步且最优个体连续若干代不发生变化；A4、读取要素信息，生成算法初始种群，并对初始种群进行评价；A5、判断是否达到终止条件，若是，则进化终止，将最佳个体作为解输出，转步骤A13；若否，则继续算法，进入步骤A6；A6、进行变异和交叉操作，进行约束条件校验，替换不满足约束的个体，得到临时种群，对临时种群进行评价；A7、进行选择操作，得到新种群，判断算法切换条件，若是，则进入步骤A8，切换进入Tabu(禁忌搜索)算法；若否，则转步骤A5；A8、将最佳个体作为初始解传入Tabu(禁忌搜索)算法，置禁忌表为空；A9、判断算法切换条件是否满足，若是，则转步骤A5，退出Tabu(禁忌搜索)算法；若否，则进入步骤A10；A10、利用当前解的领域函数产生所有领域解，从中取若干解作为候选解；A11、对候选解判断藐视准则是否满足，若是，则用满足藐视准则的最佳状态y替换x成为新的当前解，并用y对应的禁忌对象替换最早进入禁忌表的禁忌对象，同时用y替换最佳解，然后转步骤A9；若否，则进入步骤A12；A12、判断候选解对应的各对象的禁忌属性，选择候选解集中非禁忌对象对应的最佳状态为新的当前解，同时用与之对应的禁忌对象替换最早进入禁忌表的禁忌对象元素，然后转步骤A9；A13、对算法得到的最优解进行解码，根据解码得到的线路编号在电力GIS平台上绘制出规划线路。其中，DE(DifferentialEvolution，差分进化)算法采用二进制编码，即字符串每一位上“1”表示相应编号的支路被选中，“0”表示相应编号的支路不选中。进一步，所述步骤A4中，读取负荷点的位置信息及负荷大小、变电站的位置信息、待选支路、已建支路。随机生成长度为Nline的二进制字符串，并确保字符串中的“1”的数量为Nnode(节点数量)，套用(1)式的函数计算每个个体的目标函数值。再进一步，所述步骤A6中，变异操作对每个目标个体Xi,G，i＝1,2，…，NP，按照式(2)产生变异个体。其中，随机选择的序号r1，r2，r3互不相同，且r1，r2，r3与目标个体序号i也不同。式中算术运算符为逻辑运算符，即Xr2，G和Xr3，G先进行逻辑或，所得结果与变异算子F进行逻辑异或运算，最后再与Xr1，G进行逻辑与运算，得到变异个体。然后根据式(3)、(4)、(5)进行交叉操作，其中randb(j)为[0，1]之间随机生成的第j个估计值，rnbr(i)为一个随机选择的序列。Ui,G+1＝(U1i,G+1,U2i,G+1,…,UDi,G+1)(3)(i＝1,2,…,NP,j＝1,2,…,D)(5)对个体进行连通性、辐射性、节点电压约束、容量约束校验，若不满足约束则重新随机产生满足约束的个体进行替代。更进一步，所述步骤A7中，按照贪婪准则将试验个体与当前种群中相应位置的目标个体进行比较，取适应度较小的个体作为下一代个体。判断进入Tabu算法的切换条件，若满足则将当前最佳个体作为初始个体传入Tabu算法进行寻优，以避免陷入局部最优解。所述步骤A10中，随机交换初始解序列中任意两个位置上的编码值，产生Nline个候选解。本专利技术的有益效果主要表现在：本专利技术在进行配电网络线路规划时解决了单一算法易陷入局部最优的问题，并结合GIS的网络分析、缓冲分析优化算法过程，使算法结果更直观。附图说明图1是基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法的流程图。图2是变电站位置及负荷点分布。图3是初始配电网络。图4是执行算法后得到的优化配电线路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图4，一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法，如图1所示，包括以下步骤：A1、根据变电站选址定容与未来负荷分布预测结果，在电力GIS平台创建相关要素信息；A2、对创建的要素信息进行预处理；A3、确定目标函数，设置算法相应的控制参数和所采用的具体策略；A4、读取要素信息，生成算法初始种群，并对初始种群进行评价；A5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法，其特征在于：所述配电网络线路规划方法包括以下步骤：A1、根据变电站选址定容与未来负荷分布预测的结果，在电力GIS平台上创建负荷点、变电站以及待选支路、已建支路要素信息，并建立相应的点‑点、点‑线、线‑面的拓扑规则；A2、对创建的要素信息进行预处理：将所有负荷点和变电站顺序编号，所有待选支路和已建支路顺序编号，并记录起点终点节点编号；针对地理障碍生成缓冲区，进行缓冲区分析，找出不适宜架设线路的线路走廊；A3、考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最小为目标，目标函数如式(1)：minF=Σi∈S1(ω+λ)lif(Di)Xi+Σi∈S2λlif(Di)+Σi∈Slig(Di)Pi2UN2τmaxd---(1)]]>式中：S1、S2、S分别为新建线路集、已建线路集和总线路集；ω是年等值回收系数，λ为维修、折旧占投资费用的百分比；li是线路i的长度，f(Di)为线径为Di的线路单位长度的造价，Xi为第i条线路的决策变量，选择该线路作为馈线支路，则Xi取1，反之取0；g(Di)为线径为Di的线路的电阻率；Pi为线路i的通过功率，UN为额定电压；τmax年最大损耗时间，d为单位电价；差分进化算法中，维数D为待选支路数量Nline，种群数量NP＝10*D，变异算子F为随机产生的二进制字符串，交叉算子CR取0.1，终止条件为经过禁忌搜索算法后的得到的最优个体与切换进入禁忌搜索算法前的最优个体适应度相同；进入禁忌搜索算法的切换条件为迭代超过若干代且最优个体连续若干代不发生变化；退出禁忌搜索算法的条件为步长超过若干步且最优个体连续若干代不发生变化；A4、读取要素信息，生成算法初始种群，并对初始种群进行评价；A5、判断是否达到终止条件，若是，则进化终止，将最佳个体作为解输出，转步骤A13；若否，则继续算法，进入步骤A6；A6、进行变异和交叉操作，进行约束条件校验，替换不满足约束的个体，得到临时种群，对临时种群进行评价；A7、进行选择操作，得到新种群，判断算法切换条件，若是，则进入步骤A8，切换进入禁忌搜索算法；若否，则转步骤A5；A8、将最佳个体作为初始解传入禁忌搜索算法，置禁忌表为空；A9、判断算法切换条件是否满足，若是，则转步骤A5，退出禁忌搜索算法；若否，则进入步骤A10；A10、利用当前解的领域函数产生所有领域解，从中取若干解作为候选解；A11、对候选解判断藐视准则是否满足，若是，则用满足藐视准则的最佳状态y替换x成为新的当前解，并用y对应的禁忌对象替换最早进入禁忌表的禁忌对象，同时用y替换最佳解，然后转步骤A9；若否，则进入步骤A12；A12、判断候选解对应的各对象的禁忌属性，选择候选解集中非禁忌对象对应的最佳状态为新的当前解，同时用与之对应的禁忌对象替换最早进入禁忌表的禁忌对象元素，然后转步骤A9；A13、对得到的最优解进行解码，根据解码得到的线路编号在电力GIS平台上绘制出规划线路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于禁忌差分进化和GIS的配电网络线路规划方法，其特征在于：所述配电网络线路规划方法包括以下步骤：A1、根据变电站选址定容与未来负荷分布预测的结果，在电力GIS平台上创建负荷点、变电站以及待选支路、已建支路要素信息，并建立相应的点-点、点-线、线-面的拓扑规则；A2、对创建的要素信息进行预处理：将所有负荷点和变电站顺序编号，所有待选支路和已建支路顺序编号，并记录起点终点节点编号；针对地理障碍生成缓冲区，进行缓冲区分析，找出不适宜架设线路的线路走廊；A3、考虑资金的时间价值，按等额分付资本回收计算，以年投资及运行维护费用最小为目标，目标函数如式(1)：式中：S1、S2、S分别为新建线路集、已建线路集和总线路集；ω是年等值回收系数，λ为维修、折旧占投资费用的百分比；li是线路i的长度，f(Di)为线径为Di的线路单位长度的造价，Xi为第i条线路的决策变量，选择该线路作为馈线支路，则Xi取1，反之取0；g(Di)为线径为Di的线路的电阻率；Pi为线路i的通过功率，UN为额定电压；τmax年最大损耗时间，d为单位电价；差分进化算法中，维数D为待选支路数量Nline，种群数量NP＝10*D，变异算子F为随机产生的二进制字符串，交叉算子CR取0.1，终止条件为经过禁忌搜索算法后的得到的最优个体与切换进入禁忌搜索算法前的最优个体适应度相同；进入禁忌搜索算法的切换条件为迭代超过若干代且最优个体连续若干代不发生变化；退出禁忌搜索算法的条件为步长超过若干步且最优个体连续若干代不发生变化；A4、读取要素信息，生成算法初始种群，并对初始种群进行评价；A5、判断是否达到终止条件，若是，则进化终止，将最佳个体作为解输出，转步骤A13；若否，则继续算法，进入步骤A6；A6、进行变异和交叉操作，进行约束条件校验，替换不满足约束的个体，得到临时种群，对临时种群进行评价；A7、进行选择操作，得到新种群，判断算法切换条件，若是，则进入步骤A8，切换进入禁忌搜索算法；若否，则转步骤A5；A8、将最佳个体作为初始解传入禁忌搜索算法，置禁忌表为空；A9、判断算法切换条件是否满足，若是，则转步骤A5，退出禁忌搜索算法；若否，则进入步骤A10；A10、利用当前解的领域函数产生所有领域解，从中取若干解作为候选解；A11、对候选解判断藐视准则是否满足，若是，则用满足藐视准则的最佳状态y替换x成为新的当前解...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贵军，张贝金，李栋炜，夏华栋，刘玉栋，明洁，陈铭，陈凯，周晓根，郝小虎，秦传庆，梅珊，李章维，
申请(专利权)人：浙江工业大学，杭州中威智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33