CN102185315B

CN102185315B - 基于EMS的110kV地区电网网络重构方法

Info

Publication number: CN102185315B
Application number: CN 201110127855
Authority: CN
Inventors: 江伟; 陶文伟; 牛文楠; 罗玉春; 黄慧山; 郭子健; 黄颖祺; 高亢
Original assignee: Shenzhen Power Supply Bureau guangdong Grid Co ltd
Current assignee: Shenzhen Power Supply Co ltd
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: CN102185315A

Abstract

本发明公开一种基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，包括：实时数据获得步骤，从电网调度中心的EMS获得包含电网运行状态的实时数据断面；多环网络构造步骤，搜索电网中可参加重构的设备，并构造基于指定重构设备的多环网络；多环网络解环步骤，根据从EMS中获得的参加重构设备的数据断面，将所述多环网络解环成为辐射状网络。本发明可有效实现110kV地区电网的在线网络重构，具有通用性和实用性。

Description

基于EMS的110kV地区电网网络重构方法

技术领域

本发明涉及电力系统调度自动化领域，尤其涉及一种基于能量管理系统(Energy Manage System，EMS)的110kV地区电网网络重构及优化方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展和用电负荷的不断增长，我国的电力系统特别是地区电网得到了长足的发展，地区电网的网络结构日趋于复杂，运行方式的变化越来越频繁，控制操作及事故处理的难度也越来越大。日益增长的能源成本、环境问题和高昂的投资成本，迫使供电企业尽可能地利用现有网络并优化现有的系统结构，以产生更大的运行容量、减缓投资压力、为用户提供低廉的电价与优质的服务。

不断降低电力系统的能耗和线损、提高电力系统运行经济效益，是电力系统面临的一项长期课题。电网是电力生产和供应的重要环节，其主要任务是保证电网络的安全经济运行，而网络重构是实现对电网运行和控制的重要手段，也是供电企业充分发挥现有设备潜力、提高电网运行的经济水平和供电可靠性、降低运营成本的一种有效途径。通过网络重构，实现优化电网的运行方式，可将负荷转移，以达到平衡负荷、降低电网损耗、提高电网的经济性的目的。

网络重构是在满足运行约束条件下，在不同的网络结构中找到一种电网损耗最小的运行方式，它是一个典型的非线性整数组合优化问题，常规的数学优化方法难以求解。另外，作为优化变量的开关数量巨大，穷举搜索将面临“组合爆炸”问题。

根据调研结果显示，在国内的地区电网，绝大多数是凭调度人员的经验进行电网运行方式的改变，不可避免存在以下几个方面的局限：

1、只能实现离线分析，电网的实时数据不能从能量管理系统中在线获得，电力系统运方或调度人员必须根据电网的运行情况手动的建立等值模型，十分繁琐且无法保证准确，不具有通用性；

2、理论研究绝大多数基于配电网模型，没有针对110kV电网的特点进行网络重构分析研究；

3、计算结果缺乏实用性，目前的网络重构研究大多数是立足于理论，且其进行优化的分析模型计算规模和实际电网有较大差距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于EMS的110kY地区电网网络重构方法，该方法可有效实现110kV地区电网的在线网络重构，具有通用性和实用性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

实时数据获得步骤，从电网调度中心的EMS获得包含电网运行状态的实时数据断面；

多环网络构造步骤，搜索电网中可参加重构的设备，并构造基于指定重构设备的多环网络；

多环网络解环步骤，根据从EMS中获得的参加重构设备的数据断面，将所述多环网络解环成为辐射状网络。本发明的有益效果是：

本发明的实施例通过从EMS中获得电网运行状态的实时数据，根据该数据构造基于参加重构设备的多环网络，并将所述多环网络解环成辐射状网络，从而有效实现了110kV地区电网的在线网络重构。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明提供的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法一个实施例的实现流程图；

图2是本发明提供的基于EMS的110kY地区电网网络重构方法一个实施例中列举的一个简单环网的功率分布示意图。

具体实施方式

下面参考图1详细描述本发明提供的基于EMS的110kY地区电网网络重构方法的一个实施例；如图所示，本实施例实现一次基于EMS的110kV地区电网网络重构主要包括有以下流程：

在模型建立步骤S0中，在EMS中建立包括有计算模型的电网的设备及连接关系模型。

在数据获得步骤S1中，从调度中心的EMS中取得实时或研究方式下的数据断面，具体实现时，在线获得的信息包括电网设备参数、电网的运行方式和量测等，这些信息导入该产品的层次数据库作为生成计算模型和参数的基础，保证了电力系统调度或运方人员不必为了进行电网运行方式重构计算分析而手动建立一个粗略的等值模型，从而提高了实用性和准确性。

在多环网络构造步骤S2中，搜索电网中设置的参加重构设备，并构造基于所述参加重构设备的多环网络。

在多环网络解环步骤S3中，根据从EMS中获得的参加重构设备的数据断面，将所述多环网络解环成为辐射状网络。

具体实现时，电力系统调度或运方人员可以直接在调度中心的能量管理系统通过图形在电网模型中，将110kV电网内设备(主要是线路或者断路器、刀闸)设置为参加网络重构或者不参加网络重构。而多环网络构造步骤S2可具体包括有：

设备搜索步骤S21，搜索电网中设置的参加重构设备。

回路搜索步骤S22，根据所述参加重构设备进行全网基本回路的拓扑搜索，找到各个基本回路路径，在该步骤中，可将每条闭合的线路支路和变压器支路进行编号并与各自的两端端点进行关联，根据此信息对各电气节点进行编号并记录下每个节点通过支路连接的其它节点集，并从初始节点开始向下一层推，记录本节点为父节点并记录与本节点相连的节点号，再从此相连节点向更下一层推，直至找到终止节点，并从终止节点开始找每一个节点搜索表的父节点一直反推至初始节点，从而找到基本回路路径。

回路显示步骤S23，将所述各基本回路路径通过环路拓扑展现图和/或列表形式显示出来，以供电力系统调度或运方人员确认调整电网运行方式改变时操作所形成的环路。

环网设定步骤S24，根据从EMS中获得的电网实时数据断面和方式，将电网中设置的参加重构设备均置为投运状态，形成多环网络。

具体地，回路搜索步骤S22可进一步包括有：

预设步骤，建立支路结构向量容器、电气节点结构向量容器、搜索路径列表，其中，所述支路结构向量容器称为容器1，其包括支路号、支路类型、支路名及首节点号、末节点号共5个成员，分别称为容器1的成员1、成员2、成员3、成员4、成员5；所述电气结构向量容器称为容器2，其包括节点的逻辑母线号和该节点相连节点集的结构向量容器共2个成员，分别称为容器2的成员1、成员2。对于每一个容器2的元素来说，成员2中的元素个数大于或等于1，对应的电力系统概念，一个活的电气节点与1个或多个电气节点相连；所述搜索路径列表称为链表1，其包括节点的逻辑母线号、父节点逻辑母线号、与其父记录逻辑母线相连的逻辑支路号、与父节点相连的支路的类型和与父节点相连的支路名称共5个成员，分别称为链表1的成员1、成员2、成员3、成员4、成员5。

支路遍历步骤，根据从EMS中获得的实时数据断面，对模型中所有的闭合线路以及闭合变压器支路作循环遍历，对这些支路进行编号，并将每个支路的支路号、支路类型、支路名及首节点号、末节点号都分别存储在容器1的成员1、成员2、成员3、成员4和成员5中。

支路成员遍历步骤，对每个支路结构向量的成员作循环遍历，发现新的电气节点后，建立一个新的容器2元素，将该节点的逻辑母线号放入容器2的成员1中，并将此遍历支路对端的节点号加入容器2的成员2中，遍历别的支路时如果发现此支路的首或末节点号等于已有的容器2中某一元素成员1的值，则将此遍历支路的对端节点号加入容器2中该元素的成员2中。

节点搜索步骤，将初始节点的节点号置为链表1成员1的值和成员2的值后，利用广度优先搜索法，将从初始节点开始的搜索路径中的节点信息存入链表1中，其中，链表1成员1存储支路对端节点号，成员2存储支路本端节点号，成员3存储成员1与成员2相连的支路在容器1中的支路号，成员4存储成员1与成员2相连的支路在容器1中的支路类型，成员5存储成员1与成员2相连的支路在容器1中的支路名称。如果通过此搜索法无法找到终止节点，则得出通过闭合支路不构成合环操作的结论；如果通过此搜索法能够找到终止节点，则由终止节点起，寻找上层父节点直至初始节点，由链表1中的信息获得节点号，支路类型和支路名称，从而完成基本回路路径的拓扑搜索。

另外，多环网络解环步骤S3可具体包括：

电抗去除步骤S31，将从EMS中获得的数据断面信息中的网络中所有支路阻抗中的电抗部分去掉。

第一潮流计算步骤S32，在环网情况下，根据从EMS中获得的数据断面信息对所述多环网络进行全网潮流计算。

环路解开步骤S33，根据所述潮流计算结果，确定现有环网的经济电流，断开流经电流最小的开关，以解开该环网中的一个环路，形成新的环网。

环路检查步骤S34，检查该开关断开后是否会形成孤立网络、造成其它支路过载、或者使功率损耗增量最小，若是，可认为该开关断开后不满足限值约束条件，则执行下述环路纠正步骤S35，否则，可认为该开关断开后满足限值约束条件，继续执行环路解开步骤S33，直到所述多环网络变成新的辐射网络。

环路纠正步骤S35，闭合本次断开的开关后，断开现有环网中经济电流次小支路的开关，并执行所述环路检查步骤S34。

上述多环网络解环步骤S3给出了一种在最小电流环路中选择开关的方法，提出了一个建立在严格理论分析基础上的打开开关的启发式规则，以打开后使网损增量最小为准则，考虑了对实际系统中并非所有支路都有可操作开关等情况的处理方法。

另外，在多环网络解环步骤S3之后，还包括有：

第二潮流计算步骤S4，将重构后的新的辐射网络的状态信息发送到所述计算模型中，计算出重构后辐射状网络的电网潮流。

下面结合图2简单说明在电抗去除步骤S31中将电抗部分去掉的原因。在如图2所示的简单环网中，根据环网的潮流计算可得其功率分布如式(1)所示：

S_{1} = \frac{S_{c} \times {\overset{*}{Z}}_{2} + S_{b} \times ({\overset{*}{Z}}_{2} + {\overset{*}{Z}}_{3})}{{\overset{*}{Z}}_{1} + {\overset{*}{Z}}_{2} + {\overset{*}{Z}}_{3}}

S_{2} = \frac{S_{b} \times {\overset{*}{Z}}_{1} + S_{c} \times ({\overset{*}{Z}}_{1} + {\overset{*}{Z}}_{3})}{{\overset{*}{Z}}_{1} + {\overset{*}{Z}}_{2} + {\overset{*}{Z}}_{3}} - - - (1)

式(1)说明功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的，环网的功率损耗见下式(2)：

P_{L} = \frac{P_{1}^{2} + Q_{1}^{2}}{V^{2}} R_{1} + \frac{P_{2}^{2} + Q_{2}^{2}}{V^{2}} R_{2} + \frac{P_{3}^{2} + Q_{3}^{2}}{V^{2}} R_{3}

= \frac{P_{1}^{2} + Q_{1}^{2}}{V^{2}} R_{1} + \frac{{(P_{b} - P_{c} - P_{1})}^{2} + {(Q_{b} - Q_{c} - Q_{1})}^{2}}{V^{2}} R_{2} + \frac{{(P_{1} - P_{b})}^{2} + {(Q_{1} - Q_{b})}^{2}}{V^{2}} R_{3} - - - (2)

欲使网络的功率损耗为最小，将上式分别对取偏导数，并令其等于零得

\frac{&PartialD; P_{L}}{&PartialD; P_{1}} = \frac{2 P_{1}}{V^{2}} R_{1} - \frac{2 (P_{b} + P_{c} - P_{1})}{V^{2}} R_{2} + \frac{2 (P_{1} - P_{b})}{V^{2}} R_{3} = 0

\frac{&PartialD; P_{L}}{&PartialD; Q_{1}} = \frac{2 Q_{1}}{V^{2}} R_{1} - \frac{2 (Q_{b} + Q_{c} - Q_{1})}{V^{2}} R_{2} + \frac{2 (Q_{1} - Q_{b})}{V^{2}} R_{3} = 0 - - - (3)

由此可以解出网络的最小功率损耗为：

P_{Lec} = \frac{P_{b} (R_{2} + R_{3}) + P_{c} R_{2}}{R_{1} + R_{2} + R_{3}}

Q_{Lec} = \frac{Q_{b} (R_{2} + R_{3}) + Q_{c} R_{2}}{R_{1} + R_{2} + R_{3}} - - - (4)

式(4)表明，功率在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小。称这种功率分布为经济分布。据此特点，可以考虑在计算电流分布的环节中，忽略电抗的影响。

本发明只需在EMS中维护电网设备及连接关系模型和电网遥测、遥信数据，在调度系统自动化系统能够正常运行的情况下，本发明就可以实施，给出电网运行方式调整的优化策略，降低电网损耗。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

多环网络解环步骤，根据从EMS中获得的参加重构设备的数据断面，将所述多环网络解环成为辐射状网络；

所述多环网络构造步骤包括有：

回路搜索步骤，根据所述参加重构设备进行全网基本回路的拓扑搜索，找到各个基本回路路径；

所述回路搜索步骤进一步包括有：

预设步骤，建立支路结构向量容器、电气节点结构向量容器、搜索路径列表，其中，所述支路结构向量容器包括有支路号、支路类型、支路名、首节点号、末节点号五个成员，所述电气结构向量容器包括有节点的逻辑母线号及与该节点相连的节点集两个成员，所述搜索路径列表包括有节点的逻辑母线号、父节点逻辑母线号、与其父节点记录逻辑母线相连的逻辑支路号、与父节点相连的支路的类型、以及与父节点相连的支路的名称五个成员；

支路遍历步骤，根据从EMS中获得的实时数据断面，对所有的闭合线路以及闭合变压器支路作循环遍历，对这些支路进行编号，并将每个支路的支路号、支路类型、支路名及首节点号、末节点号都分别对应地存储在所述支路结构向量容器的成员中；

支路成员遍历步骤，对每个支路结构向量的成员作循环遍历，发现新的电气节点后，建立一个新的电气节点结构向量容器元素，将该节点的逻辑母线号放入所述电气结构向量容器的节点的逻辑母线号成员中，并将此遍历支路对端的节点号加入电气节点结构向量容器内相应的成员中；

节点搜索步骤，将初始节点的节点号置为所述搜索路径链表逻辑母线号、父节点逻辑母线号的值后，利用广度优先搜索法，将从初始节点开始的搜索路径中的节点信息存入搜索路径链表中，并从搜索到的终止节点起，寻找上层父节点直至初始节点，由所述搜索路径链表中的信息获得节点号、支路类型和支路名称。

2.如权利要求1所述的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，所述多环网络构造步骤还包括：

设备搜索步骤，搜索电网中可参加重构的设备；

环网设定步骤，根据从EMS中获得的电网实时数据断面，将电网中设置的参加重构设备均置为投运状态，形成多环网络。

3.如权利要求1所述的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，所述多环网络解环步骤具体包括：

第一潮流计算步骤，在环网情况下，根据从EMS中获得的数据断面信息对所述多环网络进行全网潮流计算；

环路解开步骤，根据所述潮流计算结果，确定现有环网的经济电流，断开流经电流最小的开关，以解开该环网中的一个环路，形成新的环网；

环路检查步骤，检查该开关断开后是否会形成孤立网络、造成其它支路过载、或者使功率损耗增量最小，若是，则执行下述环路纠正步骤，否则，继续执行所述环路解开步骤，直到所述多环网络变成新的辐射网络；

环路纠正步骤，闭合本次断开的开关后，断开现有环网中经济电流次小支路的开关，并执行所述环路检查步骤。

4.如权利要求3所述的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，在所述实时数据获得步骤之前还包括有：

模型建立步骤，在EMS中建立包括有计算模型的电网的设备及连接关系模型；

在所述多环网络解环步骤之后，还包括有：

第二潮流计算步骤，将重构后的新的辐射网络的状态信息发送到所述计算模型中，计算出重构后辐射状网络的电网潮流。

5.如权利要求1所述的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，所述电网运行状态的实时数据包括有：电网设备参数、电网的运行方式和量测。

6.如权利要求3所述的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，在所述第一潮流计算步骤之前，还包括以下步骤：

电抗去除步骤，将从EMS中获得的数据断面信息中的网络中所有支路阻抗中的电抗部分去除。

7.如权利要求1所述的基于EMS的110kV地区电网网络重构方法，其特征在于，在所述回路搜索步骤之前，还包括以下步骤：

回路显示步骤，将所述各基本回路路径通过环路拓扑展现图和/或列表形式显示出来。