基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法技术

本发明专利技术提供了基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法。所述方法包括以下步骤：输入配电网络生成所需的数据，并初始化所需矩阵；进行初步的配电网络生成决策；对所有节点检查是否孤立，并修正孤立节点；对所有生成线路检查是否存在双电源供电情况，并修正双电源线路；对所有生成线路检查是否为孤链，并修正孤链；输出无环网无孤岛配电网络的branch矩阵和邻接矩阵。本发明专利技术为了减少配电网一次系统网架规划过程中生成的大量不满足网架约束的网架，提出一种无环网无孤岛配电网络生成方法，而且由于是基于branch矩阵生成一次系统网架，该方法的结果能更便于和一次系统网架规划过程后续的潮流计算和可靠性计算对接。

Generation method of distribution network without ring and Island based on branch matrix

【技术实现步骤摘要】
基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法
本专利技术涉及配电网一次系统网架规划领域，尤其涉及一种基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法。
技术介绍
配电网一次系统网架规划流程一般是给定新建园区控规图，预测各个地块的负荷大小，规划每个地块的电房选址，规划新建园区内变电站与各电房的连接关系，形成包含多馈线的配电网一次系统网架。其中，采用数学建模和智能算法优化的方法规划新建园区内变电站与各电房的连接关系时，经常需要生成许多配电网一次系统网架，这些新网架是智能算法在解空间寻优的新搜索范围，并根据新生成的一次系统网架计算其可靠性、经济性和潮流等指标，来判断该网架的优劣，以此作为迭代寻优的依据。通常，对配电网网架有一定的约束条件，这些约束包括网架的辐射状约束、所有负荷点能与电源点连通的约束、一条馈线不能由两个电源点供电的约束。而在生成配电网一次系统网架时，目前主流的生成方法之一是随机生成的方法(基于改进二进制入侵杂草优化算法的主动配电网网架规划，CN108229755A)，这种方法虽然实现起来比较简单，但会使得智能算法在寻优时产生许多不满足网架约束的不可行解。面对这些不可行解，大多数的做法是让该解对应的目标函数计算中加入一个惩罚项，使得寻优过程中尽量远离该不可行解，但这使得智能优化算法在配电网一次系统网架规划这个问题上寻优效率很低。还有另外一种主流的网架生成算法是最小生成树算法(基于负荷点聚类分区并计及地理因素的配电网网架规划方法，CN108429257A)，可以实现对所有的点生成最少的边，使得这些点之间满足连通性、这些边组成的网架满足辐射性，但是难以运用在同时生成多个辐射状配电网络的情况下，因为这种算法是对一个点集中的所有点生成一个辐射状网络。branch矩阵是除了邻接矩阵以外，表达图的另外一种方式，该矩阵的每一行存放的是图中的路的相关信息，例如两端节点编号、路的长度等等(这里所述的“路”即图论中“边”的概念)。branch矩阵尤其适合表达邻接矩阵很稀疏的图，它能使得这类图的储存空间比用邻接矩阵存储的情况小得多。配电网一次系统的网架被抽象成由节点和节点之间的路组成的图后，正是邻接矩阵较稀疏的图。配电网的规模越大、电气节点数目越多，则其邻接矩阵越稀疏，因为配电网节点的出线度较小，负荷点的出线度一般不超过5，而且配电网节点的出线度不随配电网规模的增大而增大，配电网包含电气节点的多少不影响节点的出线度。目前的配电网网架生成方法大多是基于邻接矩阵的形式，没有基于branch矩阵形式的，而配电网规划中的潮流计算、可靠性计算等步骤使用branch矩阵形式表达配电网网架会更方便。综上，现有的配电网规划中的配电网网架生成技术存在难以一次性生成多个满足辐射状约束、所有负荷点能与电源点连通的约束、一条馈线不能由两个电源点供电的约束的配电网网架的不足，也不存在基于branch矩阵形式的配电网网架生成方法。因此，本专利技术提出了一种配电网络生成方法，使得生成出来的配电网一次系统网架已经满足网架约束。而且本方法是基于branch矩阵生成网架的，生成的网架也是表达为branch矩阵的形式，该模式十分便于配电网一次系统网架规划流程中后续的潮流计算和可靠性计算，网架的branch矩阵只需经过少量简单的处理便可直接作为MATLAB平台中的matpower潮流计算工具的输入，根据潮流计算结果对branch矩阵进行少量简单的处理便可作为可靠性算法的输入。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，大大减少了智能算法在求解配电网一次系统网架规划的寻优过程中产生的不可行解，还使得生成的网架的表达形式更便于与后续的潮流计算和可靠性计算对接。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，包括以下步骤：S1、输入配电网络生成所需的数据，并初始化所需矩阵；S2、进行初步的配电网络生成决策；S3、对所有节点检查是否孤立，并修正孤立节点；S4、对所有生成线路检查是否存在双电源供电情况，并修正双电源线路；S5、对所有生成线路检查是否为孤链，并修正孤链；S6、输出无环网无孤岛配电网络的branch矩阵和邻接矩阵，完成基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络的生成。进一步地，步骤S1中，配电网络生成所需的数据包括新建园区的负荷点数量及其编号、新建园区的电源点数量及其编号、各电气节点之间的能否直接建立馈线连接关系；其中，所述各电气节点即负荷点与电源点，所有电气节点的编号从1开始，按照从负荷点再到电源点的顺序编号；其中，各电气节点之间的能否直接建立馈线连接关系可以用branch矩阵表示；负荷点数量及其编号、电源点数量及其编号可以统一用bus矩阵表示；branch矩阵的每一行表示两个电气节点之间可以直接建立馈线连接关系，即可以建设配电网线路的馈线段；branch矩阵的第一列存放该馈线段的首节点，第二列存放该馈线段的末节点；首节点定义为该馈线段的两端节点中，编号较小的电气节点；末节点定义为该馈线段的两端节点中，编号较大的电气节点；bus矩阵的每一行存放一个电气节点的信息，第一列存放该电气节点的编号，第二列存放该电气节点的性质，用1表示该电气节点为负荷点，用2表示该电气节点为电源点；bus矩阵的行数即为新建园区内的电气节点数量，存放在变量num_node中；在进入后续步骤之前，首先对branch矩阵的每一行按照第一列元素的大小进行从小到大的排序，以保证首节点一样的馈线段在相邻的行，方便后续步骤对branch矩阵的搜索。进一步地，步骤S1中，初始化所需矩阵包括以下步骤：S1.1、branch矩阵的第三列初始化为0，用以存放该馈线段是否投入建设形成网架的组成部分，用1表示建设，用0表示不建设；S1.2、设置一个维数等于num_node的行向量net_num，令其各元素初始化为0，用以存放每个电气节点所属子网络的编号；凡是两个电气节点之间存在拓扑上的连通性，则认为它们属于同一个子网络；一般新建园区包括多少个电源点，就会产生多少个子网络；行向量net_num用于方便判断两个电气节点之间的拓扑连通性，从而便于检查网架的双电源馈线、环网、孤链的情况；S1.3、设置一个维数等于num_node的行向量net_cxd，令其各元素初始化为0，用以存放每个电气节点的出线度，即表示该电气节点作为多少条拟建设的馈线段的端节点；行向量net_cxd用于方便对该网架进行拓扑搜索的过程，拓扑搜索是修正双电源馈线、环网、孤链等情况必不可少的一步；S1.4、设置一个维数不确定的行向量node_notfirst，先初始化为一维，值为0，用以存放没有作为过馈线段首节点的电气节点；行向量node_notfirst随着步骤S2中对branch的搜索过程而扩充；S1.5、初始化一个变量netnum_temporary为1，作为下一个被赋予的子网络编号的值；每次对一个子网络进行赋予新编本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、输入配电网络生成所需的数据，并初始化所需矩阵；/nS2、进行初步的配电网络生成决策；/nS3、对所有节点检查是否孤立，并修正孤立节点；/nS4、对所有生成线路检查是否存在双电源供电情况，并修正双电源线路；/nS5、对所有生成线路检查是否为孤链，并修正孤链；/nS6、输出无环网无孤岛配电网络的branch矩阵和邻接矩阵，完成基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络的生成。/n

【技术特征摘要】
1.基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、输入配电网络生成所需的数据，并初始化所需矩阵；
S2、进行初步的配电网络生成决策；
S3、对所有节点检查是否孤立，并修正孤立节点；
S4、对所有生成线路检查是否存在双电源供电情况，并修正双电源线路；
S5、对所有生成线路检查是否为孤链，并修正孤链；
S6、输出无环网无孤岛配电网络的branch矩阵和邻接矩阵，完成基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络的生成。


2.根据权利要求1所述基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，其特征在于，步骤S1中，配电网络生成所需的数据包括新建园区的负荷点数量及其编号、新建园区的电源点数量及其编号、各电气节点之间的能否直接建立馈线连接关系；其中，所述各电气节点即负荷点与电源点，所有电气节点的编号从1开始，按照从负荷点再到电源点的顺序编号；
其中，各电气节点之间的能否直接建立馈线连接关系用branch矩阵表示；负荷点数量及其编号、电源点数量及其编号统一用bus矩阵表示；branch矩阵的每一行表示两个电气节点之间可以直接建立馈线连接关系，即可以建设配电网线路的馈线段；branch矩阵的第一列存放该馈线段的首节点，第二列存放该馈线段的末节点；首节点定义为该馈线段的两端节点中，编号较小的电气节点；末节点定义为该馈线段的两端节点中，编号较大的电气节点；bus矩阵的每一行存放一个电气节点的信息，第一列存放该电气节点的编号，第二列存放该电气节点的性质，用1表示该电气节点为负荷点，用2表示该电气节点为电源点；bus矩阵的行数即为新建园区内的电气节点数量，存放在变量num_node中；
在进入后续步骤之前，首先对branch矩阵的每一行按照第一列元素的大小进行从小到大的排序，以保证首节点一样的馈线段在相邻的行，方便后续步骤对branch矩阵的搜索。


3.根据权利要求1所述基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，其特征在于，步骤S1中，初始化所需矩阵包括以下步骤：
S1.1、branch矩阵的第三列初始化为0，用以存放该馈线段是否投入建设形成网架的组成部分，用1表示建设，用0表示不建设；
S1.2、设置一个维数等于num_node的行向量net_num，令其各元素初始化为0，用以存放每个电气节点所属子网络的编号；凡是两个电气节点之间存在拓扑上的连通性，则认为它们属于同一个子网络；新建园区包括多少个电源点，就会产生多少个子网络；行向量net_num用于方便判断两个电气节点之间的拓扑连通性，从而便于检查网架的双电源馈线、环网、孤链的情况；
S1.3、设置一个维数等于num_node的行向量net_cxd，令其各元素初始化为0，用以存放每个电气节点的出线度，即表示该电气节点作为多少条拟建设的馈线段的端节点；行向量net_cxd用于方便对该网架进行拓扑搜索的过程；
S1.4、设置一个维数不确定的行向量node_notfirst，先初始化为一维，值为0，用以存放没有作为过馈线段首节点的电气节点；行向量node_notfirst随着步骤S2中对branch的搜索过程而扩充；
S1.5、初始化一个变量netnum_temporary为1，作为下一个被赋予的子网络编号的值；每次对一个子网络进行赋予新编号的操作后，该值都会被加1。


4.根据权利要求1所述基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，其特征在于，步骤S2中，对矩阵branch第一列元素按照电气节点的编号从1到num_node进行遍历并决策每一行代表的馈线段是否建设，具体如下：
遍历时，选定当前搜索的电气节点编号，若它在branch矩阵第一列中没有出现过，则将这个编号存入向量node_notfirst；若它在branch矩阵第一列中有出现，那么以此当前搜索的节点编号所表示的节点为首节点的馈线段的在branch矩阵中的行数都是相邻的，记为row1～row2；对这些相邻的、首节点都是当前选定的节点编号所表示的节点的馈线段，通过给定随机数确定是否建设；具体地，对row1～row2的第三列元素赋值round(rand)，其中，rand表示属于区间(0,1)内服从均匀分布的随机数，round表示四舍五入取整操作；
然后，检查当前选定的节点编号所表示的节点是否为孤立节点；孤立节点是指该电气节点不是任何一条拟建设的馈线段的端节点，即孤立节点的出线度为0；通过行向量net_cxd检查当前选定的节点编号所表示的节点的出线度，若该节点的出线度为0，而且branch矩阵的row1～row2行的第三列元素都为0，则表示该节点为孤立节点；若该节点的出线度不为0，或者branch矩阵的row1～row2行的第三列元素不全为0，则表示该节点不是孤立节点；当前选定的节点编号所表示的节点作为首节点的馈线段对应branch矩阵的row1～row2行，当前选定的节点编号所表示的节点作为末节点的馈线段出现在branch矩阵的1～(row1-1)行中，所以当前选定的节点编号所表示的节点作为首节点或末节点的馈线段都已经作过决策；若检查结果显示当前选定的节点编号是孤立节点，则随机指定row1～row2中的一行所代表的馈线段，令该行第三列元素等于1；
然后，检查针对当前选定的节点编号，在row1～row2行的馈线段的决策过程中，是否产生环网，若产生环网则需要修正；具体地，有两项检查内容：一是对照向量net_num，检查row1～row2行中第三列元素为1的馈线段的首节点和末节点的子网络号是否为相等的正数，若是，则令该行的第三列元素为0；二是对照向量net_num，挑出row1～row2行中第三列元素为1的馈线段，两两比较这些馈线段的末节点的子网络号是否为相等的正数，若是，则随机选择两者之一的馈线段，令其第三列元素为0；至此，完成对当前选定的电气节点的相关馈线段初步决策。


5.根据权利要求4所述基于branch矩阵的无环网无孤岛配电网络生成方法，其特征在于，最后，需要针对完成的初步决策，更新相关节点的出线度和子网络号，具体如下：
遍历row1～row2行中第三列元素为1的馈线段，令该馈线段的首节点和末节点的出线度加1，相应修改向量net_cxd；
遍历row1～row2行中第三列元素为1的馈线段，对照向量net_num，若该馈线段的首节点和末节点的子网络号为0，即从来没有被赋予过子网络号，则赋予这两个节点新的子网络号...

【专利技术属性】
技术研发人员：林丹，李富盛，余涛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44