徐　宏（云南電網(wǎng)有限責(zé)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(wǎng)降損優(yōu)化方案研究

徐宏
（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電公司,云南玉溪653100）

摘 要：本文針對國內(nèi)某配網(wǎng)進行研究，以實測數(shù)據(jù)對配網(wǎng)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(chǔ)上提出了一種基于遺傳算法的配網(wǎng)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(xiàn)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(jīng)過仿真實驗驗證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)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(wǎng)電能損耗的簡稱。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，在我國電網(wǎng)中220 kV 及以上網(wǎng)絡(luò)、110 kV 及 35 kV 網(wǎng)絡(luò)、10kV 及以下配電網(wǎng)絡(luò)的損耗之比為1.5∶1.1∶2.5，10kV及以下的配電網(wǎng)損耗占整個網(wǎng)絡(luò)損耗將近50%[1]。與之對應(yīng)，降低配網(wǎng)的電能損耗可以大幅降低輸電成本，獲得較大的經(jīng)濟效益。

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

為此，本文對電網(wǎng)損耗的主要構(gòu)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(xiàn)象，從而達到降低低壓配網(wǎng)損耗的目的。

1　低壓配電網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)使配電變壓器的二次側(cè)產(chǎn)生勵磁電流（即零序電流），由勵磁電流產(chǎn)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(chǎn)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(dāng)三相平衡時有：

此時的總損耗可以表示為：

當(dāng)三相不平衡時，則會產(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)網(wǎng)損量與三相不平衡度有關(guān)，三相不平衡度由式（5）決定：

與之對應(yīng)中線上流過的電流可以表示為：

為簡化計算，本文假設(shè)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(wǎng)電能損耗分析

以玉溪配網(wǎng)的某一區(qū)域的400V用電情況為例，統(tǒng)計其配網(wǎng)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(jié)果和理論計算的結(jié)果如表1所示。

表1　臺區(qū)損耗實測與計算結(jié)果

由統(tǒng)計和計算結(jié)果可知，配網(wǎng)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(xiàn)象，則可以較大幅度的降低線損率，獲得較高的經(jīng)濟收益。

2　基于遺傳算法的低壓配電網(wǎng)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(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的通用框架,它不依賴于問題的領(lǐng)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(shù)學(xué)模型，映射到遺傳算法中。

（2）適應(yīng)度函數(shù)選取，適應(yīng)度函數(shù)根據(jù)具體的目標(biāo)函數(shù)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(nèi)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(shù)的設(shè)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(fù)的操作獲得優(yōu)化結(jié)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(wǎng)拆分為三個結(jié)構(gòu)相同的電網(wǎng),并引入0-1選擇變量代表負荷接入, 一個維數(shù)為3的數(shù)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(yīng)度函數(shù)，即目標(biāo)函數(shù)為：

4）根據(jù)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(jié)構(gòu)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(yīng)度函數(shù)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(chǎn)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(zhuǎn)操作,構(gòu)造新的個體,進行以上步驟來搜索，直到達到終止代數(shù)為止。

3　算例分析

根據(jù)所選擇算例的配網(wǎng)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(jié)果。將優(yōu)化的計算結(jié)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(jié)果如表3所示。

表3　優(yōu)化前后接入方式對比

根據(jù)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(jié)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(jié)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(xiàn)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(yīng)，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(jié)論

由以往的統(tǒng)計結(jié)果可知，在輸電過程中配網(wǎng)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(wǎng)某一實際區(qū)域為例對低壓配網(wǎng)的損耗進行了分析，指出在低壓配網(wǎng)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(dǎo)致低壓配網(wǎng)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(yīng)的流程與具體的操作步驟。最后經(jīng)由仿真計算的結(jié)果證明，采用本文提出的優(yōu)化方案指導(dǎo)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