计及过程安全性的配电网重构开关顺序优化
本文提出一种计及过程安全性的配电网重构开关顺序优化算法，用于解决配网重构实施过程的安全性问题。
问题源起
配电网中包含大量的常闭分段开关和部分常开联络开关。从图论的角度看，若配电网以辐射状运行为必要约束条件，其实际可有多种不同的运行结构，进而就引出了一个择优问题。配电网重构的目的，就是通过改变线路的开关状态改变配电网的网络结构，以实现某种目标下的最优运行。配电网重构是降低配电网损耗的有效途径，并且还可均衡负荷、消除过载以及提高供电电压质量。
目前已有大量文献针对配电网重构的求解提出可行算法，包括传统数学优化算法、启发式算法以及各类人工智能随机优化算法，如遗传算法、免疫算法、粒子群算法等，都取得了一定效果。目前，大多关于配电网重构求解的研究仅停滞于获得优化后的重构解，但并非所有优化后的重构解都可应用于配电网实际运行中，例如某些配电网重构方案会导致联络开关合环过程中合环冲击电流越限或重构过程中的节点电压过高，从而危害配电网安全可靠运行。因此，得到优化的重构解仅是配电网重构的第一步，如何将配电网从初始运行状态通过合理的开关顺序安全过渡至最优运行状态是实现配电网安全重构的关键。
主要思路
配电网运行方式规划中的重构实施应以系统运行安全性为主要考量，该问题有2种解决思路。
第一种是将重构过程的安全性约束加入优化问题描述中，该方法若遵循贪心策略，则无法保证最后结果是最优的，若采用遍历手段，则计算复杂性过高，对于大型网架系统，搜索可能会不收敛。
本文提出第二种思路，分2步解决该问题：
第一步，采用改进的二进制粒子群算法求取配电网重构的最优解集，将迭代过程中更新产生的目标值最小粒子记录于集合中，并按照优选顺序排序；
第二步，考虑过程安全性，提出重构过程中合环、解环的约束条件，同时建立合环冲击电流的戴维南等值计算模型，提出基于递归思路的开关操作顺序搜索算法，按优选顺序依次对第一步产生的解求取重构实施策略，遵循贪心策略，一旦找到可行方案，便停止搜索并输出结果，同时保证在确认无解前遍历全部可能情况。
在第二步中，若出现当前选取的重构解不能找到可行实施策略的情况，顺次选取第一步生成集合中的次优解，可以在确保系统安全可靠的前提下最大化提升配电网的运行效率。这种方法效率较高且计算稳定，流程图如下图所示。
基于改进二进制粒子群算法的配电网重构解集求解
在获取配电网重构的实施策略前，首先需要获得按优选顺序排序的配电网重构解集。传统的数学规划方法只能给出最优解，而没办法保留次优解，一旦最优解不能通过校验，就无法进一步考虑应用次优解的情况。本文采用二进制粒子群算法解决该问题，将每次新产生的目标值最小粒子添加至解集的第一位，其余解则往后顺延一位，以获取按优选顺序排序的解集。对于断开开关数不等于联络开关数的无效粒子，提出一种类同于遗传算法变异操作的修正方式，提升粒子的有效率，同时增强算法搜索的随机性。
配电网重构实施策略生成
在实际工程中，为了保证通电的不中断，配电网重构的转换一般采用合环、解环交替的方式进行。故重构实施策略的本质其实是一组合环、解环交替进行的开关操作顺序，在满足合环、解环过程安全性约束的情况下，使网络拓扑逐渐从初始状态过渡到重构解。其中合环过程因为会产生冲击电流，需要建立相应的计算模型对冲击电流进行校验。 对于同一个重构解可能存在多个可行的实施策略。仅从能否安全实施的角度看，不同的实施策略是等价的，因此搜索过程只要找到一个可行方案便可结束。可将搜索问题分解为若干阶段，遵循贪心策略，每个阶段寻找到一组满足安全性约束的闭合、断开支路即可停止，然后直接跳至下一阶段进行搜索，直至完成网络重构。从形式上来看，每个阶段求解的问题是一致的，即寻找当前网络下可行的闭合、断开支路组，因而采用递归算法解决该问题。
由于递归算法涉及开关操作的排序遍历，相同开关操作方案的重复验证会降低算法效率，本文提出改进手段，采用二进制方式对开关操作过程进行唯一编码，记录无解拓扑对应的编码，以避免重复计算。
在实际求解配电网重构实施策略的过程中，可能会出现最优重构解因不满足约束而不能应用的情况，此时，应当求取次优解下的配电网重构实施策略。同理，若次优解也不能生成满足条件的实施策略，则选用第3优解，依此类推。
结论、思考与讨论
本文针对计及过程安全性的配电网重构开关顺序优化问题，提出一种求解方法。
1.根据过程安全性，提出配电网重构实施过程中合环、解环应满足的约束条件。对于开关闭合过程中产生的冲击电流，应用相应的戴维南等效模型和计算方法。在此基础上，提出配电网重构实施策略的递归求解算法，该算法能快速、有效、可靠的获取重构实施策略，并保证在确认无解前遍历全部可能情况。提出一种二进制编码方式记录递归过程的无效中间解，提升算法运行效率。
2.采用能够保留备选解的改进粒子群算法求解配电网重构解集，在最优解无可行的重构实施策略时，可选用次优解的重构实施策略，从而最大化提升配电网运行效率。在迭代过程中，对无效粒子进行随机性的坐标修正，提升了搜索效率。
3.通过算法搜索顺序的调整，可以输出不同的重构实施策略，形成备选集合，方便运检人员根据实际情况进行选择。
配电网重构对提升系统运行效率有很大的作用，如何安全、可靠地实现配电网重构具有重要的现实意义。本文所提考虑合环冲击电流的配电网重构方法，能够求解配电网重构优化解集，并稳定地获取满足合环约束、解环约束、配电网稳定运行约束的开关操作顺序，提升了配电网从初始状态过渡至优化运行状态的过程安全性及配电系统运行操作的可靠性水平。
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