СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ В ЭНЕРГОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
PROTECTION DEVICES LOCATION DETERMINING METHOD FOR THEIR PLACEMENT IN THE POWER DISTRIBUTION NETWORK

Изобретение относится к способу определения помещения устройств защиты в энергораспределительной сети. В частности, энергораспределительная сеть является сетью электропитания с одним и тем же или различными уровнями напряжения. Несмотря на это данная распределительная сеть может использоваться для распределения любого вида энергии, например, газа или нефти. Распределительная сеть может быть представлена графом, состоящим из узлов и ребер. Каждый узел представляет собой ответвление, или межсоединение, или точку подключения нагрузки. Каждое ребро представляет собой линию передачи или питательную секцию, причем по меньшей мере некоторые из питательных секций содержат устройство защиты.
Надежность распределительных систем вызывает постоянную озабоченность у электроэнергетических компаний. В частности задача сводится к минимизации продолжительных простоев. Оптимальное помещение устройств защиты (защитных устройств) в распределительной сети позволяет осуществлять лучшее функционирование системы и повышает ее надежность. Устройства защиты могут быть, например, в виде самовключателя с сохранением плавкого предохранителя, самовключателя с перегоранием плавкого предохранителя, секционного выключателя, плавкого предохранителя или выключателя. Однако размещение устройств защиты представляет собой комбинаторную задачу с ограничениями, трудно решаемую вследствие своих нелинейных, разрывных и недифференцируемых характеристик.
Желательно найти глобальное оптимальное решение за разумное время вычислений, даже для сложных структур сети.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в предоставлении улучшенного способа размещения устройств защиты в энергораспределительной сети.
Данная задача решается посредством способа согласно признакам по п. 1 и компьютерно-читаемого носителя согласно признакам по п. 9.
Согласно настоящему изобретению предложен способ определения помещения устройств защиты в энергораспределительной сети, в частности в сети электропитания. Энергораспределительная сеть (также упоминаемая в качестве распределительной сети) представлена графом, состоящим из узлов и ребер, в котором каждый узел представляет собой ответвление, или межсоединение, или точку подключения нагрузки и в котором каждое ребро представляет собой линию передачи или питательную секцию. По меньшей мере некоторые из питательных секций содержат устройство защиты, такое как самовключатель с сохранением плавкого предохранителя, самовключатель с перегоранием плавкого предохранителя, секционный выключатель, плавкий предохранитель или выключатель. Способ содержит этапы, на которых:
a) Обеспечивают первую совокупность начальных решений распределительной сети, оборудованной устройствами защиты, причем каждое решение представлено набором векторов, указывающим информацию о присутствии устройства защиты по меньшей мере в некоторых из питательных секций. Предпочтительно, набор векторов указывает информацию о присутствии устройства защиты в каждой из питательных секций. Указание информации содержит информацию о том, обеспечено ли устройство защиты в соответствующей питательной секции. Кроме того, набор векторов может содержать информацию о том, какой тип устройства защиты (самовключатель с сохранением плавкого предохранителя, самовключатель с перегоранием плавкого предохранителя, секционный выключатель, плавкий предохранитель или выключатель и так далее) обеспечен в соответствующей питательной секции.
b) Определяют по меньшей мере один показатель надежности для каждого из первой совокупности начальных решений, причем по меньшей мере один показатель надежности представляет собой меру отказоустойчивости решения. Чем выше отказоустойчивость, тем лучше решение.
c) Выбирают вторую совокупность лучших решений и третью совокупность перспективных решений из упомянутой совокупности первых решений, при этом вторая совокупность лучших решений обеспечивает наивысшую отказоустойчивость согласно своему по меньшей мере одному показателю надежности, и при этом третья совокупность перспективных решений обеспечивает отказоустойчивость согласно своему по меньшей мере одному показателю надежности, более низшую по сравнению со второй совокупностью лучших решений. Выбранная вторая совокупность решений соответствует лучшим решениям начальной совокупности решений и будет основой для новых, измененных решений. То же самое осуществляют с третьей совокупностью решения. Однако, третья совокупность решений не содержит решения, которое является частью второй совокупности решения, а такие решения, которые хуже относительно своей отказоустойчивости.
d) Создают четвертую совокупность решений посредством изменения второй совокупности лучших решений и создают пятую совокупность решений посредством изменения третьей совокупности перспективных решений, причем четвертая и пятая совокупность решений находится внутри участка предварительно определенного размера в окрестности соответствующего лучшего и перспективного решения. Участок является некоторой совокупностью, которая характеризует область вокруг некоторого решения для генерации окрестных решений. Другими словами, размер участка задает максимальные различия между некоторым выбранным решением и новыми смежными решениями. Изменение второй и третьей совокупности лучших и перспективных решений может быть осуществлено посредством перемещения произвольно выбранного защитного устройства на n позиций в списке смежности, причем предпочтительно 1<n<размер участка. Размер участка задает размер окрестности вокруг соответствующего решения второй и третьей совокупности решения. Этап создания четвертой и пятой совокупности решения нацелен на формирование новых, дополнительных решений.
e) Создают шестую совокупность произвольных решений распределительной сети, оборудованной устройствами защиты. Данный этап гарантирует, что может быть найден глобальный минимум по меньшей мере для одного показателя надежности. Поэтому шестая совокупность произвольных решений должна быть независимой от решений четвертой и пятой совокупности решений.
f) Продолжают с этапа b) по меньшей мере один раз для определения по меньшей мере одного показателя надежности для решений из со второй по шестую совокупностей решений и формирования новых наборов из второй и третьей совокупности решений. Данный этап позволяет найти лучшее решение каждого из участков, созданных на этапе d).
g) Завершают вычислительные этапы с b) по f) в случае, если считается, что по меньшей мере один показатель надежности достиг своего глобального оптимума. Глобальный оптимум (то есть минимум с точки зрения по меньшей мере одного показателя надежности или максимум с точки зрения отказоустойчивости) достигается, если в последующих циклах не может быть достигнуто никакого или никакого значительного улучшения.
Предложенный способ позволяет находить глобальный оптимум помещения устройств защиты в энергораспределительной сети с малым вычислительным усилием, даже если распределительная сеть является сложной.
Способ основан на идеи применения измененного алгоритма ABC (Колонии Искусственных Пчел (Artificial Bee Colony)) к задаче оптимального помещения выключателей и защитных устройств в распределительных сетях. Параметры предложенного алгоритма прозрачны и ясны для указанного типа задачи, таким образом, их легко регулировать. Способ может использоваться при установке новых распределительных сетей. Способ может также использоваться в целях модернизации сети, потому что он обладает ключевыми факторами для эффективного использования конфигурации существующей сети.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере одно начальное решение на этапе a) является произвольным. Каждое начальное решение может отличаться друг от друга.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления вторая совокупность решений меньше третьей совокупности решений. Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления четвертая совокупность решений больше пятой совокупности решений. Настоящим исследуются лучшие решения.
Соответственно, создается больше решений в своих окрестностях. Вопрос всегда заключается во времени вычисления, так что лучшие решения следует выбирать тщательно. Данная тщательность приводит в результате к малой совокупности лучших решений. Противоположные, не столь хорошие, но перспективные решения не должны быть пропущены. Однако вследствие ограниченных вычислительных ресурсов (времени например) они не изучаются очень тщательно. Именно поэтому совокупность перспективных решений является большой, а совокупность решений в окрестности более мала.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере один показатель надежности является одним или более из Показателя Средней Длительности Прерываний в Работе Системы (System Average Interruption Duration Index, SAIDI) или Показателя Средней Частоты Прерываний в Работе Системы (System Average Interruption Frequency Index, SAIFI), или Показателя Средней Частоты Кратковременных Прерываний (Momentary Average Interruption Frequency Index, MAIFI), или любого другого показателя надежности, заданного в стандарте IEEE 1366-2003. Использование конкретных показателей зависит от целей вычисления.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления этапы создания четвертой и пятой совокупности решений могут исполняться параллельно. Это позволяет быстрее сходиться к глобальному оптимуму.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления на этапе h), исполняемом вместо этапа e), решения четвертой совокупность решений и решение пятой совокупности решений подвергается процедуре перекрещивания, в которой подстрока лучшего решения участка заменяется на подстроку лучшего решения другого участка, при этом подстрока является поднабором набора векторов. Условие для перекрещивания может быть выбрано заранее, например, «каждые g циклов», где g является предварительно определенным параметром.
Изобретение дополнительно обеспечивает компьютерный программный продукт, непосредственно загружаемый во внутреннее запоминающее устройство цифрового компьютера, содержащий части кода программного обеспечения для выполнения этапов изобретения, изложенных выше, когда упомянутый продукт запущен на компьютере
Изобретение и его преимущества будут описаны более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На Фиг. 1 показана схема, изображающая способ согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 2 показана примерная энергораспределительная сеть с начальным размещением устройств защиты.
На Фиг. 3 показана схема, изображающая общую процедуру генерации окрестных решений внутри участка в объеме алгоритма ABC.
На Фиг. 4 показана дополнительная распределительная сеть, изображающая интерпретацию концепции участка, определенной для задачи оптимального замещения.
На Фиг. 5 показана принципиальная схема многопопуляционного параллельного генетического алгоритма, в котором связь между популяциями используется для улучшения результата генетического алгоритма.
На Фиг. 6 показаны различные участки и связь между участками для оптимизации перекрещивания.
На Фиг. 7 показана схема, в которой улучшение показателя надежности в зависимости от совокупности циклов изображено посредством использования способа согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 8 показана таблица, изображающая начальное решение, окончательное решение после применения основного алгоритма настоящего изобретения и окончательное решение после применения предпочтительного алгоритма настоящего изобретения.
Способ, предложенный для размещения устройств защиты в энергораспределительной сети, основан на так называемом алгоритме ABC (Колонии Искусственных Пчел (Artificial Bee Colony)). В частности энергораспределительная сеть является сетью электропитания с одним и тем же или различными уровнями напряжения. Прежде, чем подробно описывать способ, будет дана некоторая базовая информация об алгоритме ABC.
Алгоритм Колонии Искусственных Пчел (ABC) использует колонию искусственных пчел. Пчелы классифицируются по трем типам: 1. Рабочие пчелы, 2. Пчелы-наблюдатели и 3. Пчелы-разведчики. Каждая рабочая пчела соотносится с источником пищи, который она в настоящее время использует. Пчела, ожидающая в улье, чтобы выбрать источник пищи, является пчелой-наблюдателем. Рабочие пчелы делятся информацией об источниках пищи с пчелами-наблюдателями в области танца. Затем каждая пчела-наблюдатель выбирает источник пищи. Больше пчел-последователей отправляется к более перспективным участкам. Пчела-разведчик выполняет произвольный поиск для обнаружения новых источников пищи. Положение источника пищи представляет собой решение для задачи оптимизации. Количество нектара источника пищи является пригодностью решения. Участок, который включает в себя источник пищи и его окрестность, является областью внутри диапазона допустимых значений параметров задачи.
Ниже приведен основной алгоритм ABC:
1. Инициализировать популяцию с помощью произвольных решений.
2. Оценить пригодность популяции.
3. Выполнять цикл пока (не удовлетворен критерий остановки)
//Формирование новой популяции.
4. Выбрать площадки для окрестного поиска.
5. Набрать пчел на выбранные площадки (больше пчел для лучших площадок) и оценить пригодности.
6. Выбрать самую пригодную пчелу с каждого участка.
7. Назначить оставшихся пчел на произвольный поиск и оценить их пригодности.
8. Закончить выполнение цикла.
Данный основной алгоритм будет использоваться в измененной форме для предложения оптимального размещения устройств защиты в энергораспределительной сети 10, приведенной на Фиг. 2.
В общем случае, распределительная сеть (электрическая сеть) 10 представлена собой графом, в котором узлы 12 представляют собой ответвление, межсоединение или точки подключения нагрузки, а ребра 14 представляют собой линии передачи или питательные секции. В данном примере всего присутствует 51 ребро 14, и каждое ребро 14 снабжено уникальным номером «1», «2», «3» и так далее. В некоторых из ребер 14 размещены устройства 16 защиты.
Устройства защиты являются, например, самовключателями 18 с перегоранием плавкого предохранителя (внутри соединений питателя), самовключателями 20 с перегоранием плавкого предохранителя, секционными выключателями (не изображены), плавкими предохранителями 22 и выключателями 24. На Фиг. 2 показано произвольное, начальное размещение устройств 16 защиты. В том случае, если распределительная сеть должна быть модернизирована, то размещение сети может иметь упомянутое размещение перед оптимизацией.
s
b
Для идентификации секций питателя, в которых расположено конкретное устройство защиты, то есть самовключатель 18 с сохранением плавкого предохранителя, самовключатель 20 с перегоранием плавкого предохранителя, секционный выключатель, плавкий предохранитель 22 и выключатель 24, данная информация сохраняется в информационных наборах R, R, S, F и D, которые задаются для каждого типа устройства защиты. В случае если конкретное устройство защиты находится на конкретном ребре, то номер данного ребра сохраняется в соответствующем информационном наборе. Данный процесс приведен в таблице Фиг. 8, в случаях CA которой для начального решения B и для первого и улучшенного второго решения K1, K2 приведены информационный наборы совместно с показателем RI надежности (а именно: SAIDI (Показатель Средней Длительности Прерываний в Работе Системы)).
s
S
b
b
Например, информационный набор R содержит информацию о самовключателях с сохранением плавкого предохранителя. В начальной конфигурации на Фиг. 2 нет никаких самовключателей с сохранением плавкого предохранителя. Следовательно, R не содержит никакого номера ребра («-» на Фиг. 8). Информационный набор R содержит информацию о самовключателях с перегоранием плавкого предохранителя. В начальной конфигурации на Фиг. 2 присутствуют самовключатели с перегоранием плавкого предохранителя на ребрах 1, 8 и 39. Следовательно, R содержит номера ребер «1», «8» и «39» на Фиг. 8. Информационный набор S содержит информацию о секционных выключателях. В начальной конфигурации на Фиг. 2 нет никаких секционных выключателей. Следовательно, информационный набор S не содержит номеров ребер («-» на Фиг. 8). Информационный набор F содержит информацию о плавких предохранителях. В начальной конфигурации на Фиг.2 присутствуют плавкие предохранители на ребрах 4, 6, 10, 12, 16, 18, 20, 24, 27, 29, 34, 37, 40, 42, 44, 46, 48 и 50. Следовательно, F содержит номера ребер «4», «6», «10», «12», «16», «18», «20», «24», «27», «29», «34», «37», «40», «42», «44», «46», «48» и «50» на Фиг. 8. Информационный набор D содержит информацию о выключателях. В начальной конфигурации на Фиг. 2 присутствуют выключатели на ребрах 14, 15, 22, 23, 33, 36 и 51. Следовательно, D содержит номера ребер «14», «15», «22», «23», «33», «36», «51» на Фиг. 8.
i
i
s
b
i
S
b
Применение алгоритма ABC в решении конкретной задачи первоначально зависит от задания представления потенциальных решений к задаче. Пусть X является i-ым решением, принадлежащим к текущему циклу алгоритма. Отдельный X составляется посредством информационных наборов R, R, S, F и D, соединенных в данном порядке в наборе векторов, также называемым вектором-строкой, X =[R | R | S | F | D].
При наличии некоторого набора возможных местоположений на ребрах 16 (то есть питательных секциях) и наборов различных защитных устройств 18, 20, 22 и выключателей 24 (который также является устройством защиты), предложенная задача одно- (или много-) объектной оптимизации состоит в задании поднабора местоположений (то есть ребер), в которые следует установить конкретное устройство. Конкретный объект процедуры минимизации может задаваться одним или более показателями надежности, такими как SAIDI (Показатель Средней Длительности Прерываний в Работе Системы), SAIFI (Показатель Средней Частоты Прерываний в Работе Системы) или MAIFI (Показатель Средней Частоты Кратковременных Прерываний), или любым другим показателем надежности, которые официально определены в [1].
Со ссылкой на Фиг. 1 будут описаны этапы согласно способу настоящего изобретения.
i
i
s
b
На этапе S1 обеспечивается первая совокупность s начальных решений распределительной сети, оборудованной устройствами защиты. Первый этап может считаться инициализацией. Начальные решения могут быть определены произвольно. Каждое решение представлено набором X (i=1…s) векторов, указывающим информацию о присутствии устройства защиты в каждой из питательных секций. Как уже изложено, указание информации также содержит информацию о том, обеспечено ли устройство защиты в соответствующей питательной секции. Кроме того, набор X векторов содержит информацию о том, какой тип устройства защиты (самовключатель с сохранением плавкого предохранителя - R, самовключатель с перегоранием плавкого предохранителя - R, секционный выключатель - S, плавкий предохранитель - F или выключатель - D) обеспечен в соответствующей питательной секции. Размещение одного из начальных решений может быть осуществлено, например, как показано на Фиг. 2 и приведено в таблице Фиг. 8 для CA=«B». Первая совокупность s соответствует совокупности разведчиков. Например, s может быть выбрано в качестве: s=10.
На этапе S2 определяется по меньшей мере один показатель надежности для каждого из первой совокупности начальных решений. В примере Фиг. 8 определен только SAIDI. Тем не менее могут быть определены SAIFI и AIFI, а также и другие показатели из [1]. В общем случае по меньшей мере один показатель надежности (здесь: SAIFI) представляет собой меру отказоустойчивости решения. Чем выше отказоустойчивость, тем лучше решение. Данное определение может рассматриваться в качестве оценки так называемой пригодности каждого из первой совокупности s начальных решений.
На этапе S3 сохраняются лучшие решения, идентифицированные на этапе S2.
На этапе S4 выбираются вторая совокупность n лучших решений и третья совокупность m перспективных решений из совокупности лучших первых решений (сохраненной на этапе S3). Вторая совокупность n лучших решений обеспечивает наивысшую отказоустойчивость согласно своему по меньшей мере одному показателю надежности. Третья совокупность m перспективных решений обеспечивает отказоустойчивость согласно своему по меньшей мере одному показателю надежности, более низшую по сравнению со второй совокупностью n лучших решений. Вторая совокупность n определяет совокупность лучших участков, которые следует рассмотреть, третья совокупность m определяет совокупность перспективных участков. Тем самым, должно выполняться условие m>n. Например, n может бы быть выбрано в качестве n=2, m может быть выбрано в качестве m=5.
Выбранная вторая совокупность n решений соответствует лучшим решениям начальной совокупности s решений и будет основой для новых, измененных решений. То же самое происходит с третьей совокупностью m решений.
j
На этапе S5 создается четвертая совокупность N решений посредством изменения второй совокупности лучших решений. Четвертая совокупность N решений находится внутри участка предварительно определенного размера r (например, r=2) в окрестности соответствующего лучшего решения n (j=1, 2 согласно данному примеру). Это означает, что для каждых n лучших решений, которые были выбраны на этапе S4, создаются N дополнительных решений. Например, N может быть выбрано в качестве N=20. Результирующие решения (N+1 для каждого участка n) будут оценены согласно этапу S2.
k
Соответственно, на этапе S6 создается пятая совокупность M решений посредством изменения третьей совокупности перспективных решений. Пятая совокупность M решений находится внутри участка предварительно определенного размера r (или участка другого размера) в окрестности соответствующего лучшего решения m (k=1, …, 5 согласно данному примеру). Это означает, что для каждого из m перспективных решений, которые были выбраны на этапе S4, создается M дополнительных решений. Следует заметить, что должно выполняться условие M<N. Например, M может быть выбрано в качестве M=10. Результирующие решения (M+1 для каждого перспективного участка m) будут оценены согласно этапу S2.
Изменение второй и третьей совокупности n, m лучших и перспективных решений может быть осуществлено посредством произвольного перемещения выбранного защитного устройства на n позиций в списке смежности, причем предпочтительно, чтобы 1<n<размер участка.
j
k
j
k
Как показано на Фиг. 3, размер r участка некоторого участка 34 задает размер окрестности вокруг соответствующего решения из второй и третьей совокупности n, m решения. Ссылочная позиция 30 изображает лучшее решение n или m, при котором устройства 16 защиты находятся в соответствующих конкретных ребрах 14. Размер r участка задает радиус вокруг лучшего решения 30 участка 34. Звездочки 32, чьи номера соответствует N или M (в зависимости от факта, является ли решение 30 лучшим решением n или перспективным решением m), представляют собой четвертую или пятую совокупность созданных решений на этапе S5 или S6. Этапы S5 и S6 создания четвертой и пятой совокупности N, M решений нацелены на формирование новых, дополнительных решений.
Этап S7 совместно с этапом S9, который будет объяснен более подробно далее, является необязательным. На этапе S7 производится проверка того, выполняется ли условие для так называемого перекрещивания. Если данное условие выполняется («д»), то будет осуществлен переход на этап S9. Иначе («н»), последует этап S8.
На этапе S8 создается шестая совокупность s (s может соответствовать первой совокупности начальных решений) произвольных решений распределительной сети, оборудованной устройствами защиты, которая будет оцениваться согласно этапу S2. Данный этап гарантирует, что на этапе S2 может быть найден глобальный минимум по меньшей мере для одного показателя надежности. Поэтому шестая совокупность s произвольных решений должна быть независимой от решений из четвертой и пятой совокупности решений.
Этапы с S2 по S8 и с S2 по S9, соответственно, называются циклом c. Максимальное количество циклов может быть равно c=100. Алгоритм будет завершен (на этапе S2 или S3), когда показатель надежности одного из оцененных решений достигнет своего глобального оптимума. Считается, что глобальный оптимум (то есть минимум с точки зрения по меньшей мере одного показателя надежности или максимум с точки зрения отказоустойчивости) достигнут, если на последующих циклах не может быть достигнуто никакого улучшения.
j
k
Следует заметить, что на этапах S5 и S6 (см. Фиг. 1) N и M решения генерируются в окрестности (участке по аналогии с природой) каждого n лучшего решения и для каждого перспективного m решения, соответственно. Размер r участка является одним из параметров алгоритма. Для упорядоченной размерности задачи концепция окрестности не создает трудностей (см. Фиг. 3). Напротив, когда используется представление графа задачи с произвольно пронумерованными ребрами, то определение окрестного решения должно быть пересмотрено.
Для распределительной сети 40, изображенной на Фиг. 4 и состоящей из узлов 42, ребер 44 и устройства 46 защиты (выключателя 48 с перегоранием плавкого предохранителя, самовключателей 50 с перегоранием плавкого предохранителя, плавких предохранителей 52 и выключателей 54), ребра с номерами «11» и «12» физически расположены довольно далеко друг от друга несмотря на то, что согласно номерам, которые появляются в решении, они являются самыми близкими. Для данного класса задач должен использоваться список смежности для генерации нового решения в окрестности заданного решения. Список смежности является структурой данных для представления графов. При представлении в виде списка смежности для каждой вершины графа хранится список всех других вершин, которые имеют ребро с ней (со «списком смежности» этой вершины). В данном случае размер r участка представляет собой количество ребер 44, смежным друг с другом, в которые может быть перемещено текущее устройство 46 защиты. Например, если размер r участка составляет 2 для Фиг. 4, то это означает, что устройство, которое расположено в ребре под номером «8», может быть перемещено последовательно в ребро под номером «7», а затем в ребро под номером «5». Таким образом, номера ребер, которые формируют каждое решение, не применяются на этапах алгоритма как таковые, а фактически они являются лишь указателями помещения устройства.
S
На Фиг. 8 полученное решение, найденное с помощью описанного процесса, обозначено в качестве K1. На Фиг. 7 показана схема, на которой изображено улучшение показателя надежности SAIDI в зависимости от количества циклов. K1 изображает усовершенствование согласно описанному выше процессу. Как можно заметить, SAIDI может быть уменьшен приблизительно на 40% менее чем за 100 циклов. Данный результат может быть достигнут с учетом только перемещения двух самовключателей R, пяти плавких предохранителей F и шести из существующих выключателей D в питающей секции (ср. случай CA=P «K1» на Фиг. 8).
Данное решение может быть улучшено еще больше, если применяется перекрещивание, которое является технологией оптимизации, используемой в Генетических Алгоритмах (Genetic Algorithms (GA)). Как показано на Фиг. 1, перекрещивание выполняется на этапе S9 среди N и M решений, созданных на этапах S5 и S6. Этап S9 выполняется, если на этапе S8 определено, что выполнено условие для перекрещивания.
В общем случае, перекрещивание является способом объединения генетических алгоритмов. Изменение перекрещивания основано на концепции участка (признака алгоритма ABC) и параллельного вычисления участков. Параллельное вычисление обычно относят к многопроцессорной оптимизации, при которой несколько процессоров осуществляют доступ к глобально совместно используемому запоминающему устройству. Используя генетический алгоритм (GA) в качестве известного примера, набор популяций (то есть участков 60 на Фиг. 5) помещается в локальное запоминающее устройство каждого процессора. В течение каждого цикла популяция (участок 60) пытается улучшить себя в локальном запоминающем устройстве. В конце цикла самый пригодный участник из каждого под-GA 60 широковещательно передается каждому другу под-GA 60, с некоторой вероятностью. Это изображено связующими линиями 62 на Фиг. 5.
Использование участков в алгоритме ABC (ср. Фиг. 6) позволяет провести аналогию с параллельным вычислением. На Фиг. 6 изображен схематический снимок алгоритма ABC. Можно рассматривать участок в качестве под-GA 60 и рабочую пчелу 64 в качестве самого пригодного участника под-GA. 66 представляет собой пчелу-наблюдателя, 68 - пчелу-разведчика, r является размером участка.
Объединение осуществляется посредством произвольной замены подстрок между двумя решениями (участками). Оператор перекрещивания выбирается так, чтобы обеспечивать связь 62 между участками 60 вследствие следующих особенностей задачи оптимального помещения защитных устройств:
1. Оптимальное помещение нескольких (не всех) типов защитных устройств может позволить приблизить решение к глобальному (локальному) оптимуму.
2. Каждый тип защитных устройств влияет на показатели надежности в различной степени.
3. Каждая подстрока решения задачи содержит позиции одного типа защитных устройств.
Первая особенность решения задачи критична для однообъектной оптимизации. Если одно решение включает в себя оптимальные позиции самовключателей в соответствии с двумя схемами (с сохранением плавкого предохранителя и с перегоранием плавкого предохранителя), то это позволяет решению быть самым пригодным внутри участка и поднимает его к рабочей пчеле. Напротив, в другом решении плавкие предохранители и выключатели расположены в оптимальных местах. В течение сообщения участка данные два решения могут быть выбраны в качестве родителей для создания нового решения, как показано ниже. Например,
s1
b2
1
1
1
Родитель 1=[R | R | S | F | D]
s2
b2
2
2
2
Родитель 2=[R | R | S | F | D]
s1
b1
2
2
2
Потомство=Родитель 1+Родитель 2=[R | R | S | F | D]
После перекрещивания потомство будет лучше обоих предыдущих решений. Это означает, что связь между участками в алгоритме ABC, при применении к задаче оптимального помещения защитных устройств, увеличивает сходимость алгоритма. Она также делает применение алгоритма более надежным, уводя его от локального оптимума и позволяя находить глобальный оптимум. Следовательно, перекрещивание между участками помогает увеличить сходимость алгоритма.
max
max
max
max
На Фиг. 7 и 8 можно увидеть результат перекрещивания по SAIDI по сравнению с K1. Результат изображен с помощью K2. В данном примере, который основан на начальном Случае CA=«B» и распределительной сети на Фиг. 2, SAIDI может быть уменьшен приблизительно на 69% относительно базового случая. Здесь, максимальное количество устройств защиты каждого типа были выбраны следующим образом: R=4, S=2, F=18, D=7. Для измененного алгоритма («K2») замена участка возникает каждый 10-ый цикл. На Фиг. 7 показано, что изменение алгоритма с помощью перекрещивания, примененного к описанной задаче, увеличивает его сходимость и позволяет находить лучшее решение.
Главные преимущества предложенного подхода заключаются в следующем:
Оптимальное решение находится быстрее по сравнению с классическим алгоритмом ABC.
Повышается качество окончательного решения, так как может быть найден глобальный оптимум.
Предоставляется возможность предотвращения зацикливания на локальном оптимуме, которая в результате приводит к повышению надежности.
Он позволяет осуществлять объединение лучших методик одно- и многопроцессорной оптимизации.
Способ может выполняться с использованием только одного CPU, в то время как результаты подобны многопроцессорной оптимизации.
ИСОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Руководство IEEE по показателям надежности распределения электроэнергии, стандарт IEEE 1366-2003 (IEEE Guide for Electric Power Distribution Reliability Indices, IEEE Std. 1366-2003).
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 - распределительная сеть
12 - узел
14 - ребро
16 - устройство защиты
18 - выключатель с перегоранием плавкого предохранителя
20 - самовключатель с перегоранием плавкого предохранителя
22 - плавкий предохранитель
24 - выключатель
i
30 - лучшее решение n
i
32 - решение в окрестности лучшего решения n
40 - распределительная сеть
42 - узел
44 - ребро
46 - устройство защиты
48 - выключатель с перегоранием плавкого предохранителя
50 - самовключатель с перегоранием плавкого предохранителя
52 - плавкий предохранитель
54 - выключатель
60 - участок
62 - связь между участком
64 - рабочая пчела (лучшее решение)
66 - пчела-наблюдатель (окрестное решение),
68 - пчела-разведчик
r - размер участка
s - первая совокупность начальных решений
n - вторая совокупность лучших решений
m - третья совокупность лучших решений
i
N - четвертая совокупность решений, которые являются окрестными решениями соответствующего лучшего решения n
i
M - пятая совокупность решений, которые являются окрестными решениями соответствующего перспективного решения m
RI - показатель надежности
CA - случай
B - начальное решение
K1 - первое решение
K2 - второе решение
i
X - набор векторов
S
R - самовключатель с сохранением плавкого предохранителя
b
R - самовключатель с перегоранием плавкого предохранителя
S  секционный выключатель
F - плавкий предохранитель
D - выключатель