220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計274

220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計274,kv,降壓,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計 華 北 電 力 大 學(xué) 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）附 件 外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯 學(xué) 號：081901090216 姓 名：呂 冬 所在系別：電力工程系 專業(yè)班級：農(nóng)電08K2 指導(dǎo)教師：蘇海鋒 原文標(biāo)題：Application of Evolutionary Algorithms for the Planning of Urban Distribution Networks of Medium Voltage 2012年6月20日 進化算法在城市中壓配電網(wǎng) 規(guī)劃中的應(yīng)用 摘要：目前，配電網(wǎng)的一個重要問題是需要優(yōu)化中壓（MV）網(wǎng)絡(luò)對城市區(qū)域的服務(wù)。本文展示了進化算法如何可以作為高效算法等優(yōu)化需求的基礎(chǔ)類型。尋找最佳的網(wǎng)絡(luò)解決方案將受到限制，從城市地圖定義的圖形，使每個圖形的分支代表一條通道。假設(shè)解空間（網(wǎng)絡(luò)）“饋線回路”：這網(wǎng)絡(luò)有兩條電路連接高壓/中壓變電站（HV / MV）電氣路徑和客戶。在優(yōu)化過程中，投資和損失負(fù)荷成本被認(rèn)為是考慮到導(dǎo)線容量和電壓降的限制。投資成本會考慮一些電纜可以放在同一條電纜溝中。這個過程應(yīng)用于一個擁有200萬居民的西班牙城市的過程。 關(guān)鍵詞：進化算法，中壓網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，城市配電網(wǎng) 一、引言 城市中壓變電站（MV）的配電網(wǎng)的設(shè)計是由兩個標(biāo)準(zhǔn)考慮的：1）最低的成本2）供電可靠性。為了獲得可靠的供應(yīng)，最經(jīng)常采用的技術(shù)包括環(huán)路饋線配置的搜索，使所有中壓/低壓變電站到高壓/中壓（HV / MV）運行放射狀配置系統(tǒng)[1]-[3]的變電站有兩種連接方式，在該最常用的城市中壓變電站網(wǎng)絡(luò)配置有[2]，[3]：圓環(huán)，互聯(lián)和卡扣（見圖1）。圓環(huán)和互聯(lián)配置極端饋線高壓/中壓變電站?？叟渲玫拈_關(guān)站補給客戶，在故障發(fā)生后被隔離，并從開關(guān)站到常開高壓/中壓變電站使用儲備饋線[2]，[3]。 為尋找最低成本的網(wǎng)絡(luò)配置是假設(shè)的某些限制，成本和交換的需要。 中壓變電站城市配電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)的書目是稀缺的[2]-[10]并且基于啟發(fā)式方法。特別是，一些模型的擴張計劃是基于多個旅行商問題(m-TSP)或多個車輛路徑問題(m-VRP)[2]–[7]的決議。在這些啟發(fā)式優(yōu)化模型的損失和壓降視為后優(yōu)化過程，不考慮同一電纜溝的問題。只有Freund[8]和Burkhardt[9][10]考慮兩條電纜敷設(shè)在同一電纜溝的可能性。 圖1 城市配電網(wǎng)絡(luò)配置 二、城市中壓配電網(wǎng)絡(luò)的進化算法 城市中壓網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，可以定義一個包含所有可能的路線圖G=（N,R）。此圖取自城市地圖，其中R是一組支路（通道），N是節(jié)點集。節(jié)點包括高壓/中壓變電站和中壓/低壓變電站變電站，負(fù)荷，開關(guān)站，以及支路的交點。高壓/中壓變電站和中壓/低壓變電站，中壓變電站客戶和開關(guān)站，負(fù)載的中壓/低壓變電站和中壓變電站客戶的坐標(biāo)是已知的。 進化算法與人口的個人（整理的解決方案），這是能夠在一個特定的環(huán)境中發(fā)展的選擇，交叉和變異算子的應(yīng)用。在優(yōu)化過程中的“精英”或最佳個人（解決方案）生存。 每一個人或“染色體”，代表一個完整的MV網(wǎng)絡(luò)解決方案。染色體是整數(shù)字符串，編撰的中壓變電站網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的連接。 圖2 一個中壓變電站網(wǎng)絡(luò)和編纂的例子 進化算法的第一步是生成的初始人口。初始人口由隨機生成不同μ染色體，代表不同的μ解決方案，如圖1 被選中的這個初始人口隨機抽樣，以創(chuàng)建一個中間人口，他們?yōu)榱双@得一個新的人口與λ染色體交叉和變異算子。這一過程被稱為一代，并反復(fù)進行，直至停止功能決定。 下一代的人口必須有μ染色體。這些μ染色體將是最好的上一代μ和λ染色體組成的集合（最小成本函數(shù)）。 交叉和變異算子，必須取得新的染色體，代表城市的分銷網(wǎng)絡(luò)如圖1（循環(huán)饋線）。 A.編寫 用來表示網(wǎng)絡(luò)的編纂是一個可變長度的整數(shù)字符串。第t代的染色體k。 （1） · 是染色體的基因，并包含圖形的節(jié)點號。 字符串表示的節(jié)點，形成了網(wǎng)絡(luò)環(huán)路和值可以是積極的（交叉）或負(fù)（連接）序列。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有一個以上的循環(huán)，字符串表示連續(xù)循環(huán)節(jié)點序列（見圖2）。當(dāng)有一些循環(huán)通過一個節(jié)點，節(jié)點數(shù)量將在染色體上的重復(fù)（例如，節(jié)點4，7，8，12如圖2）。 一個基因的負(fù)值意味著高壓/中壓變電站或中壓/低壓變電站或開關(guān)站位于這個循環(huán)節(jié)點的連接，這些節(jié)點稱為主節(jié)點。正面的價值觀代表連續(xù)兩次橫跨圖的主要節(jié)點之間的路徑的節(jié)點序列。 在圖2的例子中。三環(huán)路的主要節(jié)點集{4，1，3，7}，{4，5，13，7}，{4，10，8，7}。（8，12）和（7,9）段屬于循環(huán)2和3。8節(jié)點的中壓/低壓變電站連接環(huán)3，因此，8節(jié)點的3環(huán)的主節(jié)點和正常節(jié)點環(huán)路2。 圖3 重新連接的兩個相同的循環(huán)段 B.初始人口 初始種群是隨機生成的，包括染色體。每個染色體的編纂網(wǎng)絡(luò)必須包括所有中壓/高壓變電站，高壓/中壓變電站或開關(guān)站的兩個可能的路徑。這些路徑由應(yīng)用在第II-F提出的啟發(fā)式算法選擇的。 C.變異算子 變異算單獨應(yīng)用到每個選定的染色體人口，其結(jié)果是一個新的個人中間人口。突變是該算法的最重要的運營商，并修改意味著客戶和循環(huán)次數(shù)之間的連接的變化?；谕?fù)渥儞Q的編纂網(wǎng)絡(luò)運營商。該方法包括選擇兩個網(wǎng)絡(luò)段相關(guān)的染色體是由以下定義的: 1)極限的部分是主要節(jié)點（正常節(jié)點的主要節(jié)點之間可以） 2)高壓/中壓變電站和開關(guān)站之間的虛構(gòu)部分 選擇兩部分的概率，是當(dāng)前和變更后的新長度之間的關(guān)系的功能。更大的長度減少雙段有更多的被選中的概率。兩個選定的部分將被淘汰，取而代之的是兩個新的細(xì)分市場，重新連接的主要節(jié)點與前交叉的兩條路徑。在接下來的例子代表的分支機構(gòu)時，選擇不同的可能性。為了簡化的例子，他們只有主節(jié)點。 1)這些部分可以屬于同一回路，其結(jié)果是一個新的循環(huán)；（如圖3） 2)當(dāng)部分屬于不同的循環(huán)，有兩種可能的解決方案[見圖4（a）和（b）]。當(dāng)循環(huán)在兩個循環(huán)高壓/中壓變電站開關(guān)站上的一個極端的，只能選擇這唯一的解決方案； 3)當(dāng)所選的兩個分部屬于不同的循環(huán)都是高壓/中壓變電站或開關(guān)站的事件，其結(jié)果是一個循環(huán)和一個虛構(gòu)的分支；（如圖5.） 4)同樣，一個虛構(gòu)的段和段循環(huán)可以選擇的結(jié)果是兩個循環(huán)；（如圖6） 5)當(dāng)一個新的部分極端的主要節(jié)點在圖中不相鄰，這是必要的去確定連接這些節(jié)點的路徑。所采用的方法是在第II-F。 (a) (b) 圖4 (a)不同循環(huán)重新連接的第一種類型 (b)不同循環(huán)重新連接的第二種類型 圖5 一個虛構(gòu)的部分造成的重聯(lián) 圖6 消除虛構(gòu)部分的連接 D.交叉算子 屬于指定組“雙性戀”，因為它是適用于兩條染色體（父母），獲得兩個新的染色體（兒童），與父母雙方的混合特征，交叉算子。步驟如下（見圖7）： 步驟1）選擇兩個染色體的人口（父母）； 步驟2）獲得一套被淘汰（每對單獨）對主要節(jié)點，使斷開的圖對應(yīng)的相關(guān)個人（考慮到高壓/中壓變電站，開關(guān)站連接的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟虛構(gòu)的分支機構(gòu)）； 步驟3）為每一對節(jié)點，決定采取交換現(xiàn)有兩個個人之間的隔離子網(wǎng)，這有50％的概率。 如圖7中的例子具有對節(jié)點（3，6）和（11，17），如果其中一個被淘汰，圖形斷開。在這個例子中，圖形的所有節(jié)點是主節(jié)點。 E.選擇算子 選擇經(jīng)營者，屬于類型稱為“精英”，因為它是使用的μ最好染色體的選擇。人口中的元素將被選中從未成年成本從先前人口的μ染色體，加上λ突變和交叉經(jīng)營所得的個人組成的集合的染色體。 F.搜索兩個主要節(jié)點之間的路徑 當(dāng)兩個主要節(jié)點必須連接（交叉算子和初始種群），它是必要的獲得路徑圖，這并不必須是最短的。 同時從兩個主要節(jié)點的進程開始，直到兩個路徑連接。讓節(jié)點i，是極端的路徑的計算節(jié)從節(jié)點n1和AD(i)，和一個相鄰節(jié)點設(shè)置為i;以下節(jié)點選擇節(jié)點k的概率是 （2） 圖8 由點i和e確定的重量橢圓 圖9 由此產(chǎn)生的路徑從n1到n2 P(k)是節(jié)點k的重量 （3） 為了獲得不同的相鄰節(jié)點的重量，將考慮焦點為i和e的橢圓（見圖8和9） G.目標(biāo)函數(shù) 目標(biāo)函數(shù)，以盡量減少循環(huán)，電纜槽，和高壓/中壓變電站加罰函數(shù)為不可行網(wǎng)絡(luò)的總成本的總和。重要的是允許進入人口不可行的網(wǎng)絡(luò)，因為良好的解決方案可以是與不可行網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營結(jié)果，因為運營商不保證可行的后代時，父母是可行的。 中壓網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案必須滿足的指揮能力和電壓降的限制。每一個網(wǎng)絡(luò)循環(huán)，必須從兩個極端（緊急行動）能夠提供他們的負(fù)荷。電纜槽的費用單獨計算，因為它不能被視為一個長期的成本循環(huán)。 當(dāng)一個循環(huán)的極端是一個開關(guān)站的備份線路是開放的，必須確定只導(dǎo)體類型的循環(huán)。如果循環(huán)有兩個極端高壓/中壓變電站，有必要獲得循環(huán)開放的支路，以盡量減少損失。 圖10 3個高壓/中壓變電站和6個開關(guān)站中壓網(wǎng)絡(luò) 鑒于高壓/中壓變電站（不同或相同），最低的成本獲得循環(huán)一個循環(huán)的極端，意味著決定：每個循環(huán)和開放支路的位置的最佳導(dǎo)體。一個循環(huán)的t型導(dǎo)體的成本是 （4） 和是投資和損失的單一成本，分別為t類型的導(dǎo)體。 在該算法中，不同類型的導(dǎo)體被錄取，但每個循環(huán)將只有一種類型的形成。最不利的情況下，當(dāng)所有循環(huán)的力量是從一個極端（極小部分）提供。 已知支路（i,i+1）的回路成本，可以得到支路（j,j+1） （5） 其中w是損失成本的變化，他的價值就是 （6） 其中U(k)是位于節(jié)點k和高壓/中壓變電站提供電源之間的支路。 只有當(dāng)為負(fù)是有可能降低成本。為了證明當(dāng)一個開放的支路降低成本，必須驗證公式（7）。 (a) (b) (c) 圖11 (a)成本演化曲線 (b)電纜和電纜槽的長度演化曲線 (c)循環(huán)數(shù)的演化曲線 遞歸通過相鄰支路的檢查，必須開設(shè)支路可以決定，考慮到損失成本曲線是凸方面以達(dá)到最佳支路。 一旦獲得最佳的開放支路，它是必要的，以確定最佳的導(dǎo)體類型。 已知當(dāng)一個循環(huán)的成本與支路（i,i+1）打開和導(dǎo)體類型t，支路（j,j+1）的成本打開了，可以得到u型導(dǎo)體 （8） 成本的變化，從變更為導(dǎo)體的類型和開放的支路（j,j+1） （9） 方程（6）和（9）有牽連的兩個分支中的變化和其相鄰節(jié)點的數(shù)據(jù)的功能。 各主要節(jié)點和最小的成本和每個循環(huán)的和的值，可伴有染色體和必須由變異和交叉算子與修改循環(huán)重新計算。 H.停止功能 世代數(shù)的算法（迭代）是可變的。進程被終止時的人口是均勻的，有沒有足夠三代人的人口變化。 三、例子 圖10中的例子代表維戈市（西班牙），200萬居民，242中壓/低壓變電站（安裝195兆瓦），3高壓/中壓變電站，6個開關(guān)站的中壓網(wǎng)絡(luò)。該圖具有1852節(jié)點和2996分支分支機構(gòu)。 表1 維哥市的結(jié)果 最初的一些網(wǎng)絡(luò)是不可行的?？尚械慕鉀Q方案向人口的演變非?？?，由于變異算子。后來進化速度慢，它對應(yīng)一個精裝修，在交叉操作有更多的影響。60 000次迭代后，總成本是7.84?歐元（1歐元≈0.9美元）。該網(wǎng)絡(luò)由19個循環(huán)，電纜槽56.9公里和71.8公里的電纜。曲線圖。11（a）-（c）代表成本，電纜，溝槽長度，和循環(huán)的最好染色體的每一代人的人口數(shù)量的演變。表I?高壓/中壓變電站不同的號碼（2個或3個），帶或不帶開關(guān)站的最佳效果。 四、結(jié)論 所提方法使得它有可能獲得一個大的城市的中壓網(wǎng)絡(luò)，知道中壓/低壓變電站，高壓/中壓變電站，開關(guān)站的位置，考慮投資和損失成本和指揮能力和電壓降的限制。投資成本會考慮一些電纜可以趴在同一電纜槽。損失的成本計算考慮在每個循環(huán)最佳徑向運作，必須打開開關(guān)。 為解決大城市在合理時間內(nèi)是可行的，沒有在圖中的目標(biāo)函數(shù)或簡化。所提方法可以修改應(yīng)用程序擴展規(guī)劃模型。在這種情況下，目標(biāo)函數(shù)必須考慮現(xiàn)有生產(chǎn)線。 圖12 典型的西班牙商業(yè)導(dǎo)體的成本 表2 商業(yè)變電站安排費用 表3 商業(yè)高壓/中壓變壓器的成本 附錄 導(dǎo)體成本由圖12所示 電纜槽的成本在人行道下是48000歐元/公里，載馬路下是84000歐元/公里。 高壓/中壓變電站成本顯示在表II和III。 經(jīng)濟參數(shù)是：0.04歐元/千瓦的損失，25年規(guī)劃，25％的過載系數(shù)，1％的年度通脹率和5％的年利率。