基于正则化的智能变电站地化线路安装位置优化_孙永强.pdf

行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications基于正则化的智能变电站地化线路安装位置优化孙永强（重庆翰森建筑工程有限公司,重庆 409000）摘要:为有效降低地化线路的建设费用与损耗费用，以智能变电站地化线路作为研究对象，设计基于正则化的安装位置优化方法。将地化线路安装位置选取问题转换为非线性、多约束、多目标的综合性问题，构建地化线路综合费用计算公式，通过以惩罚因子形式引入地理信息因素，统一地化线路投资与运行费用以及安装费用，构建安装位置选取的数学模型。利用中心化与平衡预处理阶段，实现安装位置优化。所提优化方法极大程度缩减了地化线路建设费用、安装费用以及网损费用，优化后地化线路位置避免了难以安装的范围，使供电质量与安全得到保证。关键词:智能变电站；安装位置优化；正则化参数中图分类号：TP18文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0134-05Optimizing the Installation Position of Geochemical Linesin Smart Substations Based on RegularizationSUN Yong-qiang(Chongqing Hansen Construction Engineering Company,Chongqing 409000 China)Abstract:In order to effectively reduce the construction cost and loss cost of the localization line,the localization line of intelligent substa-tion is taken as the research object,and the installation location optimization method based on regularization is designed.In thispaper,the problem of location selection is transformed into a nonlinear,multi constrained and multi-objective comprehensiveproblem,and the calculation formula of comprehensive cost of geochemical line is constructed.By introducing geographic infor-mation factor in the form of punishment factor,the investment and operation cost and installation cost of localization line are uni-fied,and the mathematical model of selection of installation location is constructed.The installation position is optimized by us-ing the centralization and balance pretreatment stage.The proposed optimization method greatly reduces the construction cost,in-stallation cost and network loss cost of geochemical lines.After optimization,the location of geochemical lines avoids the scopethat is difficult to install,and ensures the quality and safety of power supply.Keywords:smart substation;installation location optimization;regularization parameter收稿日期:2020-09-22DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0134-05.1引言经济与电力的快速发展，推动着国家电力工业的城市电网规划进程，配电网规划工程是一项含有空间负荷预测、地化线路安装位置优化、配电网络优化等庞大且复杂内容的系统化任务1。其中，电网规划的最基础环节即为地化线路安装位置优化规划，地化线路是研究智能变电站地理环境的化学迁移转化规律的线路，是一个较为复杂的多级开放线路系统，其形成过程贯穿各地理要素和结构单元之间的能量或者物质转换。传统的智能变电站地化线路安装位置一般在控制室中，采用电缆直接采样。智能变电站地化线路是化学光纤连接构成的实回路。特定区域易受环境、发展潜力以及经济等综合因素的影响，制定合理的地化线路安装位置策略直接决定未来配电网的网架结构，影响整个电力系统的输电质量与电网运行的经济性、安全性以及灵活性，在电力系统规划任务中占据着重要的地位，具有承上启下的重要作用2。国内外众多学者研究发现，由于地化线路安装位置优化问题具有多个特性，例如多约束性、多目标性等，故将其归结为复杂的大规模、非线性混合整数优化问题。为了更好地解决上述问题，以正则化方法作为策略基础，提出一种智能变电站地化线路安装位置优化方法。各费用与地理信息因素的统一化，解决了位置选取过程中存在的可量化因素与非可量化因素难以统一的问题，令地化线路安装位置选取的综合模型设计有效实现；将指标简化为地化线路投资费用、损耗费用以及地理信息因素，降低模型复杂度，提升计算速度与位置合理性。2智能变电站地化线路安装位置数学模型构建从根本上来说，地化线路安装位置的选取并不是只考虑安装费用的单一问题，而是一个非线性、多约束、多目标134自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications的综合性问题，需要将地化线路的所有费用全部折算在每年的费用中，因此，构架下列地化线路的综合费用计算公式：(1)公式(1)中，SI表示地化线路的年投资费用，SR表示年运行费用，LI表示预估的安装地化线路年投资费用，LR表示网损费用，其中，获取的地化线路年投资费用，表达式如下所示：(2)公式(2)中，C表示地化线路变压器、其余配电装置以及与建设、安装相关的新建投资费用总和，r0表示贴现率，t表示地化线路折旧年限。式(1)中的SR具体包括地化线路使用一年期间的变压器电损费用、维护费用以及折旧费用等3；LI主要包括不同出线的不同投资费用，将总出线投资转换成地化线路的年投资费用，表达式如下所示：(3)公式(3)中，Lj表示单位长度地化线路投资费用，l表示地化线路安装折旧年限，dj表示变电站与用电负荷点j间的地化线路长度，J表示提供的用电负荷集合。地化线路年损耗费用用式(1)中的LR表示，指代地化线路在输电阶段的损耗费用，将其添加到地化线路安装位置选取的综合费用中，通过优化安装位置，可有效降低线路损耗，节约部分支出。年损耗费用LR的表达式如下所示：(4)公式(4)中，Wj表示第j点负荷的有功功率，地化线路网损折算系数为，计算公式如下所示：(5)公式(5)中，1表示单位电能损耗折价系数，2表示地化线路单位长度电阻，3表示地化线路年损耗小时数为，U表示线电压，cos表示功率因数4。通过以惩罚因子形式引入地理信息因素，统一地化线路投资与运行费用以及安装费用，构建安装位置选取的数学模型，解决位置选取过程中存在的可量化因素与非可量化因素难以统一的问题5。令地化线路安装位置选取的综合模型设计有效实现，综合模型表达式如下所示：(6)公式(6)中，待安装的地化线路数量为N，待安装地化线路区域中无法安装或安装具有一定难度的地段数量为K，第i个地化线路安装位置与第j个用电负荷点间的地化线路长度为dij，计算公式如下所示：(7)公式(7)中，第i个地化线路安装位置的坐标为(xi,yi)，第j个用电负荷点位置的坐标为(xij,yij)。安装位置选取模型的各项约束条件分别描述如下：(1)地化线路容量约束条件如下式所示：(8)公式(8)中，地化线路容量为S。(2)下列表达式为智能变电站的供电半径约束条件：(9)公式(9)中，供电半径限制为D。(3)地化线路安装位置的地理约束条件表达式如下所示：(10)公式(10)中，Dk表示待安装地化线路区域中无法安装或者具有安装难度的范围半径，待安装地化线路位置与无法安装或者具有安装难度的区域中心距离为dik，假设待安装地化线路位置的坐标数据为(xi,yi)，无法安装或者具有安装难度的区域中心坐标数据为(xk,yk)，则两者之间距离dik的计算公式为：(11)由上述约束条件可推导出下列条件关系式：(12)公式(12)中，惩罚因子用P表示，指代在无法安装区域中选取位置的惩罚。若选取的位置在要求范围以外，惩罚失效；反之，则进行有效惩罚6。为降低模型复杂度，提升计算速度，增加位置合理性，将指标简化为地化线路投资费用、损耗费用以及地理信息因素，构建下列约束条件不变的综合模型简化表达式：(13)3智能变电站地化线路安装位置优化由于可选取的安装位置范围较大，故采用正则化方法求解简化后的综合模型表达式，通过中心化与平衡预处理阶段，实现安装位置优化7。3.1中心化处理安装位置的坐标值xi、yi以及与无法安装或者具有安装难度的区域中心距离dik均为固定值，决定着地化线路安装的相对位置关系，由此建立下列矩阵表达式优化地135行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications化线路安装位置：(14)通过上式可以看出，安装位置的坐标值xi、yi以及与无法安装或者具有安装难度的区域中心距离dik都会直接影响矩阵结果。采用下列表达式中心化处理地化线路安装位置的横向坐标xi：(15)(16)公式(16)中，i表示安装位置的个数，取值范围是i=1,2,n。同理，分别对地化线路安装位置的纵向坐标yi以及与无法安装或者具有安装难度的区域中心距离dik实施中心化处理，将初始的xi、yi与dik用经过中心化处理的、与替代，并代入式(14)矩阵方程中。3.2平衡预处理为降低优化矩阵的条件数，对矩阵展开平衡预处理，架构下列非奇异矩阵B表达式：(17)公式(17)中，mi表示基于 2 范数的对角矩阵，表达式如下所示：(18)公式(18)中，矩阵的b行向量用ai表示。3.3正则化反演与参数设定采用正则化方法将约束泛函引入反演的目标函数中，将不适定问题变得适定化，用一组与原问题临近的适定问题解，逼近原问题解，获取一个稳定的近似解，优化地化线路安装位置。故利用下列表达式界定正则化的近似解：(19)公式(19)中，正则化参数为，取值范围是 0，预估的安装位置正则化横坐标初始近似解为x0。利用下列公式计算正则化模型：(20)通过奇异值分解F，得到下列表达式：(21)公式(21)中，正交矩阵分别为Q=(q1,q2,qn)与V=(v1,v2,vn)，各含有F奇异值的左奇异矢量与右奇异矢量，=diag(1,2,n)，其中，F奇异值为i，按降序排列奇异值，可得到下列不等式：(22)根据标准形式的正则化模型可知，x0=0，故采用下列计算公式求取正则解：(23)(24)正则化参数在极大程度上决定着正