[发明专利]一种基于改进型蚁群算法的配网低电压自动治理方法

权利要求书

1.一种基于改进型蚁群算法的配网低电压自动治理方法，其特征在于，所述方法以10kV配网全部节点电压达到正常电压为约束条件，以治理方案投资成本最低为优化目标，通过对蚂蚁行进禁忌表进行限制，采用最优-最差蚂蚁系统对基本蚁群算法的信息素更新规则进行改进，提高算法的收敛速度；

所述优化目标的目标函数为：

式中，S为低电压治理花费的总费用，L_i为线路i改造的长度，为对应线路型号的单价，η为改造的总线路个数，为节点j新增无功补偿器价格，t为新增无功补偿器个数，为α节点新增调压器价格，l为新增的调压器个数；

约束条件为，V_a≥9.3KV(a＝1,2,…,γ)；

式中，V_a为a节点处电压值，γ为电网中总节点个数；

所述方法定义从初始节点到线路末端节点为一条支路，即若配网中有f个末端节点，就会有f条支路；并且定义初始节点到末端节点电压最低的线路为第一条支路，初始节点到末端节点电压次低的线路为第二条支路，以此类推初始节点到末端节点电压最高的线路为第f条支路；蚂蚁从初始节点沿第e条(e从1开始)支路行进，在经过线路和节点时，可能采取治理步骤，也可能不采取治理步骤，但会对经过的线路和节点进行记录；若蚂蚁走完第e条支路，没有完成低电压治理，则蚂蚁从第e条支路与第e+1条支路的分支节点处向电压次低的末端节点行进，重复上述治理步骤，直到完成蚂蚁完成其生命周期；

所述蚂蚁的生命周期包括两种情形：

(1)蚂蚁走到死路且没有完成低电压治理，即蚂蚁走到末端节点电压最高的节点能够采取的治理步骤并且没有完成低电压治理，导致没有可以继续执行的治理步骤，则将该蚂蚁从系统中删除；

(2)完成低电压治理，即10kV配网中所有节点的电压均大于9.3kV，这时该蚂蚁所走过的治理步骤即为一个可行的治理方案；

当蚂蚁完成其生命周期时就停止活动；当电网中所有节点的电压都在9.3kV以上时，蚂蚁便完成了一次路径访问，此时蚂蚁所经过的治理步骤就是一个可行的低电压治理方案；从蚁群的产生到所有蚂蚁的生命周期结束，将会有一部分蚂蚁找到问题的可行解，且可行解的数量小于或等于初始蚂蚁的总数；

在所述低电压治理中，某段线的线径可以修改成不同的型号，假如是两种，则记为两个能够采取的治理步骤；但在一次迭代过程中，只有其中一个治理步骤可能被采取；设在配网中能够采取的低电压治理步骤的总个数为n；C＝{c₁,c₂,…c_i,…,c_n}为n个低电压治理步骤的集合，其中c_i表示为第i步的治理步骤；L＝{l_ij|c_i,c_j∈C}是C中两两连接的集合，表示进行第i步治理步骤c_i后，下一步能够采取的治理步骤为c_j；G＝(C,L)是一个图，表示可行的配网低电压治理方案；已知各个治理步骤所需要的投资成本，基于改进型蚁群算法的配网低电压治理研究的求解目的就是从G中找出投资成本最小的低电压治理方案；设m是蚁群算法中一次迭代使用蚂蚁的数量，d_ij(i,j＝1,2,…,n)表示第j步治理步骤的投资成本；任一个蚂蚁k(k＝1,2,…,m)在运动的过程中，按下式的概率转移规则决定转移方向：

上式中：P_ij^k(t)表示在t时刻蚂蚁k从治理步骤c_i转移到c_j的概率；τ_ij(t)表示t时刻治理步骤c_i和c_j之间残留的信息素浓度；η_ij＝1/d_ij，表示边弧的能见度，反映由治理步骤c_i转移到c_j的启发程度，这个量在蚂蚁的运行中不变；α反映了蚂蚁在运动过程中所积累的信息在蚂蚁运动时所起到的作用，其值越大，该蚂蚁倾向于选择其他蚂蚁走过的治理措施，蚂蚁之间协作性越强，一般取1≤α≤5；β是描述蚂蚁行进时信息素和治理步骤价格相对重要性的参数，当值较大时，会导致局部最优治理方案上的信息正反馈作用极强，算法会过早的收敛，一般取1≤β≤5；allowed_k表示蚂蚁k下一步允许选择的城市；

所述方法对蚂蚁行进过程中选择下一个治理步骤的禁忌表入手进行算法改进；对于处于c_j步治理步骤的蚂蚁，按照概率转移公式P_ij^k(t)选择下一步可行的治理步骤c_j；其中蚂蚁k下一步允许选择的治理步骤为：

allowed_k＝{1,2,…,n}-tabu_k

式中，集合tabu_k为蚂蚁的禁忌表；蚂蚁k在行进过程中会对经过的线路和节点进行记录，tabu_k中保存蚂蚁k经过的线路、节点以及这些线路和节点之前靠近电源点的线路和节点中能够采取的治理步骤；

在一次迭代中，不允许蚂蚁再选择这些线路和节点以及这些线路和节点之前靠近电源点的线路和节点中能够采取的治理措施；

所述采用最优-最差蚂蚁系统对基本蚁群算法的信息素进行更新，并将信息素浓度的正反馈带入到以后的迭代过程中：

τ_ij(t+1)＝(1-ρ)*τ_ij(t)+Δτ_ij^best(t)

-Δτ_ij^worst(t),ρ∈(0,1)

其中，

式中，τ_ij(t)表示t时刻治理步骤c_i和治理步骤c_j之间的信息素量；表示t时刻治理步骤c_i和c_j之间信息素增量的最大值；表示t时刻治理步骤c_i和治理步骤c_j之间信息素增量的最小值；V_i为本次迭代最少的治理方案投资成本，V_best为当前最少的投资成本，V₂为本次迭代最多投资成本；Q₁、Q₂为信息素改变系数；ρ为信息素残留系数，1-ρ表示信息素的挥发系数；

所述信息素更新过程如下所示：

在迭代过程中，如果某只蚂蚁所走过的治理步骤完成低电压治理，则计算这只蚂蚁所形成的治理方案的成本，并进行变量更新；每次迭代完成后，计算可行的治理方案投资成本的最小值和最大值，作为可行的最优解和最差解。