具有可行域内Steiner点寻优能力的配电网网架规划方法

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2019.12.013

摘要/Abstract

摘要： 文章研究配电网规划中网架规划的问题，提出了一种基于Steiner最小树的配电网网架规划新方法，解决了以往研究中没有考虑到的在规划中引入中间节点，并在可行域内寻优的问题。首先用路径描述方法建立了配电网网架规划的数学模型，然后将该数学模型转换成欧式Steiner最小树问题，并采用模拟退火算法求解。通过在算法中对Steiner点进行启发式搜索，实现了在可行域中搜索中间节点的方法，扩大了中间节点的选取范围，增大了搜索到全局最优解的概率。最后，通过算例分析验证了算法的性能和有效性。

关键词: 配电网规划, 路径描述, Steiner最小树, 模拟退火算法

Abstract: This paper mainly studies the problem of frame planning in distribution network planning. A new planning method for distribution network is proposed on the basis of Steiner Minimum Tree， which is to solve the problems with no consideration in the introduction of intermediate nodes and searching the best solution in the feasible areas in the planning of the previous research. Firstly， this paper establishes a mathematical model of distribution network planning using the path description method. Then it converts the mathematical model into a Euclidean Steiner Minimum Tree problem and uses the simulated annealing algorithm to solve it. By heuristically searching the Steiner point in the algorithm， we have made searching for intermediate nodes in feasible regions possible and we have expanded the selection range of intermediate nodes. In addition， we have also increased the probability of searching for a global optimal solution. Finally， the performance and effectiveness of the algorithm are verified by example analysis.

Key words: distribution network planning, path description, Steiner minimum tree, simulated annealing algorithm

中图分类号:

TM 715

施鹏佳，雷勇，张林垚，王秋琳，刘心，唐滢淇，董树锋. 具有可行域内Steiner点寻优能力的配电网网架规划方法[J]. 电力建设, 2019, 40(12): 104-112.

SHI Pengjia， LEI Yong， ZHANG Linyao， WANG Qiulin， LIU Xin， TANG Yingqi， DONG Shufeng. Distribution Network Planning Method with Feasible Domain-Wide Steiner Point Optimization Capability[J]. Electric Power Construction, 2019, 40(12): 104-112.

参考文献

［1］王锡凡. 电力系统优化规划［M］. 北京:水利电力出版社，1990.
［2］MIRANDA V， RANITO J V， PROENCA L M. Genetic algorithms in optimal multistage distribution network planning［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 1994， 9(4): 1927-1933.
［3］王方方. 基于改进遗传算法的配电网规划［D］. 上海: 上海交通大学， 2009.
WANG Fangfang. Distribution network planning based on improved genetic algorithm［D］. Shanghai: Shanghai Jiaotong University， 2009.
［4］盛四清，范林涛，李兴，等. 基于帕累托最优的配电网多目标规划［J］. 电力系统自动化， 2014， 38(15): 51-57.
SHENG Siqing， FAN Lintao， LI Xing， et al. Multi-objective planning of distribution network based on Pareto optimality［J］. Automation of Electric Power Systems， 2014， 38(15): 51-57.
［5］高炜欣，罗先觉. 基于蚂蚁算法的配电网网络规划［J］. 中国电机工程学报， 2004， 24(9):110-114.
GAO Weixin， LUO Xianjue. Improved ant algorithm for distribution network planning［J］. Proceedings of the CSEE， 2004， 24(9):110-114.
［6］于琳. 主动配电网多目标规划及控制分区研究［D］. 济南: 山东大学， 2017.
YU Lin. Research on multi-objective planning and control partition of active distribution network［D］. Jinan: Shandong University， 2017.
［7］麻秀范，崔换君. 改进遗传算法在含分布式电源的配电网规划中的应用［J］. 电工技术学报， 2011， 26(3): 175-181.
MA Xiufan， CUI Huanjun. An improved genetic algorithm for distribution network planning with distributed generation［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2011， 26(3): 175-181.
［8］王成山，陈恺，谢莹华，等. 配电网扩展规划中分布式电源的选址和定容［J］. 电力系统自动化， 2006， 30(3): 38-43.
WANG Chengshan， CHEN Kai， XIE Yinghua， et al. Siting and sizing of distributed generation in distribution network expansion planning［J］. Automation of Electric Power Systems， 2006， 30(3): 38-43.
［9］沈欣炜，朱守真，郑竞宏，等. 考虑分布式电源及储能配合的主动配电网规划-运行联合优化［J］. 电网技术， 2015， 39(7): 1913-1920.
SHEN Xinwei， ZHU Shouzhen， ZHENG Jinghong， et al. Active distribution network planning-operation co-optimization considering the coordination of ESS and DG［J］. Power System Technology， 2015， 39(7): 1913-1920.
［10］曾鸣，韩旭，李博. 考虑不确定性的多阶段主动配电网规划模型研究［J］. 电力建设， 2015， 36(1): 65-71.
ZENG Ming， HAN Xu， LI Bo. Study of multistage planning for active distribution networks under uncertainty［J］. Electric Power Construction， 2015， 36(1): 65-71.
［11］刘洪，范博宇，唐翀，等. 基于博弈论的主动配电网扩展规划与光储选址定容交替优化［J］. 电力系统自动化， 2017， 41(23): 38-45， 116.
LIU Hong， FAN Boyu， TANG Chong， et al. Game theory based alternate optimization between expansion planning of active distribution system and siting and sizing of photovoltaic and energy storage［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41(23): 38-45， 116.
［12］刘佳，程浩忠，徐谦，等. 安全距离理论下计及故障恢复的智能配电网随机规划［J］. 电力系统自动化， 2018， 42(5): 64-71.
LIU Jia， CHENG Haozhong， XU Qian， et al. Stochastic planning of smart distribution network based on security distance methodology considering fault recovery［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42(5): 64-71.
［13］范心明，陈锦荣，吴树鸿，等. 离散学习优化算法在含分布式电源的配网重构中的应用［J］. 电力系统保护与控制， 2018， 46(8): 156-163.
FAN Xinming， CHEN Jinrong， WU Shuhong， et al. Application of discrete learning optimization algorithm to distribution network reconfiguration considering distributed generation［J］. Power System Protection and Control， 2018， 46(8): 156-163.
［14］韩翔宇，刘涤尘，廖清芬，等. 斯坦纳树模型在含DG配电网规划中的应用［J］. 电力系统及其自动化学报， 2016， 28(6): 62-67.
HAN Xiangyu， LIU Dichen， LIAO Qingfen， et al. Steiner tree model for distribution network planning with DG［J］. Proceedings of the CSU-EPSA， 2016， 28(6): 62-67.
［15］苗增强，姚建刚，李婷，等. 改进的多目标遗传算法在配电网规划中的应用［J］. 电力系统及其自动化学报， 2009， 21(5): 63-67， 103.
MIAO Zengqiang， YAO Jiangang， LI Ting， et al. Application of improved multi-objective genetic algorithm in distribution network planning［J］. Proceedings of the CSU-EPSA， 2009， 21(5): 63-67， 103.
［16］孙明，董树锋，夏圣峰，等. 基于路径描述的馈线分区N-1可装容量计算方法［J］. 电力系统自动化， 2017， 41(16): 123-129.
SUN Ming， DONG Shufeng， XIA Shengfeng， et al. Path description based calculation method for available capacity of feeder partition satisfied with N-1 security criterion［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41(16): 123-129.
［17］徐成司，董树锋，孙洲，等. 基于网络简化和深度优先遍历的配电网路径搜索算法［J］. 电力系统自动化， 2017， 41(24): 170-176.
XU Chengsi， DONG Shufeng， SUN Zhou， et al. A path searching algorithm for distribution network based on network simplification and depth first traversal［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41(24): 170-176.
［18］ROMERORAMOS E， GOMEZEXPOSITO A， RIQUELMESANTOS J， et al. Path-based distribution network modeling: Application to reconfiguration for loss reduction［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2005， 20(2): 556-564.
［19］LLORENS-IBORRA F， RIQUELME-SANTOS J， ROMERO-RAMOS E. Mixed-integer linear programming model for solving reconfiguration problems in large-scale distribution systems［J］. Electric Power Systems Research， 2012， 88: 137-145.
［20］苏海锋，张建华，梁志瑞，等. 基于LCC和改进粒子群算法的配电网多阶段网架规划优化［J］. 中国电机工程学报， 2013， 33(4): 118-125.
SU Haifeng， ZHANG Jianhua， LIANG Zhirui， et al. Multi-stage planning optimization for power distribution network based on LCC and improved PSO［J］. Proceedings of the CSEE， 2013， 33(4): 118-125.
［21］韩祯祥. 电力系统分析［M］. 4版. 杭州: 浙江大学出版社， 2009.
［22］张瑾，马良. Steiner最小树问题及其应用［J］. 科学技术与工程， 2008， 8(15): 4238-4245， 4257.
ZHANG Jin， MA Liang. Steiner minimum tree problem and its implementation［J］. Science Technology and Engineering， 2008， 8(15): 4238-4245， 4257.
［23］严蔚敏，吴伟民. 数据结构［M］. 北京: 清华大学出版社， 1987.
［24］金慧敏，马良，王周缅. 欧氏Steiner最优树的快速算法［J］. 计算机应用研究， 2006， 23(5): 60-62.
JIN Huimin， MA Liang， WANG Zhoumian. Fast algorithms for finding optimal euclidean steiner tree［J］. Application Research of Computers， 2006， 23(5): 60-62.
［25］张瑾，顾剑锋，马良，等. 基于最优加权Steiner树的枢纽型物流中心选址问题［J］. 公路交通科技， 2009， 26(4): 143-147， 153.
ZHANG Jin， GU Jianfeng， MA Liang， et al. Location problem of junction logistic center based on optimal weighted steiner tree［J］. Journal of Highway and Transportation Research and Development， 2009， 26(4): 143-147， 153.
［26］HWANG F K， RICHARDS D S. Steiner tree problems［J］. Networks， 2010， 22(1):55-89.
［27］ARAGO M P D， WERNECK R. On the implementation of MST-based heuristics for the steiner problem in graphs［J］. Lecture Notes in Computer Science， 2002， 2409: 1-15.
［28］CHENG X Z， LI Y S， DU D Z， et al. Steiner trees in industry［J］. Handbook of Combinatorial Optimization， 2005.
［29］DU D Z， HWANG F K. The steiner ratio conjecture of gilbert and pollak is true［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 1990， 87(23): 9464-9466.
［30］METROPOLIS N， ROSENBLUTH A W， ROSENBLUTH M N， et al. Equation of state calculations by fast computing machines［J］. The Journal of Chemical Physics， 1953， 21(6): 1087-1092.
［31］庞峰. 模拟退火算法的原理及算法在优化问题上的应用［D］. 长春: 吉林大学， 2006.
PANG Feng. The principle of SA algorithm and algorithm's application on optimization problem［D］. Changchun: Jilin University， 2006.
［32］金慧敏. 欧氏Steiner最小树问题的智能优化算法研究［D］. 上海: 上海理工大学， 2005.
［33］陈根军，王磊，唐国庆. 基于蚁群最优的配电网规划方法［J］. 电网技术， 2003， 27(3): 71-75.
CHEN Genjun， WANG Lei， TANG Guoqing. An ant colony optimization based method for power distribution network planning［J］. Power System Technology， 2003， 27(3): 71-75.

[1]	黄家祺，张宇威，贺继锋，颜炯，朱旭，杨军. 一种考虑极限场景的配电网鲁棒扩展规划方法[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 67-74.
[2]	芮松华，刘海璇，王洪波，尹德扬，梅飞. 基于遗传-蚁群算法的交直流配电网分布式电源优化配置[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 9-17.
[3]	江帆，杨洪耕. 基于选择性贝叶斯分类的非侵入式负荷识别方法[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 94-.
[4]	贺继锋, 杜治，黄家祺，方仍存，周玉洁，刘源，杨军. 考虑储能站投资收益的配电网规划模型 [J]. 电力建设, 2017, 38(6): 92-.
[5]	欧阳邵杰，曾博，邱泽晶，史慧，李源非. 面向用户差异化需求的智能配电网综合资源优化规划和配置方法[J]. 电力建设, 2017, 38(2): 38-.
[6]	张雪松，周旋，李卓，周金辉，徐琛，陈冲，李正天，林湘宁. 面向能源互联网的未来配电网优化规划[J]. 电力建设, 2017, 38(2): 45-.
[7]	沈红宇，陈晋，归三荣，谈健，王喆，李扬. 新一轮电力改革对电网企业配电网规划的影响与对策[J]. 电力建设, 2016, 37(3): 47-51.
[8]	李鹏1，华浩瑞1，徐绍军2，常乾坤2. 基于分时电价模式的分布式风光发电就地消纳模型[J]. 电力建设, 2016, 37(12): 104-.
[9]	连恒辉，万凌云，刘洪，屈高强. 电动汽车充放电对配电网规划的影响[J]. 电力建设, 2015, 36(7): 33-39.
[10]	曾鸣，彭丽霖，樊倩男，李冉. 基于COA-EO混合算法的含DG的配电网Pareto最优规划[J]. 电力建设, 2015, 36(11): 1-9.
[11]	屈高强，李荣，董晓晶,康健,党东升，刘洪. 基于随机机会约束规划的有源配电网多目标规划[J]. 电力建设, 2015, 36(11): 10-16.
[12]	刘广一，张凯，舒彬. 主动配电网的6个主动与技术实现[J]. 电力建设, 2015, 36(1): 33-37.
[13]	崔凯，李敬如，赵娟. 法国配电网及其规划管理浅析[J]. 电力建设, 2013, 34(8): 112-115.