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申请/专利权人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心;华中科技大学

摘要：本发明公开了一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，采用保护关联矩阵判断所确定断点的有效性，避免了形成全网所有简单有向回路的大量计算；提出了改进生物地理学优化算法，对传统BBO算法的迁移模型、迁移算子和变异算子进行了改进；利用IBBO方法求解断点，实现了最小断点优化模型的高效求解。本发明对于包含多环网的超高压电网，能够有效地求得MBPS。与传统优化方法相比，本发明收敛速度快、迭代鲁棒性好和收敛精度高，具有良好的优化性能。

主权项：1.一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：输入电网参数，包括网络拓扑、方向保护配置；设置IBBO算法的初始参数，包括种群规模N、最大迭代次数、最大迁入概率、最大迁出概率、最大突变率、精英保留参数t％；S2：形成保护关联矩阵R，构造适应度评价函数；S3：初始化IBBO算法的种群Hi，i＝1，2，…，L；S4：初始化迭代次数T＝1；S5：处理每个种群每个个体的约束条件，对于不满足约束的个体执行约束修复策略；S6：评价种群每个个体的适应度HSI，即HabitatSuitabilityIndex；S7：按照适应度将种群个体从优到劣进行排序；S8：判断是否达到最大迭代次数Tmax，若满足转到S15，否则进入S9；S9：根据余弦迁移模型计算每个种群对应的个体数量、迁入和迁出概率；S10：对种群执行自适应迁移算子和差分变异算子操作；S11：评价新一代种群的个体适应度，按照适应度将种群从优到劣排序；S12：执行精英策略：将上一代种群L×t％个最好个体覆盖新一代种群L×t％个最差个体；S13：再次按照适应度将种群从优到劣进行排序；S14：迭代次数加1，T＝T+1，转到S5；S15：算法结束，输出最优个体对应的二进制编码，根据二进制编码与系统保护的对应关系，得到最小断点集；所述的S2中，保护关联矩阵R，定义如下： rij表示R中第i行第j列元素；采用如下所示适应度评价函数： 其中，xi依次对应于系统中第i个方向保护，若该保护设为断点，则xi为1，否则为0。

全文数据：一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法技术领域[0001]本发明涉及电网优化领域，更具体地，涉及一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法。背景技术[0002]确定一组能够断开全网有向回路的保护集合，称之为断点集，以这组保护为起始保护进行整定，其余保护的整定配合在此之后依次进行，是复杂环网方向保护整定计算顺利进行的前提。[0003]由于选为断点的保护可能无法与其主保护进行配合，断点的位置和数目对全网保护的整体性能有重要影响。因此，在断点集的概念提出以后，国内外学者在MBPS求解方面进行了广泛的研究工作，其主要目的是使求得的断点集维数最少，从而减少保护失配的情况。现有MBPS的求取方法可分为图论法、保护依赖函数法和基于人工智能算法的方法。图论法其计算量会随着网络规模的增加而剧增，已经难以适用于现代复杂大规模电网断点集的求取。保护依赖函数法应用于复杂互联电网时，断点集的维数无法保证为最小。人工智能算法能够保证以接近于1的概率求得全局最优解，是目前求取MBPS最常用的方法。但现有基于人工智能算法求解MPBS的方法仍需要形成全网简单回路用于优化过程中的约束处理，且现有引入到MBPS求解中的遗传算法GeneticAlgorithm,GA和粒子群算法ParticleSwarm0ptimization，PS0等优化算法的性能已逐渐无法满足大规模复杂互联电网MBPS的求解需要。发明内容[0004]本发明的目的是解决目前已有的优化算法无法满足大规模复杂互联电网MBPS的求解需要，提出一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法。[0005]为实现以上发明目的，采用的技术方案是：[0006]一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，包括以下步骤：[0007]SI:输入电网参数，包括网络拓扑、方向保护配置;设置IBBO算法的初始参数，包括种群规模N、最大迭代次数、最大迀入概率、最大迀出概率、最大突变率、精英保留参数t%;[0008]S2:形成保护关联矩阵R，构造适应度评价函数；[0009]S3:初始化IBBO算法的种群Hi，i=l，2,…，L;[0010]S4:初始化迭代次数T=1;[0011]S5:处理每个种群每个个体的约束条件，对于不满足约束的个体执行约束修复策略；[0012]S6:评价种群每个个体的适应度HIS，即HabitatSuitabilityIndex;[0013]S7:按照适应度将种群个体从优到劣进行排序；[0014]S8:判断是否达到最大迭代次数Tmax，若满足转到S15,否则进入S9;[0015]S9:根据余弦迀移模型计算每个种群对应的个体数量、迀入和迀出概率；[0016]SlO:对种群执行自适应迀移算子和差分变异算子操作；[0017]Sl1:评价新一代种群的个体适应度，按照适应度将种群从优到劣排序；[0018]S12:执行精英策略:将上一代种群LXt%个最好个体覆盖新一代种群LXt%个最差个体；[0019]S13:再次按照适应度将种群从优到劣进行排序；[0020]S14:迭代次数加1，T=T+1，转到S5;[0021]Sl5:算法结束，输出最优个体对应的二进制编码，根据二进制编码与系统保护的对应关系，得到最小断点集。[0022]其中所述的Sl中，种群规模N=300，最大迭代次数=500，最大迀入概率=1.0，最大迀出概率=1.0,最大突变率=0.01，精英保留参数=10%。[0023]其中所述的S2中，保护关联矩阵R，定义如下：[0024][0025]采用如下所示适应度评价函数：[0026][0027]其中，Xl依次对应于系统中第i个方向保护，若该保护设为断点，则Χι*1，否则为0。[0028]其中所述的S5中，处理每个种群个体的约束条件、对于不满足约束的个体执行约束修复策略的具体步骤如下：[0029]S5.1:输入保护关联矩阵R和种群个体X;[0030]S5.2:对于X中值为1的元素，其对应的保护是断点，删除保护关联矩阵中这些保护对应的行和列；[0031]S5.3:判断保护关联矩阵R中是否存在全为零的行，若存在，则说明该行对应的保护已经从复杂环网中解环，可以计算定值，删除该保护对应的行和列；[0032]S5.4:重复S5.2，直到保护关联矩阵R中不存在元素全为零的行。[0033]若上述步骤执行结束后，R为空，则X为断点集，满足约束条件;若不为空，则不满足约束条件。对不满足约束的对丸行约束修复策略:将仍无法从环网中解开的保护全部设为断点，将这些保护在X中对应的元素修正为1。[0034]其中所述的S9中，根据余弦迀移模型计算每个种群对应的迀入概率11和迀出概率的公式如下：[0037]其中，I和E分别表示最大迀入、迀出概率;为第i个种群的个体数量，N=Smax为种群能够容纳的最大个体数量。[0038]其中所述的SlO中，对种群执行自适应迀移算子操作的公式如下：[0039]HiSIV—aHiSIV+l-αHjSIV[0040][0041]其中，ε为极小值，保证分母不为零。[0042]所述的SlO中，对种群执行差分变异算子操作的公式如下：[0043]HiSIV—HriSIV+F·Hr2SIV+Hr3SIV[0044]其中，Hrl、Hr2、Hr3为互不相同且与Hi不同的个体;F0为尺度因子。[0045]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0046]1采用了基于保护关联矩阵的约束处理方法，避免了形成全网所有简单有向回路的大量计算；[0047]2对传统BBO算法的迀移模型、迀移算子和变异算子进行了改进，利用IBBO方法求解断点，实现了最小断点优化模型的高效求解。附图说明[0048]图1为本发明流程图；[0049]图2为IEEE14节点系统图；[0050]图3为IEEE30节点系统图；[0051]图4为某省级500kV系统的拓扑结构图；[0052]图5为采用传统BBO算法、GA算法、PSO算法和本发明方法四种算法计算得到的MBPS最小维数的适应度指数曲线对比图；[0053]图6为采用本发明方法对IEEE14节点系统、IEEE30节点系统和某省级500kV系统进行MBPS求解的计算结果图；[0054]图7为采用图论法、保护依赖函数法、本发明方法对IEEE14节点和IEEE30节点系统进行MBPS求解得到的维数图。具体实施方式[0055]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；[0056]以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。[0057]实施例1[0058]一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，如图1所示，包括以下步骤：[0059]S1:输入电网参数，包括网络拓扑、方向保护配置;设置IBBO算法的初始参数，包括种群规模N、最大迭代次数、最大迀入概率、最大迀出概率、最大突变率、精英保留参数t%;[0060]S2:形成保护关联矩阵R，构造适应度评价函数；[0061]S3:初始化IBBO算法的种群Hi，i=l，2,…，L;[0062]S4:初始化迭代次数T=1;[0063]S5:处理每个种群每个个体的约束条件，对于不满足约束的个体执行约束修复策略；[0064]S6:评价种群每个个体的适应度HIS，即HabitatSuitabilityIndex;[0065]S7:按照适应度将种群个体从优到劣进行排序；[0066]S8:判断是否达到最大迭代次数Tmax，若满足转到S15，否则进入S9;[0067]S9:根据余弦迀移模型计算每个种群对应的个体数量、迀入和迀出概率；[0068]SlO:对种群执行自适应迀移算子和差分变异算子操作；[0069]SI1:评价新一代种群的个体适应度，按照适应度将种群从优到劣排序；[0070]Sl2:执行精英策略:将上一代种群LXt%个最好个体覆盖新一代种群LXt%个最差个体；[0071]S13:再次按照适应度将种群从优到劣进行排序；[0072]S14:迭代次数加I，T=T+1，转到S5;[0073]S15:算法结束，输出最优个体对应的二进制编码，根据二进制编码与系统保护的对应关系，得到最小断点集。[0074]其中所述的Sl中，种群规模N=300，最大迭代次数=500，最大迀入概率=1.0，最大迀出概率=1.0,最大突变率=0.01，精英保留参数=10%。[0075]其中所述的S2中，保护关联矩阵R，定义如下：[0076][0077]采用如下所示适应度评价函数：[0078][0079]其中，Xl依次对应于系统中第i个方向保护，若该保护设为断点，则Χι*1，否则为0。[0080]其中所述的S5中，处理每个种群个体的约束条件、对于不满足约束的个体执行约束修复策略的具体步骤如下：[0081]S5.1:输入保护关联矩阵R和种群个体X;[0082]S5.2:对于X中值为1的元素，其对应的保护是断点，删除保护关联矩阵中这些保护对应的行和列；[0083]S5.3:判断保护关联矩阵R中是否存在全为零的行，若存在，则说明该行对应的保护已经从复杂环网中解环，可以计算定值，删除该保护对应的行和列；[0084]S5.4:重复S5.2，直到保护关联矩阵R中不存在元素全为零的行。[0085]若上述步骤执行结束后，R为空，则X为断点集，满足约束条件;若不为空，则不满足约束条件。对不满足约束的对丸行约束修复策略:将仍无法从环网中解开的保护全部设为断点，将这些保护在X中对应的元素修正为1。[0086]其中所述的S9中，根据余弦迀移模型计算每个种群对应的迀入概率11和迀出概率的公式如下：[0089]其中，I和E分别表示最大迀入、迀出概率;为第i个种群的个体数量，N=Smax为种群能够容纳的最大个体数量。[0090]其中所述的SlO中，对种群执行自适应迀移算子操作的公式如下：[0092][0093]其中，ε为极小值，保证分母不为零。[0094]所述的SlO中，对种群执行差分变异算子操作的公式如下：[0095][0096]其中，Hrl、Hr2、Hr3为互不相同且与Hi不同的个体;F0为尺度因子。[0097]图2、3、4为IEEE14节点系统、IEEE30节点系统和某省级500kV系统的拓扑结构图。采用本发明得到的图2、3、4三个系统的MBPS如图6所示。可以看出，本发明采用了基于保护关联矩阵的约束处理方法，避免了形成全网所有简单有向回路的大量计算;可以得到系统的最小断点集。[0098]对IEEE14节点和IEEE30节点分别采用图论法、保护依赖函数法和本发明进行了计算，MBPS如图7所示。可以看出，本发明相较于图论法和保护依赖函数法，能够有效地减少MBPS的维数。[0099]采用传统BBO算法、GA算法和PSO算法对图4所示的省级500kV系统进行了仿真计算，30次独立仿真中各自最优方案的适应度指数对比曲线如图4所示。从图5中可以看出，IBBO算法的收敛速度相较于其他3种算法有明显的优势。[0100]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于，包括以下步骤：SI:输入电网参数，包括网络拓扑、方向保护配置;设置IBBO算法的初始参数，包括种群规模N、最大迭代次数、最大迀入概率、最大迀出概率、最大突变率、精英保留参数t%;S2:形成保护关联矩阵R，构造适应度评价函数；S3:初始化IBBO算法的种群Hi，i=l，2，."，L;S4:初始化迭代次数T=1;S5:处理每个种群每个个体的约束条件，对于不满足约束的个体执行约束修复策略；S6:评价种群每个个体的适应度HIS，即HabitatSuitabilityIndex;S7:按照适应度将种群个体从优到劣进行排序；S8:判断是否达到最大迭代次数Tmax，若满足转到S15，否则进入S9;S9:根据余弦迀移模型计算每个种群对应的个体数量、迀入和迀出概率；SlO:对种群执行自适应迀移算子和差分变异算子操作；Sl1:评价新一代种群的个体适应度，按照适应度将种群从优到劣排序；S12:执行精英策略:将上一代种群LXt%个最好个体覆盖新一代种群LXt%个最差个体；S13:再次按照适应度将种群从优到劣进行排序；S14:迭代次数加I，T=T+1，转到S5;Sl5:算法结束，输出最优个体对应的二进制编码，根据二进制编码与系统保护的对应关系，得到最小断点集。2.根据权利要求1所述的一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于:所述的Sl中，种群规模N=300，最大迭代次数=500，最大迀入概率=1.0，最大迀出概率=1.0,最大突变率=0.01，精英保留参数=10%。3.根据权利要求1所述的一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于:所述的S2中，保护关联矩阵R，定义如下：采用如下所示适应度评价函数：其中，Xl依次对应于系统中第i个方向保护，若该保护设为断点，则以为1，否则为0。4.根据权利要求1所述的一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于:所述的S5中，处理每个种群个体的约束条件、对于不满足约束的个体执行约束修复策略的具体步骤如下：S5.1:输入保护关联矩阵R和种群个体X。S5.2:对于X中值为1的元素，其对应的保护是断点，删除保护关联矩阵中这些保护对应的行和列。S5.3:判断保护关联矩阵R中是否存在全为零的行，若存在，则说明该行对应的保护已经从复杂环网中解环，可以计算定值，删除该保护对应的行和列。S5.4:重复S5.2，直到保护关联矩阵R中不存在元素全为零的行。若上述步骤执行结束后，R为空，则X为断点集，满足约束条件;若不为空，则不满足约束条件。对不满足约束的对丸行约束修复策略:将仍无法从环网中解开的保护全部设为断点，将这些保护在X中对应的元素修正为1。5.根据权利要求1所述的一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于:所述的S9中，根据余弦迀移模型计算每个种群对应的迀入概率和迀出概率公式如下：其中，I和E分别表示最大迀入、迀出概率;ki为第i个种群的个体数量，N=SmaxS种群能够容纳的最大个体数量。6.根据权利要求1所述的一种基于IBBO的复杂环网方向保护MBPS求取方法，其特征在于:所述的SlO中，对种群执行自适应迀移算子操作的公式如下：其中，ε为极小值，保证分母不为零。所述的SlO中，对种群执行差分变异算子操作的公式如下：HiSIV^HriSIV+F·Hr2SIV+Hr3SIV其中，Hrl、Hr2、Hr3为互不相同且与Hi不同的个体;F0为尺度因子。

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