基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法，本发明专利技术将Huffman树算法的思想引入到了蚁群算法中，与蚁群算法混合，解决了单一的蚁群算法带来的计算量大，计算效率低，容易陷入局部最优的缺点，同时提高了解的质量，得到了使得配电网网损最小的新的辐射状结构，大大降低了因故障带来经济损失，并且有较高的可靠性。

Self-healing restoration method of distribution network based on hybrid of Huffman tree algorithm and ant colony algorithm

【技术实现步骤摘要】
基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法
本专利技术涉及配电网控制
，尤其涉及基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法。
技术介绍
随着社会经济的发展，配电网中故障带来的经济损失对社会的影响越来越大，而配电网的自愈技术是配电自动化的重要特征和核心技术之一。配电网自愈的核心就是在配电网发生故障时通过改变分段开关和联络开关的状态，重新构造供电网络，最大限度地缩小停电损失和停电时间。而配电网的重构是一个多目标、多维数、多目标，多约束的组合优化问题，而目前解决重构问题的方法主要有三种：①数学优化算法，包括线性规划方法等；②启发式算法，包括支路交换法、最优流模式等；③人工智能算法，主要包括人工神经网络，模拟退火算法、遗传算法、蚁群算法，粒子群算法等。其中数学优化算法的特点是以解析的方法求一个全局最优解，其缺点是计算量大，且难以满足实际的要求；启发式算法速度快，开销小，但是打开开关的次序缺乏理论依据，有待进一步改进；人工智能算法是目前运用较为广泛的一种算法，能够很好的解决配电网故障时的重构问题,但是人工智能算法受系统的初始状态的影响较大，而且稳定性和计算效率不是很高。那么关键问题就是在使用人工智能算法的基础上，对其计算效率和计算的准确性进行一定的改进，能够在配电网发生故障后及时有效的完成网络重构，从而达到自愈的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术针对蚁群算法运用于配电网重构中的计算量大，且容易陷入局部收敛的问题进行了改进，将最小生成树算法融合与蚁群算法中，能够在有效的时间内提高计算效率，加速收敛，且使得配电网在满足辐射状的结构下，达到配电网的网损最小，从而在配电网发生故障的时候能够重新规划其运行方式，自动故障恢复，且经济损失最低。为了能够很好的解决以上问题，本专利技术所采取的方案为以下几个步骤：步骤一：对配电网重构前的初始数据进行提取，这主要包括各个节点的有功无功功率，节点电压，节点间阻抗，以及各开关的开关状态，打开设置状态值为0，闭合设置状态值为1步骤二:记录配电网发生故障前各开关状态，并计算出网损值。步骤三：利用Huffman树算法和蚁群算法的混合算法对故障后的配电网实施重构，通过蚁群算法能够遍历配电网各个节点，然后再使用Huffman树算法对局部节点进行更加详细的规划，使配电网能够满足辐射状结构。步骤四：每形成一次辐射状网络都需进行一次潮流计算。并计算一次网损，通过蚁群算法进行多次迭代，通过蚁群不断地释放信息素，随着信息素的更新，目标函数网损也会越来越小，知道完成设置的迭代次数，那么此时的网损最小，也就是所得到的最优解。步骤五：而迭代结束后形成的辐射状的网络就是最优的解，而相应开关的状态便发生变化，即完成配电网故障的重构。上述过程中，步骤一中是在配电系统正常运行情况下下，提取各项数据，其中分段开关和联络开关的状态较为关键。上述过程中，步骤二中通过潮流计算出正常运行下的各节点的数据，以网损最小为目标函数，其表达式为其中L为系统支路数；i为支路编号；ri为支路i的电阻；Pi和Qi为支路i注入有功功率和无功功率；Ui为支路i功率注入节点电压幅值；ki为开关状态变量。上述过程中，步骤三的具体过程为：(1)t＝0时刻，蚂蚁从电源点k出发，记为(2)蚂蚁k在t时刻先以概率Ptk随机从集合群中选择边j(s-w)；(3)检查是否集合中中包含w？如果包含则断开j，返回(2),否则执行下一步；(4)更新两个节点间的集合，令(5)检查Wtk是否为空集？若是，则结束以上操作，所有的负荷节点都被连入了Huffman树；否则执行下一步；(6)更新集合其中为第k只蚂蚁t时刻连入树的节点集合，Wtk为第k只蚂蚁t时刻连入树的节点集合，为t时刻在两节点集合间所有可选路径的集合，Ptk为t时刻各条路径上的信息素概率，为t时刻中引入新的可选边的集合。上述过程中，步骤四中蚂蚁的每次游历都会在路径上留下信息素，使得一定次数的迭代后，蚁群朝着最优路径的线路游历，即得出最优解。且蚂蚁k从节点w选择移动到节点j的概率为：其中表示下一步蚂蚁可行路径的集合，Zsw表示边(s-w)的能见度，T和U为两个参数，分别反映了蚂蚁在运动过程中所积累的信息和启发信息在蚂蚁选择路径中的相对重要性。上述过程中，步骤五中由混合的新型人工智能算法完成了配电网故障区域段的重构，及时的自动调整分段开关和联络开关的状态，在恢复故障接点供电的同时达到网络损耗最小。本专利技术所涉及到的配电网故障自愈的控制方法，是将两种算法进行混合，在较快的时间内完成配电网故障后的重构，并且使得网损最小，但是同时配电网需要满足相应各项约束，如下所示：潮流约束：Ai＝I(A为支路关联矩阵，i为所有支路复电流矢量，I为所有节点复电流注入矢量)电压约束：ULK≤UK≤UUK(节点K的电压满足电压上下限的约束)容量约束：Si≤Simax，St≤Stmax(支路i流过的功率不超过功率的最大容许值，变压器流出的功率不超过功率的最大容许值)结构约束：g∈G(重构后的网络符合辐射状结构)本专利技术的有益效果在于：本专利技术是基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法，与现有技术相比，本专利技术将Huffman树算法的思想引入到了蚁群算法中，与蚁群算法混合，解决了单一的蚁群算法带来的计算量大，计算效率低，容易陷入局部最优的缺点，同时提高了解的质量，得到了使得配电网网损最小的新的辐射状结构，大大降低了因故障带来经济损失，并且有较高的可靠性。附图说明图1为配电网发生故障后自愈控制方法流程图。图2为基于Huffman算法与蚁群算法混合实现配电网重构流程图。图3为配电网重构前的IEEE33节点的网络节点图。图4为配电网重构后的节点网络重构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：本专利技术提出将Huffman树算法与蚁群算法混合的一种新型的人工智能算法，它能够很好的解决配电网故障后重构时间长的问题，在原有的蚁群算法上加入了Huffman树的思想，能够在保证全局最优的情况下，实现配电网快速形成新的辐射状运行结构。如图1所示，主要为配电网发生故障到恢复到正常运行的一个流程图，本专利技术主要针对“形成恢复方案”，“执行开关操作”，“修复故障网络恢复”进行相应的操作，并给出较好的实施例的具体方法如下：以经济可靠作为实施的目的，该实施例中将系统最小网损作为目标函数，其表达式如下：式中r为支路阻抗，i为支路，其他元素均为变量，会随着配电网的潮流变化而变化，而开关的状态变量是由新型混合算法结果来确定。同时，在配电网恢复的过程中，必须要满足潮流约束，电压约束，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法，其特征在于：采取的方案为以下几个步骤：/n步骤一：对配电网重构前的初始数据进行提取，这主要包括各个节点的有功无功功率，节点电压，节点间阻抗，以及各开关的开关状态，打开设置状态值为0，闭合设置状态值为1；/n步骤二：记录配电网发生故障前各开关状态，并计算出网损值；/n步骤三：利用Huffman树算法和蚁群算法的混合算法对故障后的配电网实施重构，通过蚁群算法能够遍历配电网各个节点，然后再使用Huffman树算法对局部节点进行更加详细的规划，使配电网能够满足辐射状结构；/n步骤四：每形成一次辐射状网络都需进行一次潮流计算。并计算一次网损，通过蚁群算法进行多次迭代，通过蚁群不断地释放信息素，随着信息素的更新，目标函数网损也会越来越小，知道完成设置的迭代次数，那么此时的网损最小，也就是所得到的最优解；/n步骤五：而迭代结束后形成的辐射状的网络就是最优的解，而相应开关的状态便发生变化，即完成配电网故障的重构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法，其特征在于：采取的方案为以下几个步骤：
步骤一：对配电网重构前的初始数据进行提取，这主要包括各个节点的有功无功功率，节点电压，节点间阻抗，以及各开关的开关状态，打开设置状态值为0，闭合设置状态值为1；
步骤二：记录配电网发生故障前各开关状态，并计算出网损值；
步骤三：利用Huffman树算法和蚁群算法的混合算法对故障后的配电网实施重构，通过蚁群算法能够遍历配电网各个节点，然后再使用Huffman树算法对局部节点进行更加详细的规划，使配电网能够满足辐射状结构；
步骤四：每形成一次辐射状网络都需进行一次潮流计算。并计算一次网损，通过蚁群算法进行多次迭代，通过蚁群不断地释放信息素，随着信息素的更新，目标函数网损也会越来越小，知道完成设置的迭代次数，那么此时的网损最小，也就是所得到的最优解；
步骤五：而迭代结束后形成的辐射状的网络就是最优的解，而相应开关的状态便发生变化，即完成配电网故障的重构。


2.根据权利要求1所述的基于Huffman树算法与蚁群算法混合的配电网自愈恢复方法，其特征在于：步骤二中通过潮流计算出正常运行下的各节点的数据，以网损最小为目标函数，其表达式为其中L为系统支路数；i为支路编号；ri为支路i的电阻；Pi和Qi为支路i注入有功功率和无功功率；Ui为支路i功率注入节点电压幅值；ki为开关状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟建伟，谭爱国，廖红华，王力，张钦惠，王智方，董伟广，周璨，杨向东，解国伦，姚刚华，
申请(专利权)人：湖北民族大学，湖北英孚电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42