本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种配电网保护配置优化方法及系统。
背景技术：
配电网作为输配电系统的最后一个环节，密切联系着终端用电用户，配电网的安全稳定运行是用户高质量及高可靠用电的保证，故作为配电网安全运行第一道防线的配电网继电保护就显得格外重要。配电网开关分为出线开关、主干线分段开关、分支开关和用户分界开关四种类型。我国架空配电线路保护的配置根据实际整定情况一般分为二级保护和三级保护，由于配电网网架结构复杂，t接线路较多，且变化频繁，实际整定时各级开关上的定值不够精确，主要靠时间级差实现不同级之间的配合。以某地配网为例，其主要采用三级保护，分别为零级保护、一级保护、二级保护，每一级都采用三段式过流保护，实际整定中各级保护的i段时限都为0s；零级保护的ⅱ段时限与上级变压器后备保护进行配合得到的时限一般为0.6s，采用0.2s的时间级差机制得到一级保护、二级保护的ⅱ段时限分别为0.4s、0.2s；零级保护的ⅲ段时限与上级变压器后备保护进行配合得到的时限一般为1.0s，采用0.2s的时间级差机制得到一级保护、二级保护的ⅲ段时限分别为0.8s、0.6s。
由于没有统一的标准，实际整定中保护配置由人为实现，配置不尽合理，整定出的各级保护的定值和时间定值不能完全适应实际电网的需求，使其保障用电可靠性的能力大受影响。合理配置各级保护的位置及其定值大小，在配电网线路发生故障时，不仅可以实现各个保护开关的有序跳闸，缩小停电范围，还可提高配电网的供电可靠性，故优化配电网线路保护的保护配置成为关键研究点。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，以提高配电网整定定值的可靠性。
为实现以上目的，一方面，采用一种配电网保护配置优化方法，包括如下步骤：
s1、获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置；
s2、根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群；
s3、计算初始种群的适应度函数并记录最优个体；
s4、根据问题域中个体的适应度大小选择个体进行组合交叉和变异，得到新一代种群；
s5、计算新一代种群的适应度函数并记录最优个体；
s6、判断是否达到目标迭代次数，若是执行步骤s7，若否执行步骤s4；
s7、结束循环，输出最优个体。
进一步地，所述根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群，包括：
基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线；
采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码；
将主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码组合得到所述出线单元的编码个体，形成所述出线单元的初始种群。
进一步地，所述基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线，包括：
从出线开关出发，遇到t接后沿每个分支潮流的方向搜索所有负荷，将负荷和最大的作为主干线；
查找出所述出线单元所有的主干线后，将其余的作为分支线。
进一步地，所述采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码，包括：
对于所述主干线和分支线中闭合状态且配置保护的断路器进行分级操作；
将一级开关编码为0，二级开关编码为1，分别得到所述主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码。
进一步地，所述初始种群的适应度函数为目标函数的倒数，目标函数为：min(c)，其中，c为电力系统的年停电损失费用，c＝(a1k a2bd)wens，k为产电比，a1为产电比加权系数，a2为平均电价折算倍数法加权系数，b为单位停电电量电价与平均电价的比值，d为平均电价，wens为电力系统期望缺供电量；
约束条件为：
其中：
r为某种保护开关配置方式下的系统可靠性指标；
r0为规划要求的可靠性指标；
vi为第i节点电压；
vimax为节点i允许的最大电压；
vimin为节点i允许的最小电压；
ii为第i条支路电流；
iimax为第i条支路允许的最大电流；
fmax为线路年平均最大故障率。
进一步地，在所述获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置之前，还包括：
扫描运行方式文件，并将扫描得到的运行方式文件与所述出线单元当前的运行方式文件下的开关开合状态进行比较，判断是否变化；
若是则执行所述步骤s2；
若否则结束循环。
另一方面，采用一种配电网保护配置优化系统，包括获取模块、初始种群形成模块、第一计算模块、交叉变异操作模块、第二计算模块、判断模块和输出模块，其中：
获取模块用于获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置；
初始种群形成模块用于根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群；
第一计算模块用于计算初始种群的适应度函数并记录最优个体；
交叉变异操作模块用于根据问题域中个体的适应度大小选择个体进行组合交叉和变异，得到新一代种群；
第二计算模块用于计算新一代种群的适应度函数并记录最优个体；
判断模块用于判断是否达到设定的迭代次数；
输出模块用于在判断模块输出结果为是时，结束循环并输出最优个体；
第二计算模块用于在判断模块输出结果为否时，重新执行其步骤。
进一步地，所述初始种群形成模块包括确定单元、编码单元和组合单元，其中：
确定单元用于基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线；
编码单元用于采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码；
组合单元用于将主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码组合得到所述出线单元的编码个体，形成所述出线单元的初始种群。
进一步地，所述确定单元具体用于：
从出线开关出发，遇到t接后沿每个分支潮流的方向搜索所有负荷，将负荷和最大的作为主干线；
查找出所述出线单元所有的主干线后，将其余的作为分支线。
进一步地，所述编码单元具体用于：
对于所述主干线和分支线中闭合状态且配置保护的断路器进行分级操作；
将一级开关编码为0，二级开关编码为1，分别得到所述主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码。
进一步地，所述初始种群的适应度函数为目标函数的倒数，目标函数为：min(c)，其中，c为电力系统的年停电损失费用，c＝(a1k a2bd)wens，k为产电比，a1为产电比加权系数，a2为平均电价折算倍数法加权系数，b为单位停电电量电价与平均电价的比值，d为平均电价，wens为电力系统期望缺供电量；
约束条件为：
其中：
r为某种保护开关配置方式下的系统可靠性指标；
r0为规划要求的可靠性指标；
vi为第i节点电压；
vimax为节点i允许的最大电压；
vimin为节点i允许的最小电压；
ii为第i条支路电流；
iimax为第i条支路允许的最大电流；
fmax为线路年平均最大故障率。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明提出的基于改进遗传算法分级保护开关技术，解决了人工无统一标准分级保护开关造成的整定定值无法适应实际潮流的问题；并结合实时潮流进行主干线及分支线的识别，提高了配电网整定定值的可靠性，缩小配电网停电范围，保证了配电网的安全可靠运行。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种配电网保护配置优化方法的流程图；
图2是另一种配电网保护配置优化方法的流程图；
图3是配电网保护配置优化结果示意图；
图4是一种配电网保护配置优化系统的结构图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种配电网保护配置优化方法，包括如下步骤：
s1、获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置；
s2、根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群；
s3、计算初始种群的适应度函数并记录最优个体；
s4、根据问题域中个体的适应度大小选择个体进行组合交叉和变异，得到新一代种群；
s5、计算新一代种群的适应度函数并记录最优个体；
s6、判断是否达到目标迭代次数，若是执行步骤s7，若否执行步骤s4；
s7、结束循环，输出最优个体。
需要说明的是，本实施例随机生成出线单元的初始群体数量包括但不限于600个，本实施例中的目标迭代次数为目标函数取值最小时对应的次数，该目标函数的倒数为所述适应度函数。
作为进一步优选的方案，上述步骤s2：根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群，包括如下细分步骤：
基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线；
采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码；
将主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码组合得到所述出线单元的编码个体，形成所述出线单元的初始种群。
作为进一步优选的方案，所述基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线，包括：
从出线开关出发，遇到t接后沿每个分支潮流的方向搜索所有负荷，将负荷和最大的作为主干线；
查找出所述出线单元所有的主干线后，将其余的作为分支线。
需要说明的是，初始种群的形成采用随机函数生成，由于配电网分支较多，需先确定主干线，这里采用实时潮流确定主干线，得到出线单元的主干线，其余的为分支线。本实施例充分结合实时潮流进行主干线及分支线的识别，大大提高配电网整定定值的可靠性，缩小配电网停电范围，保证配电网的安全可靠运行。
作为进一步优选的方案，所述采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码，包括：
对于所述主干线和分支线中闭合状态且配置保护的断路器进行分级操作；
将一级开关编码为0，二级开关编码为1，分别得到所述主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码。
需要说明的是，本申请中对断路器进行分级操作的具体过程为：目标函数最小时对应的保护配置开关级数即为出线单元中断路器的级数，即完成分级操作。
需要说明的是，本实施例中采用二进制编码，由于配电网出线单元配置的断路器较多，都进行编码比较繁杂且影响收敛效果，本实施例只针对出线单元中闭合的且配置保护的开关进行分级操作，若为一级开关则编码为0，二级开关编码为1，分别得到主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码，组合得到出线单元的总编码，作为一个染色体。
作为进一步优选的方案，所述初始种群的适应度函数为目标函数的倒数，目标函数为：min(c)，其中，c为电力系统的年停电损失费用，c＝(a1k a2bd)wens，k为产电比，a1为产电比加权系数，a2为平均电价折算倍数法加权系数，b为单位停电电量电价与平均电价的比值，d为平均电价，wens为电力系统期望缺供电量；
约束条件为：
其中：
r为某种保护开关配置方式下的系统可靠性指标；
r0为规划要求的可靠性指标；
vi为第i节点电压；
vimax为节点i允许的最大电压；
vimin为节点i允许的最小电压；
ii为第i条支路电流；
iimax为第i条支路允许的最大电流；
fmax为线路年平均最大故障率。
需要说明的是，配电网保护开关的配置问题即断路器配置保护问题，其属于非线性、离散的多目标组合优化问题，配电网作为电力网的末端，其安全稳定运行直接影响着用户的电能质量、供电可靠性等方面的需求，且用户停电造成的损失越少代表配电网供电可靠性越高，故选择停电损失最小作为目标函数，本实施例通过结合配电网保护开关配置实际整定情况，以停电损失最小为目标，并考虑各节点电压、电流、每条线路承受的最大电流、每条线路年故障率等约束条件，采用改进的遗传算法实现配电网保护开关的配置。
作为进一步优选的方案，如图2所示，在上述步骤s1：获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置之前，还包括：
扫描运行方式文件，并将扫描得到的运行方式文件与所述出线单元当前的运行方式文件下的开关开合状态进行比较，判断是否变化；
若是则执行所述步骤s2；
若否则结束循环，即如果扫描的运行文件与当前文件一致，则可认为该出线单元的断路器分级一致。。
本实施例自动识别配电网开关的运行方式，并提出基于实时潮流及智能优化算法自动识别配电网的配合点的技术，再自动匹配保护定值方案实现配电网定值的智能整定，从而实现现有运行定值的校验，为配电网定值区的切换提供辅助决策，并且可实现实时校核潮流变化、运行方式变化下定值的适应性，利用本实施例方法得到的分支线形式的零级、一级、二级开关的选取规则结果如图3所示。
需要说明的是，本实施例将配合点定义为〇级、一级、二级配合点；其中，〇级配合点为变电站10(20)千伏出线开关，一级、二级配合点可为10(20)千伏配电线路上的环网柜、开闭所、或带微机保护功能且具备定值自由整定功能的智能断路器。
如图4所示，本实施例公开了一种配电网保护配置优化系统，包括获取模块10、初始种群形成模块20、第一计算模块30、交叉变异操作模块40、第二计算模块50、判断模块60和输出模块70，其中：
获取模块10用于获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置；
初始种群形成模块20用于根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群；
第一计算模块30用于计算初始种群的适应度函数并记录最优个体；
交叉变异操作模块40用于根据问题域中个体的适应度大小选择个体进行组合交叉和变异，得到新一代种群；
第二计算模块50用于计算新一代种群的适应度函数并记录最优个体；
判断模块60用于判断是否达到设定的迭代次数；
输出模块70用于在判断模块60输出结果为是时，结束循环并输出最优个体；
第二计算模块70用于在判断模块60输出结果为否时，重新执行其步骤。
作为进一步优选的方案，所述初始种群形成模块20包括确定单元、编码单元和组合单元，其中：
确定单元用于基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线；
编码单元用于采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码；
组合单元用于将主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码组合得到所述出线单元的编码个体，形成所述出线单元的初始种群。
作为进一步优选的方案，所述确定单元具体用于：
从出线开关出发，遇到t接后沿每个分支潮流的方向搜索所有负荷，将负荷和最大的作为主干线；
查找出所述出线单元所有的主干线后，将其余的作为分支线。
作为进一步优选的方案，所述编码单元具体用于：
对于所述主干线和分支线中闭合状态且配置保护的断路器进行分级操作；
将一级开关编码为0，二级开关编码为1，分别得到所述主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码。
作为进一步优选的方案，所述初始种群的适应度函数为目标函数的倒数，目标函数为：min(c)，其中，c为电力系统的年停电损失费用，c＝(a1k a2bd)wens，k为产电比，a1为产电比加权系数，a2为平均电价折算倍数法加权系数，b为单位停电电量电价与平均电价的比值，d为平均电价，wens为电力系统期望缺供电量；
约束条件为：
其中：
r为某种保护开关配置方式下的系统可靠性指标；
r0为规划要求的可靠性指标；
vi为第i节点电压；
vimax为节点i允许的最大电压；
vimin为节点i允许的最小电压；
ii为第i条支路电流；
iimax为第i条支路允许的最大电流；
fmax为线路年平均最大故障率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种配电网保护配置优化方法，其特征在于，包括：
s1、获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置；
s2、根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群；
s3、计算初始种群的适应度函数并记录最优个体；
s4、根据问题域中个体的适应度大小选择个体进行组合交叉和变异，得到新一代种群；
s5、计算新一代种群的适应度函数并记录最优个体；
s6、判断是否达到目标迭代次数，若是执行步骤s7，若否执行步骤s4；
s7、结束循环，输出最优个体。
2.如权利要求1所述的配电网保护配置优化方法，其特征在于，所述根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群，包括：
基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线；
采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码；
将主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码组合得到所述出线单元的编码个体，形成所述出线单元的初始种群。
3.如权利要求2所述的配电网保护配置优化方法，其特征在于，所述基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线，包括：
从出线开关出发，遇到t接后沿每个分支潮流的方向搜索所有负荷，将负荷和最大的作为主干线；
查找出所述出线单元所有的主干线后，将其余的作为分支线。
4.如权利要求2所述的配电网保护配置优化方法，其特征在于，所述采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码，包括：
对于所述主干线和分支线中闭合状态且配置保护的断路器进行分级操作；
将一级开关编码为0，二级开关编码为1，分别得到所述主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码。
5.如权利要求1所述的配电网保护配置优化方法，其特征在于，所述初始种群的适应度函数为目标函数的倒数，目标函数为：min(c)，其中，c为电力系统的年停电损失费用，c＝(a1k a2bd)wens，k为产电比，a1为产电比加权系数，a2为平均电价折算倍数法加权系数，b为单位停电电量电价与平均电价的比值，d为平均电价，wens为电力系统期望缺供电量；
约束条件为：
其中：
r为某种保护开关配置方式下的系统可靠性指标；
r0为规划要求的可靠性指标；
vi为第i节点电压；
vimax为节点i允许的最大电压；
vimin为节点i允许的最小电压；
ii为第i条支路电流；
iimax为第i条支路允许的最大电流；
fmax为线路年平均最大故障率。
6.如权利要求1-5任一项所述的配电网保护配置优化方法，其特征在于，在所述获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置之前，还包括：
扫描运行方式文件，并将扫描得到的运行方式文件与所述出线单元当前的运行方式文件下的开关开合状态进行比较，判断是否变化；
若是则执行所述步骤s2；
若否则结束循环。
7.一种配电网保护配置优化系统，其特征在于，包括获取模块、初始种群形成模块、第一计算模块、交叉变异操作模块、第二计算模块、判断模块和输出模块，其中：
获取模块用于获取出线单元各断路器的开合状态以及各断路器的保护配置；
初始种群形成模块用于根据各断路器的开合状态及保护配置，并基于实时潮流分布，随机生成出线单元的初始种群；
第一计算模块用于计算初始种群的适应度函数并记录最优个体；
交叉变异操作模块用于根据问题域中个体的适应度大小选择个体进行组合交叉和变异，得到新一代种群；
第二计算模块用于计算新一代种群的适应度函数并记录最优个体；
判断模块用于判断是否达到设定的迭代次数；
输出模块用于在判断模块输出结果为是时，结束循环并输出最优个体；
第二计算模块用于在判断模块输出结果为否时，重新执行。
8.如权利要求7所述的配电网保护配置优化系统，其特征在于，所述初始种群形成模块包括确定单元、编码单元和组合单元，其中：
确定单元用于基于实时潮流确定配电网的主干线和分支线；
编码单元用于采用二进制编码，根据所述各断路器的开合状态及保护配置确定主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码；
组合单元用于将主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码组合得到所述出线单元的编码个体，形成所述出线单元的初始种群。
9.如权利要求8所述的配电网保护配置优化系统，其特征在于，所述确定单元具体用于：
从出线开关出发，遇到t接后沿每个分支潮流的方向搜索所有负荷，将负荷和最大的作为主干线；
查找出所述出线单元所有的主干线后，将其余的作为分支线。
10.如权利要求8所述的配电网保护配置优化系统，其特征在于，所述编码单元具体用于：
对于所述主干线和分支线中闭合状态且配置保护的断路器进行分级操作；
将一级开关编码为0，二级开关编码为1，分别得到所述主干线的保护配置编码和分支线的保护配置编码。
技术总结