混合量子-经典算法的配电网灾后拓扑重构方法

付炜; 谢海鹏; 王鹤峰; 陈晨; 别朝红

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (1) : 1 -16.

付炜, 谢海鹏, 王鹤峰, 陈晨, 别朝红

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摘要

为及时有效地制定配电网拓扑重构策略以提升负荷快速恢复能力，基于量子计算的优越性，提出混合量子-经典(HQC)算法的弹性配电网灾后拓扑重构方法。首先，构建基于HQC算法的灾后配电网拓扑重构模型，以实现实际场景、优化问题、嵌入算法相应模块在量子计算和经典计算环境下的协作交互过程。然后，将配电网拓扑重构问题构造为无约束离散优化子问题和有约束连续优化子问题，提出量子退火嵌入式交替方向乘子(QA-ADMM)算法，将离散子问题等效映射成量子可解释的伊辛模型后，部署在D-Wave量子退火计算机中，并与经典计算机中连续子问题迭代求解，采用自适应惩罚因子调节机制加速算法收敛。最后，通过IEEE 14、33、69、123以及改进的205节点的不同规模配电系统，分析验证了QA-ADMM算法的有效性、稳定性与可扩展性。结果表明，惩罚因子、目标函数惩罚项系数、量子退火中采样读取次数会影响所提算法的精度和收敛速度；优化问题规模扩大后，所提混合量子-经典算法计算优势更加明显，205节点配电系统算例下，计算效率较经典计算可提升约34%。