徐　宏（云南電網有限責任公司玉溪供電公司,云南　玉溪　653100）

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基于遺傳算法的配網降損優(yōu)化方案研究

徐宏
（云南電網有限責任公司玉溪供電公司,云南玉溪653100）

摘 要：本文針對國內某配網進行研究，以實測數據對配網低壓線路損耗進行了計算，并分析了損耗的來源和主要成因，并在此基礎上提出了一種基于遺傳算法的配網單相負荷的優(yōu)化配置方案，該方案通過合理的負荷接入方式減少三項負荷不平衡的現象，從而達到降低系統(tǒng)損耗的目的。最后以云南某地區(qū)為市里，經過仿真實驗驗證了該方法的有效性。

關鍵詞：配網損耗；遺傳算法；優(yōu)化配置方案；負荷平衡分布

0　引言

線損指的是以熱能形式散發(fā)的能量損失，是電網電能損耗的簡稱。根據統(tǒng)計結果顯示，在我國電網中220 kV 及以上網絡、110 kV 及 35 kV 網絡、10kV 及以下配電網絡的損耗之比為1.5∶1.1∶2.5，10kV及以下的配電網損耗占整個網絡損耗將近50%[1]。與之對應，降低配網的電能損耗可以大幅降低輸電成本，獲得較大的經濟效益。

目前低壓配電網的三相負荷不平衡現象普遍存在。當三相負荷分布不對稱時，除了可能導致繼電保護誤動作、大負荷相設備過負荷等危害外，還將引起配電網線損的嚴重增加。這種增加有時數倍于三相負荷對稱分布的線損[2]。

為此，本文對電網損耗的主要構成進行了分析，并研究了基于遺傳算法的負荷接入優(yōu)化配置方案，以期通過單相負荷的接入減少三相不平衡的現象，從而達到降低低壓配網損耗的目的。

1　低壓配電網電能損耗計算及分析

1.1三相不平衡的變壓器損耗計算

三相不平衡網絡使配電變壓器的二次側產生勵磁電流（即零序電流），由勵磁電流產生的零序磁通不能在鐵心閉合，需通過油箱壁閉合，從而在鐵箱等附件中發(fā)熱產生鐵損，大大增加了變壓器的損耗[3]。配電變壓器的總損耗可表示為：

當三相平衡時有：

此時的總損耗可以表示為：

當三相不平衡時，則會產生附加損耗，其大小如下式（4）所示：

由此可見，三相負荷不平衡越明顯，不平衡電流越大，則造成的變壓器附加損耗越高。

1.2三相不平衡的線路損耗計算

城市低壓配電網具有三相不對稱、負荷沿饋線分布不均勻且各下戶線的長度、負荷不相同的特點[4]，所以低壓配電網網損量與三相不平衡度有關，三相不平衡度由式（5）決定：

與之對應中線上流過的電流可以表示為：

為簡化計算，本文假設輸電線路各相電阻相同，則各相的損耗為：

令

則輸電線路的損耗可以寫作：

式中R0為中線的電阻。

1.3配網電能損耗分析

以玉溪配網的某一區(qū)域的400V用電情況為例，統(tǒng)計其配網總損耗，并分別計算變壓器和線路的損耗，而三相不平衡的損耗則按照1.1 和1.2的方法進行計算。該區(qū)域三個臺區(qū)在2014年1月的統(tǒng)計結果和理論計算的結果如表1所示。

表1　臺區(qū)損耗實測與計算結果

由統(tǒng)計和計算結果可知，配網的線損率在10%～20%左右，其中線路損耗所占比例較高，線路損耗一般是變壓器損耗的4～6倍。而通過理論計算可以得到三相負荷不平衡引起的附加損耗在總損耗中所占的比例較高，在25%～45%之間。因此若能夠合理配置三相負荷的接入，減少三相負荷不平衡的現象，則可以較大幅度的降低線損率，獲得較高的經濟收益。

2　基于遺傳算法的低壓配電網優(yōu)化配置方案

2.1遺傳算法基本流程

遺傳算法提供了一種求解復雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的通用框架,它不依賴于問題的領域和種類[32]。遺傳算法求解實際優(yōu)化問題的一般流程如下所示:

（1）編碼。通過將實際的優(yōu)化問題的解按照規(guī)則抽象成數學模型，映射到遺傳算法中。

（2）適應度函數選取，適應度函數根據具體的目標函數而定。（3）定義初始群體(P0），即具體問題的抽象和建模，包括確定選擇范圍和內在約束條件。

（4）規(guī)定群體大小(M）、和遺傳種植條件。這兩個參數的設置決定了算法收斂的速度。

（5）基本操作，通過選擇Φ、交叉Г、遺傳Ψ三種操作，將優(yōu)秀的個體遺傳，通過反復的操作獲得優(yōu)化結果。

2.2基于遺傳算法的負荷優(yōu)化配置

本文采用遺傳算法進行尋優(yōu)求解，其具體步驟為：

1）初始群體形成，將低壓配電網拆分為三個結構相同的電網,并引入0-1選擇變量代表負荷接入, 一個維數為3的數組來表示負荷的單相接入。每個單相負荷編碼向量為：

2）令適應度函數，即目標函數為：

4）根據父個體的遺傳概率進行選擇，將2個父輩染色體中的部分結構交換重組而生成新個體。以玉溪的豎茵坪臺區(qū)為例，四個用戶的交叉操作如表2所示。

表2　 交叉操作示例

通過計算適應度函數得到優(yōu)秀的父輩染色體，其染色體的片段（即四個用戶接入相的0-1編碼）如表2所示。、分別代表用戶接入A、B、C其中的一相。通過交叉操作，從而產生新的染色體。

5）個體變異，將群體中某個個體0-1編碼串中某些基因座上的單相負荷編碼串,按照變異概率進行反轉操作,構造新的個體,進行以上步驟來搜索，直到達到終止代數為止。

3　算例分析

根據所選擇算例的配網規(guī)模大小確定初始群體的大小，令M=200，計算可得優(yōu)化的結果。將優(yōu)化的計算結果，即長度為3n的編碼，還原成實際的接入方式。三個臺區(qū)中接入方式發(fā)生變化負荷最大的5個用戶的優(yōu)化接入方式對比結果如表3所示。

表3　優(yōu)化前后接入方式對比

根據優(yōu)化后的接入方式進行操作，以三個臺區(qū)2014年1月的負荷曲線為例進行仿真計算得出三個臺區(qū)的不平衡度（均值）和損耗的計算結果。如表4、表5所示。

表4　優(yōu)化前后各相不平衡度對比

表5　優(yōu)化前后損耗對比

由以上計算結果可知，采用本文所提出的優(yōu)化接入方式后，三相不平衡的現象會大幅下降，如表3中所示豎茵坪臺區(qū)中三相不平衡度從A相的28.2%下降至C相5.9%，蔣家坪從B相的26.9%下降至5.7%，杏家灣從A相33.5%下降至8.5%。與之對應，三個臺區(qū)的損耗也隨之下降，如表4所示。豎茵坪臺區(qū)的損耗由12%下降至7.4%，蔣家坪臺區(qū)的損耗由14.89%下降至8.6%，杏家灣臺區(qū)的損耗由15.7%下降至10.2%。

4　結論

由以往的統(tǒng)計結果可知，在輸電過程中配網低壓的損耗在所有輸電損耗中占得比例較高。為此本文以云南省電網某一實際區(qū)域為例對低壓配網的損耗進行了分析，指出在低壓配網中線路損耗遠遠高于變壓器損耗，其中由于三相不平衡引起的附加損耗是導致低壓配網損耗較高的主要因素。因此本文基于遺傳算法提出了單相負荷接入的優(yōu)化配置方案，給出了對應的流程與具體的操作步驟。最后經由仿真計算的結果證明，采用本文提出的優(yōu)化方案指導各單相的負荷接入可以有效降低各相的不平衡度，從而降低損耗。

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作者簡介：徐宏(1983-)，男，工程師，研究方向:電力市場。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.200